專利名稱：集成式儀表、電器綜合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬低壓電器與自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，背景技術(shù)在傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域主要為電器、儀表兩大類，其中低壓電器元件主要有交流接觸器、熱繼電器、電流繼電器、電壓繼電器、時(shí)間繼電器、漏電保護(hù)器、斷相保護(hù)器等，這些產(chǎn)品功能單一，一般不能單獨(dú)工作，而自動(dòng)化儀表主要分為檢測(cè)儀表、顯示儀表、控制儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們擔(dān)負(fù)著對(duì)工業(yè)物理、化學(xué)、長(zhǎng)度、重量、電量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、顯示、控制等功能，是自動(dòng)化系統(tǒng)的感官和神經(jīng)系統(tǒng)，它們沒(méi)有直接拖動(dòng)馬達(dá)或控制大功率設(shè)備的能力，必須與低壓電器配合完成拖動(dòng)控制，在一般的工業(yè)控制中往往需要幾種低壓電器元件及工業(yè)儀表組合來(lái)完成某項(xiàng)特定工作。
在當(dāng)前的實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化控制中，組成電氣自動(dòng)化系統(tǒng)或工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)往往要由多種電器元件和顯示、控制儀表等配合完成，不僅系統(tǒng)接線復(fù)雜，需要較大盤柜安裝空間和體積，而且使綜合耗電量大，接點(diǎn)多、可靠性差，綜合成本高，同時(shí)浪費(fèi)很多白金、銀、銅等金屬及其它資源，近年雖有上海電科所開發(fā)的“KB0-T智能型控制與保護(hù)開關(guān)電器”、美國(guó)西屋電氣公司的“A系列智能化接觸器”問(wèn)世，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，一般用戶無(wú)法接受，而且功能仍不夠完善，僅局限在電器領(lǐng)域，沒(méi)有用戶需求的儀表功能，即使已經(jīng)公開的中國(guó)發(fā)明專利92114900.X“通用多功能接觸器”，雖然有比較多的保護(hù)功能和可擴(kuò)展功能的端口，但仍存在一定的缺點(diǎn)一、電子控制電路和擴(kuò)展電路與高壓電源共用中性地線，沒(méi)有隔離措施，容易使電子控制電路、擴(kuò)展電路和傳感器帶有高壓，存在較大的安全隱患，甚至危及用戶的生命安全，二、沒(méi)有提供故障顯示功能，不能給維修人員提供直觀的故障提示，不便于及時(shí)排除故障，三、只提供了簡(jiǎn)單的輸入擴(kuò)展接口，沒(méi)有將本機(jī)狀態(tài)向外傳送的輸出端口，也沒(méi)有故障報(bào)警功能，可以說(shuō)它還不是真正的I/O端口，四、沒(méi)有直接擴(kuò)展模擬量控制的能力，也沒(méi)有主回路電流、設(shè)定值電流和電源電壓及其它模擬量的顯示功能，五、電子控制電路的工作電源容量小，降壓電阻容易發(fā)熱，不能提供較大的電流給擴(kuò)展電路，六、電子控制電路的節(jié)電功能建立在脈沖調(diào)寬的高電壓、大電流的開關(guān)狀態(tài)，對(duì)電子元件要求較高，安全可靠性較差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的整體的集成式儀表、電器綜合控制裝置，該裝置不僅包括交流接觸器、熱繼電器、斷相保護(hù)器、漏電保護(hù)器、電壓繼電器及節(jié)電和故障顯示功能，而且有主回路電流顯示、設(shè)定電流顯示、電源電壓顯示，有與其它電器、儀表聯(lián)系的接口，有與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備連接的通訊接口，有用戶需求的各種儀表控制、保護(hù)和顯示功能，且結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，便于組成DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。
基于上述目的，本發(fā)明采用一體化的電流傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)主回路電流狀態(tài)，主回路電源與檢測(cè)信號(hào)保持隔離；缺相檢測(cè)方法采用檢測(cè)三相中點(diǎn)電位平衡的方法，但檢測(cè)信號(hào)不是取自三相主回路電源，而是取自三個(gè)電流傳感器的星形中點(diǎn)，保持了缺相信號(hào)與高壓隔離；過(guò)、欠壓信號(hào)則取自電源變壓器T1的二次繞組N1，由電源變壓器進(jìn)行電源與信號(hào)的隔離；漏電信號(hào)取自串接在被保護(hù)設(shè)備接地回路的漏電電流互感器，在檢測(cè)信號(hào)全部通過(guò)隔離取樣后，本發(fā)明采用高壓驅(qū)動(dòng)電源B+與低壓電源V12、Vcc、Vdd分離接地方法，確保檢測(cè)信號(hào)與高壓電源的嚴(yán)格隔離；高壓驅(qū)動(dòng)電源以A2為參考點(diǎn)，低壓電源以地(A4)為參考點(diǎn)，高、低壓之間的信號(hào)聯(lián)系通過(guò)光電耦合器實(shí)現(xiàn)，保證電子控制電路的正常工作和人身安全。
電子控制電路的A1、A2為控制電源輸入，電子控制電路的輸出負(fù)載即為電磁線圈M，通過(guò)電磁線圈M帶動(dòng)鐵芯閉合工作，從而控制三相電源的接通與分?jǐn)?。控制電源A1分兩路連接于電源變壓器T1的初級(jí)N0輸入端和整流二極管D1的陽(yáng)極，電源變壓器T1初級(jí)的另一端接控制電源A2，電源變壓器T1的次級(jí)N2一端接參考端A2，另一端經(jīng)電容C5接整流二極管D2負(fù)極、D3正極，D2正極接參考端A2，在D3負(fù)極端輸出VB維持電源并與電磁線圈M連接，電容C5和二極管D2、D3組成簡(jiǎn)單的倍壓整流電路，以提高效率。電源變壓器T1的次級(jí)N1接整流橋D8進(jìn)行全波整流，整流橋D8正端接濾波電容C2和三端穩(wěn)壓器U1的輸入端，負(fù)端接地，在電容C2上獲得非穩(wěn)壓直流V12，三端穩(wěn)壓器U1的輸出端接三端穩(wěn)壓器U2的輸入端和濾波電容C3，三端穩(wěn)壓器U1的輸出端為直流穩(wěn)壓輸出Vcc，三端穩(wěn)壓器U2的輸出端為直流穩(wěn)壓輸出Vdd，三端穩(wěn)壓器U1、U2的接地端和電容C2、C3的另一端接地。V12供給過(guò)、欠壓取樣電路作為過(guò)、欠壓信號(hào)，穩(wěn)壓電源Vcc供給電子控制電路作為工作電源，Vdd供給智能擴(kuò)展模塊電路作為工作電源。
經(jīng)二極管D1整流、電容C1濾波后的電源為驅(qū)動(dòng)電源B+，由電阻R1、R2、R3、R4、電容C4、三極管Q2、開關(guān)管Q1組成了瞬態(tài)導(dǎo)通的電子開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電源B+與電阻R1、R2、R3連接，R1的另一端接功率開關(guān)管O1的陽(yáng)極，O1的陰極接電磁線圈M，為線圈M提供電流通路，電阻R2另一端接三極管Q2的集電極和開關(guān)管Q1的控制極，電阻R3的另一端與電阻R4、電容C4連接，電阻R4的另一端接三極管Q2的基極，三極管Q2的發(fā)射極和電容C4另一端及開關(guān)管Q1的陰極一同接在維持電源VB上，也即電磁線圈M上，線圈M的另一端經(jīng)功率開關(guān)管Q3接參考端A2，使Q1上電后即刻導(dǎo)通，隨著電容C4充電結(jié)束，開關(guān)管Q1自動(dòng)關(guān)閉，使線圈M在集成式儀表、電器綜合控制裝置得電初始由驅(qū)動(dòng)電源B+經(jīng)開關(guān)管Q1供電，吸合后自動(dòng)轉(zhuǎn)為由電源VB提供維持電流，以使鐵芯保持吸合狀態(tài)，流過(guò)電磁線圈M的電流首先由瞬態(tài)導(dǎo)通的電子開關(guān)提供全壓下的吸合電流，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)為由VB供給的維持電流，獲得了較高的線圈節(jié)電功能，為了使線圈M工作穩(wěn)定，減少噪音，在線圈兩端還并聯(lián)有續(xù)流二極管D5。
集成式儀表、電器綜合控制裝置的缺相信號(hào)取自三個(gè)主回路電流傳感器L1、L2、L3的星點(diǎn)，該星點(diǎn)經(jīng)零序電流互感器L4的原邊一次繞組接地，L4的副邊二次繞組一端接地，另一端經(jīng)二極管D7整流、電容C10濾波后接比較器IC2a反相端，沒(méi)有電源或負(fù)載缺相時(shí)，星點(diǎn)電位為零，L4的原邊一次繞組沒(méi)有電流流過(guò)，L4的副邊二次繞組也沒(méi)有信號(hào)輸出，當(dāng)缺相或三相不平衡時(shí)，星點(diǎn)電位不為零，L4副邊二次繞組有缺相信號(hào)輸出，當(dāng)IC2a反相端的缺相信號(hào)大于IC2a同相端基準(zhǔn)電平時(shí)，比較器IC2a輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D01發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)缺相故障，Vcc電源經(jīng)電阻R9、R10分壓后作為比較器IC2a同相端缺相基準(zhǔn)電平。電流傳感器L1、L2、L3的原邊繞組即為集成式儀表、電器綜合控制裝置的三組靜觸橋，三個(gè)副邊二次繞組L1、L2、L3即為電流傳感器的輸出，由于三個(gè)電流傳感器按星形聯(lián)接，因此，不僅可用于檢測(cè)三相電源或負(fù)載的缺相檢測(cè)，而且還可用于三相電流不平蘅檢測(cè)，從而可以實(shí)現(xiàn)缺相和三相不平衡保護(hù)。
