專利名稱：一種晶閘管選相開關試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種晶閘管選相裝置試驗裝置，屬于電器檢驗技術領域。
背景技術：
晶閘管選相開關試驗裝置，是通過控制晶閘管的觸發脈沖相位來控制 合閘的投入角度，以達到檢測設備所需的電流電壓波形等要求。目前，檢測設備主要采用的技術是通過機械式開關，靠人工操作來實 現。傳統的機械式開關無法實現任意開通角度和輸出波形的控制。如用于 上海電器科學研究所(集團)有限公司下屬的上海設備檢測中心晶閘管選相開關裝置。隨著技術的進步，傳統的檢測設備靠人工來的操作的將越來越少，將 逐步的被智能化、網絡化(帶現場總線接口)的檢測設備所替代。因此，有必要對晶閘管選相開關試驗裝置進行改進。 發明內容本實用新型的目的在于提供一種晶閘管選相開關試驗裝置，該裝置運 用綜合微處理器和晶閘管技術，通過控制晶閘管的觸發脈沖相位來控制合 閘的投入角度，以達到檢測設備所需的電流電壓波形要求。為達到上述目的，本實用新型的技術方案是該晶閘管選相開關試驗裝置包括主CPU、輸入輸出信號采集電路、控制電源、輸入輸出接口、觸 摸屏通信、上位機通信、CPLD信號處理電路和晶閘管觸發電路。主CPU采用日立公司的+六位處理器芯片，通過內部定時器產生六 個等間隔的相位可控的觸發脈沖前沿，并使用CPLD進行邏輯運算，形成
要求形狀的調制脈沖觸發晶閘管。輸入輸出信號采集通過max319電子開關切換交流輸入電壓電流信 號，采用精度較高的運算放大器叩07輸出信號，通過4052切換不同輸入 到單片機H8/3687的AD 口，使用片內10位的A/D。操作顯示部分使用了 5.7英寸256色真彩的液晶觸摸顯示屏，直觀的 圖形界面和簡單的操作來實現本地控制功能。控制電源為220V開關電源，使用TOP223芯片，使用定制變壓器， 輸出+5V (800mA) ，+9V,-9V (為運算放大器的電源)，+24V (400mA) 為輔助繼電器電源。另外+G24V隔離電源，專供外部輸入信號使用，+G5V 為通信使用。為了保證穩定，+9V，-9V， +05￥采用三端穩壓源。由于觸發 晶閘管的電流較大，所以采用另外接24的直流電源。通信電路均采用485/ModBus通信協議，采用光藕隔離輸入輸出信號， 接口 1與觸摸屏通訊，接口 2與上位機通訊。在軟件設計上，設備上電后，完成程序初始化過程后， 一直等待設備的 啟動信號，在這個過程中，用戶可以通過本地觸摸屏的操作面板或者遠程 的上位機修改相應的各種相關的參數，同時也可以查看一些測量的數據， 如電壓、電流、故障狀態等。當設備處于工作階段，用戶在這時修改的參 數要到下一次設備工作的時候才會有效。在整個設備的工作過程中,時刻判斷故障,一旦檢測出故障,立即進入故 障處理程序,封鎖設備，發出故障報警信號。本實用新型的有益效果利用晶閘管作為開關模塊與機械式開關相 比，具有體積小、重量輕、開關速度快、靈敏度高、動作無噪音、防暴、 無火花、壽命長、免維護、耐震動、抗沖擊、可靠性高等優點。該裝置采 用全數字控制，圖形數字菜單操作，集控制，測量，保護功能于一身，功 能強大，操作直觀，性能可靠，是高性價比的新一帶控制檢測設備。該裝
置的使用將使設備的試驗能力上一個新的臺階，具有一定的經濟效益。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作詳細的說明。

圖1是本實用新型的晶閘管試驗裝置的硬件總體框圖； 圖2是本實用新型的晶閘管試驗裝置的電壓信號采集示意圖； 圖3是本實用新型的晶閘管試驗裝置的電流信號采集示意圖； 圖4是本實用新型的晶閘管試驗裝置的通訊電路示意圖； 圖5是本實用新型的晶閘管試驗裝置的輸入輸出電路示意圖； 圖6是本實用新型的晶閘管試驗裝置的晶閘管輸出觸發電路示意圖； 圖7是本實用新型的晶閘管試驗裝置的軟件總體流程圖； 圖8 (a、 b)是本實用新型的晶閘管試驗裝置的信號采集程序流程圖； 圖9是本實用新型的晶閘管試驗裝置的通信程序流程圖； 圖IO是本實用新型的晶閘管試驗裝置的晶閘管觸發程序流程圖。
