專利名稱：具有可編程與脫扣電路輸出的多功能電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有可編程與脫扣電路輸出的多功能電器，更確切地說涉及集成化、多功能、可編程與脫扣電路輸出的開關電器，屬于電工技術領域。
背景技術：
一般的低壓電器構成的電氣系統主要有兩種方式一種是由分別實現保護作用(配電電器，主要為斷路器)與控制作用(控制電器，主要為接觸器和熱繼電器或電動機保護器)的分立式的開關電器構成，各自獨立安裝，兩種電器串聯，連接在電源和負載之間(如圖1a所示)。配電電器的操作機構接受檢測單元的故障信號而脫扣并分斷配電電器的主電路，控制電器的控制電路接受人為的或自動的控制信號而操作電磁系統并接通或分斷控制電器的主電路。
另一種是由同時帶有控制與保護作用的集成化的多功能電器即控制與保護開關電器(簡稱為CPS)構成，其結構構成一般為模塊化的一體化安裝方式，接在電源和負載之間。其保護裝置分為電磁式保護裝置、電子式的保護裝置兩種形式。
其中，對于完全由電磁式保護裝置構成的CPS(如圖1b所示)，其操作機構分為兩種型式(一種型式為不區分一般故障與短路故障的脫扣，另一種型式可區分一般故障與短路故障的脫扣)，兩種型式的自動操作部分可接受一般故障的保護裝置中的檢測單元的故障信號而分別實現一般場合的“報警、分斷電路”的常規要求或消防場合的“僅報警不分斷電路”的特定要求，同時，CPS的操作機構的手動操作部分可對串連在控制電源和控制電路中的一對機械控制觸頭進行人為操作。受控于操作機構的機械控制觸頭可接受人為的或自動的控制信號，通過控制電路操作電磁系統，實現接通或分斷CPS的主電路。這種CPS還同時帶有短路保護脫扣系統(即短路故障檢測單元和高速電磁系統)，短路故障發生時通過機械方式直接作用于主電路。
對于由電子式的保護裝置構成的CPS，按保護裝置是否作用于脫扣機構又有兩種不同的方案。
一種是保護裝置由獨立的一般故障檢測單元和短路故障檢測單元組成，一般故障不通過機械方式直接作用于脫扣機構(如圖1c所示)，而對與控制電路串聯的一對機械控制觸頭(如圖1c中的機械控制觸頭2)進行操作，通過控制機械控制觸頭2的分與合實現控制電路操作電磁系統的分與合，分別實現一般場合的“報警、分斷電路”的常規要求或消防場合的“僅報警不分斷電路”的特定要求；通過短路保護脫扣系統(即短路故障檢測單元和高速電磁系統)實現短路故障保護，短路保護的方式是通過機械方式直接作用于主電路。
另一種是保護裝置由單一的故障檢測處理單元組成(如圖1d所示)，一般故障和短路故障均由該單一故障檢測處理單元進行檢測和處理，不同故障發生時，處理單元通過脫扣控制觸點和通斷控制觸點對脫扣電磁鐵和控制電路的控制進行故障保護，并通過脫扣電磁鐵和電磁系統的動作先后次序對一般故障和短路故障進行區分。這種單一保護裝置存在以下不足由于操作機構只有一種型式且與機械控制觸頭聯動而沒有可外接的輸出端口，故障動作時，不能夠實現消防場合的“僅報警不分斷電路”的特定要求，同時，由于沒有可外接輸入端口，CPS的工作狀態的開關量信號無法直接通過保護裝置中的通信接口(通訊適配器)實現遙訊，必需外接帶開關量的通信接口(通訊適配器，必須在內部帶另外的微處理器MCU)附件才能實現工作狀態的遙訊。
從上述現有技術看出，不同的電氣系統、不同的CPS實現方式，都與保護裝置的輸出密切相關，不同的使用場合又有不同的要求，控制電路與脫扣電磁鐵的電路輸出往往需要區分開來。
在使用現場，根據不同的要求，保護裝置的輸出還需要進行常開、常閉、延時通斷等的轉換設定即“可編程”。特別是伴隨數字化、智能化電氣系統的應用，可通訊電器、計算機網絡控制都要求不僅保護裝置的輸出需要現場可編程，配電電器、控制電器的工作狀態等的信號也需要直接通過保護裝置中的通信接口(通訊適配器)實現遙訊，在保護裝置上直接配備至少一組輸入/輸出(I/O)端口即可替代現場配備的單獨安裝且另帶MCU的輸入/輸出設備(即I/O設備)，以便與計算機網絡實現通訊，節省資源。
因此，就有必要開發一種具有可編程與脫扣電路輸出的控制與保護開關多功能電器，帶有可編程輸入/輸出(I/O)端口，以滿足不同情況下對開關電器的不同工況的需要。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有可編程與脫扣電路輸出的控制與保護開關多功能電器，該開關電器針對不同的使用場合，將控制電路與脫扣電磁鐵的電路輸出區分開來，帶有一個微處理器(MCU)和一組開關量的輸入/輸出(I/O)端口，可人為地設定為常開、常閉，并可通過編程實現兩種狀態的切換以及邏輯控制功能。