電流傳感器L1、L2、L3始端的三相信號(hào)經(jīng)三個(gè)二極管D11、D12、D13進(jìn)行半波整流，然后由電容C8濾波，濾波后一路經(jīng)電阻R28接比較器IC2b的反相端和開關(guān)K作為過(guò)載保護(hù)信號(hào)，開關(guān)K的另一端經(jīng)電容C9接地，由電阻R28和電容C9組成積分電路，以獲得過(guò)載保護(hù)所需要的反時(shí)限特性，Vcc電源經(jīng)電阻R21接電位器R24的始端，R24的末端經(jīng)電阻R22接地，R24的中點(diǎn)接比較器IC2b的同相端，通過(guò)調(diào)整電位器R24的中點(diǎn)位置可以改變比較器IC2b的基準(zhǔn)電平，也即整定了過(guò)載或過(guò)流的范圍，當(dāng)IC2b的反相端的傳感信號(hào)電平大于設(shè)定基準(zhǔn)電平時(shí)，比較器IC2b輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D02發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)載故障，開關(guān)K閉合時(shí)為過(guò)載保護(hù)，并具有反時(shí)限特性，開關(guān)K打開時(shí)為過(guò)流保護(hù)，具有快速保護(hù)特性。
經(jīng)二極管D11、D12、D13整流、電容C8濾波后的傳感器信號(hào)另一路由電阻R25、R26分壓后接比較器IC2c的反相端作為短路保護(hù)信號(hào)，當(dāng)IC2c的反相端的信號(hào)電平大于短路設(shè)定基準(zhǔn)電平時(shí)，IC2c輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D03發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)短路故障。三個(gè)電流傳感器L1、L2、L3的始端還分別連接三個(gè)二極管D14、D15、D16的陰極，并進(jìn)行負(fù)半周的半波整流，整流后接負(fù)載電容C11和負(fù)載電阻R23，由R23和C11獲得與正半周相同的負(fù)載阻抗，以保證在零序電流互感器L4上取得完整波形的缺相信號(hào)。
集成式儀表、電器綜合控制裝置的過(guò)壓、欠壓信號(hào)取自非穩(wěn)壓直流輸出V12，非穩(wěn)壓直流輸出V12經(jīng)電阻R15、R16分壓后接比較器IC2d的反相端，經(jīng)電阻R17、R18分壓后接比較器IC2e的同相端，分別與IC2d同相端和IC2e反相端的基準(zhǔn)電平比較完成過(guò)壓、欠壓檢測(cè)，當(dāng)電源電壓過(guò)高，使比較器IC2d的反相端電平大于同相端基準(zhǔn)電平時(shí)，比較器IC2d輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D04發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)過(guò)壓故障。當(dāng)電源電壓過(guò)低，使比較器IC2e的同相端電平小于反相端基準(zhǔn)電平，則比較器IC2e輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D05發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)欠壓故障。比較器IC2c、IC2d的同相端和IC2e反相端共用一個(gè)基準(zhǔn)電平，由Vcc電源經(jīng)穩(wěn)壓管D10二次穩(wěn)壓取得，電阻R11是穩(wěn)壓管D10的限流電阻。
漏電保護(hù)是利用串接在輸入的主回路三相交流電源的中性地線上的電流互感器L5取得漏電信號(hào)，集成式儀表、電器綜合控制裝置的保護(hù)端子PN和中性地線(A4)分別與電流互感器L5的原邊繞組兩端連接，PN接用電設(shè)備外殼或設(shè)備的保護(hù)接地端子，A4接三相交流電源的中性保護(hù)地線，電流互感器L5的二次繞組一端接地，另一端經(jīng)二極管D20整流、電容C12濾波后接比較器IC2f的反相端的，與IC2f同相端的基準(zhǔn)電平比較，基準(zhǔn)電平由分壓電阻R19、R20對(duì)Vcc電源分壓取得，當(dāng)比較器IC2f的反相端信號(hào)大于同相端電平時(shí)，比較器IC2f輸出低電平，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D06發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)漏電故障，同時(shí)，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放。
IC2a～I(xiàn)C2f六個(gè)比較器均為開漏門輸出，輸出端分別接D01～D06六個(gè)LED發(fā)光二極管的陰極，六個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極經(jīng)電阻R31～R36連接Vcc電源，六個(gè)發(fā)光二極管分別用以指示缺相、過(guò)流/過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、漏電故障，當(dāng)任意一比較器輸出低電平時(shí)，則相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示出故障原因。IC2a～I(xiàn)C2f六個(gè)比較器的輸出端還分別和六輸入與非門IC3的輸入端連接，與非門IC3的輸出端經(jīng)電阻R14與三極管Q4基極連接，由三極管Q4推動(dòng)光電耦合器U3、U4工作，U3的發(fā)光二極管的陽(yáng)極經(jīng)電阻R7接Vcc電源，U3的發(fā)射極接參考端A2，由光電耦合器U3控制功率開關(guān)管Q3的通斷，從而控制集成式儀表、電器綜合控制裝置的工作。
電磁線圈M的另一端接在功率開關(guān)管Q3的陽(yáng)極，并經(jīng)過(guò)功率開關(guān)管Q3的陰極接參考端A2，因此集成式儀表、電器綜合控制裝置的主回路閉合要滿足功率開關(guān)管Q1、Q3同時(shí)導(dǎo)通，由于功率開關(guān)管Q1是一個(gè)短時(shí)導(dǎo)通的瞬態(tài)開關(guān)，上電導(dǎo)通以后很快自動(dòng)關(guān)斷，關(guān)斷后維持鐵芯閉合的線圈電流由變壓器T1的N2繞組提供。由于開關(guān)管Q1、Q3和電磁線圈M串聯(lián)連接，因此電磁線圈M的電流始終受控于功率開關(guān)管Q3，Q3的控制極接電阻R6和光電耦合器U3的集電極，驅(qū)動(dòng)電源B+經(jīng)電阻R6為功率開關(guān)管Q3提供偏置，光電耦合器U3的陰極與光電耦合器U4的發(fā)光二極管陽(yáng)極串聯(lián)，U4的發(fā)光二極管陰極與驅(qū)動(dòng)三極管Q4集電極、光電耦合器U5的集電極連接，光電耦合器U5的發(fā)射極和三極管Q4發(fā)射極接地，使功率開關(guān)管Q3完全由光電耦合器U3隔離控制。光電耦合器U4的集電極經(jīng)電阻R27接在連接插座J1(CZ)的第7腳，是本裝置的輸出端口，光電耦合器U5的發(fā)光二極管陽(yáng)極經(jīng)電阻R29接在連接插座J1(CZ)的第6腳，是本裝置的輸入端口，由光電耦合器U5、U4構(gòu)成了本發(fā)明的雙向光電隔離I/O擴(kuò)展端口，連接插座J1(CZ)的第3、4、5腳分別連接比較器IC2b反相端的主回路電流信號(hào)、同相端的設(shè)定電流信號(hào)和來(lái)自V12經(jīng)電阻R37、R38分壓的電源電壓信號(hào)，由J1(CZ)的第3、4、5腳構(gòu)成模擬信號(hào)輸出端口，第1、2、12腳分別接直流電源Vcc、Vdd和地，第8～11腳留作他用。
本發(fā)明通過(guò)電子控制電路的擴(kuò)展端口和智能擴(kuò)展模塊電路能實(shí)現(xiàn)廣泛的顯示、控制儀表功能和通訊功能，智能擴(kuò)展模塊電路主要由高性能的單片機(jī)IC4及數(shù)字顯示、鍵盤電路構(gòu)成。單片機(jī)IC4片內(nèi)包含有ALU通用運(yùn)算器；存放執(zhí)行程序的FLASH程序存儲(chǔ)器；RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成的寄存器陣列；EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；A、B、C、D、E五組I/O端口和三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；兩個(gè)CCP捕捉/比較/脈沖調(diào)制控制器；MSSP和USART串行通訊端口；PSP并行從動(dòng)端口；多路A/D轉(zhuǎn)換器等資源?；趩纹瑱C(jī)IC4片內(nèi)已經(jīng)集成以上資源，從而使智能擴(kuò)展模塊電路得以實(shí)現(xiàn)豐富的智能顯示、控制儀表功能，且變換功能一般通過(guò)修改軟件即可實(shí)現(xiàn)，而不必變更硬件電路，能直接接受各種傳感器的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，把控制電器、保護(hù)電器、顯示儀表和控制儀表融為一體，獨(dú)立地自成體系和系統(tǒng)。
