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PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置

阅读：1008发布：2020-06-08

专利汇可以提供PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，包括分别与CPU模块连接的PROFIBUS通信模块、RS485通信模块、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、人机接口模块、电源电路。本实用新型同时具备2路ProfiBus和2路RS485通讯接口的发电厂低压继电保护装置，ProfiBus和RS485通信独立工作，互不影响，并且每种网络都是双网冗余配置，使电厂的DCS运行人员可以通过DCS对低压设备进行生产运行管理，又可以使电气运行人员通过ECMS对设备进行电气维护管理，两个系统的两类工作人员都能通过通信实现对厂内各类低压电气设备的控制和管理。，下面是PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：包括CPU模块、PROFIBUS通信模块、RS485通信模块、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、人机接口模块、电源电路，所述CPU模块均与PROFIBUS通信模块、RS485通信模块、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、人机接口模块、电源电路连接。
2.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：
PROFIBUS通信模块通过外部总线与CPU模块输入输出的数据交换，并进行PROFIBUS-DP的协议转换，同时接收三个管脚输出通信信号，将通信信号转换成PROFIBUS规范定义的物理层的差分电平信号，将此差分电平信号连接至外部DCS的现场数据总线。
3.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：RS485通信模块通过外设总线与CPU模块的UART接口连接，将CPU模块中传输的通信数据直接转化为串口信号，将串口信号转换成差分电平信号，将此差分电平信号连接至外部ECMS的现场数据总线。
4.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：模拟量输入电路接受厂内设备的一次电压和电流互感器的交流输出，将其调理为毫伏级的交流电压，通过外设总线送至CPU模块的片内集成AD内转换为数字信号。
5.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：开关量输入电路采集厂内设备的开关量信号，经光电模块转换为CPU模块能识别的逻辑高低电平，经IO总线送至CPU模块的输入端口，使其实时测量出开关量的分合状态。
6.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：开关量输出电路经IO总线接收CPU模块输出端口发出的信号，并驱动模块内的继电器的分合，作用于各类控制回路，实现设备分合、故障跳闸、异常报警功能。
7.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：人机接口模块将需要显示的数据经CPU模块的SPI总线传递至LCD液晶显示，同时将按键状态转换为逻辑电平传递给CPU模块的IO总线，实现与用户的人机交互。
8.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：电源电路将系统的交流220V或直流110/220V强电电源，通过整流、变压、稳压转换为各种等级的电压提供给各模块使用。
9.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：CPU模块根据模拟量输入电路发送的交流电压、开关量输入电路发送的开关量信息，对各个电气设备实施继电保护和测控功能。
10.根据权利要求1所述PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，其特征在于：所述PROFIBUS通信模块、RS485通信模块均具备两路通信。

说明书全文

PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种同时支持ProfiBus和RS485双网通讯接口的发电厂低压继电保护装置，属于通讯技术领域。

背景技术

[0002] ProfiBus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，由西门子公司推出，2006成为国内第一个工业通讯领域现场总线技术国家标准,为现在工业领域内使用最广的主流的现场总线。

[0003] 国内电厂一般采用分散控制系统(以下简称DCS)来进行电力生产的运行控制，该系统由厂内的DCS运行人员使用，DCS中的现场总线多采取PROFIBUS。随着电气化的不断发展，电厂也逐渐配置了厂用电监控管理系统(以下简称ECMS)，来进行全厂厂用电气的监控管理，该系统由电厂的电气人员使用，ECMS中常用的现场总线多为RS485。

[0004] 厂用电的低压继电保护装置适用于400V 电压等级的电动机、线路等回路，集测量、控制、保护等功能于一体，取代了常规的热继电器、测量仪表、变送器、一次CT等设备。装置一般具备两路通信接口，通过RS485现场总线接入ECMS，而DCS通过硬接线来采集电气设备的状态或者实现生产控制。随着电厂信息化的不断发展，DCS接入继电保护装置的需求越来越多。DCS通过通信接入继电保护装置，可以节省部分甚至全部的硬接线，实现DCS对电气设备的状态监测和控制。

