断路器用智能控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种断路器用智能控制器，该断路器用智能控制器包括电流CT模块、ADC模拟数字转换模块、DMA传输模块、内存模块、CPU和液晶模块，CPU设有液晶接口、SPI接口和数据传输接口，液晶接口连接液晶模块，SPI接口用于读写SPI接口连接的Flash芯片，数据传输接口连接DMA传输模块，电流CT模块采集断路器母线的电流，ADC模拟数字转换模块对电流进行取样，DMA传输模块传输ADC模拟数字转换模块的采样数据至内存模块，CPU在超过电流定值时，控制断路器采取保护动作，液晶模块显示故障信息，SPI接口将故障信息写入Flash芯片。本实用新型断路器用智能控制器，能够提高处理器的处理数据的效率，并且能够记录和显示故障信息。
【专利说明】
断路器用智能控制器
技术领域
[0001]本实用新型涉及配电、馈电或发电保护领域，尤其是涉及一种断路器用智能控制器。
【背景技术】
[0002]断路器的控制器是低压电力系统中最重要的控制和保护设备之一。当电力系统出现过载、短路等故障时，若断路器的控制器能够在极短的时间内(如二十毫秒)精准的保证断路器断开线路，就能够保障该电力系统的安全;若断路器的控制器需较长时间断开，甚至，不能保证电力系统的线路断开，则会给社会和人民的生命财产造成局大损失。因此，断路器的控制器能够有效可靠运行，对电力系统尤为重要。
[0003]虽然，各个厂家对控制器进行不同程度的改进，但是，断路器的控制器不能保证在极短的时间内(如二十毫秒)精准的保证断路器断开线路，信号传输效率低，过程复杂，不能保证断路器在极短的时间内的到响应，不能在配电、馈电或发电中起到保护作用。如在50赫兹电网中，电力系统会遭到过载、短路、接地/漏电、电流不平衡、过压、欠压、电压不平衡、过频、欠频、逆功率等故障的危害。此外，在故障发生之后，调试人员到达现场一般无法直接排除故障，先需要对故障进行排查，耗时较长，效率较差。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在提供一种断路器用智能控制器，能够提高处理器的处理数据的效率，并且能够记录和显示故障信息。
[0005]本实用新型提供一种断路器用智能控制器，该断路器用智能控制器包括电流CT模块、ADC模拟数字转换模块、DMA传输模块、内存模块、CPU和液晶模块，CPU设有液晶接口、SPI接口和数据传输接口，液晶接口连接液晶模块，SPI接口用于读写SPI接口连接的Flash芯片，数据传输接口连接DMA传输模块，电流CT模块采集断路器母线的电流，ADC模拟数字转换模块对电流进行取样，DMA传输模块传输ADC模拟数字转换模块的采样数据至内存模块，CPU在超过电流定值时，控制断路器采取保护动作，液晶模块显示故障信息，SPI接口将故障信息写入Flash芯片。
[0006]进一步地，该断路器用智能控制器还包括GPRS模块，GPRS模块连接于GPRS接口，GPRS模块向后台主站进行无线通信，传输断路器母线的实时数据或故障信息，CPU还设有GPRS接口。
[0007]进一步地，CPU还设有USB接口，USB接口内部包括USB转UART桥接器控制器。
[0008]进一步地，该断路器用智能控制器还包括功能按键，功能按键用于向CPU发送控制指令和/或参数修改指令。
[0009]进一步地，该断路器用智能控制器还包括LED灯，LED灯连接于LED控制接口，用于指示断路器用智能控制器当前的工作状态，CPU设有LED控制接口。
[0010]进一步地，CPU还设有RS232接口，RS232接口内部包含串口逻辑电平转换芯片，用于和外部串口设备进行通信。
[0011]进一步地，该断路器用智能控制器还包括EEPROM芯片，EEPROM芯片连接于IIC接口，EEPR0M芯片用于存储断路器用智能控制器的运行定值，CPU还设有IIC接口。
[0012]进一步地，CPU还设有内部RTC时钟模块，内部RTC时钟模块设有独立电池。
[0013]进一步地，该断路器用智能控制器还包括AC/DC电源芯片、线性稳压芯片和隔离电源芯片，AC/DC电源芯片连接于电流CT模块，将220V交流电转换为5V电压电源，为液晶模块、LED灯和GPRS模块供电，并将5V电压电源传输至线性稳压芯片，线性稳压芯片将5V电压电源转换为3.3V电压电源，为USB接口供电，并将3.3V电压电源传输至隔离电源芯片，隔离电源芯片将3.3V电压电源转换为5V隔离电压电源，为RS485接口供电，AC/DC电源芯片还用于将220V交流电转换为12V电压电源，为断路器的磁通脱扣供电。