單片機(jī)IC4的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端AN.0、AN.1、AN.2用于采集主回路電流信號(hào)、電流設(shè)定信號(hào)、電源電壓信號(hào)，AN.3用以采集智能擴(kuò)展模塊電路的外部傳感器信號(hào)，單片機(jī)IC4的一組并行口(D口)分別與數(shù)碼顯示器的段碼端連接，它的另一組并行口(B口)的RB.0～RB.3經(jīng)Q6～Q9四個(gè)三極管與四個(gè)數(shù)碼管的位選端相連，以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示器工作，單片機(jī)IC4(B口)的RB.4設(shè)為電平輸入端口，通過(guò)連接插頭J1(CT)第7腳與電子控制電路的光電隔離I/O輸出端口連接，單片機(jī)IC4(C口)的RC.0設(shè)為位控輸出端口，通過(guò)連接插頭J1(CT)第6腳與電子控制電路的光電隔離I/O輸入端口連接，使智能擴(kuò)展模塊電路能夠控制整個(gè)集成式儀表、電器綜合控制裝置的開關(guān)狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，單片機(jī)IC4(B口)的RB.5、RB.6、RB.7位直接作為S3、S4、S5的鍵輸入端，以選擇A/D轉(zhuǎn)換器采集的信號(hào)為主回路電流、設(shè)定電流、電源電壓或擴(kuò)展的模擬量，選(C口)的RC.1為位控報(bào)警輸出，直接經(jīng)發(fā)光二極管推動(dòng)三極管Q10，由Q10驅(qū)動(dòng)LS1報(bào)警器工作，單片機(jī)IC4的OSC1、OSC2引腳分別連接電容C14、C15和晶體Y1兩端，以產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，由電阻R44、電容C16及按鍵S2組成的復(fù)位電路經(jīng)電阻R45連接在IC4的1腳復(fù)位端。
單片機(jī)IC4的A/D轉(zhuǎn)換器AN.3輸入端可用于采集溫度、壓力、液位、流量、煙霧、火焰、光電等擴(kuò)展模擬信號(hào)，單片機(jī)IC4的串行通信口可用于其他遠(yuǎn)程外部設(shè)備接口。通過(guò)連接插頭J1(CT)的1、2、12腳為智能擴(kuò)展模塊電路從電子控制電路獲取工作電源Vcc、Vdd和地。
由于單片機(jī)IC4片內(nèi)資源豐富，因此幾乎不需要其它硬件支持就能完成復(fù)雜的任務(wù)，特別適合各種用戶不同的過(guò)程控制，更改控制對(duì)象或變更控制方案以至于改變控制流程都非常容易，一般只需變更程序即可，由于片內(nèi)自帶FLASH程序存儲(chǔ)器，因此，對(duì)于一般的控制場(chǎng)合不需擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)自帶的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過(guò)軟件編程可以方便地存放和修改常數(shù)和變量，提供了現(xiàn)場(chǎng)修正系數(shù)的可能。
智能擴(kuò)展模塊電路的軟件程序主要由包含A/D轉(zhuǎn)換程序的主程序、中斷處理程序、鍵盤顯示程序及除法子程序、二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序、I/O口處理及報(bào)警子程序組成，智能擴(kuò)展模塊電路的軟件編程流程圖如圖6～14所示，圖6是主程序流程圖，圖7是中斷處理程序流程圖，圖8是I/O處理子程序流程圖，圖9是設(shè)定值處理子程序流程圖，圖10是電壓處理子程序流程圖，圖11是外部模擬量(溫度)處理子程序流程圖，圖12數(shù)字顯示處理子程序流程圖，圖13是除法子程序流程圖，圖14是二-十轉(zhuǎn)換子程序流程圖。
圖6至圖14說(shuō)明圖3所示的智能擴(kuò)展模塊電路的存儲(chǔ)程序運(yùn)行的流程圖，程序運(yùn)行是在單片機(jī)IC4內(nèi)微處理器中響應(yīng)預(yù)先存入其內(nèi)部FLASH程序存儲(chǔ)器中的指令序列完成的，上電或復(fù)位后程序自動(dòng)從主程序開始執(zhí)行，在主程序中完成初始化各端口、初始化工作寄存器、A/D轉(zhuǎn)換自動(dòng)指向默認(rèn)的AN.0通道、清數(shù)據(jù)區(qū)等工作，然后開放中斷。如果沒(méi)有中斷請(qǐng)求，則關(guān)閉中斷，進(jìn)行主回路電流值的數(shù)據(jù)采集、處理及更新顯示。如果有中斷請(qǐng)求，則響應(yīng)中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，爾后再回到主程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理及更新顯示，在中斷服務(wù)程序中將根據(jù)中斷源的中斷向量轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，除I/O口處理子程序外，在設(shè)定值處理、電壓值處理和外部模擬量處理子程序中主要是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器的路號(hào)修改、路號(hào)標(biāo)志修改和除法的除數(shù)系數(shù)修改，設(shè)定值的A/D轉(zhuǎn)換指向AN.1通道，電壓值的A/D轉(zhuǎn)換指向AN.2通道，外部模擬量的A/D轉(zhuǎn)換指向AN.3通道。設(shè)定值、電壓值或外部模擬量的中斷請(qǐng)求由控制鍵S3、S4、S5產(chǎn)生，是用戶根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的需要而設(shè)定的。外部模擬量的除數(shù)系數(shù)和路號(hào)標(biāo)志根據(jù)用戶選擇的變量對(duì)象不同而設(shè)定。假如用戶選擇壓力、液位、流量、光電、瓦斯、位移及其它各種控制，只要更換不同的傳感器、變送器等傳感元件，然后按照傳感器、變送器等傳感元件的不同，修改除法子程序的除數(shù)系數(shù)和路號(hào)標(biāo)志即可，除法子程序的除數(shù)系數(shù)和路號(hào)標(biāo)志可以存放在單片機(jī)IC4的EEPROM存儲(chǔ)器中，這樣修改、變更控制對(duì)象非常方便。
在I/O口處理子程序中中斷是由電子控制控電路產(chǎn)生的，它標(biāo)志著電子控制電路已經(jīng)驅(qū)動(dòng)線圈M動(dòng)作，并向智能擴(kuò)展模塊電路發(fā)送電子控制電路的狀態(tài)信息，通過(guò)智能擴(kuò)展電路I/O口處理子程序可以關(guān)閉電子控制電路的功率開關(guān)管Q3，從而分?jǐn)嘀饔|頭，并啟動(dòng)聲光報(bào)警(參見圖8)，也可以將狀態(tài)信息發(fā)送給聯(lián)鎖電路或DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。
效果本發(fā)明的集成式儀表、電器綜合控制裝置把儀表技術(shù)和電器技術(shù)融為一體，不僅極大地減少了電器元件的種類，縮小了電器、儀表盤柜的體積，而且發(fā)明創(chuàng)造出一種全新的多功能的儀表、電器綜合控制裝置，該裝置在保留了交流接觸器基本的接通與分?jǐn)喙δ艿臈l件下，還具有過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)流/過(guò)載、缺相和漏電保護(hù)等多種保護(hù)電器的功能，具有在實(shí)施保護(hù)動(dòng)作時(shí)提供明確、直觀的故障顯示，給使用與維護(hù)帶來(lái)極大方便，更具有方便、靈活的光電隔離I/O接口，可以用安全的低電壓、小電流或儀表、計(jì)算機(jī)信號(hào)控制，可以方便地在兩臺(tái)或多臺(tái)控制裝置之間直接交換信息組成網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)，本發(fā)明擴(kuò)展功能非常方便、高效，如要增加定時(shí)器或時(shí)間繼電器功能只需通過(guò)光電隔離I/O接口連接一定時(shí)芯片即可，這種芯片品種很多，也很便宜，如低端的NE555、7555等模擬芯片，高端的如XM109、XM902、XM904等數(shù)字芯片，擴(kuò)展各種開關(guān)量的位式控制和調(diào)節(jié)異常簡(jiǎn)潔、便利。通過(guò)本發(fā)明的智能擴(kuò)展模塊電路，可以實(shí)現(xiàn)各種模擬量?jī)x表顯示、控制、調(diào)節(jié)功能，可接受各種模擬量傳感器、變送器及儀器儀表的標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)。
本發(fā)明創(chuàng)造在電器方面除保留普通接觸器的接通、分?jǐn)喙δ芡?，集成了常用的保護(hù)電器功能，各種保護(hù)狀態(tài)均有直觀的故障顯示，操作者可以直觀看到故障提示，維修人員根據(jù)提示能迅速排除故障，確保設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，本發(fā)明的集成式儀表、電器綜合控制裝置除在啟動(dòng)瞬間為線圈M提供足夠的吸合電流外，電子控制電路一直處于低電流、低功耗的休眠維持狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了線圈M的二段電流節(jié)電功能，具有電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠的特點(diǎn)，同時(shí)提高了電子控制電路的抗電磁干擾能力，在擴(kuò)展能力方面，本發(fā)明創(chuàng)造采用高抗干擾能力的光電隔離I/O接口，有效地保護(hù)了用戶的人身及設(shè)備安全，通過(guò)光電隔離I/O端口能及時(shí)把集成式儀表、電器綜合控制裝置的狀態(tài)信息傳送給用戶或其它相關(guān)設(shè)備，易于方便地與各種開關(guān)量傳感器及各種控制儀表信號(hào)乃至于控制計(jì)算機(jī)連接，由于采用的光電隔離I/O端口，不僅提升了保護(hù)和擴(kuò)展功能，而且增強(qiáng)了整個(gè)裝置的抗干擾能力，使擴(kuò)展控制可以從幾十米到上千米乃至更遠(yuǎn)，擴(kuò)展更方便，使用更靈活。