具體實施方式
參照圖1,這是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的硬件總體框 圖。如圖所示，該裝量包括主CPU (1)、輸入輸出信號采集電路(2)、 開關電源(3)、輸入輸出接口 (4)、觸摸屏通信(5)、上位機通信(6)、 CPLD信號處理電路(7)、晶閘管觸發電路(8)、功率回路(9)、晶閘管 (10);其電信號傳遞關系是晶閘管觸發電路(8)去觸發晶閘管(IO)， 將信號傳給輸入信號采集電路(2)，經過主CPU (1)處理后，分別到觸 摸屏通信(5)、上位機通信(6)和輸入輸出接口 (4) 、 CPLD信號處理 電路(7),開關電源(3)供電給主CPU (1)，晶閘管(10)到功率回路(9)， 并將信號輸出信號(2)。所述的主CPU(l)，采用日立公司的16位處理器芯片，芯片對晶閘
管輸入輸出的信號進行采集，通過分析計算，通過內部定時器產生六個等間隔的相位可控的觸發脈沖前沿，并使用CPLD進行邏輯計算，形成要求 形狀的調制脈沖觸發晶閘管。裝置電源由AC220V的開關電源提供。裝置 同時檢測輸入信號，用于實現對裝置的遠程控制。裝置同時通過輸出節點 輸出同步信號和故障信號。本裝置通過通訊接口實現與觸摸屏和上位機的 通信。參照圖2，是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的電壓信號采集 示意圖。如圖所示，電壓信號，通過電壓互感器，然后經過運放電路進行放大 處理。運放輸出的電壓信號一路通過電子開關切換直接進入芯片進行AD 轉換， 一路產生翻轉信號，通過電子開關切換進入芯片進行AD轉換，還 有一路產生過零檢測信號，進入芯片。參照圖3 ,是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的電流信號采集 示意圖。如圖所示，電流信號，通過電流互感器，然后經過運放電路進行 放大處理。運放輸出的電流信號一路通過電子開關切換直接進入芯片進行 AD轉換， 一路產生翻轉信號，通過電子開關切換進入芯片進行AD轉換, 還有一路產生過零檢測信號，進入芯片。參照圖4,是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的通訊電路示意 圖。如圖所示，芯片的串口輸出首先通過高速光電耦合器，進行信號的光 電隔離。然后通過通信協議轉換。 一路與上位機進行通信，通過相關的協 議完成本地操作的所有功能(選擇運行模式、參數設置、控制起停、狀態 指示等)； 一路與5.7英寸256色真彩的液晶觸摸顯示屏進行通信，進行 相應的參數的修改和操作，實現本地控制。參照圖5,是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的輸入輸出電路 示意圖。如圖所示，本裝置共有六路數字量的輸入，用于遠程控制，包括
起停、停止和模式選擇等。輸入信號手心進行光電隔離，然后進入芯片進 行檢測。本裝置提供三個輸出繼電器用于同步信號和故障信號的輸出，每個繼電器提供一副5A、 250V (阻性負載)常開節點。參照圖6,是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的晶閘管輸出觸 發電路示意圖。在觸發的時候要保證每組管子都要在同一時刻導通，不能 存在延時，否則就會引起晶閘管導通存在先后，可能引起由于晶閘管兩端 達不到導通所需的壓降，從而使個別的晶閘管沒有導通，而導通的管子又 承受太大的電流，致使晶閘管瞬間就擊穿損壞。所以觸發的關鍵是四路觸 發信號的同步，所需的晶閘管也需要在導通特性也需要又一致性。同一向 的晶閘管采用同一個源產生的觸發信號，經過后級的軟件和硬件的處理， 分成四路信號，從而保證四路信號的一致性。