专利名称：一种组合开关控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电路保护技术，具体地说，是涉及一种组合开关控制器。
背景技术：
现有的三相交流电流采集以及过流保护，一般都是先采集交流信号，然后将交流 信号转换为直流信号，然后由PLC等电路对该直流信号进行电流检测，判断该直流信号相 应的交流信号是否处于过流状态，最后在需要的情况再根据判断结果采取适当的保护措 施。现有技术由于存在交流变直流这一转换过程，因此时间成本较大，而且还需要有变送器 等转换器件完成交流到直流的转换，器件成本也高。另外，在电网系统中，难免会出现漏电的现象，而在一些场合，漏电而产生的电火 花或电弧可能会导致危险情况的发生，比如在井下煤矿等环境中充满危险气体的场合，可 能会引发火灾或爆炸等危险。因此，需要在系统上电之前进行漏电检测，及时发现是否存在 漏电的情况。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，在于需要提供一种组合开关控制器，能够采集 环境中的数据，并进行过流和漏电保护。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种组合开关控制器，包括PLC，分别与所述PLC相连的信号采集控制器和超前漏电检测器；所述信号采集控制器用于采集三相交流电流获得电流参数，根据该电流参数和预 设的电流门限值判断所述三相交流电流是否过流，过流时输出第一开关控制信号或发送保 护信号给所述PLC ；所述超前漏电检测器用于测量漏电电阻的阻值并发送给所述PLC ；所述PLC用于判断所述漏电电阻的阻值是否小于一预设的电阻阈值，如果小于则 输出第二开关控制信号；以及根据所述保护信号输出第二开关控制信号。进一步地，所述信号采集控制器具体包括输入输出板和CPU板；所述输入输出板用于采集三相交流电流获得电流参数并发送给CPU板，根据CPU 板发送的保护信号输出第一开关控制信号或发送保护信号给所述PLC ；所述CPU板与所述输入输出板相连，用于保存所述电流门限值，根据所述输入输 出板采集的电流参数判断所述三相交流电流是否大于或等于所述电流门限值，是则产生保 护信号并发送给所述输入输出板。进一步地，所述输入输出板具体包括交流电量采集芯片以及保护继电器，其中所述交流电量采集芯片用于采集三相交流电流，获得所述电流参数，并将该电流 参数发送给所述CPU板；[0017]所述保护继电器当接收到所述保护信号时其动触点与静触点断开。进一步地，所述CPU板具体包括存储器、串行总线接口以及比较器；所述存储器用于保存所述电流门限值；所述串行总线接口与所述比较器及所述输入输出板上的交流电量采集芯片相连， 将该交流电量采集芯片获得的所述电流参数发送给所述比较器；所述比较器与所述存储器及所述串行总线接口相连，比较所述电流参数是否大于 或者等于该电流门限值，是则产生所述保护信号并发送给所述输入输出板。进一步地，所述输入输出板还包括一选择器，包括一输入端，至少两个输出端以及一控制端；所述输入端与所述比较器相连，第一输出端与所述继电器的线圈相连，第二输出 端与所述PLC相连，所述控制端根据接收的控制信号将第一、第二输出端中的一个与所述 输入端连接。进一步地，所述超前漏电检测器具体包括用于生成测量电压的电压生成电路、用于采集系统电压的电压测量电路，和处理 器；及模数转换芯片，分别连接所述电压生成电路和电压测量电路，接收所述测量电压 和系统电压，进行模数转换后发送给所述处理器；用于连接漏电电阻的漏电电阻测量端口，与所述电压生成电路相连；所述漏电电阻对所述测量电压进行分压；所述处理器根据所述测量电压的降低幅 度确定所述漏电电阻的阻值并发送。进一步地，各所述电压生成电路分别包括用于输出稳定的参考电压的电压参考 源；运算放大器，与所述电压参考源的输出端相连，将所述参考电压放大为基准电 压；分压电路，与所述运算放大器相连，以及所述模数转换芯片的一个通道相连，由所 述基准电压分压得到测量电压，输入给相连的所述模数转换芯片的通道；所述漏电电阻测量端口与所述分压电路相连。