電壓負(fù)載箱模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電壓負(fù)載箱模擬器，包含上位機(jī)、控制機(jī)、殼體、位于殼體外面的若干模擬接線端子部分；所述上位機(jī)和控制機(jī)通信連接，控制機(jī)和所述若干接線端子連接。本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真，最大限度模擬現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，在設(shè)備外觀、功能完全仿真的條件下，輸入輸出電壓小、可以實(shí)現(xiàn)在安全工作電壓下為學(xué)員提供電壓負(fù)載箱的培訓(xùn)考試可靠的安全保障。
【專利說明】電壓負(fù)載箱模擬器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能互感器領(lǐng)域，尤其涉及一種電壓負(fù)載箱模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)電能計(jì)量檢定人員流動(dòng)性大、知識(shí)更新慢、專業(yè)知識(shí)和工作水平參差不齊，復(fù)合型人才偏少，掌握互感器現(xiàn)場(chǎng)檢定技術(shù)的技術(shù)人員較少，影響了正常的檢測(cè)工作，主要是因?yàn)榕嘤?xùn)裝置較滯后，目前多以集中理論培訓(xùn)、演示實(shí)驗(yàn)、書面考試以及跟現(xiàn)場(chǎng)一帶一等培訓(xùn)方式，都存在很大的局限性，培訓(xùn)效率非常低。
[0003]而且在實(shí)際環(huán)境中的培訓(xùn)，由于電能計(jì)量設(shè)備具有高電壓、大電流，會(huì)對(duì)人身和設(shè)備產(chǎn)生安全隱患，限制了培訓(xùn)的質(zhì)量和效率。
[0004]如果能提供一種能夠在低壓的條件下操作，且功能和外觀上完全模擬真實(shí)的電壓負(fù)載箱，那么，對(duì)電能計(jì)量檢定人員培訓(xùn)該設(shè)備時(shí)的安全操作將是十分有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電壓負(fù)載箱模擬器，包含上位機(jī)、控制機(jī)、殼體、位于殼體外面的若干模擬接線端子；所述上位機(jī)和控制機(jī)通信連接，控制機(jī)和所述若干模擬接線端子連接；其中
模擬接線端子用于模擬負(fù)載調(diào)節(jié)檔位功能；
控制機(jī)用于對(duì)各個(gè)模擬接線端子信號(hào)接線情況的采集，并上傳給上位機(jī)；
上位機(jī)用于對(duì)控制機(jī)發(fā)送控制指令信息、設(shè)定所述模擬器的參數(shù)、接收控制機(jī)上傳信息，并對(duì)連線是否正確進(jìn)行判斷、實(shí)時(shí)顯示各個(gè)模擬接線端子連線情況。
[0006]進(jìn)一步的，所述模擬接線端子部分包括5個(gè)負(fù)載調(diào)節(jié)檔位接線端子。
[0007]進(jìn)一步的，所述模擬器設(shè)定功率因數(shù)為0.8，模擬接線端子模擬的負(fù)載調(diào)節(jié)檔位為2.5VA、5VA、10VA、20VA、40VA。
[0008]進(jìn)一步的，所述電壓負(fù)載箱模擬器的參數(shù)包括負(fù)載調(diào)節(jié)檔位。
[0009]進(jìn)一步的，上位機(jī)的電壓負(fù)載箱模擬頁面設(shè)置有接線情況顯示區(qū)域，所述接線情況顯示區(qū)區(qū)域用委托監(jiān)聽監(jiān)控控制機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，用string的Split ()方法分解數(shù)據(jù)，并與根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通斷關(guān)系比較，實(shí)時(shí)顯示接的每一根線。
[0010]進(jìn)一步的，控制機(jī)包括頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號(hào)判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊；MCU模塊與頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號(hào)判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。其中，
頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊用于接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，給待判斷的接線線頭施加低電平；
尾接線端采集輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)接線尾端信號(hào)掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)； 極性與信號(hào)判別模塊用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；
RS232收發(fā)器模塊用于將尾接線端采集輸入模塊的信號(hào)傳輸至上位機(jī)或者將上位機(jī)的控制指令信息傳輸至控制機(jī)；
MCU模塊用于控制頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊驅(qū)動(dòng)待判斷接線端頭，并不斷掃描尾接線端采集輸入模塊的邏輯電平信號(hào)，判斷各個(gè)模擬接線端子之間接線的通斷關(guān)系；
供電單元模塊用于向其他各模塊供電。
[0011]進(jìn)一步的，所述頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊采用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊采用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述極性與信號(hào)判別模塊由跨導(dǎo)放大器與過零檢測(cè)電路組成；所述RS232收發(fā)器模塊用SP3232收發(fā)器；所述MCU模塊采用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機(jī)芯片。
