专利名称：带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种可远程通信智能保护式永磁接触器，实现了永磁接触器的智
能化和远程通信功能，属于电器智能化、可通信化技术领域。
背景技术：
永磁接触器采用永磁保持、电子控制的方式实现了电磁式接触器的所有功能，而 且具有结构简单、零部件少、几无噪音、受电网电压波动影响小和节能效果显著的优点，国 内外学者和接触器生产厂家对永磁接触器展开了大量的研究。现有的研究主要集中在永磁 接触器的操动机构和模拟控制电路方法上。经检索，专利号为91207494. 9的专利"稀土永 磁微能耗接触器"的中国专利提出了一种E型单稳态永磁操动机构的永磁接触器及其模拟 控制电路，专利号为200410062796. X的专利"永磁式双稳态接触器"的中国专利提出了一 种双稳态永磁操动机构及其模拟控制电路，专利号为200520044326. 0的专利"永磁接触器 控制电路"的中国专利和专利号为200510040937. 2的专利"永磁接触器及其控制装置"的 中国专利研究了永磁接触器的模拟控制电路来实现对永磁接触器的分合闸控制。由于永磁 接触器固有的节能、抗晃电性能好、线圈不易烧毁的优点，使永磁接触器得到了社会的认可 和使用，尤其是钢铁、石化企业。目前市场上出现了许多永磁接触器的生产厂家和销售企 业，因此永磁接触器作为一种新型的节能型开关电器，具有广阔的应用前景和使用价值。 永磁接触器是一种用于远距离频繁地接通和分断交直流主电路及大容量控制电 路的电器，主要控制对象是电器设备以及电动机。目前研究的永磁接触器，功能单一，不具 有智能化功能，主要作为一种现场开关设备用，因此现场电器设备以及电动机的保护、测量 和控制还需要增加一些额外的保护设备、测量设备和控制设备。目前对于现场电器设备以 及电动机的保护主要采用空气开关实现对电动机的短路或堵转保护；利用热继电器完成对 电动机的过载保护，热继电器由于是采用双金属片热效应原理，存在有整定粗糙不准确、受 环境影响大、重复性差和误差大的缺点，因此利用热继电器进行过载保护具有不可靠、不精 确的缺点；同时采用空气开关和热继电器组成的保护模式功能单一，保护不全面，只能对短 路和过载等常规故障进行保护，而要实现对接地/漏电故障、启动超时、三相不平衡、缺相、 低电压/过电压、低电流以及永磁接触器本身故障等进行保护还需要增加额外的复杂保护 设备。另外，对于现场运行的电器设备以及电动机，监测其电流、电压、功率、功率因数、电能 和漏电流是保证电器设备及电动机可靠、高效运行的关键，而常规测量方式要完成对上述 参数的测量还需增加若干变送设备，这样必然增加设备投资成本。而对现场运行的电器设 备以及电动机的控制常采用PLC点对点的控制，这种控制方式造成从现场控制柜至PLC系 统有大量电缆接线，接线多而复杂。此外，需在PLC系统配置足够多的1/0模块，实现对现 场电器设备以及电动机的控制。因此，对于以上的保护、测量、控制方式，如果现场电器设备 以及电动机数量特别多，这样必然一方面造成现场的保护设备、测量变送设备、PLC控制模 块数量多而且复杂，投资成本增加；另一方面如果现场出现故障情况，不能实现集中监控管 理，现场人为查找比较麻烦，不能及时发现故障的原因并及时排除故障，对于一些严重的故障不能及时控制电器设备或电动机断开，可能造成设备的损坏或烧毁。 随着现代电子技术、通信技术、现场总线技术和计算机网络技术的发展，以及随着 现场总线技术广泛应用到过程控制、工业生产自动化控制以及低压配电系统中，这些场合 采用现场总线系统后，低压配电系统要求实现工业自动化的集中管理与监控，提高低压配 电系统的自动化程度，实现信息化动态管理，这也对低压电器提出了高度智能化与可远程 通信功能的要求。低压电器行业"十一 *五"发展规划也明确提出我国低压电器的发展方向 是基于现场总线技术低压电器产品的开发，使其向智能化、可通信、网络化方向发展。因此， 单一功能且只能作为开关的永磁接触器已不能满足低压配电系统自动化的要求，进一步研 究可远程通信技术和智能化保护功能的低压电器已经成为当今电器发展的趋势和主要发 展方向。