如圖所示，芯片輸出PWM 驅動信號，CPLD對信號進行處理，產生調制信號16路輸出，驅動四組晶 閘管，然后經過晶閘管觸發電路控制晶閘管的導通。參照圖7,是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的軟件總體流程圖。設備上電后，完成程序初始化過程后， 一直等待設備的啟動信號，在這 個過程中，用戶可以通過本地觸摸屏的操作面板或者遠程的上位機修改相 應的各種相關的參數，同時也可以查看一些測量的數據，如電壓、電流、 故障狀態等。當設備處于工作階段，用戶在這時修改的參數要到下一次設 備工作的時候才會有效。在整個設備的工作過程中,時刻判斷故障，一旦檢 測出故障，立即進入故障處理程序，封鎖設備，發出故障報警信號。上述流程，其步驟如下[設備上電]后，先完成[程序初始化]過程，等 待設備的啟動信號，在整個設備的工作過程中，[是否存在故障]，如果是，立 即進入[故障處理]程序,封鎖設備，發出故障報警信號，如果否，到[完成初 始化],進入[等待啟動信號]進行判斷，如果否，返回[等待啟動信號]，
果是，到[設備工作過程]、[等待停止信號],如果否，返回[設備工作過程]， 如果是，則返回[設備工作過程]。參照圖8，是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的信號采集程序 流程圖。如a所示，由于需要測量的數據有0.5%的精度要求。根據硬件方 案，測量的電壓電流信號在通過運放OP07處理后由max319電子開關切 換后，實現負半周波形的翻轉，直接進入主芯片H83687的IO位AD口。 每個周期(20ms)輸入電壓、電流各采樣100次，通過求平方后開根號得 到每個周期的實際值。由100us的基準定時器每200us啟動一次AD采樣。 為了保證精度，每相采樣10次后，把10次值進行平均，顯示的為平均值。如A/D轉換結果經過平方和并開根號后得到值600，對應于電壓值 2100 (需要乘上3.5)，因為A/D有誤差，所以可能在596到604內隨機 變動，此時電壓值2086到2114之間變化，如此看來，從最小到最大值看 來變化比較大，所以現在把10次值相加求平均值，這樣偶然誤差比較小， 可以保證值在600附近變動，從而保證精度。如b所示，為了使串口中斷程序的時間盡可能的短，不影響其他程序 段的運行，在串口中斷程序中只負責數據的接收，并把數據保存到相應的 寄存器里，數據的處理過程都在主程序里判斷執行。上述的流程，其步驟如下從[采樣定時器中斷]開始，進入[起動AD 轉換，開始采樣]、[AD中斷內處理采樣數值],如果否，則返回[采樣定時 器中斷]，如果是，進入[采樣次數IOO]進行判斷，如果否，返回[采樣定時 器中斷],如果是，到(處理一個周期的采樣值]。參照圖9,是本實用新型的晶閘選相開關管試驗裝置的通信程序流程 圖。如圖所示，為了用戶操作起來更簡便、看起來更美觀，顯示操作部分 采用的是5.7英寸256色真彩的液晶觸摸顯示屏，圖形化、實體化設計， 全中文界面。 通信部分除了與觸摸屏通信外，另外還有一路是與上位機的通信，兩者都采用Modbus的通信協議。為了使兩者的通信都能同時有效，所有的 設置參數都保存在主控制器的本體上，通過定時的不斷通信來實時的交換 數據，實現多種模式的控制方式。上述的流程，其步驟如下從[通信串口中斷]開始，到[判斷通信地址]進 行判斷，如果否，[退出中斷程序]，如果是，到[保存數據]、[置相應標志 位],然后到[退出中斷程序]。參照圖10，是本實用新型的晶閘管選相開關試驗裝置的晶閘管觸發程 序流程圖。如圖所示，為保證控制的準確度和精度，本裝置采用軟件和硬件相結合的方式。產生的觸發信號通過硬件的PWM產生，軟件方面只要 根據相應的判斷給一個使能信號，當使能信號與PWM信號同時有效， CPLD控制器就發相應的觸發脈沖給晶閘管。為在觸發的時候要保證每組管子都要在同一時刻導通，不能存在延 時，要求四路觸發信號的同步，所需的晶閘管也需要在導通特性也需要又 一致性。