本發(fā)明創(chuàng)造在儀表功能方面由于采用了智能擴(kuò)展模塊電路和數(shù)字顯示技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量控制，而且能實(shí)現(xiàn)各種模擬量控制與顯示，如各種電壓、電流，各種溫度、壓力、物位、流量、位移、重量、氣敏、輻射等，還可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字量控制與顯示，變更擴(kuò)展功能一般只要修改軟件程序和更換相應(yīng)的傳感器即可，其硬件結(jié)構(gòu)一般不必變更或修改，具有MSSP和USART串行通訊端口，PSP并行從動(dòng)端口，便于與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)接，便于組成DDC計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)和DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的集成式儀表、電器綜合控制裝置還具有吸合力矩大，運(yùn)行噪聲低、近乎沒(méi)有線圈溫升，安全可靠，壽命長(zhǎng)，高效節(jié)電的特點(diǎn)，控制接線簡(jiǎn)單，使用方便靈活，保護(hù)功能齊全、控制功能豐富，體積小，用途廣，同時(shí)取代較多現(xiàn)有的低壓電器元件及眾多儀表，可節(jié)省盤柜空間，縮小盤柜體積，鐵芯可按短時(shí)制工作設(shè)計(jì)，大幅節(jié)約原材料和制造成本。
集成式儀表、電器綜合控制裝置已經(jīng)構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)，應(yīng)用集成式儀表、電器綜合控制裝置可同時(shí)替代多種電器元件和儀表，能極大地簡(jiǎn)化電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化自動(dòng)化儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在繪制電氣自動(dòng)化系統(tǒng)圖時(shí)可創(chuàng)立新的電氣圖標(biāo)，可以用符號(hào)、字符或文字標(biāo)明所選定的功能(參見圖4)，使復(fù)雜繁瑣的制圖工作變得極其簡(jiǎn)單、明快，本發(fā)明非常適宜做成整體的系統(tǒng)裝置來(lái)配合老產(chǎn)品升級(jí)或更新改造，各種不同儀表功能其硬件構(gòu)成基本相同，各種傳感元件輸入信號(hào)只要修改不同的軟件即可匹配，由于智能擴(kuò)展電路已做成模塊形式，可以插在電子控制電路的系統(tǒng)電路板上，也可將智能擴(kuò)展模塊電路連同它的顯示屏一起安裝在相應(yīng)的儀表或電氣控制箱面板上，真正實(shí)現(xiàn)了電器、儀表的一體化、集成化。
集成式儀表、電器綜合控制裝置不配置智能擴(kuò)展模塊電路亦能正常工作，但不具備模擬儀表顯示、控制功能，而光電隔離的I/O接口功能不變。
圖1集成式儀表、電器綜合控制裝置的一種殼結(jié)體構(gòu)示意2電子控制電路原理3智能擴(kuò)展模塊電路原理4集成式儀表、電器綜合控制裝置的使用接線5集成式儀表、電器綜合控制裝置系統(tǒng)框6～14智能擴(kuò)展模塊程序流程圖及子程序流程圖由圖5可以看出該裝置是一個(gè)完整的單元式自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它的執(zhí)行部分是一個(gè)具有完善保護(hù)的大功率三相開關(guān)，通過(guò)電子控制電路實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)和控制的電器功能，各種故障保護(hù)均有相應(yīng)的LED發(fā)光故障顯示，各種保護(hù)、控制功能由電子控制電路實(shí)現(xiàn)，電子控制電路有與智能擴(kuò)展模塊電路連接的模擬信號(hào)輸出口和雙向交換信息的光電隔離I/O口及電源接口，通過(guò)I/O擴(kuò)展接口把電子控制電路與智能擴(kuò)展模塊電路緊密聯(lián)系起來(lái)智能擴(kuò)展模塊電路是實(shí)現(xiàn)各種儀表顯示、控制的核心，由高性能的單片機(jī)IC4、數(shù)字顯示屏及簡(jiǎn)單的鍵盤電路構(gòu)成。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的集成式儀表、電器綜合控制裝置的實(shí)施例作進(jìn)一步敘述按照?qǐng)D1所示的殼結(jié)體構(gòu)示意圖；將彈簧(41)、鐵芯(42)、線圈M、裝有動(dòng)觸頭(44)的支架(45)依次裝入帶有故障顯示窗口和故障顯示標(biāo)識(shí)的主體殼體(40)，再將靜觸橋一側(cè)帶有電流傳感器的靜觸頭組件(46)安裝好，靜觸頭組件(46)是以靜觸橋?yàn)橐淮卫@組和繞有二次繞組的傳感器線圈及傳感器鐵芯構(gòu)成，靜觸頭組件(46)安裝好后將帶有故障顯示的電子控制電路板裝入殼體側(cè)面，并令故障顯示發(fā)光二極管D01～D06分別從外殼(40)的故障顯示窗口露出，連接好接線端子。
電子控制電路的IC2a～I(xiàn)C2f及IC3集成為一片專用集成電路，以提高可靠性、降低成本、縮小體積，帶有數(shù)碼顯示部件的智能擴(kuò)展模塊電路做成單元部件，通過(guò)連接電纜和插頭插在電子控制電路板的插座上，智能擴(kuò)展模塊電路單元部件可安裝在集成式儀表、電器綜合控制裝置的殼體上或安裝在控制柜、儀表盤的面板上。
集成式儀表、電器綜合控制裝置的使用接線見附圖4，它的A1、A2分別接控制電源，PN接設(shè)備外殼或保護(hù)接地端子，A4接保護(hù)地線，主回路兩端的三相電源端子分別連接三相電源和負(fù)載。
電子控制電路原理見圖2所示控制電源輸入端A1與電子控制電路的二極管D1的陽(yáng)極和電源變壓器T1的初級(jí)N0連接，控制電源參考端A2與電源變壓器T1初級(jí)N0的另一端連接，電源變壓器T1的次級(jí)N1接整流橋D8的兩個(gè)端，D8的負(fù)端接地、正端接濾波電容C2和三端穩(wěn)壓器U1的輸入端，在電容C2上取得非穩(wěn)壓直流輸出V12，三端穩(wěn)壓器U1的輸出端連接三端穩(wěn)壓器U2的輸入端和電容C3，在電容C3上取得直流穩(wěn)壓輸出Vcc，在三端穩(wěn)壓器U2的輸出端取得直流穩(wěn)壓輸出Vdd，三端穩(wěn)壓器U1、U2的接地端和電容C2、C3的另一端接地。電源變壓器T1次級(jí)N2的一端及D2的陽(yáng)極接參考端A2，另一端接電容C5，C5的另一端接二極管D3陽(yáng)極和D2陰極，在二極管D3的陰極取得維持電源VB，由電容C5、二極管D2、D3組成倍壓整流電路，以充分利用N2的電源。維持電源VB接線圈M，為維持鐵芯閉合的提供維持電流。二極管D1的陰極與電容C1和電阻R1、R2、R3連接，在濾波電容C1上取得高壓驅(qū)動(dòng)電源B+，電容C1的另一端接參考端A2，電阻R1另一端連接功率開關(guān)管Q1的陽(yáng)極，由驅(qū)動(dòng)電源B+通過(guò)電阻R1、開關(guān)管Q1為線圈M提供驅(qū)動(dòng)電流，電阻R2另一端接三極管Q2的集電極和開關(guān)管Q1的控制極為開關(guān)管Q1的控制極提供偏置，電阻R3的另一端與電阻R4和電容C4連接，電阻R4的另一端接三極管Q2的基極，B+電源通過(guò)電阻R3、R4為三極管Q2提供偏置，三極管Q2的發(fā)射極和電容C4另一端及開關(guān)管Q1的陰極一同連接在線圈M上，也既與維持電源VB連接在一起，由電阻R1、R2、R3、R4、電容C4和三極管Q2、開關(guān)管Q1組成瞬時(shí)導(dǎo)通、自動(dòng)關(guān)閉的電子開關(guān)。
電磁線圈M的電流由兩路供給，一路由驅(qū)動(dòng)電源B+通過(guò)電阻R1、開關(guān)管Q1供給，另一路由維持電源VB供給，線圈M的另一端接功率開關(guān)管Q3的陽(yáng)極，并經(jīng)過(guò)功率開關(guān)管Q3的陰極接參考端A2，控制電源A1得電初始由于電容C4兩端電壓不能突變，使開關(guān)管Q1上電后即刻導(dǎo)通，隨著電容C4充電結(jié)束，開關(guān)管Q1自動(dòng)關(guān)閉，線圈M則轉(zhuǎn)而由VB供電，使線圈M的電流由較大的初始啟動(dòng)電流在開關(guān)管Q1關(guān)閉后自動(dòng)轉(zhuǎn)為較小的維持電流，由此獲得線圈M的二段電流節(jié)電運(yùn)行方式，獲得較高節(jié)電效果，在線圈M兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管D5，以降低線圈M產(chǎn)生的高壓脈沖對(duì)功率開關(guān)管Q3的沖擊和降低電磁噪聲。
由圖2可知電磁線圈M始終受控于功率開關(guān)管Q3，功率開關(guān)管Q3的控制極和光電耦合器U3的集電極經(jīng)電阻R6接驅(qū)動(dòng)電源B+，由驅(qū)動(dòng)電源B+為開關(guān)管Q3提供偏置，光電耦合器U3的發(fā)射極接參考端A2，光電耦合器U3的發(fā)光二極管陽(yáng)極經(jīng)電阻R7接電源Vcc，光電耦合器U3的發(fā)光二極管陰極與光電耦合器U4的發(fā)光二極管陽(yáng)極串聯(lián)，U4的發(fā)光二極管陰極與三極管Q4集電極和光電耦合器U5的集電極連接，也就是光電耦合器U3、U4的發(fā)光二極管串聯(lián)后接在Q4集電極和U5的集電極上，Q4基極經(jīng)電阻R14接IC3與非門輸出端，由與非門IC3控制功率開關(guān)管Q3的開關(guān)狀態(tài)，U5的發(fā)射極和Q4發(fā)射極接地，功率開關(guān)管Q3完全由光電耦合器U3隔離控制，光電耦合器U4的集電極經(jīng)電阻R27接在連接插座J1(CZ)的第7腳，是本裝置的輸出端口，光電耦合器U5的發(fā)光二極管陽(yáng)極經(jīng)電阻R29接在連接插座J1(CZ)的第6腳，是本裝置的輸入端口，由光電耦合器U5、U4構(gòu)成了本發(fā)明的雙向光電隔離I/O擴(kuò)展端口，連接插座J1(CZ)的第3、4、5腳分別連接比較器IC2b反相端的主回路電流信號(hào)、同相端的設(shè)定電流信號(hào)和電阻R37、R38分壓的電源電壓信號(hào)，由J1(CZ)的第3、4、5腳構(gòu)成模擬信號(hào)輸出端口，第1、2、12腳分別接直流電源Vcc、Vdd和地，第8～11腳留作他用。