发明内容技术问题针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的是提供一种 带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器，把微处理器、计算机网络技术、通信技术 和电器技术融合在一起，实现永磁接触器的智能式保护和远程通信等智能化功能，利用现 场总线通信接口实现与上位机监控系统的远程通信，进一步实现永磁接触器的智能化监 控、测量、设置、保护的通信网络系统。 技术方案为实现上述目的，本实用新型的带有现场总线通信接口的智能保护式 永磁接触器采用如下技术方案 本实用新型的带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器中，交流电源、整 流滤波电路、控制模块、线圈、储能电容顺序串联连接；主回路三相电压采集处理电路、主回 路三相电流采集处理电路、零序电流采集处理电路的输出端分别与采集芯片处理模块的输 入端连接；电源模块、采集芯片处理模块、开关量输入电路的输出端分别接微处理器的输入 端，微处理器的输出端连接控制模块的输入端，液晶显示操作模块、通信模块中的通信协议 芯片和第二光电隔离总线驱动器与微处理器双向连接；电源模块的输入端接交流电源，电 源模块的输出端分别连接采集芯片处理模块、开关量输入电路、液晶显示操作模块、通信模 块的输入端；通信模块中的通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器双向连接，第一光电 隔离总线驱动器、第二光电隔离总线驱动器分别与通信接口输出电路双向连接，通信接口 输出电路与现场总线回路双向连接。 主回路三相电压采集处理电路所采集的三相电压中A相电压经过第三十三电阻 R33与互感器Tl初级相连，互感器Tl的次级分别经过第二十电阻R20、第二i^一电阻R21 后接入采集芯片处理模块的电压输入端口即采集芯片处理模块电路的第13引脚与第14引 脚，第二十二电阻R22并联于互感器T1的两端，第二十电阻R20的一端分别与第二十一电 容C21、第十八电阻R18的一端相连，第二十一电阻R21的一端分别与第十九电阻R19、第 二十二电容C22的一端相连，第二i^一电容C21 、第二十二电容C22的另一端与电源地相连， 第十八电阻R18与第十九电阻R19的另一端与采集芯片处理模块电路的第11引脚相连；所 采集的主回路三相电压中B、 C两相电压采集处理电路接法与A相电压采集处理电路相同。 主回路三相电流采集处理电路通过外接电流互感器采集主回路的三相电流，通过 智能永[0010] 磁接触器本体上的航空插座Current Interface接口与三相电流采集处理电路相 连接，所采集的主回路三相电流中的A相电流分别经过第四电阻R4、第五电阻R5后接入采 集芯片处理模块的电流输入端口即采集芯片处理模块电路的第3引脚与第4引脚，第四电 阻R4的一端分别与第十三电容C13、第二电阻R2的一端相连，第五电阻R5的一端分别与第 三电阻R3、第十四电容C14的一端相连，第十三电容C13、第十四电容C14的另一端与电源 地相连，第二电阻R2与第三电阻R3的另一端与采集芯片处理模块电路的第11引脚相连； 所采集的主回路的三相电流中B、C两相电流采集处理电路接法与A相电流采集处理电路相 同。 零序电流采集处理电路通过外接零序电流互感器采集零序电流，通过智能永磁接 触器本体上的接线端子与零序电流采集处理电路相连接，所采集的零序电流分别经过第 十六电阻R16、第十七电阻R17后接入采集芯片处理模块的零序电流输入端口即采集芯片 处理模块电路的第21引脚与第22引脚，第十六电阻R16的一端分别与第十九电容C19、第 十四电阻R14的一端相连，第十七电阻R17的一端分别与第十五电阻R15、第二十电容C20 的一端相连，第十九电容C19、第二十电容C20的另一端与电源地相连，第十四电阻R14与第 十五电阻R15的另一端与采集芯片处理模块电路的第11引脚相连。 有益效果本实用新型的可远程通信智能保护式永磁接触器实现了永磁接触器的 智能式保护和远程通信等智能化功能，解决了传统方式下的对电器设备以及电动机的保护 设备、测量变送设备和控制设备多而复杂的现象，实现了单一的智能永磁接触器就可以对 现场电器设备以及电动机的全面、精确和可靠的保护、测量和控制功能。智能永磁接触器不 仅实现了对电器设备以及电动机的现场级保护功能，同时这种具有远程通信接口的智能永 磁接触器，利用了现场总线通信接口实现了与上位机监控系统的远程通信，进一步实现永 磁接触器的智能化监控、测量、设置、保护的通信网络系统。
