[发明专利]一种基于CPLD具备主从式多机通信功能的过流检测器

说明书

技术领域

本发明涉及电气系统及设备的过流保护，尤其适用于大型实验系统过流保护的网络化管理，具体涉及到一种基于CPLD-复杂可编程逻辑器件的具备主从式多机通信功能的过流检测器。

背景技术

流经供电设备或用电设备回路的电流超出其可承受的最大值时，会对设备造成损坏，以致造成系统不能正常工作。因此，过流检测和保护是确保系统安全运行的重要环节。目前，大多数过流检测电路只是针对具体设备而设计，既不具备远程可监控性，也不具备组网能力，无法满足基于网络化管理的大型实验系统保护的需要。

大型实验系统通常存在多回路、多供电/用电设备，一方面过流检测点多，另一方面，需要根据不同设备的工作特性设定或调整过流保护值；另外，大型实验系统通常存在高电压、大电流场合，运行期间不允许工作人员现场操作。

主从式多机通信系统是工业测控领域广泛应用的网络模式，通常以PC机作为主机，采用具备串行通信功能的单片机作为从机分布于现场。但是，对于高可靠性能要求的系统保护而言，采用单片机作为过流检测器的核心器件显然不适宜。由于单片机运行软件过程中存在的固有缺陷，在电磁干扰严重的环境中死机或程序跑飞可能性大大增加。即使其有能力察觉死机，但通过复位方式从非法运行方式中恢复过来，耗时将长达数十毫秒，这对于高可靠性能要求的系统保护是无法容忍的。因此，亟需一种相对独立、扩展灵活、易于组网的过流检测器，以促进基于网络化管理的大型实验系统保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以克服传统过流检测电路不具备组网能力和远程可监控性的缺陷，同时提高检测器的可靠性的基于复杂可编程逻辑器件CPLD、具备主从式多机通信功能的过流检测器。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于CPLD具备主从式多机通信功能的过流检测器，规定通信方式和通信协议，采用CPLD-复杂可编程逻辑器件设计通信电路，包括数模转换器、模拟比较器、电流传感器、压频转换器、光纤接收器、光纤发送器等器件实现数据通信、过流检测、报警和保护值实时监测；

主机与过流检测器构成主从式多机通信网络，其中，主机发出起始帧→地址帧→数据帧构成的数据块；光纤收发箱用于主机与过流检测器的通信桥接，数据块通过光纤收发箱群发；从机即过流检测器在收到起始帧后将随后发来的地址帧与本机地址比较，地址相符者即为目标从机；目标从机回送本机地址给主机，非目标从机继续等待起始帧；目标从机将发来的数据帧锁存并处理，同时将数据帧回送给主机；对于目标从机，经过字符帧识别后将收到的数据帧作为过流保护值锁存并输出；

过流保护值来自CPLD，数模转换器将CPLD送出的过流保护值数字量转换为模拟量，经调理电路转换为与过流保护值对应的电压信号，该信号一路与模拟比较器的同相输入端相连作为比较器参考值，另一路与压频转换器相连，经压频转换后通过光纤发送器送给监测系统实时监测过流保护值；

实测电流信号来自电流传感器，电流传感器输出的信号经调理电路后转换为与电流对应的电压信号，电压信号送到模拟比较器反相输入端与同相输入端的比较器参考值比较，当反相输入端的电压信号大于同相输入端的比较参考值时，判定实测电流值大于过流保护值，模拟比较器输出低电平，控制光纤发送器送出报警信号给保护执行机构和监测系统。

如上所述的一种基于CPLD具备主从式多机通信功能的过流检测器，通信方式采用RS232异步串行通信模式，具体为：1个起始位、8个数据位和1个停止位，波特率为9600。

如上所述的一种基于CPLD具备主从式多机通信功能的过流检测器，通信协议为：主机每次发送的信息按起始帧→地址帧→数据帧顺序发送，其中，起始帧固定为00H，地址帧和数据帧内容为01H—FFH。

如上所述的一种基于CPLD具备主从式多机通信功能的过流检测器，采用硬件描述语言VerilogHDL设计串行通信功能模块，以有限状态机形式进行位识别、位收/发和帧识别功能，并在CPLD中生成实际的串行通信电路。

如上所述的一种基于CPLD具备主从式多机通信功能的过流检测器，CPLD通信端口采用2线串行通信线，通信线与一对光纤收发器联系，通过光纤与远地主机进行数据交换；CPLD的8位并行输入端口与一个8位地址分配器相连接，用于获取地址分配器设定的本机地址；CPLD的8位数据输出端口与外部的8位数模转换器相连；CPLD的时钟和复位专用引脚分别与外部有源晶振和复位电路相连，时钟来自外部25MHz有源晶振，复位信号来自外部RC充电电路。