进一步地，所述分压电路包括依次串联在所述运算放大器输出端和地线之间的第 一电阻和第二电阻；所述第二电阻的两端连接到所述第一模数转换芯片的输入端上；所述漏电电阻测量端口包括分别与所述漏电电阻两端相连的第一连接端子和第 二连接端子，分别连接到所述第二电阻的两端。进一步地，所述电压生成电路为七个，与所述七个电压生成电路一一对应相连的 七个漏电电阻测量端口 ；所述模数转换芯片包括至少七个通道，分别为第一到第七通道；各所述电压生成电路中的分压电路分别连接所述模数转换芯片的第一到第七通道。进一步地，所述电压测量电路包括第一、第二电压测量端子，所述系统电压加在所述第一、第二电压测量端子之间； 所述模数转换芯片还包括第八通道；[0042]所述整流滤波电路与所述第一、第二电压测量端子、以及所述模数转换芯片的第 八通道相连，对系统电压进行整流和滤波后输入到所述模数转换芯片的第八通道。本实用新型能够采集环境中的数据，并进行过流和漏电保护。本实用新型的优化 方案直接对交流电流进行采集和判断，缩短了信号采集时间，增强了数据采集和处理的实 时性，而且过流响应时间短，缩短了电流过流时的保护时间。另外，本实用新型采用交流电 流直接采样，与现有技术相比还省略了变送器环节，降低了器件成本的同时还减少了故障 发生率。本实用新型的另一优化方案可以避免测量中需要另外搭电路才能检测电阻的问 题；其优化方案可以检测多路直流电阻测量，以进行供电前的漏电检测。

图1为实施例一中的组合开关控制器的示意框图；图2为实施例一中的信号采集控制器的示意框图；图3为实施例一中的超前漏电检测器的示意框图；图4为实施例一中的超前漏电检测器的使用示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，
以下结合附图对本实用新型 作进一步地详细说明。实施例一，一种组合开关控制器，如图1所示，包括PLC，分别与所述PLC相连的信号采集控制器和超前漏电检测器； 所述信号采集控制器用于采集三相交流电流获得电流参数，根据该电流参数和预 设的电流门限值判断所述三相交流电流是否过流，过流时输出第一开关控制信号或发送保 护信号给所述PLC ；所述超前漏电检测器用于测量漏电电阻的阻值并发送给所述PLC ；所述PLC用于判断所述漏电电阻的阻值是否小于一预设的电阻阈值，如果小于则 输出第二开关控制信号；以及根据所述保护信号输出第二开关控制信号。本实施例中，所述信号采集控制器如图2所示，具体包括输入输出10板和CPU 板；所述10板用于采集三相交流电流获得电流参数并发送给CPU板，根据CPU板发送 的保护信号输出第一开关控制信号或发送保护信号给所述PLC ；所述CPU板与所述10板相连，用于保存所述电流门限值，根据所述10板采集的电 流参数判断所述三相交流电流是否大于或等于所述电流门限值，是则产生保护信号并发送 给所述10板。在本实施例中，该电流参数为该三相交流电流的瞬时值，该电流门限值也为一交 流电流瞬时值。本实施例的一种实施方式如图2所示，所述10板具体可以包括交流电量采集芯片 以及保护继电器，其中所述交流电量采集芯片用于采集三相交流电流，获得所述电流参数，并将该电流 参数发送给所述CPU板；[0060]所述保护继电器的线圈与所述CPU板相连，当接收到所述保护信号时其动触点与 静触点断开。所述动触点和静触点可连接在系统总开关的控制电路两端，该实施方式中，所 述一开关控制信号是指所述动触点和静触点由连接改为断开。比如所述系统总开关为一接 触器，其主触点分别连接三相电路，其线圈两端分别与所述动触点和静触点相连，当所述动 触点与静触点断开时，所述接触器的主触点将由于线圈断电而断开，从而切断系统的三相 电路，以实现保护。所述保护继电器可以为一常开型继电器，此时所述保护信号为停止给该保护继电 器的线圈供电；所述保护继电器也可以为一常闭型继电器，此时所述保护信号为开始给该 保护继电器的线圈供电。需要说明的是，所述交流电量采集芯片采集交流电流时，并没有将交流电流转换 成直流电流，而是直接获得交流电流参数并发送给CPU板进行过流判断。