[0014]进一步地，AC/DC电源芯片还连接于辅助电源，断路器用智能控制器还包括辅助电源。
[0015]本实用新型断路器用智能控制器，通过电流CT模块采集断路器母线的电流，ADC模拟数字转换模块将模拟量转换为数值量，减少后续传输的数据量，采用DMA传输模块进行数据传输，直接传入内存模块，无需CPU介入，减少CPU的工作负担，提高数据处理效率。Flash芯片存储故障信息，液晶模块能够显示故障信息，方便调试人员查询历史数据，为故障原因查询提供便利，提高故障处理效率。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型提供的第一个断路器用智能控制器结构连接示意图；
[0017]图2是本实用新型提供的第二个断路器用智能控制器结构连接示意图；
[0018]图3是本实用新型提供的芯片CP2104连接图；
[0019]图4是本实用新型提供的MAX3232连接图；
[0020]图5是本实用新型提供的电压转换示意图；
[0021 ]图6是本实用新型提供的芯片ADM2483连接图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过具体的实施例进一步说明本实用新型，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本实用新型。
[0023]本实用新型提供一种断路器用智能控制器，结合图1，该断路器用智能控制器包括电流CT模块1、ADC模拟数字转换模块2、DMA传输模块3、内存模块4、CPU5和液晶模块6，CPU5设有液晶接口、SPI接口和数据传输接口，液晶接口连接液晶模块6，SPI接口用于读写SPI接口连接的Flash芯片7，数据传输接口连接DMA传输模块3，电流CT模块I采集断路器母线的电流，ADC模拟数字转换模块2对电流进行取样，DMA传输模块3传输ADC模拟数字转换模块2的采样数据至内存模块4。在采集的电流值超过电流定值时，CPU采用现有控制程序，向断路器发送控制指令，控制断路器采取保护动作，液晶模块6显示故障信息，SPI接口将故障信息写入Flash芯片7。其中，CPU5采用芯片MK60DN512VLQ10，ADC模拟数字转换模块2为线性逐次逼近型，采样精度为16位，有4个差分和24个单端外部模拟输入通道，采样时间和转换速率/电压可配置，具有单端或者持续转换模式，有转换完成/硬件计算采样平均值完成的标志和中断。DMA有63个源，具有多路复用器的16个DMA通道。DMA可以根据事先设定好的AD采样源地址和数据存储目的地址，以及传送的字节数，将数据自动传送到指定的位置，而不需要CPU5的介入，从而CPU5的负担大大减轻。Flash芯片7为S25FL132K，其存储容量4兆比特，能够存储断路器控制器的历史故障记录、运行故障记录。液晶模块6选用的是128*64点阵的WG12864E1液晶，不带汉字库，需要生成字模，可以显示4行中文，每行可显示12*12的汉字10个；可以显示8行字符，每行可以显示8*8的字符16个。本实施例断路器用智能控制器采用ADC模拟数字转换模块2和DMA传输模块3，减少CPU5的工作负担，提高数据处理效率。Flash芯片7存储故障信息，液晶模块6能够显示故障信息，方便调试人员查询历史数据，为故障原因查询提供便利，提高故障处理效率。
[0024]在50Hz电网的配电、馈电或发电过程中，本实施例断路器用智能控制器使线路和电源设备免受过载、短路、接地/漏电、电流不平衡、过压、欠压、电压不平衡、过频、欠频、逆功率等故障的危害。同时，本实施例断路器用智能控制器也用作电网节点的电流、电压、功率、频率、电能、需量、谐波等电网参量的测量，故障、报警、操作、电流历史最大值、开关触头磨损情况等运行维护参数的记录。
[0025]本实用新型提供另一种断路器用智能控制器，结合图2，优选地，该断路器用智能控制器还包括GPRS模块8，GPRS模块8连接于GPRS接口，GPRS模块8向后台主站进行无线通信，传输断路器母线的实时数据或故障信息，CPU还设有GPRS接口。其中，GPRS模块8采用宏电的H7710模块，和后台主站服务器20通信，实现无线通讯功能，采用Modbus、Prof ibus-DP或Device net通讯协议。当电力网络进行通讯组网时，本实施例断路器用智能控制器可用为电力自动化网络的远程终端，实现遥测，遥信，遥控，遥调等功能，且支持多种协议，以适用不同的组网要求。