同一向的晶閘管采用同一個源產生的觸發信號，經過后級的軟件 和硬件的處理，分成四路信號，從而保證四路信號的一致性。雖然本實用新型己參照上述的實施例來描述，但是本技術領域中的普 通技術人員，應當認識到以上的實施例僅是用來說明本實用新型，應理解 其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本實用新型，所以并非作為 對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神范圍內，對以上所述 的實施例的變化、變形都將落入本實用新型權利要求的保護范圍。
權利要求1、一種晶閘管選相開關試驗裝置，用于電器設備檢測，其特征在于該裝置包括主CPU(1)、輸入輸出信號采集電路(2)、開關電源(3)、輸入輸出接口(4)、觸摸屏通信(5)、上位機通信(6)、CPLD信號處理電路(7)、晶閘管觸發電路(8)、功率回路(9)、晶閘管(10)；其電信號傳遞關系是晶閘管觸發電路(8)去觸發晶閘管(10)，將信號傳給輸入信號采集電路(2)，經過主處理后，分別到觸摸屏通信(5)、上位機通信(6)和輸入輸出接口(4)、CPLD信號處理電路(7)，開關電源(3)供電給主CPU(1)，晶閘管(10)到功率回路(9)，并將信號輸出信號(2)。
2、 如權利要求l所述的晶閘管選相開關試驗裝置，其特征在于所 述的主CPU (1),釆用十六位處理器芯片，通過內部定時器產生六個等 間隔的相位可控的觸發脈沖前沿，并使用CPLD (7)進行邏輯運算。
3、 如權利要求l所述的晶閘管選相開關試驗裝置，其特征在于所 述的輸入輸出信號采集(2),通過max319電子開關切換交流輸入電壓電 流信號，采用運算放大器op07輸出信號，通過4052切換不同輸入到單片 機H8/3687的AD 口 ，使用片內10位的A/D。
4、 如權利要求l所述的晶閘管選相開關試驗裝置，其特征在于所 述的操作顯示部分，使用了5.7英寸256色真彩的液晶觸摸顯示屏(5)。
5、 如權利要求l所述的晶閘管選相開關試驗裝置，其特征在于所 述的控制電源(3)為220V開關電源，使用TOP223芯片，釆用三端穩壓 源，輸出+5V，+9V，-9V, +24V;另外+G24V隔離電源，專供外部輸入信號 使用，+。5￥為通信使用。
6、如權利要求l所述的晶閘管選相開關試驗裝置，其特征在于所述的上位機通信(6)，有通過相關的協議完成本地操作的所有功能，選 擇運行模式、參數設置、控制起停、狀態指示等；芯片的串口輸出首先通 過高速光電耦合器，進行信號的光電隔離，然后通過通信協議轉換與上位 機進行通信。
7、如權利要求l所述的晶閘管選相開關試驗裝置，其特征在于所 述的輸入輸出接口 (4)包括六路數字量的輸入，用于遠程控制，包括起 停、停止和模式選擇等，輸入信號首先進行光電隔離，然后進入芯片進行 檢測；提供三個輸出繼電器用于同步信號和故障信號的輸出，每個繼電器 提供一副5A、 250V，常開節點。
專利摘要本實用新型涉及一種晶閘管選相開關試驗裝置，該裝置運用綜合微處理器和晶閘管技術，通過控制晶閘管的觸發脈沖相位來控制合閘的投入角度，以達到檢測設備所需的電流電壓波形等要求。該裝置包括主CPU、輸入輸出信號采集電路、開關電源、輸入輸出接口、觸摸屏通信、上位機通信、CPLD信號處理電路、晶閘管觸發電路、功率回路、晶閘管；其電信號傳遞關系是晶閘管觸發電路去觸發晶閘管，將信號傳給輸入信號采集電路，經過主CPU處理后，分別到觸摸屏通信、上位機通信和輸入輸出接口、CPLD信號處理電路，開關電源供電給主CPU，晶閘管到功率回路，并將信號輸出信號。
文檔編號G01R35/00GK201051138SQ20062004820
公開日2008年4月23日 申請日期2006年11月28日 優先權日2006年11月28日
發明者成 應, 徐方榮, 阮于東 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司