在该实施方式中，所述CPU板如图2所示，具体可以包括存储器、串行总线接口 (SPI)以及比较器，其中所述存储器用于保存所述电流门限值；所述SPI与所述比较器及所述10板上的交流电量采集芯片相连，将该交流电量采 集芯片获得的所述电流参数发送给所述比较器；所述比较器与所述存储器及SPI相连，比较所述电流参数是否大于或者等于该电 流门限值，是则产生所述保护信号并发送给所述10板。所述CPU板还可以包括一输入接口，接收用户或PLC输入的所述电流门限值并保 存在所述存储器中。本实施例的另一种实施方式与上述实施方式类似，所述10板还包括一选择器，包 括一输入端，至少两个输出端以及一控制端；所述输入端与所述比较器相连，第一输出端与 所述继电器的线圈相连，第二输出端与所述PLC相连，所述控制端根据接收的控制信号将 第一、第二输出端中的一个与所述输入端连接，即将所述保护信号输出给所述保护继电器 或所述PLC。所述选择器的控制端接收的控制信号可以由用户输入或PLC设置。其中，当进行快速保护时，使能所述选择器的第一输出端；进行慢速保护时，使能 所述选择器的第二输出端，可通过背板通讯将所述保护信号发送给所述PLC，由所述PLC实 施电路保护。其中，所述交流电量采集芯片设置有若干量程，采用若干量程分别对三相交流电 流进行测量，获得若干量程下的不同电流参数。提高了测量精度并扩大测量范围，以避免出 现测量死区。现有技术在电流较大或者较小时，在测量范围的左右两侧，精度难以保证，而 且左右两侧含有测量死区。本实施例中，所述超前漏电检测器如图3所示，具体可以包括处理器、A/D芯片、若干个用于生成测量电压的电压生成电路、若干个用于连接漏 电电阻的漏电电阻测量端口 ；还可以进一步包括若干个用于采集系统电压的电压测量电 路；所述处理器分别通过所述A/D芯片连接所述电压生成电路和电压测量电路，接收 所述A/D芯片转换后的测量电压和系统电压；根据测量电压计算漏电电阻并发送。[0075]所述A/D芯片分别与所述电压生成电路、所述电压测量电路和所述处理器相连， 将所述测量电压和系统电压转换为数字信号发送给所述处理器；所述漏电电阻测量端口与所述电压生成电路一一对应相连；当外部漏电时，所产生的漏电电阻对所述测量电压进行分压；所述处理器根据测 量电压的降低幅度确定漏电电阻的阻值并发送给所述PLC。在供电线路还未送电之前超前漏电检测器检测漏电电阻RX，而供电后超前漏电检 测器是不检测对地电阻的，只测量系统电压。正常情况时输电线路无漏电，如图4所示，其中第一开关K1是断开的，线路的对地 电阻可以认为是无穷大，该对地电阻就是超前漏电检测器所测量到的漏电电阻RX。当漏电 电阻RX无穷大时，所述PLC判断所述RX所在的输电线路正常，可以供电，闭合该输电线路 的供电闸K2、K3和K4。当有漏电时相当于K1闭合，漏电电阻RX被所述超前漏电检测器测 量到；如果漏电电阻RX的阻值小于一预设的阈值则处理器判断线路故障，不允许供电，所 述PLC断开供电闸K2、K3和K4。本实施例中，所述电压生成电路为7个，所述漏电电阻测量端口为7个，所述A/D 芯片包括至少8个通道，分别为第一到第八通道；实际应用时，可以根据需要调整。图3和 图4中都只画出了所述第一通道所连接的电压生成电路，及该电压生成电路所连接的漏电 电阻测量端口 ；图4中的第一开关K1，以及供电闸K2、K3和K4是属于第一通道所测量的漏 电电阻RX所在的输电线路上的开关及供电闸。本实施例中，各所述电压生成电路如图3所示，可以分别具体包括用于输出稳定的参考电压的电压参考源、运算放大器、和分压电路；所述运算放大器与所述电压参考源的输出端、以及分压电路相连，将所述参考电 压放大为基准电压，输入给所述分压电路；所述分压电路与所述运算放大器、以及所述A/D芯片的一个通道相连，由所述基 准电压分压得到测量电压，输入给相连的所述A/D芯片的通道。所述漏电电阻测量端口与所述分压电路相连。实际应用时，也不排除用别的电路来生成所述测量电压。各所述电压生成电路中的分压电路分别连接所述A/D芯片的第一到第七通道，可 以测量七路漏电电阻。本实施例中，所述电压参考源可以但不限于为输出4.096V参考电压的电压参考 源；所述运算放大器可以但不限于为将4. 096V参考电压放大为12. 288V基准电压的运算放 大器；所述分压电路可以但不限于为由12. 288V基准电压分压得到10V测量电压的分压电路。