图1为所述的可远程通信智能保护式永磁接触器的电路框图；图2为所述的可远程通信智能保护式永磁接触器的外形结构示意图；图3为所述的主回路三相电压采集处理电路图；图4为所述的主回路三相电流采集处理电路图；图5为所述的零序电流采集处理电路图；图6为所述的采集芯片处理模块电路图；图7为所述的微处理器图；图8为所述的通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器图；图9为所述的第二光电隔离总线驱动器图；图10为通信接口输出电路图；图11为所述的液晶显示操作模块图；图12为所述的开关量输入电路图；图13为所述的可远程通信智能保护式永磁接触器的主程序流程图；图14为所述的保护模块子程序流程图；图15为所述的通信模块中MODBUS现场总
线通信子程序流程图；图16为所述的通信模块中PROFIBUS-DP现场总线通信子程序流程
6图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的可远程通信智能保护式永磁接触器包括依次与交流电 源1相连接的电源模块6和整流滤波电路2，整流滤波电路2的输出端与控制模块3的输 入端相连，控制模块3的输出端与线圈4相连，线圈4的输出端与储能电容5相连；电源模 块6分别与微处理器7、采集芯片处理模块13、液晶显示操作模块8、开关量输入电路14和 通信模块9相连；微处理器7的输入端分别与采集芯片处理模块13、液晶显示操作模块8、 开关量输入电路14、通信模块9中的通信协议芯片91和第二光电隔离总线驱动器93相连 接，微处理器7的输出端分别与控制模块3、液晶显示操作模块8相连接，通信模块9中的通 信协议芯片91经过第一光电隔离总线驱动器92与通信接口输出电路94相连，微处理器7 经过第二光电隔离总线驱动器93与通信接口输出电路94相连，通信接口输出电路94与现 场总线回路15相连，采集芯片处理模块13的输入端分别与主回路三相电压采集处理电路 10、主回路三相电流采集处理电路11、零序电流采集处理电路12相连接。 如图2所示，本实用新型的可远程通信智能保护式永磁接触器的外形结构示意 图，根据外形结构图，该可远程通信智能保护式永磁接触器有14个引出的接线端子，4个 LED指示灯， 一个RS232的标准的DB9接口 ， 一个Current Interface的四线航空插座接口 。 其中14个引出的接线端子在使用时分别为，接线端子1、2为工作交流电源的L、 N接线端， 接线端子3、4、5、6分别为主回路三相电压A、B、C、N采集的接线端子，通过此接线端子可以 实现对主回路三相电压的采集。接线端子7、8分别为零序电流的输入信号正端和输入信号 负端的接线端，通过此接线端子可以实现对智能永磁接触器的零序电流的采集。接线端子 9、 10、 11分别为通信接口的正端、负端和安全地接线端，通过此接线端子就可以实现智能永 磁接触器的远程通信功能。接线端子12、13、14分别为开关量输入1、开关量输入2和两个 开关量输入公共端的接线端子，其中开关量输入1为现场就近控制方式下的智能永磁接触 器的合闸控制，开关量输入2为现场就近控制方式下的智能永磁接触器的分闸控制。4个 LED指示灯设置在智能永磁接触器的本体侧面上，分别为LED1、LED2、LED3、LED4，其中LED1 为电源灯，LED2为运行灯，LED3为故障灯，LED4远程通信灯。其作用为当智能永磁接触器 的工作电源正常时LED1灯亮，表示智能永磁接触器工作电源正常。当智能永磁接触器为正 常运行状态时，其LED2灯亮，当永磁接触器分闸后，其LED2灯灭表示智能永磁接触器处于 分闸状态。当永磁接触器的保护动作权限设置为报警时，当出现故障时，故障灯LED3为闪 烁；当永磁接触器的保护动作权限设置为跳闸时，当出现故障时，故障灯LED3为长亮。当永 磁接触器处于远程控制状态下，其远程通信灯LED4亮，表示目前智能永磁接触器处于远程 控制方式下。智能永磁接触器本体上的一个RS232标准的DB9接口为智能永磁接触器与液 晶显示操作模块8之间的连接接口 ，智能永磁接触器与液晶显示操作模块8直接通过RS232 串口线相连来实现参数的数据传递，采用液晶显示操作模块8主要用来方便用户在现场维 护或检修设备时对智能永磁接触器的现场按键控制、运行参数或故障参数的测量、显示、故 障的复位以及进行保护参数的设置。 一个Currentlnterface的四线航空插座接口为外接 的三相电流互感器A相电流、B相电流、C相电流和公共端的输入接口 ，通过此接口可以实现 对主回路的三相电流的采集。