為達到上述目的，本發明的技術方案是具有可編程與脫扣電路輸出的控制與保護開關多功能電器內，至少帶有一個用于脫扣電磁鐵的可編程脫扣控制觸點，可根據實際應用場合確定該控制觸點在發生故障時的通與斷；至少帶有一個用于與控制電源相關聯的可編程通斷控制觸點，通過該觸點的延時接通可保證脫扣電磁鐵的可靠儲能，并通過對延時時間的設定可適用于電動機群控，還可在故障情況下根據實際需要將該觸點設定為斷開或保持閉合；通過可編程脫扣控制觸點與可編程通斷控制觸點將控制電路與脫扣電磁鐵的電路輸出區分開來；至少帶有一個微處理器(MCU)和一組開關量的輸入/輸出(I/O)端口，可人為地設定為常開、常閉，并可通過編程實現兩種狀態的切換以及邏輯控制功能。
本發明的有益效果采用本發明提供的具有可編程控制保護裝置的控制與保護開關電器，針對不同的使用場合，能夠滿足特定場所對電氣的要求，可替代現場配備的單獨安裝且另帶MCU的輸入/輸出設備(即I/O設備)，便于應用，節省資源，具有一定的經濟效益。
圖1(1a、圖1b、圖1c、圖1d)為現有技術的電器系統原理框圖；圖2為本發明的具有可編程與脫扣電路輸出的控制與保護開關電器(CPS)及其構成的電控系統原理框圖；圖3為本發明的用于控制與保護開關電器(CPS)的帶可編程輸入/輸出(I/O)的保護裝置的電氣構成原理框圖；圖4a為本發明的具有可編程控制與脫扣電路輸出裝置的控制與保護開關電器(CPS)用于電動機單向控制的實施例的示意圖；圖4b為本發明的具有可編程控制與脫扣電路輸出裝置的控制與保護開關電器(CPS)用于電動機可逆控制的實施例的示意圖；圖4c為本發明的具有可編程控制與脫扣電路輸出裝置的控制與保護開關電器(CPS)用于電動機星-三角減壓起動控制的實施例的示意圖。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
具體實施例方式
圖1(1a、圖1b、圖1c、圖1d)為現有技術的電器系統原理框圖。
在背景技術中已有說明，這里不再重復。
參照圖2，這是本發明的具有可編程與脫扣電路輸出的控制與保護開關電器(CPS)及其構成的電器系統原理框圖。
如圖所示，在CPS的前端分別是用于控制電路和保護裝置的控制電源、用于主電路(負載)的主電源。
保護裝置的可編程通斷控制觸點(Oc)與由操作機構操縱的機械控制觸頭串聯，操作機構可接受來自外界的人為/自動控制信號，通過機械控制觸頭控制電磁系統的通斷，實現對主電路的正常接通、分斷操作。
同時，可編程通斷控制觸點(Oc)可接受信號處理控制單元的控制，如當一般的故障(包括過載、過流、斷相、漏電)出現時，根據需要，確定是否對可編程通斷控制觸點(Oc)進行轉換，從而實現對主電路的控制。
當短路故障出現時，可通過可編程脫扣控制觸點直接操作脫扣電磁鐵，使操作機構脫扣，分斷主電路和控制電路，同時通過可編程通斷控制觸點控制電磁系統。
保護裝置帶有一個微處理器(MCU)和一組開關量的輸入/輸出(I/O)端口，可人為地設定為常開、常閉，并可通過編程實現兩種狀態的切換以及邏輯控制功能。通過開關量輸入/輸出(I/O)端口，使開關的實際工作狀態等的信號可直接通過保護裝置中的通信接口(通訊適配器)實現遙訊，不需要其它的現場配備的單獨安裝且另帶MCU的輸入/輸出設備(即I/O設備)。
參照圖3，這是本發明的用于控制與保護開關電器(CPS)的帶可編程I/O的保護裝置的電氣構成原理框圖。
保護裝置包括故障檢測電路(如三相電流傳感器等)、信號處理電路、電源轉換電路、可編程輸入檢測電路、通信接口電路、液晶及按鍵電路、可編程輸出通斷控制電路、短路故障檢測電路、可編程輸出脫扣控制電路及微控制器電路。其中可編程輸入檢測電路檢測控制與保護開關電器的開關量電平信號輸入，并進行隔離轉換，將輸入信號傳送給微控制器。其中微控制器根據一定的邏輯條件輸出相應的控制信號傳送到可編程輸出驅動電路，從而輸出開關控制。發生一般故障時，故障檢測電路將檢測到的信號通過信號處理電路的處理送入微控制器，微控制器判斷后先后輸出相應的控制信號到可編程輸出通斷控制電路和可編程輸出脫扣控制電路，使得電磁系統和脫扣電磁鐵動作。發生短路故障時，信號不通過信號處理電路和微控制器，直接經過短路故障檢測電路后輸出信號到可編程輸出脫扣控制電路。
參照圖4a，這是本發明的具有可編程控制與脫扣電路輸出裝置的控制與保護開關電器(CPS)用于電動機單向控制的示意圖。