[0026]优选地，本实施例断路器用智能控制器的CPU还设有USB接口 9，USB接口 9内部包括USB转UART桥接器控制器。结合图3，USB接口 9采用CP2104芯片，与UART 1_RX和UART 1_TX连接，将CPU的Uart转换为符合USB规格2.0标准的USB接口。本实施例断路器用智能控制器方便实时与外界通讯，进行数据传输。
[0027]优选地，该断路器用智能控制器还包括功能按键10，结合图2，功能按键10用于向CPU发送控制指令和/或参数修改指令。各个功能按键10包括测量功能键、设定功能键、保护功能键、信息功能键、向上功能键、向下功能键、退出功能键、选择功能键和清灯功能键。其中，测量功能键将显示界面切换到测量默认主题菜单，或在密码输入界面下为“向左”键。设定功能键将显示界面切换到参数设定主题菜单，或在密码输入界面下为“向右”键。保护功能键将显示界面切换到保护参数设定主题菜单。信息功能键将显示界面切换到历史记录和维护主题菜单。在当前所用等级，向上功能键用于向上移动菜单内容，或向上改变选定参数。在当前所用等级，向下功能键用于向下移动菜单内容，或向下改变选定参数。退出功能键用于退出当前所用等级进入上一级菜单，或取消当前参数的选定。选择功能键用于进入当前项目指向的下一级菜单，或进行当前参数的选定，存储所作修改。清灯功能键用于清除装置故障状态。工程人员方便向CPU发送指令、修改数据指令或查询历史数据。
[0028]优选地，该断路器用智能控制器还包括LED灯11，LED灯11连接于LED控制接口，用于指示断路器用智能控制器当前的工作状态，CPU设有LED控制接口。LED灯11包括“Ir”灯、“tr”灯、“Isd”灯、“tsd”灯、“Ii”灯、“Ig”灯、“tg”灯、“Is”灯和“ts”灯。其中，“Ir”灯为过载长延时保护动作定值灯，当发生过载长延时保护事件时，灯亮;或者设定过载长延时保护定值时，灯亮。“tr”灯为过载长延时保护时间定值灯，当设置过载长延时保护时间定值时，灯亮。“Isd”灯为短路短延时定时限保护动作定值灯，当发生短路短延时定时限保护事件时，灯亮;或者设定短路短延时定时限保护定值时，灯亮。“tsd”灯为短路短延时定时限保护时间定值灯，当设置短路短延时定时限保护时间定值时，灯亮。“I i”灯为瞬时保护动作定值灯，当发生瞬时保护事件时，灯亮;或者设定瞬时保护定值时，灯亮。“Ig”灯为接地保护动作定值灯，当发生接地保护事件时，灯亮;或者设定接地保护定值时，灯亮。“tg”灯为接地保护时间定值灯，当设置接地保护时间定值时，灯亮。“Is”灯为短路短延时反时限保护动作定值灯，当发生短路短延时反时限保护事件时，灯亮;或者设定短路短延时反时限保护定值时，灯亮。“ts”灯:短路短延时反时限保护时间定值灯，当设置短路短延时反时限保护时间定值时，灯亮。采用不同的LED指示灯，表明当前的断路器用智能控制器的工作状态，或故障信息，便于调试人员获取其工作状态，提高故障处理效率。
[0029]优选地，CPU还设有RS232接口 12，RS232接口 12内部包含串口逻辑电平转换芯片，用于和外部串口设备进行通信。结合图4，RS232接口 12是由型号为MAX3232的串口逻辑电平转换芯片构成的主控制器与外部串口设备的通信通道，其第13脚为RS_TXD0，与COMl的第3脚RS_TXD0相连。第14脚为RS_RXD0，与COMl的第2脚RS_RXD0相连。RS232接口应用广泛，方便与多种设备进行数据传输和信息交互。
[0030]优选地，该断路器用智能控制器还包括EEPROM芯片，EEPROM芯片连接于IIC接口13，EEPR0M芯片用于存储断路器用智能控制器的运行定值，IIC接口 13是两线串行接口，用于读写EEPROM芯片AT24C64D，AT24C64D芯片存储容量为64KXPU还设有内部RTC时钟模块14，内部RTC时钟模块设有独立电池。在掉电之后，本实施例断路器智能控制器可外接32.768KHz的振荡器输入，方便计时。CPU还包括485接口部分，由带隔离的型号为ADM2483的增强型RS-485收发器构成主处理器的串口与物理LIN总线之间的通信通道，物理总线上并联的匹配电阻为I个120欧姆电阻，且增加对过压起到保护作用的TVS管。结合图6，ADM2483的第12脚、13脚连接于⑶N4的第I脚、2脚。看门狗采用MAX823芯片，复位时间1.12秒、1.60秒、2.40秒可选，用于在CPU软件陷入死循环的时候，复位装置。