[0029] 如图3所示，本实用新型的主回路三相电压采集处理电路10包括所采集的主回路 三相电压中A相电压经过第三十三电阻R33与互感器Tl初级相连，互感器Tl的次级分别经 过第二十电阻R20、第二十一电阻R21后接入采集芯片处理模块13的电压输入端口即采集 芯片处理模块电路U1的第13引脚与第14引脚，第二十二电阻R22并联于互感器T1的两 端，第二十电阻R20的一端分别与第二十一电容C21、第十八电阻R18的一端相连，第二十一 电阻R21的一端分别与第十九电阻R19、第二十二电容C22的一端相连，第二十一电容C21、 第二十二电容C22的另一端与电源地相连，第十八电阻R18与第十九电阻R19的另一端与 采集芯片处理模块电路U1的第11引脚相连；所采集的三相电压中B、C两相电压采集处理 电路接法与A相电压采集处理电路相同。主回路三相电压采集处理电路10主要实现对智 能永磁接触器的主回路的三相电压的采集处理后变为0. 5V左右的电压信号以便接入采集 芯片处理模块13的电压输入端。 如图4所示，本实用新型的主回路三相电流采集处理电路11包括通过外接电流互 感器采集主回路的三相电流，通过智能永磁接触器本体上的航空插座Current Interface 接口与三相电流采集处理电路11相连接，所采集的主回路三相电流中的A相电流分别经过 第四电阻R4、第五电阻R5后接入采集芯片处理模块13的电流输入端口即采集芯片处理模 块电路U1的第3引脚与第4引脚，第四电阻R4的一端分别与第十三电容C13、第二电阻R2 的一端相连，第五电阻R5的一端分别与第三电阻R3、第十四电容C14的一端相连，第十三电 容C13、第十四电容C14的另一端与电源地相连，第二电阻R2与第三电阻R3的另一端与采 集芯片处理模块电路U1的第11引脚相连。所采集的主回路的三相电流中B、C两相电流采 集处理电路接法与A相电流采集处理电路相同。智能永磁接触器的主回路三相电流采集处 理电路11中的三相电流互感器通过Current Interface的四线插座口来实现三相电流的 采集，通过主回路的三相电流采集处理电路11处理后变为0. 1V左右的电压信号以便接入 芯片处理模块13的电流输入端。 如图5所示，本实用新型的零序电流采集处理电路12包括通过外接零序电流互感 器采集零序电流，通过智能永磁接触器本体上的接线端子与零序电流采集处理电路12相 连接，所采集的零序电流分别经过第十六电阻R16、第十七电阻R17后接入采集芯片处理模 块13的零序电流输入端口即采集芯片处理模块电路U1的第21引脚与第22引脚，第十六 电阻R16的一端分别与第十九电容C19、第十四电阻R14的一端相连，第十七电阻R17的一 端分别与第十五电阻R15、第二十电容C20的一端相连，第十九电容C19、第二十电容C20的 另一端与电源地相连，第十四电阻R14与第十五电阻R15的另一端与采集芯片处理模块电 路U1的第11引脚相连。 如图6所示，本发明的采集芯片处理模块电路是以采集处理芯片ATT7022BU为核 心。芯片ATT7022BU是一颗高精度的采集处理芯片，内部集成了 7路16位A/D转换器，芯 片内部提供了一个SPI接口，方便与外部MCU之间进行参数的传递与交换。芯片ATT7022BU 的第1引脚分别与第六电容C6、第一电阻R1、微处理器7工作电源VCC相连，构成芯片 ATT7022BU的复位电路。第七电容C7、第八电容C8并联后与芯片ATT7022BU的第5引脚相 连，构成芯片输出的基准2. 4V电压。芯片ATT7022BU的第12引脚、第18引脚分别经过第 i^一电容Cll、第十二电容C12与地相连，另一端与微处理器7工作电源VCC相连，为芯片 ATT7022BU内部模拟电路提供可靠的工作电源。芯片ATT7022BU的第42与43引脚与晶振Y1、第一电容C1、第二电容C2相连，作为芯片工作的时钟电路。芯片ATT7022BU的第3引 脚、第4引脚、第6引脚、第7引脚、第9引脚、第10引脚分别与主回路三相电流采集处理 电路11的对应的三相电流相连接，作为三相电流的输入通道。芯片ATT7022BU的第34引 脚、第41引脚与微处理器7工作电源VCC相连，为芯片提供工作电源。芯片ATT7022BU的 第13引脚、第14引脚、第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚分别与主回路三相电 压采集处理电路10的对应的三相电压相连接，作为三相电压的输入通道。芯片ATT7022BU 的第21引脚、第22引脚分别与零序电流采集处理电路12的对应的零序电流相连接，作为 零序电流的输入通道。