本实施例中，一个所述分压电路包括依次串联在所述运算放大器输出端和地线之 间的第一电阻R1和第二电阻R2 ；所述第二电阻R2的两端连接到所述A/D芯片的输入端上。 实际应用时，可以用别的分压电路实现。所述漏电电阻测量端口包括分别与所述漏电电阻两端相连的第一连接端子和第 二连接端子，分别连接到所述第二电阻R2的两端。测量时，所述漏电电阻RX连接在所述第一连接端子和第二连接端子之间，也就是 和所述第二电阻R2并联后，连接在所述第一电阻R1和地线之间；此时并联电阻R的阻值将比所述第二电阻R2的阻值小，其倒数为所述第二电阻R2的阻值的倒数，加上所述漏电电阻 RX的阻值的倒数，因此测量电压也会相应降低。所述处理器根据测量电压、基准电压、第一 电阻R1、第二电阻R2的阻值就可以得到R的阻值，并进一步得到所述漏电电阻RX的阻值。加入第一电阻R1的作用与好处当对电器设备的漏电流是有要求时，此处所用 的第一电阻R1的好处就是当漏电电阻RX两端直接相连时本超前漏电检测器的漏电流是 < 1mA的，如果没有第一电阻R1，漏电电阻RX被短接，那么由于基准所提供驱动能力较大， 此时超前漏电检测器的漏电流会较大的，所以加了第一电阻R1。本实施例中，所述电压测量电路可以但不限于为1个，包括第一、第二电压测量端子、和整流滤波电路；所述系统电压加在所述第一、第二电压测量端子之间；本实施例中，所述系统电压 为交流85 264V。所述整流滤波电路与所述第一、第二电压测量端子、以及所述A/D芯片的第八通 道相连，对系统电压进行整流和滤波后输入到所述A/D芯片的第八通道；所述A/D芯片的第八通道与所述整流滤波电路和处理器相连，将整流滤波后的系 统电压转换为数字信号发送给所述处理器。实际应用时，也不排除用别的电路来测量所述系统电压。本实施例中，所述处理器将所述A/D芯片第一到第七通道中的全部或部分所测得 的阻值一起发送给所述PLC ；如果第八通道测得系统电压，则也发送给所述PLC。所述PLC 分别判断各通道测得的阻值是否超过所述预设的阈值(针对各通道的预设的阈值可以相 同或不同)，如果某一通道测得的阻值超过，则输出第二开关控制信号断开该通道所连接的 漏电电阻所对应的电路；本实施例中，所述PLC输出第二开关控制信号可以是指断开与相 应系统总开关的控制电路相连的内部继电器的动、静触点。本实施例中，所述超前漏电检测器还包括指示灯、内部电源。所述指示灯包括电源指示灯，连接在内部电源的3. 3V输出和地之间，用于指示超 前漏电检测器是否正常上电，指示灯亮起表示正常上电。所述指示灯还包括错误指示灯，所述处理器为CPU芯片；所述错误指示灯连接在 所述CPU芯片的10脚和所述内部电源的地之间，由所述CPU芯片控制亮和灭，当CPU芯片 诊断到超前漏电检测器处于错误状态时点亮此灯。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉该技术的人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化 或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利 要求的保护范围为准。
权利要求一种组合开关控制器，其特征在于，包括PLC，分别与所述PLC相连的信号采集控制器和超前漏电检测器；所述信号采集控制器用于采集三相交流电流获得电流参数，根据该电流参数和预设的电流门限值判断所述三相交流电流是否过流，过流时输出第一开关控制信号或发送保护信号给所述PLC；所述超前漏电检测器用于测量漏电电阻的阻值并发送给所述PLC；所述PLC用于判断所述漏电电阻的阻值是否小于一预设的电阻阈值，如果小于则输出第二开关控制信号；以及根据所述保护信号输出第二开关控制信号。
2.如权利要求1所述的组合开关控制器，其特征在于，所述信号采集控制器具体包括 输入输出板和CPU板；所述输入输出板用于采集三相交流电流获得电流参数并发送给CPU板，根据CPU板发 送的保护信号输出第一开关控制信号或发送保护信号给所述PLC ；所述CPU板与所述输入输出板相连，用于保存所述电流门限值，根据所述输入输出板 采集的电流参数判断所述三相交流电流是否大于或等于所述电流门限值，是则产生保护信 号并发送给所述输入输出板。