[0031]优选地，该断路器用智能控制器还包括AC/DC电源芯片21、线性稳压芯片22和隔离电源芯片23，隔离电源芯片23连接于CPU，AC/DC电源芯片21连接于电流CT模块，将220V交流电转换为5V电压电源，为液晶模块、LED灯和GPRS模块供电，并将5V电压电源传输至线性稳压芯片22，线性稳压芯片22将5V电压电源转换为3.3V电压电源，为USB接口供电，并将3.3V电压电源传输至隔离电源芯片23，隔离电源芯片23将3.3V电压电源转换为5V隔离电压电源，为RS485接口供电，AC/DC电源芯片21还用于将220V交流电转换为12V电压电源，为断路器的磁通脱扣供电。AC/DC电源芯片21还连接于辅助电源15，断路器用智能控制器还包括辅助电源15。电源CT供电单相不低于0.8倍的额定电流时或三相不低于0.4倍的额定电流时控制器能正常工作。辅助电源保证断路器断开母线时，控制器继续工作。
[0032]尽管本实用新型已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本实用新型不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
【主权项】
1.一种断路器用智能控制器，其特征在于，包括: 电流CT模块、ADC模拟数字转换模块、DMA传输模块、内存模块、CRJ和液晶模块， 所述CRJ设有液晶接口、SPI接口和数据传输接口， 所述液晶接口连接所述液晶模块，所述SPI接口用于读写所述SPI接口连接的Flash芯片，所述数据传输接口连接所述DMA传输模块， 所述电流CT模块采集断路器母线的电流，所述ADC模拟数字转换模块对电流进行取样，所述DMA传输模块传输所述ADC模拟数字转换模块的采样数据至所述内存模块， 所述CPU在超过电流定值时，控制所述断路器采取保护动作，所述液晶模块显示故障信息，所述SPI接口将所述故障信息写入所述Flash芯片。2.根据权利要求1所述断路器用智能控制器，其特征在于，还包括: GPRS模块，连接于GPRS接口，所述GPRS模块向后台主站进行无线通信，传输所述断路器母线的实时数据或故障信息，所述CHJ还设有所述GPRS接口。3.根据权利要求1或2所述断路器用智能控制器，其特征在于， 所述CRJ还设有USB接口，所述USB接口内部包括USB转UART桥接器控制器。4.根据权利要求1所述断路器用智能控制器，其特征在于，还包括: 功能按键，所述功能按键用于向所述CPU发送控制指令和/或参数修改指令。5.根据权利要求1所述断路器用智能控制器，其特征在于，还包括: LED灯，所述LED灯连接于LED控制接口，用于指示所述断路器用智能控制器当前的工作状态，所述CPU设有所述LED控制接口。6.根据权利要求3所述断路器用智能控制器，其特征在于， 所述CPU还设有RS232接口，所述RS232接口内部包含串口逻辑电平转换芯片，用于和外部串口设备进行通信。7.根据权利要求3所述断路器用智能控制器，其特征在于，还包括: EEPROM芯片，连接于IIC接口，所述EEPROM芯片用于存储所述断路器用智能控制器的运行定值，所述CHJ还设有所述IIC接口。8.根据权利要求1所述断路器用智能控制器，其特征在于， 所述CPU还设有内部RTC时钟模块，所述内部RTC时钟模块设有独立电池。9.根据权利要求3所述断路器用智能控制器，其特征在于，还包括: AC/DC电源芯片、线性稳压芯片和隔离电源芯片， 所述AC/DC电源芯片连接于所述电流CT模块，将220V交流电转换为5V电压电源，为所述液晶模块、LED灯和GPRS模块供电，并将所述5V电压电源传输至所述线性稳压芯片，所述线性稳压芯片将所述5V电压电源转换为3.3V电压电源，为所述USB接口供电，并将所述3.3V电压电源传输至所述隔离电源芯片， 所述隔离电源芯片将所述3.3V电压电源转换为5V隔离电压电源，为RS485接口供电， 所述AC/DC电源芯片还用于将220V交流电转换为12V电压电源，为所述断路器的磁通脱扣供电。10.根据权利要求9所述断路器用智能控制器，其特征在于， 所述AC/DC电源芯片还连接于辅助电源，所述断路器用智能控制器还包括辅助电源。
【文档编号】H02H3/00GK205544607SQ201620257883
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】方寿贤, 陈栩, 李进, 王学虎, 钱鸿, 倪家键, 任宝军, 张磊
【申请人】南京大全自动化科技有限公司