芯片ATT7022BU的第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚分 别与图7中的微处理器7中的第11引脚、第23引脚、第21引脚、第22引脚相连，用于与芯 片ATT7022BU的之间的片选、时钟及读写通道。 如图7所示，本实用新型的微处理器7，包括单片机以及单片机和智能永磁接触器 本体上的RS232的标准DB9接口的连接图，标准的DB9接口为智能永磁接触器与液晶显示 操作模块8的连接接口 ，本发明的微处理器选择了型号为STC89C58RD+的单片机，该型号的 单片机具有超强抗干扰、高速、低功耗的特点，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟 /机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。该单片机内部资源丰富，有3个16位定时器 /计数器，ISP在系统可编程和IAP在应用可编程功能，EEPR0M功能和内置看门狗功能。 如图8所示，本实用新型的通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器图，主要由 通信协议芯片SPC391、第一光电隔离总线驱动器92组成，包括由通信协议芯片SPC3的第 27引脚通过第四十电阻R40与第四高速光耦U4的第2引脚相连，第四高速光耦U4的第6 引脚通过非门U11、第四十二电阻R42与总线驱动芯片U7的第3引脚相连；通信协议芯片 与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第30引脚与第五高速光耦U5的第 6引脚相连，第五高速光耦U5的第3引脚通过第四十四电阻R44与总线驱动芯片U7的第 1引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第26引 脚通过第四十六电阻R46与第六高速光耦U6的第3引脚相连，第六高速光耦U6的第6引 脚与总线驱动芯片U7的第4引脚相连。其中通信协议芯片U3其型号为SPC3，第四高速光 耦U4、第五高速光耦U5、第六高速光耦U6采用的型号为6N137，总线驱动芯片U7其型号为 SN75176BP。通信协议芯片SPC3是SIEMENS公司研制开发的一种用于开发PR0FIBUS-DP从 站的智能通信集成芯片，集成了完整的PR0FIBUS-DP协议，包括其中的介质存取控制(MAC) 和现场总线数据链路(FDL)两层。SPC3可独立完成全部PR0FIBUS-DP通信功能，这样可以 加速通信协议的执行，承担通信部分的微处理器负载，实现PR0FIBUS-DP从站通信处理，大 大减少接口模块微处理器中的软件程序。由于PROFIBUS-DP总线传输速率最大可以达到 12Mbit/s，所以光耦和总线驱动器均选用了高速器件，光耦用于隔离系统内部电路到总线 间的干扰，本发明选用的6N137高速光耦，具有较好的开关特性，从而保证光耦隔离输入端 和输出端的电平高低一致。PROFIBUS-DP总线的最大通信速率为12M，6N137的速度为10M， 已经能够满足大多实际系统的要求。本发明中的总线驱动芯片选用了高速的SN75176BP。 SN75176BP用于RS-485通信，并满足PR0FIBUS规范，传输速率最大可达35Mbit/s。 如图9所示，本实用新型的第二光电隔离总线驱动器图，通信模块9中第二光电隔 离总线驱动器93由微处理器7中的第5引脚、第6引脚、第7引脚分别通过第二光电隔离 总线驱动器93电路中的第八光耦U8、第九光耦U9、第十光耦U10与第二光电隔离总线驱动
9器93电路中的总线驱动芯片Ull相连，其中第八光耦U8、第九光耦U9、第十光耦U10采用 的型号为TIL181，总线驱动芯片Ull其型号为SN75176BP。 M0DBUS现场总线的通信速率相 对较低一些，因此应用普通光耦即可实现其通信速率。 如图10所示，本实用新型的通信接口输出电路94，包括由通信协议芯片与第一光 电隔离总线驱动器电路中的总线驱动芯片U7的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关S7 的第2引脚、第4引脚，第二光电隔离总线驱动器电路中总线驱动芯片Ull的第6引脚、第7 引脚分别连接到拨码开关S7的第1引脚、第3引脚，拨码开关S7的第7引脚、第8引脚相 连，第5引脚、第6引脚相连后，再分别通过第五十六电阻R56、第五十四电阻R54输出远程 通信接口的正端与负端。