[0005] 低压继电保护装置的现场总线接口一般为两路。如果安装传统组网方式，装置提供2路RS485接口与ECMS系统连接，则无法实现日益发展的DCS对电气设备的通信控制和管理的需求；如果装置只提供2路ProfiBus接口与DCS连接，则电气人员无法通过ECMS观察装置的运行状态，定值管理和抄表等功能完全由DCS来完成，增加DCS运行人员的工作量；同时电气人员由于无ECMS系统，无法对继电保护装置提供实时监测以及定值管理、抄表等功能，无法及时应对现场的情况。装置也可以通过一路PROFIBUS接入DCS,一路RS485接入ECMS，实现同时接入两个系统的功能要求，但无法满足双网冗余的可靠性能要求。实用新型内容

[0006] 实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，该装置同时具备2路ProfiBus和2路RS485通讯接口的低压继电保护装置。ProfiBus和RS485通信独立工作，互不影响，并且每种网络都是双网冗余配置，提高通信可靠和稳定性。

[0007] 技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

[0008] 一种PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，包括CPU模块、PROFIBUS通信模块、RS485通信模块、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、人机接口模块、电源电路，所述CPU模块均与PROFIBUS通信模块、RS485通信模块、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、人机接口模块、电源电路连接。

[0009] PROFIBUS通信模块通过外部总线与CPU模块输入输出的数据交换，并进行PROFIBUS-DP的协议转换，同时将通信信号转换成PROFIBUS规范定义的物理层的差分电平信号。差分电平信号连接至外部DCS的现场数据总线。

[0010] RS485通信模块通过外设总线与CPU模块的UART接口连接，将CPU模块中需要传输的通信数据直接转化为RS232串口信号，再将此信号转换成差分电平信号。差分电平信号连接至外部ECMS的现场数据总线。

[0011] 模拟量输入电路将电气设备的电压电流等模拟量信息转化为CPU模块可处理的信号；模拟量输入电路接受厂内设备的一次电压和电流互感器的交流输出，将其调理为毫伏级的交流电压，通过外设总线送至CPU模块的片内集成AD内转换为数字信号。

[0012] 开关量输入电路将现场硬接线等开关量信号采集并转化为CPU模块可识别的数字信号；开关量输入电路采集厂内设备的开关量信号，经光电模块转换为CPU模块能识别的逻辑高低电平，经IO总线送至CPU模块的输入端口，使其实时测量出开关量的分合状态。

[0013] 开关量输出电路将CPU模块发出的数字控制信号转换为现场设备控制回路可接受的信号；开关量输出电路经IO总线接收CPU模块输出端口发出的数字信号，并驱动模块内的继电器的分合，作用于各类控制回路，实现设备分合、故障跳闸、异常报警功能。

[0014] 人机接口模块实现装置与就地用户的信息交互；人机接口模块将需要显示的数据经CPU模块的SPI总线传递至LCD液晶显示，同时将按键状态转换为逻辑电平传递给CPU模块的IO总线，实现与用户的人机交互。

[0015] 电源电路将系统交直流强电转换为装置内部各模块可使用各种等级的直流弱电电源，电源电路将系统的交流220V或直流110/220V强电电源，通过整流、变压、稳压转换为各种等级的电压提供给各模块使用。

[0016] CPU模块根据模拟量输入电路发送的交流电压、开关量输入电路发送的开关量信息，对各个电气设备实施继电保护和测控功能。

[0017] 本实用新型相比现有技术，具有以下有益效果：

[0018] 本实用新型解决了现有厂用电低压继电保护装置无法同时双网冗余接入DCS和ECMS系统的问题，节省大量的硬件线，使电厂的DCS运行人员可以通过DCS对低压设备进行生产运行管理，又可以使电气运行人员通过ECMS对设备进行电气维护管理，使两个系统的两类工作人员都能通过通信实现对厂内各类低压电气设备的控制和管理。附图说明

[0019] 图1为继电保护装置结构框图

[0020] 图2为PROFIBUS通信模块和RS485模块的功能框图

[0021] 其中，1-模拟量输入电路，2-开关量输入电路，3-开关量输出电路，4-人机接口模块，5-CPU模块，6-电源电路，7-PROFIBUS通信模块，8-RS485通信模块，9-PROFIBUS协议芯片，10-光电隔离电路一，11-差分电平转换电路一，12-光电隔离电路二，13-差分电平转换电路二，14-外部总线，15-UART模块。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