如圖所示，在CPS的前端分別是用于控制電路和保護裝的控制電源、用于主電路(負載)的主電源。CPS的可編程通斷控制觸點(Oc)與電磁系統相連，可編程輸入端口I1、I2分別與CPS主電路的工作狀態信號(如通過與主電路聯動的輔助觸頭)、操作機構的工作狀態信號(如與機構位置聯動的信報觸頭)相連，通過CPS的保護裝置設定的程序，進行規定的接通Oc、斷開Oc等的操作，實現對電動機等負載的控制，當出現故障時，可通過CPS的可編程脫扣控制觸點斷開，進而分斷主電路，實現故障保護。
參照圖4b，這是本發明的具有可編程控制與脫扣電路輸出裝置的控制與保護開關電器(CPS)用于電動機可逆控制的實施例的示意圖。圖中僅表示了與保護裝置的輸入/輸出相關的電氣連接部分。
如圖所示，在CPS的前端分別是用于控制電路和保護裝置的控制電源、用于主電路(負載)的主電源。CPS的可編程I/O中的I1、O1分別與主電路開關1(如正向控制接觸器)的工作狀態信號(如輔助觸頭)、控制電路(如電磁系統)相連，I2、O2分別與主電路開關2(如反向控制接觸器)的工作狀態信號(如輔助觸頭)、控制電路(如電磁系統)相連，通過CPS的保護裝置設定的程序，進行規定的接通O1、斷開O1、延時、接通O2、斷開O2等順序操作，進而實現電動機的可逆控制，當出現故障時，可通過CPS的可編程脫扣控制觸點斷開，進而分斷主電路，實現故障保護。
參照圖4c，這是本發明的具有可編程控制與脫扣電路輸出裝置的控制與保護開關電器(CPS)用于電動機星-三角減壓起動控制的實施例的示意圖。圖中僅表示了與保護裝置的輸入/輸出(I/O)相關的電氣連接部分。
這一技術方案是本發明的另一個實施例。如圖所示，在CPS的前端分別是用于控制電路和保護裝置的控制電源、用于主電路(負載)的主電源。CPS的可編程I/O中的I1、O1分別與主電路開關1(如星型接觸器)的工作狀態信號(如輔助觸頭)、控制電路(如電磁系統)相連，I2、O2分別與主電路開關2(如三角形控制接觸器)的工作狀態信號(如輔助觸頭)、控制電路(如電磁系統)相連，通過CPS保護裝置設定的程序，進行規定的接通O1、斷開O1、延時、接通O2、斷開O2等順序操作，進而實現電動機的星-三角減壓起動控制，當出現故障時，可通過CPS的可編程脫扣控制觸點斷開，進而分斷主電路，實現故障保護。
雖然本發明已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發明，應理解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本發明，所以并非作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述的實施例的變化、變形都將落入本發明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.具有可編程與脫扣電路輸出的控制與保護多功能開關電器，用于不同的使用場合，能夠滿足特定場所對電氣的要求，可替代現場配備的單獨安裝且另帶MCU的輸入/輸出設備(即I/O設備)，其特征在于所述的開關電器包括至少一個用于脫扣電磁鐵的可編程脫扣控制觸點，至少一個用于與控制電源相關聯的可編程通斷控制觸點，至少一個微處理器(MCU)和一組可編程的開關量輸入/輸出(I/O)端口。
2.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的可編程脫扣控制觸點，通過可編程脫扣控制觸點與可編程通斷控制觸點可將控制電路與脫扣電磁鐵的電路輸出區分開來。
3.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的用于與控制電源相關聯的可編程通斷控制觸點，通過該觸點的延時接通可保證脫扣電磁鐵的可靠儲能，并通過對延時時間的設定可適用于電動機群控，在故障情況下將該觸點設定為斷開或保持閉合。
4.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的可通過編程人為設定為常開、常閉，并可通過編程實現兩種狀態的切換以及邏輯控制功能，有通信接口。