本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器具有两路远程通信接 口，实现了数据的双向通信功能，第一路由通信协议芯片SPC391、第一光电隔离总线驱动器 92、通信接口输出电路94组成，接入PROFIBUS-DP现场总线回路系统，通信模块中第二路由 第二光电隔离总线驱动器93、通信接口输出电路94组成，接入MODBUS现场总线回路系统。 这两路现场总线通信接口通过通信接口输出电路来实现选择，用户可以根据现场需要通过 拨码开关来设置任意选择其中任一路远程通信接口 。 如图11所示，本实用新型的液晶显示操作模块8，包括液晶显示操作模块8以单片 机89C52为核心，单片机89C52的PO 口通过上拉电阻RP2分别与LCD显示屏的第9引脚、 第10引脚、第11引脚、第12引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚相连，单片 机89C52的P1 口的引脚P1.0、P1. 1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5通过上拉电阻RP1分别与按键 S1、S2、S3、S4、S5、S6的相连;上拉电阻RP1的第1引脚通过第五十八电阻R58分别与接插 件Jl、 LCD显示屏的第17引脚相连，接插件Jl的第2引脚分别与三极管Ql的集电极、LCD 显示屏的第18引脚相连；微处理器的工作电源VCC通过第五十九电阻R59分别与三极管Q1 的基极、单片机89C52的P1.6相连，微处理器的工作电源VCC通过可调电阻R60与三极管Q1 的发射极、地相连；可调电阻R60的可调端与LCD显示屏的第3引脚相连；单片机89C52的 第11引脚、第13引脚分别与串口通信芯片U12的第11引脚、第12引脚相连，串口通信芯片 U12的第14引脚、第13引脚分别与RS232标准的DB9接口的第2引脚、第3引脚相连，RS232 标准的DB9接口的第5引脚、第9引脚分别与地、微处理器的工作电源VCC相连，串口通信 芯片U12采用MAX232CPE ;单片机89C52的第16引脚、第17引脚分别与LCD显示屏的第8 引脚、第7引脚相连，单片机89C52的第18引脚、第19引脚分别与LCD显示屏的第5引脚、 第6引脚相连;单片机89C52的P2 口的P2. 0、P2. 1、P2. 2、P2. 3、P2. 4分别与LED灯的D1、 D2 、 D3 、 D4、 D5的阴极相连，LED灯的D1 、 D2 、 D3 、 D4、 D5的阳极分别通过第六十三电阻R63 、 第六十四电阻R64、第六十五电阻R65、第六十六电阻R66、第六十七电阻R67与微处理器的 工作电源VCC相连；单片机89C52的P2 口的P2. 7与LCD显示屏的第4引脚相连；LCD显示 屏的第2引脚、第1引脚分别与地、微处理器的工作电源VCC相连。液晶显示操作模块8是 独立于智能永磁接触器本体外的显示操作模块，它与智能永磁接触器之间是通过RS232标 准的DB9接口的串口线来实现参数的数据传递，采用液晶显示操作模块8主要用来方便用 户在现场维护或检修设备时对智能永磁接触器的现场按键控制、运行参数或故障参数的测 量、显示、故障的复位以及进行保护参数的设置，保护参数的设置包括设置电器设备或电动 机的额定电流值，低电流故障值、低电流故障延时时间值、低电压/过电压故障值、低电压/ 过电压故障延时时间值、堵转故障值、堵转故障延时时间值、启动超时故障延时时间值、接
10地故障值、接地故障延时时间值。同时各种保护可以设置为报警或跳闸两种保护权限。液 晶显示操作模块8上设有6个按键即为合闸键、分闸键、复位键、确认键、加键和减键，6个按 键用来在现场合分闸智能永磁接触器、复位智能接触器的故障信号和设置永磁接触器的保 护数据。同时设有一块128X64的点阵液晶显示屏和5个LED显示灯，点阵液晶显示屏用 来测量显示现场运行的智能永磁接触器、电器设备或电动机的电流、电压、功率、功率因数、 电能、漏电流以及报警、跳闸状态数据，5个LED显示灯分别为D1、D2、D3、D4和D5， Dl为合 闸灯，D2为分闸灯，D3为故障灯，D4为远程通信灯，D5为现场就近控制灯。