3.如权利要求2所述的组合开关控制器，其特征在于，所述输入输出板具体包括 交流电量采集芯片以及保护继电器，其中所述交流电量采集芯片用于采集三相交流电流，获得所述电流参数，并将该电流参数 发送给所述CPU板；所述保护继电器当接收到所述保护信号时其动触点与静触点断开。
4.如权利要求3所述的组合开关控制器，其特征在于，所述CPU板具体包括 存储器、串行总线接口以及比较器；所述存储器用于保存所述电流门限值；所述串行总线接口与所述比较器及所述输入输出板上的交流电量采集芯片相连，将该 交流电量采集芯片获得的所述电流参数发送给所述比较器；所述比较器与所述存储器及所述串行总线接口相连，比较所述电流参数是否大于或者 等于该电流门限值，是则产生所述保护信号并发送给所述输入输出板。
5.如权利要求4所述的组合开关控制器，其特征在于，所述输入输出板还包括 一选择器，包括一输入端，至少两个输出端以及一控制端；所述输入端与所述比较器相连，第一输出端与所述继电器的线圈相连，第二输出端与 所述PLC相连，所述控制端根据接收的控制信号将第一、第二输出端中的一个与所述输入 端连接。
6.如权利要求1到5中任一项所述的组合开关控制器，其特征在于，所述超前漏电检测 器具体包括用于生成测量电压的电压生成电路、用于采集系统电压的电压测量电路，和处理器；及 模数转换芯片，分别连接所述电压生成电路和电压测量电路，接收所述测量电压和系 统电压，进行模数转换后发送给所述处理器；用于连接漏电电阻的漏电电阻测量端口，与所述电压生成电路相连； 所述漏电电阻对所述测量电压进行分压；所述处理器根据所述测量电压的降低幅度确定所述漏电电阻的阻值并发送。
7.如权利要求6所述的组合开关控制器，其特征在于，各所述电压生成电路分别包括 用于输出稳定的参考电压的电压参考源；运算放大器，与所述电压参考源的输出端相连，将所述参考电压放大为基准电压；分压电路，与所述运算放大器相连，以及所述模数转换芯片的一个通道相连，由所述基 准电压分压得到测量电压，输入给相连的所述模数转换芯片的通道；所述漏电电阻测量端口与所述分压电路相连。
8.如权利要求7所述的组合开关控制器，其特征在于所述分压电路包括依次串联在所述运算放大器输出端和地线之间的第一电阻和第二 电阻；所述第二电阻的两端连接到所述第一模数转换芯片的输入端上；所述漏电电阻测量端口包括分别与所述漏电电阻两端相连的第一连接端子和第二连 接端子，分别连接到所述第二电阻的两端。
9.如权利要求7所述的组合开关控制器，其特征在于所述电压生成电路为七个，与所述七个电压生成电路一一对应相连的七个漏电电阻测 量端口 ；所述模数转换芯片包括至少七个通道，分别为第一到第七通道；各所述电压生成电路中的分压电路分别连接所述模数转换芯片的第一到第七通道。
10.如权利要求9所述的组合开关控制器，其特征在于，所述电压测量电路包括第一、第二电压测量端子，所述系统电压加在所述第一、第二电压测量端子之间；所述模数转换芯片还包括第八通道；所述整流滤波电路与所述第一、第二电压测量端子、以及所述模数转换芯片的第八通 道相连，对系统电压进行整流和滤波后输入到所述模数转换芯片的第八通道。
专利摘要本实用新型公开了一种组合开关控制器，包括PLC，分别与所述PLC相连的信号采集控制器和超前漏电检测器；所述信号采集控制器用于采集三相交流电流获得电流参数，根据该电流参数和预设的电流门限值判断所述三相交流电流是否过流，过流时输出第一开关控制信号或发送保护信号给所述PLC；所述超前漏电检测器用于测量漏电电阻的阻值并发送给所述PLC；所述PLC用于判断所述漏电电阻的阻值是否小于一预设的电阻阈值，如果小于则输出第二开关控制信号；以及根据所述保护信号输出第二开关控制信号。本实用新型能够采集环境中的数据，并进行过流和漏电保护。
文档编号G01R31/02GK201601464SQ20092022295
公开日2010年10月6日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者侯爱林, 徐昌荣, 徐毓军, 王国锋, 王玉铭, 石鹏 申请人:北京和利时自动化驱动技术有限公司