[0012]進(jìn)一步的，所述上位機(jī)與控制機(jī)通過串口連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真，最大限度模擬現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，在設(shè)備外觀、功能完全仿真的條件下，輸出電壓小、可以實(shí)現(xiàn)在安全工作電壓下為學(xué)員提供電壓負(fù)載箱的培訓(xùn)考試可靠的安全保障。
[0014]本發(fā)明的控制機(jī)完全滿足電壓負(fù)載箱檢定接線模擬系統(tǒng)或其他類似的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)要求，能實(shí)現(xiàn)全電子化，實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地判斷模擬接線的通斷狀態(tài)，并及時(shí)地、不斷地將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)作接線的對(duì)錯(cuò)判斷等進(jìn)一步處理。
[0015]上位機(jī)可以將殼體的模擬接線部分接線端子接線點(diǎn)試驗(yàn)接線判斷(在計(jì)算機(jī)上能將實(shí)際試驗(yàn)接線情況顯示出來)，最大限度的激發(fā)學(xué)員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作的理解力和實(shí)際操作能力，迅速提高學(xué)員操作技能，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)實(shí)際意義。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明原理框圖。
[0017]圖2為控制機(jī)原理模塊圖。
[0018]圖3為控制機(jī)的軟件原理框圖。
【具體實(shí)施方式】:
本發(fā)明包括作為上位機(jī)(一般為計(jì)算機(jī))、控制機(jī)、殼體、位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0019]如圖1所示:上位機(jī)與控制機(jī)通過RS232串口連接，各個(gè)接線端子與控制機(jī)主板的接線插座連接，所述殼體模擬真實(shí)的電壓互感器外殼，殼體里面設(shè)置有電壓互感器。
[0020]下面分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0021]1.模擬接線部分
模擬接線部分設(shè)置在殼體外表。如圖1中所示:功率因數(shù)為0.8時(shí)負(fù)載調(diào)節(jié)檔位為
2.5VA、5VA、10VA、20VA、40VA，所述5個(gè)輸入端子直接與控制機(jī)的主板連接。根據(jù)需要，控制
機(jī)可識(shí)別這五根接線的相互連接狀態(tài)。6根接線的頭端分別為:1a，2a，..........5a。5根接
線的尾端分別為:1b，2b.........5b。也就是，上位機(jī)通過控制機(jī)要及時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別出每一個(gè)
端號(hào)與其他4個(gè)端號(hào)的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識(shí)別的方法采用控制機(jī)MCU集成的掃描式算法。
[0022]2.控制機(jī) 控制機(jī)在嵌入軟件的管理下，能實(shí)現(xiàn)全電子化，快速判斷電壓負(fù)載箱模擬接線端子的接線情況，并可擴(kuò)展到更多根導(dǎo)線的相互連接關(guān)系，并不斷地、實(shí)時(shí)地將結(jié)果上傳給上位機(jī)。
[0023]a.控制機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)
圖2所示為控制機(jī)原理框圖。控制機(jī)由頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號(hào)判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊組成，MCU模塊與頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號(hào)判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。下面對(duì)各模塊進(jìn)行介紹:
頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊:采用74HC374或8位鎖存器集成電路。接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，給待判斷的接線線頭施加低電平。
[0024]尾接線端采集輸入模塊:采用75HC244或8位3態(tài)門集成電路。實(shí)現(xiàn)對(duì)接線尾端信號(hào)掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)。
[0025]極性與信號(hào)判別模塊:由跨導(dǎo)放大器與過零檢測(cè)電路組成?？鐚?dǎo)放大器的作用是把信號(hào)充分放大，以保證檢測(cè)的靈敏度，過零檢測(cè)電路的作用是把正弦波模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，便于MCU處理。MCU得到這些信號(hào)后，按照一定的算法，則可判斷出極性的正與反。
[0026]RS232收發(fā)器模塊:采用SP3232收發(fā)器或類似的集成模塊，通過RS232標(biāo)準(zhǔn)的通信接口將采集的數(shù)據(jù)連續(xù)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)或?qū)⑸衔粰C(jī)的控制指令信息傳輸至控制機(jī)。
[0027]MCU模塊:采用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機(jī)芯片。MCU模塊按照單片機(jī)裝載的掃描程序通過不斷掃描采集接線端尾采集輸入模塊的邏輯電平信號(hào)，判定各個(gè)導(dǎo)線接線端子的通斷關(guān)系，同時(shí)MCU模塊還負(fù)責(zé)控制接線端頭驅(qū)動(dòng)輸出模塊具體驅(qū)動(dòng)哪根接線端頭。MPC82G516 A是基于80C51的高效1-T結(jié)構(gòu)的單芯片微處理器，每條指令需要廣7個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(比標(biāo)準(zhǔn)8051快6?7倍)，與8051指令集兼容。因此在與標(biāo)準(zhǔn)8051有同樣的處理能力的情況下，MPC82G516A只需要非常低的運(yùn)行速度，同時(shí)由此能很大程度的減少耗電量。