5.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器的保護裝置，其特征在于所述的保護裝置，包括故障檢測電路、信號處理電路、電源轉換電路、可編程輸入檢測電路、通信接口電路、液晶及按鍵電路、可編程輸出通斷控制電路、短路故障檢測電路、可編程輸出脫扣控制電路及微控制器電路；其中可編程輸入檢測電路檢測控制與保護開關電器的開關量電平信號輸入，并進行隔離轉換，將輸入信號傳送給微控制器；其中微控制器根據一定的邏輯條件輸出相應的控制信號傳送到可編程輸出驅動電路，從而輸出開關控制；發生一般故障時，故障檢測電路將檢測到的信號通過信號處理電路的處理送入微控制器，微控制器判斷后先后輸出相應的控制信號到可編程輸出通斷控制電路和可編程輸出脫扣控制電路，使得電磁系統和脫扣電磁鐵動作；發生短路故障時，信號不通過信號處理電路和微控制器，直接經過短路故障檢測電路后輸出信號到可編程輸出脫扣控制電路。
6.如權利要求1或2所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的可編程通斷控制觸點，與由操作機構操縱的機械控制觸頭串聯，操作機構可接受來自外界的人為/自動控制信號，通過機械控制觸頭控制電磁系統的通斷，實現對主電路的正常接通、分斷操作；可接受信號處理控制單元的控制，當一般的故障包括過載、過流、斷相、漏電出現時，確定是否對可編程通斷控制觸點0c進行轉換，從而實現對主電路的控制。
7.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的控制與保護開關電器保護裝置，當短路故障出現時，可通過可編程脫扣控制觸點直接操作脫扣電磁鐵，使操作機構脫扣，分斷主電路和控制電路，同時通過可編程通斷控制觸點控制電磁系統。
8.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的控制與保護開關電器的保護裝置，帶有一組開關量輸入/輸出(I/O)端口，使開關的實際工作狀態的信號，直接通過保護裝置中的通信接口實現遙訊。
9.如權利要求1所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的控制與保護開關電器的保護裝置，可編程I/O中的可編程通斷控制觸點0c與電磁系統相連，可編程輸入端口I1、I2分別與主電路的工作狀態信號、操作機構的工作狀態信號相連，通過保護裝置設定的程序，進行規定的接通Oc、斷開Oc等的操作，實現對電動機等負載的控制，當出現故障時，可通過可編程脫扣控制觸點斷開，進而分斷主電路，實現故障保護；所述的控制與保護開關電器的保護裝置，可編程I/O中的I1、O1分別與主電路開關1的工作狀態信號、控制電路相連，I2、O2分別與主電路開關2的工作狀態信號、控制電路相連，通過保護裝置設定的程序，進行規定的接通O1、斷開O1、延時、接通O2、斷開O2等順序操作，進而實現電動機的可逆控制，當出現故障時，可通過CPS的可編程脫扣控制觸點斷開，進而分斷主電路，實現故障保護。
10.如權利要求1或8所述的控制與保護多功能開關電器，其特征在于所述的控制與保護開關電器的保護裝置，可編程I/O中的I1、O1分別與主電路開關1的工作狀態信號、控制電路相連，I2、O2分別與主電路開關2的工作狀態信號、控制電路相連，通過保護裝置設定的程序，進行規定的接通O1、斷開O1、延時、接通O2、斷開O2等順序操作，進而實現電動機的星-三角減壓起動控制，當出現故障時，可通過CPS的可編程脫扣控制觸點斷開，進而分斷主電路，實現故障保護。
全文摘要
一種控制與保護開關電器，至少帶有一個用于脫扣電磁鐵的可編程脫扣控制觸點，可根據實際應用場合確定該控制觸點在發生故障時的通與斷；至少帶有一個用于與控制電源相關聯的可編程通斷控制觸點，通過該觸點的延時接通可保證脫扣電磁鐵的可靠儲能，并通過對延時時間的設定可適用于電動機群控，還可在故障情況下根據實際需要將該觸點設定為斷開或保持閉合；通過可編程脫扣控制觸點與可編程通斷控制觸點將控制電路與脫扣電磁鐵的電路輸出區分開來；至少帶有一個微處理器(MCU)和一組開關量的輸入/輸出(I/O)端口，可人為地設定為常開、常閉，并可通過編程實現兩種狀態的切換以及邏輯控制功能。
文檔編號H02H3/02GK1972050SQ200610119118
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月5日 優先權日2006年12月5日
發明者胡景泰, 曾萍, 朱文灝 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司, 蘇州萬龍集團有限公司, 江蘇凱隆電器有限公司