当在现场利用 液晶显示操作模块8控制智能永磁接触器的合闸则Dl灯亮，当控制智能永磁接触器的分闸 时则分闸灯亮，如果在现场运行的电器设备或电动机出现故障时，如果故障为报警则液晶 显示操作模块8上的D3灯闪烁，如果故障为跳闸则D3灯长亮。当液晶显示操作模块8上 的远程通信灯D4亮时，说明目前现场的智能永磁接触器处于远程控制状态。当液晶显示操 作模块8上的D5灯亮时，说明目前现场的智能永磁接触器处于现场就近控制状态。如果远 程通信灯D4和现场就近控制灯D5都不亮时，说明此时属于按键控制状态，此时液晶显示操 作模块8上的按键控制有效。在同一时间内三种控制状态只有一种控制状态有效。 如图12所示，本实用新型的开关量输入电路14，包括通过智能永磁接触器本体上 接线端子接入开关量输入信号，然后分别通过第六十八电阻R68、第六十九电阻R69后分别 与第十四光耦U14、第十五光耦U15相连，第十四光耦U14、第十五光耦U15输出端分别接入 微处理器7的第44引脚与第43引脚。第十四光耦U14、第十五光耦U15采用型号为TLP521 的光耦。两个开关量输入及开关量输入1、开关量输入2和两个开关量输入公共端，其中开 关量输入1为现场就近控制方式下的智能永磁接触器的合闸控制，开关量输入2为现场就 近控制方式下的智能永磁接触器的分闸控制。通过智能永磁接触器的开关量输入电路14 就可以在现场通过按钮接入开关量输入端子中来实现对智能永磁接触器的合闸与分闸控 制。 如图13所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器的主程序流程图，程序 中采用了模块化的程序设计思想，包括数据处理模块、按键处理模块、显示处理模块、保护 模块、监控模块、通信模块等主要六个部分的模块程序。程序全部采用C语言编写，具有效 率高可移植性强的优点。 如图14(a)所示，本实用新型的可远程通信智能保护式永磁接触器的保护模块子 程序流程图，主回路三相电压采集处理电路10、主回路三相电流采集处理电路11和零序电 流采集处理电路12通过对电器设备或电动机的三相电流、三相电压采集和漏电电流采集， 通过采集芯片处理模块13处理后输入到微处理器7中，微处理器7通过程序软件算法来计 算判断各种保护动作，如果所保护的电器设备或电动机出现故障，则智能永磁接触器上的 故障灯亮，如保护动作权限为报警则故障灯闪烁，此时智能永磁接触器不会动作。但如果保 护动作权限为跳闸则故障灯一直亮，同时微处理器7通过控制模块3在所设置的故障延时 时间到后使智能永磁接触器实现分闸，使保护的电器设备或电动机停止运行。如图14(b) 所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器的通信模块9中MODBUS现场总线通信子 程序流程图以及如图14(c)所示，本实用新型的通信模块9中PROFIBUS-DP现场总线通信 子程序流程图。通信模块9中设有两路现场总线通信接口，第一路现场总线接口主要采用 通信协议芯片SPC3、高速光耦隔离以及RS485总线驱动器来实现PROFIBUS-DP的现场总线通信，第二路现场总线接口主要采用普通光耦隔离以及RS485总线驱动器来实现MODBUS的 现场总线通信，这两路现场总线通信接口接入现场总线回路系统中，然后由现场总线回路 接入上位机监控系统中。这两路现场总线通信接口可以根据现场需要由用户通过拨码开关 来设置选择所需要的其中任一路现场总线通信接口 。通信模块主要用来实现智能永磁接触 器与上位机监控系统之间数据的双向传输和远程控制。
权利要求一种带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器，其特征在于该接触器中，交流电源(1)、整流滤波电路(2)、控制模块(3)、线圈(4)、储能电容(5)顺序串联连接；主回路三相电压采集处理电路(10)、主回路三相电流采集处理电路(11)、零序电流采集处理电路(12)的输出端分别与采集芯片处理模块(13)的输入端连接；电源模块(6)、采集芯片处理模块(13)、开关量输入电路(14)的输出端分别连接微处理器(7)的输入端，微处理器(7)的输出端连接控制模块(3)的输入端，液晶显示操作模块(8)、通信模块(9)中的通信协议芯片(91)和第二光电隔离总线驱动器(93)与微处理器(7)双向连接；电源模块(6)的输入端接交流电源(1)，电源模块(6)的输出端分别连接采集芯片处理模块(13)、开关量输入电路(14)、液晶显示操作模块(8)、通信模块(9)的输入端；通信模块(9)中的通信协议芯片(91)与第一光电隔离总线驱动器(92)双向连接，第一光电隔离总线驱动器(92)、第二光电隔离总线驱动器(93)分别与通信接口输出电路(94)双向连接，通信接口输出电路(94)与现场总线回路(15)双向连接。