集成式儀表、電器綜合控制裝置的三個(gè)電流傳感器分別安裝在同一側(cè)三相靜觸點(diǎn)至接線端子間的靜觸橋上，并與靜觸橋組合成一體，構(gòu)成靜觸頭傳感組件，三個(gè)電流傳感器的一次原邊繞組即為三相靜觸橋，三個(gè)二次副邊繞組L1、L2、L3的末端按星形接法連接，星點(diǎn)經(jīng)電流互感器L4的一次原邊接地，由L4的副邊二次繞組取出缺相信號(hào)，并經(jīng)二極管D7、電容C10整流、濾波后接比較器IC2a反相端，沒(méi)有電源或負(fù)載缺相時(shí)星點(diǎn)電位為零，L4副邊二次繞組沒(méi)有信號(hào)輸出，電源或負(fù)載有缺相時(shí)，L4的副邊二次繞組有缺相信號(hào)輸出，當(dāng)IC2a反相端信號(hào)大于IC2a同相端基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，比較器IC2a輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，整個(gè)集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D01發(fā)光，指示出現(xiàn)缺相故障，因此，此電路不僅可用于檢測(cè)三相電源或負(fù)載的缺相，而且還可用于檢測(cè)三相電流的不平蘅，實(shí)現(xiàn)缺相保護(hù)和三相不平衡保護(hù)，比較器IC2a的同相端的缺相基準(zhǔn)電平由Vcc電源經(jīng)電阻R9、R10分壓得到。電流傳感器所用鐵芯宜用高磁導(dǎo)率的材料制造，磁路用鐵皮屏蔽。
電流傳感器L1、L2、L3的三個(gè)副邊二次繞組的始端分別接三個(gè)二極管D11、D12、D13的陽(yáng)極組成三相半波整流電路，三個(gè)二極管的陰極接濾波電容C8，經(jīng)三個(gè)二極管整流、電容C8濾波后的電流信號(hào)一路經(jīng)電阻R28接比較器IC2b的反相端和開關(guān)K，并經(jīng)過(guò)開關(guān)K接積分電容C9，由電阻R28和電容C9組成積分電路，并獲得過(guò)載保護(hù)所需要的反時(shí)限特性，Vcc電源經(jīng)電阻R21接電位器R24的始端，R24的末端經(jīng)電阻R22接地，R24的中點(diǎn)接比較器IC2b的同相端，通過(guò)調(diào)整電位器R24的中點(diǎn)位置可以改變比較器IC2b的基準(zhǔn)電平，也即整定了過(guò)載或過(guò)流的范圍，當(dāng)IC2b的反相端的傳感信號(hào)電平大于設(shè)定基準(zhǔn)電平時(shí)，比較器IC2b輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D02發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)載故障，開關(guān)K閉合時(shí)為過(guò)載保護(hù)，并具有反時(shí)限特性，用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)之類的負(fù)載，開關(guān)K打開時(shí)為過(guò)流保護(hù)，具有快速保護(hù)特性，用于保護(hù)可控硅整流設(shè)備之類的要求快速保護(hù)的設(shè)備或裝置。
經(jīng)電容C8濾波后的信號(hào)還經(jīng)電阻R25、R26分壓，分壓后的信號(hào)作為比較器IC2c短路保護(hù)信號(hào)，當(dāng)IC2c的反相端的信號(hào)電平大于基準(zhǔn)電平時(shí)，IC2c輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D03發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)短路故障。
三個(gè)電流傳感器的始端還分別接D14、D15、D16三個(gè)二極管的陰極，三個(gè)二極管的陽(yáng)極連接電容C11、電阻R23，電容C11和電阻R23另一端接地，選取電容C11和電阻R23使它們的阻抗等于D11、D12、D13三個(gè)二極管整流后的負(fù)載阻抗，以提供電流傳感器L1、L2、L3的負(fù)半周電流信號(hào)通路。
電阻R15、R17直接與非穩(wěn)壓直流輸出端V12連接，由電阻R15、R16分壓取得過(guò)壓信號(hào)接比較器IC2d的反向端，由電阻R17、R18分壓取得欠壓信號(hào)接比較器IC2e的同相端，分別與IC2d同向端和IC2e反相端的基準(zhǔn)電平比較以完成過(guò)壓、欠壓檢測(cè)，當(dāng)電源電壓過(guò)高，使比較器IC2d的反向端電平大于同相端基準(zhǔn)電平時(shí)，比較器IC2d輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D04發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)過(guò)壓故障。當(dāng)電源電壓過(guò)低，使比較器IC2e的同相端電平小于反相端基準(zhǔn)電平，則比較器IC2e輸出低電平，經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D05發(fā)光顯示，指示出現(xiàn)欠壓故障。比較器IC2c、IC2d同相端和IC2e反相端共用一個(gè)基準(zhǔn)電平，由Vcc電源經(jīng)電阻R11限流、穩(wěn)壓管D10穩(wěn)壓取得。
集成式儀表、電器綜合控制裝置的保護(hù)端子PN和地線端子A4分別與電流互感器L5原邊繞組兩端連接，利用串接在中性地線中的電流互感器L5取得漏電信號(hào)，L5的二次副邊繞組一端接地，另一端接二極管D20陽(yáng)極，D20陰極接電容C12和比較器IC2f的反相端，由二極管D20、電容C12組成整流、濾波電路，當(dāng)比較器IC2f的反相端信號(hào)大于同相端電平時(shí)，比較器IC2f輸出低電平，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D06，指示出漏電故障，同時(shí)經(jīng)與非門IC3使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，Vcc電源由電阻R19、R20分壓后接比較器IC2f的同相端作為基準(zhǔn)電平。
IC2a～I(xiàn)C2f六個(gè)比較器均為開漏門輸出，分別連接D01～D06六個(gè)LED發(fā)光二極管的陰極，六個(gè)LED發(fā)光二極管的陽(yáng)極分別經(jīng)電阻R31～R36連接在Vcc電源上，由外殼顯示窗口上的字符輔助指示故障原因，IC2a～I(xiàn)C2f六個(gè)比較器的輸出端還分別與六輸入與非門IC3的輸入端連接，與非門IC3的輸出端經(jīng)電阻R14接三極管Q4基極，并由三極管Q4推動(dòng)光電耦合器U3控制功率開關(guān)管Q3的通斷，從而控制集成式儀表、電器綜合控制裝置工作。
智能擴(kuò)展模塊電路由內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)IC4(PIC16F877)為核心構(gòu)成，電原理圖如圖3所示它的一個(gè)并行口(D口)及另一并行口(B口)的低四位RB.0～RB.3設(shè)為輸出口，通過(guò)電阻R51～R59和R41～R44分別與LED數(shù)碼顯示器的各段碼端及經(jīng)三極管Q6～Q9驅(qū)動(dòng)的四個(gè)數(shù)碼管的位選端連接，構(gòu)成集成式儀表、電器綜合控制裝置的數(shù)碼顯示硬件電路，以顯示主回路電流、過(guò)流/過(guò)載設(shè)定電流及其它參數(shù)。
單片機(jī)IC4的B口的RB.4～RB.7設(shè)為電平輸入端口，其中RB.4通過(guò)連接插頭J1(CT)的第7腳連接電子控制電路的光電隔離I/O接口的輸出端，以便接收來(lái)自電子控制電路的狀態(tài)信息及故障報(bào)警信號(hào)，RB.5～RB.7分別連接控制鍵S3、S4、S5，中斷處理程序通過(guò)響應(yīng)按鍵S3、S4、S5的鍵盤中斷信號(hào)選擇A/D轉(zhuǎn)換為設(shè)定值、電壓值或智能擴(kuò)展模塊電路的外部模擬量傳感信號(hào)，單片機(jī)IC4的C口的RC.0、RC.1設(shè)為位控端口，其中RC.0通過(guò)連接插頭J1(CT)的第6腳連接電子控制電路的光電隔離I/O接口的輸入端，以便把智能擴(kuò)展模塊電路的控制信息傳送到電子控制電路，位控端口RC.1為報(bào)警信號(hào)輸出，其輸出信號(hào)接LED發(fā)光二極管D07陽(yáng)極，D07陰極接三極管Q10的基極偏置電阻R48、R49，電阻R48的另一端接Q10的基極，三極管Q10的發(fā)射極接地、集電極經(jīng)負(fù)載(LSI報(bào)警器)接Vdd電源。
時(shí)鐘的振蕩定時(shí)元件由電容C14、C15和晶振Y1組成，電容C14、C15一端接地，另一端分別接單片機(jī)IC4的時(shí)鐘端OSC1、OSC2及晶振Y1兩端。由按鍵開關(guān)S2、電容C16、電阻R44、R45組成單片機(jī)IC4的復(fù)位電路，單片機(jī)IC4的復(fù)位端(MCLR)經(jīng)電阻R45連接按鍵開關(guān)S2、電容C16和電阻R44，電阻R44的另一端接Vdd電源，按鍵開關(guān)S2和電容C16的另一端接地。