[0028]供電單元模塊:提供其他各模塊所需的工作電源。 b.控制機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)
圖3為該控制機(jī)的軟件原理框圖。主要分為3個(gè)步驟:程序定時(shí)掃描與初始化、接線狀態(tài)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。
[0029]所述程序定時(shí)掃描結(jié)構(gòu)與初始化步驟主要實(shí)現(xiàn)程序的定時(shí)周期掃描，便于實(shí)現(xiàn)多任務(wù)管理與精確的同步，這樣保證了數(shù)據(jù)采集、通訊的可靠性。
[0030]接線狀態(tài)實(shí)時(shí)采集步驟主要實(shí)現(xiàn)掃描式驅(qū)動(dòng)接線端頭、采集接線端尾的全部導(dǎo)線的整個(gè)實(shí)時(shí)采集過程。
[0031]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳步驟是按應(yīng)用層通訊協(xié)議，將接線狀態(tài)實(shí)時(shí)采集功能模塊采集到的接線狀況轉(zhuǎn)換為上位機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給上位機(jī)。
[0032]c.控制機(jī)接線判斷方法
控制機(jī)接線判斷的具體方法和步驟如下:
步驟1:程序掃描結(jié)構(gòu)初始化后，MCU模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，通過頭接線端驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生邏輯低電平驅(qū)動(dòng)某一根導(dǎo)線的線頭端，給識(shí)別的線頭端饋以低電平，而其他線頭端均饋以高電平； 步驟2:MCU模塊采用程序掃描的方式，掃描周期小于100ms，通過尾接線端采集輸入模塊，逐一查詢其他導(dǎo)線線尾端的電平狀態(tài)，若尾接線端采集輸入模塊對(duì)應(yīng)的接線端尾端上測(cè)到的電平為低電平，說明該點(diǎn)與線頭連通，若測(cè)到的電平為高電平，說明該點(diǎn)與線頭斷開，MCU模塊將尾接線端采集輸入模塊接線端尾電平狀態(tài)全部采集一遍，這樣判斷出被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線與其他導(dǎo)線的通斷連結(jié)關(guān)系；
步驟3:按此過程循環(huán)，頭接線端驅(qū)動(dòng)模塊掃描式的快速進(jìn)行驅(qū)動(dòng)其余模擬導(dǎo)線的接線頭端，當(dāng)全部線的頭端逐一被驅(qū)動(dòng)完成后，MCU模塊就能實(shí)時(shí)地采集到全部導(dǎo)線的通斷狀況，得到全部導(dǎo)線之間的連接關(guān)系；
步驟4:MCU模塊完成全部導(dǎo)線的通斷狀況的采集后按照通信協(xié)議通過RS232收發(fā)器模塊將導(dǎo)線通斷連接關(guān)系的結(jié)果上傳給上位機(jī)，上位機(jī)再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通斷關(guān)系與RS232收發(fā)器模塊送來的實(shí)際連結(jié)關(guān)系比較，進(jìn)行接線關(guān)系對(duì)錯(cuò)的判斷。至此，整個(gè)接線判斷過程結(jié)果。從采集到發(fā)送數(shù)據(jù)完成的整個(gè)周期，不大于100ms，實(shí)時(shí)采集了全部導(dǎo)線相互的連接關(guān)系O
[0033]3.上位機(jī)
所述上位機(jī)能夠用于設(shè)定電壓負(fù)載箱模擬器的參數(shù)，如負(fù)載調(diào)節(jié)檔位、變比(即額定一次電流/額定二次電流)、額定功率因數(shù)、額定負(fù)荷(含下限負(fù)荷)、額定頻率、準(zhǔn)確度級(jí)另IJ，并有接線情況顯示區(qū)區(qū)域顯示區(qū)區(qū)域顯示標(biāo)準(zhǔn)接線圖。接線圖中顯示模擬接線部分的5個(gè)接線端子，當(dāng)操作人員對(duì)端子進(jìn)行連線后，會(huì)即使在顯示區(qū)域上顯示出來。
[0034]上位機(jī)的工作步驟為:
1.上位機(jī)加載電壓負(fù)載箱模擬頁面，操作人員參數(shù)。
[0035]2.接線情況顯示區(qū)區(qū)域用委托監(jiān)聽監(jiān)控控制機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并用string的Split()方法分解數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)用劃線的方式能智能化的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示學(xué)員接的每一根線，
3.上位機(jī)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通斷關(guān)系與RS232收發(fā)器模塊送來的實(shí)際連結(jié)關(guān)系比較，進(jìn)行接線關(guān)系對(duì)錯(cuò)的判斷。接線正確的用黑色連線表示，接線錯(cuò)誤的用紅色連線表示。
[0036]本發(fā)明能模擬過載能力120%、額定電壓:100V、功率因數(shù)為0.8。
[0037]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真，最大限度模擬現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，在設(shè)備外觀、功能完全仿真的條件下，使接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)、可以實(shí)現(xiàn)在安全工作電壓下為學(xué)員提供電壓負(fù)載箱的培訓(xùn)考試可靠的安全保障。
[0038]本發(fā)明的控制機(jī)完全滿足電壓負(fù)載箱檢定接線模擬系統(tǒng)或其他類似的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)要求，能實(shí)現(xiàn)全電子化，實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地判斷模擬接線的通斷狀態(tài)，并及時(shí)地、不斷地將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)作接線的對(duì)錯(cuò)判斷等進(jìn)一步處理。