2. 根据权利要求1所述的带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器，其特征 在于主回路三相电压采集处理电路(10)所采集的三相电压中A相电压经过第三十三电阻 (R33)与互感器(Tl)初级相连，互感器(Tl)的次级分别经过第二十电阻(R20)、第二十一 电阻(R21)后接入采集芯片处理模块(13)的电压输入端口即采集芯片处理模块电路(Ul) 的第13引脚与第14引脚，第二十二电阻(R22)并联于互感器(Tl)的两端，第二十电阻 (R20)的一端分别与第二十一电容(C21)、第十八电阻(R18)的一端相连，第二十一电阻 (R21)的一端分别与第十九电阻(R19)、第二十二电容(C22)的一端相连，第二十一电容 (C21)、第二十二电容(C22)的另一端与电源地相连，第十八电阻(R18)与第十九电阻(R19) 的另一端与采集芯片处理模块电路(Ul)的第11引脚相连；所采集的主回路三相电压中B、 C两相电压采集处理电路接法与A相电压采集处理电路相同。
3. 根据权利要求1所述的带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器，其特征在 于主回路三相电流采集处理电路(11)通过外接电流互感器采集主回路的三相电流，通过 智能永磁接触器本体上的航空插座Current Interface接口与主回路三相电流采集处理电 路(11)相连接，所采集的主回路三相电流中的A相电流分别经过第四电阻(R4)、第五电阻 (R5)后接入采集芯片处理模块(13)的电流输入端口即采集芯片处理模块电路(Ul)的第3 引脚与第4引脚，第四电阻(R4)的一端分别与第十三电容(C13)、第二电阻(R2)的一端相 连，第五电阻(R5)的一端分别与第三电阻(R3)、第十四电容(C14)的一端相连，第十三电容 (C13)、第十四电容(C14)的另一端与电源地相连，第二电阻(R2)与第三电阻(R3)的另一 端与采集芯片处理模块电路(Ul)的第11引脚相连；所采集的主回路的三相电流中B、C两 相电流采集处理电路接法与A相电流采集处理电路相同。
4. 根据权利要求1所述的带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器，其特征在 于零序电流采集处理电路(12)通过外接零序电流互感器采集零序电流，通过智能永磁接 触器本体上的接线端子与零序电流采集处理电路(12)相连接，所采集的零序电流分别经 过第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)后接入采集芯片处理模块(13)的零序电流输入端 口即采集芯片处理模块电路(Ul)的第21引脚与第22引脚，第十六电阻(R16)的一端分 别与第十九电容(C19)、第十四电阻(R14)的一端相连，第十七电阻(R17)的一端分别与第 十五电阻(R15)、第二十电容(C20)的一端相连，第十九电容(C19)、第二十电容(C20)的另一端与电源地相连，第十四电阻(R14)与第十五电阻(R15)的另一端与采集芯片处理模块 电路(U1)的第ll引脚相连。
专利摘要带有现场总线通信接口的智能保护式永磁接触器中，交流电源(1)、整流滤波电路(2)、控制模块(3)、线圈(4)、储能电容(5)顺序串联连接；主回路三相电压采集处理电路(10)、主回路三相电流采集处理电路(11)、零序电流采集处理电路(12)的输出端分别与采集芯片处理模块(13)的输入端连接；电源模块(6)、采集芯片处理模块(13)、开关量输入电路(14)的输出端分别连接微处理器(7)的输入端，微处理器(7)的输出端连接控制模块(3)的输入端，液晶显示操作模块(8)、通信模块(9)中的通信协议芯片(91)和第二光电隔离总线驱动器(93)与微处理器(7)双向连接；电源模块(6)的输入端接交流电源(1)，输出端分别连接各电路。
文档编号H01H83/00GK201499016SQ20092004126
公开日2010年6月2日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者任其文, 房淑华, 林鹤云, 毛万镈, 汪先兵, 金平 申请人:东南大学