由電阻R62、R63、R64和按鍵開關(guān)S3、S4、S5組成選擇鍵的鍵盤電路，電阻R62、R63、R64一端接Vdd電源，另一端接按鍵開關(guān)S3、S4、S5及單片機(jī)IC4的B口的RB.5、RB.6、RB.7，S3、S4、S5的另一端接地。
連接插頭J1(CT)的第7腳，是電子控制電路的輸出端口，連接智能擴(kuò)展模塊電路單片機(jī)IC4的RB.4，連接插頭J1(CT)的第7腳，是電子控制電路的輸入端口，連接智能擴(kuò)展模塊電路單片機(jī)IC4的RC.0，連接插頭J1(CT)的第3、4、5腳分別連接智能擴(kuò)展模塊電路單片機(jī)IC4的AN.0、AN.1、AN.2，連接插頭J1(CT)的第1、2、12腳分別從電子控制電路的獲取直流電源Vcc、Vdd和地，第8～11腳留作他用。溫度傳感由熱敏電阻R60和電阻R61串聯(lián)構(gòu)成，熱敏電阻R60另一端接Vdd電源，電阻R61另一端接地，熱敏電阻R60和電阻R61的分壓點(diǎn)接單片機(jī)IC4的A口的AN.3，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并完成模擬量采集。單片機(jī)IC4內(nèi)部已有并行從動(dòng)端口、串行通信端口、脈寬調(diào)制PWM等資源可以使用，其串行通信端口也可以做成RS485遠(yuǎn)程通訊端口使用。
單片機(jī)IC4內(nèi)部FLASH程序存儲(chǔ)器中存放有可供自動(dòng)運(yùn)行的智能擴(kuò)展模塊電路的執(zhí)行程序(見圖6～圖14)，常數(shù)和除數(shù)系數(shù)放在IC4片內(nèi)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，執(zhí)行程序主要由主程序、中斷服務(wù)處理程序、鍵盤顯示子程序和設(shè)定值子程序、電壓處理子程序、I/O口處理子程序、除法子程序、二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序、外部模擬量(溫度)處理子程序等組成。圖6至圖14說(shuō)明圖3所示的智能擴(kuò)展模塊電路的存儲(chǔ)程序運(yùn)行的流程圖，程序運(yùn)行是在單片機(jī)IC4內(nèi)微處理器中響應(yīng)預(yù)先存入其內(nèi)部FLASH程序存儲(chǔ)器中的指令序列完成的，其程序執(zhí)行步驟如下在圖6的主程序開始步驟100后，首先執(zhí)行步驟101，初始化單片機(jī)IC4的端口，選A口的AN.0～AN.3為A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入，用以采集主電路的電流值、設(shè)定值、電源電壓值和擴(kuò)展電路的模擬量參數(shù)，選B口的RB.4為位控輸入，用以連接主電路光隔離的I/O控制信息，選RB.5～RB.7為電平輸入，直接作為控制鍵輸入端口使用，選B口的低四位RB.0～RB.3為輸出口，作為數(shù)碼顯示器的位選線，選D口為輸出端口，直接連接數(shù)字顯示器的段碼。端口設(shè)置完后，執(zhí)行步驟102，初始化工作寄存器、數(shù)據(jù)緩沖單元，顯示緩沖單元和A/D轉(zhuǎn)換器，然后，執(zhí)行步驟103，置A/D通道為AN.0，置通道計(jì)數(shù)器初值，置電流除數(shù)系數(shù)，執(zhí)行步驟104，選RB.4～RB.7位電平中斷允許，開總中斷。
執(zhí)行步驟105，查中斷標(biāo)志，如果沒(méi)有中斷信號(hào)，執(zhí)行步驟110，關(guān)閉中斷。再執(zhí)行步驟111，取A/D通道號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后執(zhí)行步驟114，將結(jié)果存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)單元，然后執(zhí)行步驟115，調(diào)用除法子程序?qū)⒉杉碾娏餍盘?hào)除以電流系數(shù)，再執(zhí)行步驟116，調(diào)用二至十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序，再執(zhí)行步驟117，將十進(jìn)制的主回路電流值送到更新顯示子程序進(jìn)行數(shù)字顯示，顯示完后回到步驟104，重開中斷。
如果有中斷請(qǐng)求，則執(zhí)行步驟106，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，然后執(zhí)行步驟107，結(jié)束。中斷服務(wù)程序執(zhí)行步驟如下(參見圖7)開始步驟200，然后執(zhí)行步驟201、202，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、關(guān)中斷，然后執(zhí)行步驟203，查詢中斷標(biāo)志的中斷源，如果是I/O端口中斷，則執(zhí)行步驟211轉(zhuǎn)I/O處理子程序，否則，執(zhí)行步驟204，查詢中斷標(biāo)志是否為設(shè)定鍵中斷，如果是設(shè)定鍵中斷，則執(zhí)行步驟212，轉(zhuǎn)設(shè)定值處理子程序，否則，執(zhí)行步驟205，查詢中斷標(biāo)志是否為電壓鍵中斷，如果是電壓鍵中斷，則執(zhí)行步驟213，轉(zhuǎn)電壓處理子程序，否則，執(zhí)行步驟206，查詢中斷標(biāo)志是否為模擬量中斷，如果是模擬量中斷，則執(zhí)行步驟214，轉(zhuǎn)模擬量處理子程序，否則，執(zhí)行步驟208，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、清除中斷標(biāo)志，然后執(zhí)行步驟209，重開中斷，再執(zhí)行步驟210，返回。
I/O口處理子程序(參見圖8)執(zhí)行步驟如下步驟300，起始入口，執(zhí)行步驟301，關(guān)中斷，執(zhí)行步驟302，置位端口RB.4為輸入，C口的RC.0為輸出；關(guān)閉功率開關(guān)管Q3及分?jǐn)嘀饔|頭，然后執(zhí)行步驟303，選RC.1為位控輸出，執(zhí)行步驟304，啟動(dòng)軟件報(bào)警信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，再執(zhí)行步驟305，由RC.1輸出報(bào)警信號(hào)，執(zhí)行下一步驟306，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警。
設(shè)定值處理子程序(參見圖9)起始入口執(zhí)行步驟400，然后，執(zhí)行步驟401，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，再執(zhí)行步驟402，關(guān)閉中斷，然后執(zhí)行步驟403，修改路號(hào)寄存器的值為AN.1(即A/D轉(zhuǎn)換器的通道1設(shè)定值通道)，再執(zhí)行步驟404，將設(shè)定值系數(shù)送除數(shù)單元，然后，執(zhí)行步驟405，路號(hào)標(biāo)志S送顯存最高位，再執(zhí)行步驟406，返回。
電壓處理子程序(參見圖10)起始入口執(zhí)行步驟500，然后，執(zhí)行步驟501，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，再執(zhí)行步驟502，關(guān)閉中斷，然后再執(zhí)行步驟503，修改路號(hào)寄存器的值為AN.2(即A/D轉(zhuǎn)換器的通道2電壓值通道)，再執(zhí)行步驟504，將設(shè)定值系數(shù)送除數(shù)單元，然后執(zhí)行步驟505，路號(hào)標(biāo)志V送顯存最高位，再執(zhí)行步驟506，返回。
模擬信號(hào)(溫度)處理子程序(參見圖11)，起始入口執(zhí)行步驟600，然后，執(zhí)行步驟601，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，再執(zhí)行步驟602，關(guān)閉中斷，然后執(zhí)行步驟603，選模擬量控制為溫度參數(shù)，再執(zhí)行步驟604，修改路號(hào)寄存器的值為AN.3(即A/D轉(zhuǎn)換器的通道3模擬量通道)，再執(zhí)行步驟605，將溫度系數(shù)送除數(shù)單元，然后執(zhí)行步驟606，路號(hào)標(biāo)志W(wǎng)送顯存最高位，再執(zhí)行步驟607，選B口的RB.4為位控(控制整個(gè)裝置的啟動(dòng)/停止)，然后執(zhí)行步驟608，返回。
如果用戶選擇壓力、液位、流量、光電、瓦斯、位移及其它各種控制，只要更換不同的傳感器、變送器等傳感元件即可，而本程序執(zhí)行步驟不變，只需要按照傳感器、變送器等傳感元件的不同，修改除法子程序的除數(shù)系數(shù)和路號(hào)標(biāo)志即可，除法子程序的除數(shù)系數(shù)和路號(hào)標(biāo)志可以存放在單片機(jī)IC4內(nèi)部的EEPROM存儲(chǔ)器中，這樣修改、變更控制對(duì)象非常方便。
在I/O口處理子程序中如果中斷是由電子控制控電路產(chǎn)生的，它標(biāo)志著電子控制電路已經(jīng)驅(qū)動(dòng)線圈M動(dòng)作，并向智能擴(kuò)展模塊電路發(fā)送電子控制電路的狀態(tài)信息，通過(guò)智能擴(kuò)展電路I/O口處理子程序可以關(guān)閉電子控制電路的功率三極管Q3，從而分?jǐn)嘀饔|頭，并啟動(dòng)聲光報(bào)警(參見圖8)，也可以將狀態(tài)信息發(fā)送給聯(lián)鎖電路或DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。如果中斷是由控制鍵S3、S4、S5產(chǎn)生的，則中斷服務(wù)程序自動(dòng)轉(zhuǎn)移至設(shè)定值、電壓或模擬量處理子程序，修改相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換路號(hào)和相應(yīng)的除數(shù)系數(shù)，再把相應(yīng)的路號(hào)標(biāo)志送顯存最高位(參見圖9、10、11)。