[0023] 一种PROFIBUS和RS485双网通讯的继电保护装置，如图1所示，包括CPU模块5、PROFIBUS通信模块7、RS485通信模块8、模拟量输入电路1、开关量输入电路2、开关量输出电路3、人机接口模块4、电源电路6，所述CPU模块5均与PROFIBUS通信模块7、RS485通信模块8、模拟量输入电路1、开关量输入电路2、开关量输出电路3、人机接口模块4、电源电路6连接。

[0024] 模拟量输入电路1接受厂内设备的一次电压和电流互感器的交流输出，将其调理为毫伏级的交流电压，通过外设总线送至CPU模块5的片内集成AD内转换为数字信号。CPU模块5通过算法还原电气量的实际值。

[0025] 开关量输入电路2采集厂内设备的开关量信号，经光电模块转换为CPU模块能识别的逻辑高低电平，经IO总线送至CPU模块5的输入端口，使其实时测量出开关量的分合状态。

[0026] 开关量输出电路3经IO总线接收CPU模块5输出端口发出的信号，并驱动模块内的继电器的分合，作用于各类控制回路，实现设备分合、故障跳闸、异常报警等功能。

[0027] 人机接口模块4将需要显示的数据经CPU模块5的SPI总线传递至本模块的LCD液晶显示，同时将本模块的按键状态转换为逻辑电平传递给CPU模块5的IO总线，实现装置与用户的人机交互。

[0028] 电源电路6将系统的交流220V或直流110/220V强电电源，通过整流、变压、稳压转换为3.3V/5V/24V等各种等级的电压提供给各模块使用，实现对装置的稳定供电。CPU模块5是装置的核心，与其他模块都有联系。CPU模块采用美国TI公司的TMS320F28334。这是一款32位高性能嵌入式处理器，主频150M片上有256KFlash，34K SARAM,12位的A/D,具备丰富的外设：UART模块，SPI模块，及88个可编程的复用GPIO引脚等，全面满足继电保护装置的功能和性能要求。CPU模块根据模拟量输入电路1发送的交流电压、开关量输入电路2发送的开关量信息，并依据内部软件的逻辑判断，对厂内电动机、线路等不同的电气设备实施继电保护和测控功能。CPU模块5处理模拟量输入电路1、开关量输入电路2采集的厂内设备的电压、电流、开关量等各类电气信号，进行各类故障和异常判断，并通过开关量输出电路3作用于电气设备的开关跳闸及报警；CPU模块5通过PROFIBUS通信模块7和RS485通信模块8将各类运行及故障信息送给厂内的DCS系统和ECMS系统，PROFIBUS通信模块7和RS485通信模块8将DCS的控制命令，ECMS的遥控遥调命令下达给CPU模块5，后者再执行相应的操作。

[0029] 如图2所示，PROFIBUS通信模块7实现装置与DCS系统的通信；PROFIBUS通信模块7具备两路通信，以其中一路为例。模块中的PROFIBUS协议芯片9为PROFICHIP公司的VPC3+C。VPC3+C的内置双口RAM通过外部总线与CPU模块5输入输出的数据交换；并进行PROFIBUS-DP的协议转换，支持包括DPV0,DPV1,DPV2在内的协议；同时VPC3+C从其接收，发送，接收发送切换三个管脚输出通信信号。通信信号经光电隔离电路一10连接到差分电平转换电路一
11，转换成PROFIBUS规范定义的物理层的差分电平信号。此差分电平信号连接至外部DCS的现场数据总线。

[0030] RS485通信模块8通过外设总线与CPU模块5的UART接口连接，后者将CPU模块5中需要传输的通信数据直接转化为RS232串口信号，类似地，再经光电隔离电路二12和差分电平转换电路二13转换成差分电平信号，将此差分电平信号连接至外部ECMS的现场数据总线。

[0031] 本实用新型能够实现常规的继电保护功能，实时监测电气设备的运行情况，作出异常和故障诊断，并作用于开关的跳闸及报警；装置同时还包含ProfiBus通信模块和RS485通信模块，同时提供2路ProfiBus和2路RS485通讯接口，分别通过这两个模块双网冗余接入电厂的DCS和ECMS系统，将装置采集的电气设备各类信息通过通信上送给两个系统，同时传达两个系统的下发的控制指令给装置执行。本实用新型具有综合保护测控功能，同时具备ProfiBus和RS485通信接口，双网冗余，彼此独立互不影响，满足电厂内不同系统需同时可靠接入的要求，具有较强的工程实用价值。

[0032] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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