[0039]上位機(jī)可以將殼體的模擬接線部分接線端子接線點(diǎn)試驗(yàn)接線判斷(在計(jì)算機(jī)上能將實(shí)際試驗(yàn)接線情況顯示出來)，最大限度的激發(fā)學(xué)員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作的理解力和實(shí)際操作能力，迅速提高學(xué)員操作技能，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)實(shí)際意義。
[0040]模擬真實(shí)電壓負(fù)載箱外觀，電壓負(fù)載箱模擬器外觀與真實(shí)電壓負(fù)載箱外觀完全一致，其中電壓負(fù)載箱模擬器面板上的接線柱也和真實(shí)電壓負(fù)載箱一樣。達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境一致的效果。
【權(quán)利要求】
1.電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，包含上位機(jī)、控制機(jī)、殼體、位于殼體外面的若干模擬接線端子；所述上位機(jī)和控制機(jī)通信連接，控制機(jī)和所述若干模擬接線端子連接；其中 模擬接線端子用于模擬負(fù)載調(diào)節(jié)檔位功能； 控制機(jī)用于對(duì)各個(gè)模擬接線端子信號(hào)接線情況的采集，并上傳給上位機(jī)； 上位機(jī)用于對(duì)控制機(jī)發(fā)送控制指令信息、設(shè)定所述模擬器的參數(shù)、接收控制機(jī)上傳信息，并對(duì)連線是否正確進(jìn)行判斷、實(shí)時(shí)顯示各個(gè)模擬接線端子連線情況。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，所述模擬接線端子部分包括5個(gè)負(fù)載調(diào)節(jié)檔位接線端子。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，所述模擬器設(shè)定功率因數(shù)為0.8，模擬接線端子模擬的負(fù)載調(diào)節(jié)檔位為2.5VA、5VA、10VA、20VA、40VA。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，所述電壓負(fù)載箱模擬器的參數(shù)包括負(fù)載調(diào)節(jié)檔位。
5.如權(quán)利要求1所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，上位機(jī)的電壓負(fù)載箱模擬頁面設(shè)置有接線情況顯示區(qū)域，所述接線情況顯示區(qū)區(qū)域用委托監(jiān)聽監(jiān)控控制機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，用string的Split ()方法分解數(shù)據(jù)，并與根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通斷關(guān)系比較，實(shí)時(shí)顯示接的每一根線。
6.如權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，所述控制機(jī)包括頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號(hào)判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊;MCU模塊與頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號(hào)判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。其中， 頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊用于接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，給待判斷的接線線頭施加低電平； 尾接線端采集輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)接線尾端信號(hào)掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)； 極性與信號(hào)判別模塊用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換； RS232收發(fā)器模塊用于將尾接線端采集輸入模塊的信號(hào)傳輸至上位機(jī)或者將上位機(jī)的控制指令信息傳輸至控制機(jī)； MCU模塊用于控制頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊驅(qū)動(dòng)待判斷接線端頭，并不斷掃描尾接線端采集輸入模塊的邏輯電平信號(hào)，判斷各個(gè)模擬接線端子之間接線的通斷關(guān)系； 供電單元模塊用于向其他各模塊供電。
7.如權(quán)利要求6所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，所述頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊采用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述頭接線端驅(qū)動(dòng)輸出模塊采用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述極性與信號(hào)判別模塊由跨導(dǎo)放大器與過零檢測(cè)電路組成；所述RS232收發(fā)器模塊用SP3232收發(fā)器；所述MCU模塊采用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機(jī)芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的電壓負(fù)載箱模擬器，其特征在于，所述上位機(jī)與控制機(jī)通過串口連接。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK103777165SQ201410009673
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】李剛, 龍東, 李偉堅(jiān), 卓浩澤, 蔣雯倩, 潘俊濤, 王勇, 李金瑾 申請(qǐng)人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院