圖12至圖14的顯示子程序、除法子程序和二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序在各種公開的相關(guān)文獻(xiàn)中均有記載，這里不再敘述。
權(quán)利要求
1.一種集成式儀表、電器綜合控制裝置，主要由靜觸橋一側(cè)帶有電流傳感器的動(dòng)、靜觸頭組件(44)、(46)，帶故障顯示窗口和標(biāo)識(shí)的外殼(40)，鐵芯(42)、線圈M、彈簧(41)、觸頭支架(45)等電磁組件，電子控制電路，智能擴(kuò)展模塊電路及電源變換組件等組成，該裝置有兩個(gè)控制電源端子A1、A2和漏電保護(hù)端子PN、中性地線A4，控制電源為220V時(shí)A1為電源相線，A2為參考端接中性線，控制電源為380V時(shí)，A2接另～相電源，漏電保護(hù)端子PN接被保護(hù)設(shè)備外殼或設(shè)備保護(hù)接地端子，A4接三相電源的中性地線，其特征在于a、集成式儀表、電器綜合控制裝置的控制電源A1分成二路，一路經(jīng)二極管D1整流、電容C1濾波后作為直流高壓驅(qū)動(dòng)電源B+，另一路接電源變壓器T1的初級(jí)N0，T1的次級(jí)N2一端接參考端A2，另一端經(jīng)電容C5連接二極管D3陽(yáng)極和D2陰極，D2陽(yáng)極接參考端A2，在二極管D3陰極取得維持電源VB并連接線圈M，線圈M的另一端連接在功率開關(guān)管Q3的陽(yáng)極，由功率開關(guān)管Q3控制線圈M的電流通路，電子控制電路的輸出負(fù)載即為電磁線圈M，電源變壓器T1的初級(jí)N0的另一端接參考端A2，T1的次級(jí)N1的兩端接整流元件D8的交流端，經(jīng)整流元件D8整流、電容C2濾波后取得電源V12，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器U1、U2穩(wěn)壓后，分別獲得電子控制電路的工作電源Vcc和智能擴(kuò)展模塊電路的工作電源Vdd；b、電子控制電路的六個(gè)比較器IC2a～I(xiàn)C2f輸出均為開漏門結(jié)構(gòu)，六個(gè)比較器IC2a～I(xiàn)C2f輸出端直接連接故障顯示發(fā)光二極管的陰極，故障顯示發(fā)光二極管的陽(yáng)極分別經(jīng)相應(yīng)的限流電阻R31～R36接Vcc電源，故障顯示發(fā)光二極管分別顯示缺相、過(guò)流/過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、漏電故障，六個(gè)比較器輸出還經(jīng)與非門IC3、三極管Q4推動(dòng)，然后由光電耦合器U3隔離后控制功率開關(guān)管Q3的開關(guān)狀態(tài)；c、集成式儀表、電器綜合控制裝置的過(guò)壓、欠壓信號(hào)取自經(jīng)電源變壓器T1的次級(jí)N1降壓、整流后的電源V12，V12經(jīng)電阻R15、R16分壓后接比較器IC2d反相端與同相端的基準(zhǔn)電平比較完成過(guò)壓檢測(cè)，V12經(jīng)電阻R17、R18分壓后接比較器IC2e同相端與反相端的基準(zhǔn)電平比較完成欠壓檢測(cè)，當(dāng)電源電壓過(guò)高，使比較器IC2d輸出低電平，經(jīng)與非門IC3、三極管Q4使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障顯示發(fā)光二極管，當(dāng)電源電壓過(guò)低，使比較器IC2e輸出低電平，經(jīng)與非門IC3、三極管Q4亦使Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障顯示發(fā)光二極管，過(guò)壓、欠壓和短路保護(hù)共用一個(gè)基準(zhǔn)電平，由Vcc電源經(jīng)穩(wěn)壓管D10穩(wěn)壓后提供，R11是穩(wěn)壓管D10的限流電阻；d、過(guò)流、過(guò)載、短路信號(hào)由鑲嵌在集成式儀表、電器綜合控制裝置的三相靜觸橋上的三個(gè)電流傳感器取得，三相靜觸橋既為傳感器的一次繞組，三個(gè)電流傳感器的二次繞組末端按星形連接在一起，星點(diǎn)經(jīng)零序電流互感器L4的一次繞組接地，由三個(gè)電流傳感器二次繞組始端取得過(guò)流、過(guò)載、短路信號(hào)，缺相信號(hào)由零序電流互感器L4的二次繞組取得，電流傳感器L1、L2、L3的三個(gè)二次繞組的始端分別接三個(gè)二極管D11、D12、D13的陽(yáng)極，三個(gè)二極管的陰極接電阻R28、R25和濾波電容C8，電阻R28的另一端接比較器IC2b的反相端和開關(guān)K，開關(guān)K的另一端經(jīng)電容C9接地，由電阻R28和電容C9組成過(guò)載保護(hù)的積分電路，以獲得過(guò)載保護(hù)所需要的反時(shí)限特性，比較器IC2b的同相端由電位器W的中點(diǎn)提供基準(zhǔn)電平，Vcc電源經(jīng)電阻R21接電位器W的始端，W的末端經(jīng)電阻R22接地，通過(guò)調(diào)整電位器W的中點(diǎn)位置可以改變比較器IC2b的基準(zhǔn)電平，也即整定了過(guò)載或過(guò)流的范圍，當(dāng)IC2b的反相端信號(hào)電平大于設(shè)定基準(zhǔn)時(shí)，比較器IC2b輸出低電平，經(jīng)與非門IC3、三極管Q4使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障顯示發(fā)光二極管，開關(guān)K閉合時(shí)為過(guò)載保護(hù)，并具有反時(shí)限特性，開關(guān)K打開時(shí)為過(guò)流保護(hù)，具有快速保護(hù)特性，經(jīng)D11、D12、D13三個(gè)二極管整流后的信號(hào)還經(jīng)電阻R25、R26分壓，分壓后的信號(hào)作為比較器IC2c的短路保護(hù)信號(hào)接IC2c的反相端，當(dāng)短路保護(hù)信號(hào)大于IC2c同相端基準(zhǔn)電平時(shí)，IC2c輸出低電平，經(jīng)與非門IC3、三極管Q4使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障顯示發(fā)光二極管顯示短路故障；e、零序電流互感器L4的副邊二次繞組一端接地，另一端經(jīng)二極管D7整流、電容C10濾波接比較器IC2a反相端，不缺相時(shí)，星點(diǎn)在三相平衡的條件下對(duì)地電流為零，當(dāng)缺相或三相不平衡時(shí)，L4副邊二次有缺相信號(hào)輸出，當(dāng)IC2a反相端信號(hào)大于其同相端基準(zhǔn)電平時(shí)，比較器IC2a輸出低電平，經(jīng)與非門IC3、三極管Q4使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障顯示發(fā)光二極管顯示缺相故障，因此，本電路不僅可用于檢測(cè)三相電源或負(fù)載的缺相，而且還可用于檢測(cè)三相電流的不平蘅，Vcc電源經(jīng)電阻R9、R10分壓后接比較器IC2a的同相端作為缺相基準(zhǔn)電平，L1、L2、L3三個(gè)電流傳感器的始端還分別連接D14、D15、D16三個(gè)二極管的陰極，三個(gè)二極管的陽(yáng)極接由電容C11和電阻R23并聯(lián)構(gòu)成的負(fù)載阻抗，由這部分電路提供電流傳感器L1、L2、L3的負(fù)半周電流信號(hào)通路；f、漏電保護(hù)是利用串接在輸入的主回路三相交流電源的中性地線的電流互感器L5取得漏電信號(hào)，集成式儀表、電器綜合控制裝置的漏電保護(hù)端子PN和中性地線A4分別與電流互感器L5的一次原邊繞組兩端連接，電流互感器L5做成升壓式，它的二次副邊繞組一端接地，另一端經(jīng)二極管D20整流、電容C12濾波后接比較器IC2f的反相端，并與IC2f同相端的基準(zhǔn)電平比較，IC2f同相端的漏電基準(zhǔn)電平由電阻R19、R20分壓提供，當(dāng)通過(guò)L5一次繞組的中性地線有電流時(shí)，表明該負(fù)載設(shè)備有漏電電流，當(dāng)其電流使比較器IC2f輸出低電平時(shí)，經(jīng)與非門IC3、三極管Q4使功率開關(guān)管Q3關(guān)斷，集成式儀表、電器綜合控制裝置釋放，并點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出現(xiàn)漏電故障；g、由二極管D1整流、電容C1濾波后的驅(qū)動(dòng)電源B+還連接電阻R1、R2、R3、R6，由電阻R1、R2、R3、R4、電容C4、三極管Q2和功率開關(guān)管Q1組成瞬態(tài)導(dǎo)通的電子開關(guān)；電阻R1的另一端接功率開關(guān)管Q1的陽(yáng)極，Q1的陰極接電磁線圈M，并為線圈M提供驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源B+經(jīng)電阻R2接三極管Q2的集電極和開關(guān)管Q1的控制極，電阻R3的另一端接電阻R4和電容C4，電阻R4的另一端接三極管Q2的基極，三極管Q2的發(fā)射極和電容C4另一端接Q1的陰極，使Q1上電即刻導(dǎo)通，隨著電容C4充電結(jié)束，開關(guān)管Q1自動(dòng)關(guān)閉，電磁線圈M由開關(guān)管Q1提供上電導(dǎo)通電流，它的維持電流由電源變壓器T1的二次繞組N2經(jīng)整流元件整流后提供，整流元件的參考端接A2，輸出端接電磁線圈M，電磁線圈M的另一端接在功率開關(guān)管Q3的陽(yáng)極上，功率開關(guān)管Q3的陰極接參考端A2，即啟動(dòng)后由開關(guān)管Q3控制線圈M的電流通路，從而控制集成式儀表、電器綜合控制裝置的狀態(tài)，并以較低的功耗維持觸頭閉合。
2.如權(quán)利要求1所述的集成式儀表、電器綜合控制裝置，其特征還在于高壓電源回路、電磁線圈M的驅(qū)動(dòng)電路與電子控制電路的信號(hào)回路是由兩個(gè)參考電位A2和A4地構(gòu)成，相互之間的控制信號(hào)聯(lián)系由光電耦合器U3隔離完成，使高壓驅(qū)動(dòng)電源與低壓電子控制信號(hào)嚴(yán)格隔離，確保用戶的人身安全，高壓驅(qū)動(dòng)電源B+經(jīng)電阻R6接Q3的控制極和光電耦合器U3的集電極，為功率開關(guān)管Q3提供偏置，光電耦合器U3的發(fā)射極接A2，光電耦合器U3的發(fā)光二極管陽(yáng)極經(jīng)電阻R7接電源Vcc，U3的發(fā)光二極管陰極與光電耦合器U4的發(fā)光二極管陽(yáng)極串聯(lián)，U4的發(fā)光二極管陰極與三極管Q4集電極、光電耦合器U5的集電極連接，三極管Q4的基極經(jīng)電阻R14接與非門IC3的輸出端，光電耦合器U5的發(fā)射極、三極管Q4發(fā)射極接地，光電耦合器U4的三極管集電極作為集成式儀表、電器綜合控制裝置的狀態(tài)輸出端口，通過(guò)電阻R27接在連接插座J1(CZ)的第7腳，光電耦合器U5的發(fā)光二極管陽(yáng)極作為集成式儀表、電器綜合控制裝置的外部控制輸入端口，通過(guò)電阻R29接在連接插座J1(CZ)的第6腳，連接插座J1(CZ)的第3、4、5腳分別連接電子控制電路的主回路電流信號(hào)，電流設(shè)定信號(hào)，電源電壓信號(hào)，第1、2、12腳分別接直流電源Vcc、Vdd和地，第8～11腳留作他用，由光電耦合器U5、U4構(gòu)成了本發(fā)明的集成式儀表、電器綜合控制裝置的光電隔離I/O擴(kuò)展端口，由J1的第3、4、5腳構(gòu)成模擬信號(hào)輸出端口，并把主回路電流信號(hào)、電流設(shè)定值信號(hào)和電源電壓信號(hào)傳送到智能擴(kuò)展模塊電路進(jìn)行處理和顯示。
3.如權(quán)利要求1、2所述的集成式儀表、電器綜合控制裝置，其特征還在于該裝置有能擴(kuò)展很多儀表或自動(dòng)控制功能的智能擴(kuò)展模塊電路，智能擴(kuò)展模塊電路以單片機(jī)IC4為核心，配以必要的復(fù)位電路、鍵盤電路、連接插頭J1(CT)及數(shù)碼顯示器構(gòu)成，IC4內(nèi)部包括有MUX處理器，F(xiàn)LASH程序存儲(chǔ)器，RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成的寄存器陣列，EEPROM可改寫、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，A、B、C、D、E五個(gè)復(fù)用I/O端口，3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2個(gè)捕捉/比較/脈沖調(diào)制PWM控制器，MSSP和USART串行通訊端口，PSP并行通訊端口，8輸入A/D轉(zhuǎn)換器等資源，智能擴(kuò)展模塊電路可以插在電子控制電路的電路板上，也可與數(shù)字顯示屏組成一個(gè)單獨(dú)部件安裝在儀表或電氣控制箱(柜)的面板上，該裝置不插智能擴(kuò)展模塊電路亦可正常工作，仍有光電隔離的I/O端口，但不具備模擬信號(hào)顯示和模擬儀表功能，單片機(jī)IC4的一個(gè)并行口D用作數(shù)據(jù)輸出與數(shù)碼顯示器的各個(gè)段碼端相連接，另一端口B的低四位經(jīng)Q6～Q9分別與數(shù)碼管的位選端相連接，該端口的第五位設(shè)為位控輸入，經(jīng)J1(CT)連接插頭連接電子控制電路光電隔離I/O接口的第7腳輸出端，IC4的另一端口C的RC.0位設(shè)為位控輸出端口，經(jīng)J1(CT)連接插頭連接電子控制電路光電隔離I/O接口的第6腳輸入端，由光電耦合器U4、U5構(gòu)成光電隔離I/O接口，實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)IC4的智能化功能擴(kuò)展，IC4的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端AN.0、AN.1、AN.2經(jīng)J1(CT)連接插頭的3、4、5腳分別連接電子控制電路的IC2c反向端、IC2c同向端和電阻R37、R38的分壓點(diǎn)進(jìn)行采樣，獲得主回路電流信號(hào)、電流設(shè)定值信號(hào)和電源電壓信號(hào)，單片機(jī)IC4的B口RB.5、RB.6、RB.7位直接作為S3、S4、S5的鍵輸入端，以選擇A/D轉(zhuǎn)換器的采集路號(hào)，選C口的RC.1為位控報(bào)警輸出，直接經(jīng)正向連接的發(fā)光二極管D07推動(dòng)三極管Q10，由Q10驅(qū)動(dòng)LS1報(bào)警器工作，單片機(jī)IC4的OSC1、OSC2引腳分別連接電容C14、C15和晶體Y1兩端，以產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)IC4的復(fù)位端(MCLR)經(jīng)電阻R45連接按鍵開關(guān)S2、電容C16和電阻R44，電阻R44的另一端接Vdd電源，按鍵開關(guān)S2和電容C16的另一端接地，單片機(jī)IC4內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器輸入端AN.3連接擴(kuò)展的模擬量信號(hào)(本例為溫度傳感器)，連接插頭J1(CT)的1、2、12腳分別從電子控制電路獲取直流電源Vcc、Vdd和地(A4)，單片機(jī)IC4內(nèi)的MSSP和USART用于串行通信或組成RS485遠(yuǎn)程通訊接口，IC4內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)模塊通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)時(shí)間程序控制或生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)數(shù)控制，IC4內(nèi)部的EEPROM電可擦除/改寫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放和修改常數(shù)和變量，為用戶提供現(xiàn)場(chǎng)修正系數(shù)的可能。
4.如權(quán)利要求3所述的智能擴(kuò)展模塊電路，其特征還在于該智能擴(kuò)展模塊電路IC4單片機(jī)FLASH程序存儲(chǔ)器內(nèi)存放有智能擴(kuò)展模塊電路的控制程序，控制程序主要由含有A/D轉(zhuǎn)換程序的主程序、中斷程序、除法子程序、二至十進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換子程序、更新顯示子程序及各個(gè)端口驅(qū)動(dòng)程序，該控制程序至少啟動(dòng)一路A/D轉(zhuǎn)換處理或I/O口處理及報(bào)警子程序，在主程序中主要由初始化程序，A/D轉(zhuǎn)換程序，電流采集處理程序，并調(diào)用除法子程序、二-十進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換子程序、更新顯示子程序等，在中斷處理程序中主要由鍵盤中斷處理程序，I/O口處理及報(bào)警子程序，設(shè)定值子程序，電壓處理子程序，外部模擬量?jī)x表子程序組成。
5.如權(quán)利要求4所述的智能擴(kuò)展模塊控制程序，其特征還在于控制程序的主程序在沒(méi)有中斷請(qǐng)求的情況下，將把電子控制電路的主回路電流信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、除法運(yùn)算和代碼轉(zhuǎn)換后送到數(shù)碼顯示器上進(jìn)行顯示，在中斷的情況下，首先查詢中斷源，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序，除I/O口處理及報(bào)警子程序外，其他中斷處理子程序主要按對(duì)象不同修改A/D轉(zhuǎn)換的路號(hào)和標(biāo)志、相應(yīng)的除數(shù)系數(shù)，然后返回主程序。
6.如權(quán)利要求4所述的智能擴(kuò)展模塊控制程序，其特征還在于外部模擬量?jī)x表子程序?qū)⒏鶕?jù)各種傳感器、變送器的不同編制相應(yīng)的軟件控制程序，如溫度、壓力、液位、流量，0～10mA、4～20mA電流或1～5V電壓等程序。
全文摘要
本發(fā)明屬低壓電器與自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，本發(fā)明由帶故障顯示窗口和標(biāo)識(shí)的外殼，電子控制電路，智能擴(kuò)展模塊電路，靜觸橋一側(cè)帶有電流傳感器的動(dòng)、靜觸頭組件，鐵芯、線圈、彈簧等組成。通過(guò)電子控制電路實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)和故障顯示，并具有高效節(jié)電功能，其高壓驅(qū)動(dòng)與低壓信號(hào)電路采用光電隔離技術(shù)，并采用光電隔離的I/O擴(kuò)展接口和智能擴(kuò)展模塊電路，從而實(shí)現(xiàn)了豐富的儀表顯示、控制功能，變換儀表功能一般通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，具有工作電流、設(shè)定值電流、電源電壓和儀表功能的數(shù)字顯示，可接受各種傳感器的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，把控制電器、保護(hù)電器、顯示儀表和控制儀表融為一體，獨(dú)立地自成體系和系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02H3/10GK1825729SQ20061005674
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者張世興 申請(qǐng)人:張世興