一种电涌保护装置及其工作方法、电涌保护系统与流程

1.本发明实施例涉及电路保护装置的技术领域，尤其涉及一种电涌保护装置及其工作方法、电涌保护系统。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，消费者除了对所购产品的功能和质量关注之外，对产品的性能越来越重视。尤其是近几年人们安全意识的提高，对现有的电涌保护器提出了更高的要求。
3.市场上现有的信号类电涌保护器大多不具备失效指示功能。消费者在拿到购买的产品时知道模块的功能正常。但当产品安装到现场并且工作一段时间之后，此时消费者不能正确识别模块是否功能失效。假如产品已失效，而工作人员又因不能识别模块的好坏而继续正常使用，这时若系统遭受电涌冲击，与产品连接的系统安全将受到威胁，产生不必要的影响与经济损失。
4.目前市场上存在的带失效指示功能的信号类电涌保护器一般采用离线检测设备，通过定期的专用设备检查判断产品功能的好坏。在国外，有一些生产厂家通过外加电源，增加辅助设备来监控产品失效的功能，其原理为利用电磁感应线圈来监控故障发生时的小电流，进而驱动指示回路，还有一些利用ptc高阻温度特性，采用热敏阀值材料(可设置多段)和聚热板等进行检测和报警指示，这种信号类电涌保护器不能同时具备失效指示和远程监控的功能，并且后期生产成本较高。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种电涌保护装置及其工作方法、电涌保护系统，实现电涌保护模块的失效指示，以及电涌保护模块工作状态的远程监控，以提高与电涌保护装置连接的外界设备的系统安全性。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种电涌保护装置，该电涌保护装置包括：
7.电源保护模块、主控模块以及至少一个电涌保护模块；
8.其中，所述电涌保护模块包括电涌保护单元和失效指示单元；所述电涌保护单元用于消除其所在电路中的电涌信号；所述失效指示单元与所述电涌保护单元连接，用于在所述电涌保护单元失效后，进行失效提示；所述主控模块与所述失效指示单元连接，用于将所述失效指示单元输入的失效信号传输至主控室；
9.所述电源保护模块与所述主控模块、所述失效指示单元以及所述电涌保护单元连接，用于在外部电源失效或外部电源不稳定时，为所述主控模块、所述失效指示单元以及所述电涌保护单元供电。
10.可选的，所述至少一个电涌保护模块的数量大于或等于2时，各所述电涌保护单元针对的信号种类不同。
11.可选的，所述主控模块包括电压转换单元、控制单元、失效状态监控单元以及通讯
输出单元，所述电压转换单元与外部电源以及所述电源保护模块连接，所述控制单元与所述电压转换单元、所述失效状态监控单元以及所述通讯输出单元连接，所述失效状态监控单元与所述失效指示单元连接，所述通讯输出单元与所述主控室连接。
12.可选的，所述主控装置还包括信号采集单元和失效状态指示单元，所述信号采集单元用于采集由所述电压转换单元提供的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，所述失效状态指示单元用于在所述信号采集单元采集到电压信号转换的数字信号后，进行失效指示。
13.可选的，所述失效状态指示单元包括led灯。
14.可选的，所述电涌保护单元包括热敏元件，所述失效指示单元包括保险丝，所述保险丝贴附于所述热敏元件上；所述失效指示单元还包括led灯和继电器，所述保险丝和所述led串联于所述外部电源以及所述电源保护模块的正极和负极之间，所述继电器用于导通所述led灯。
15.第二方面，本发明实施例还提供了一种电涌保护系统，该电涌保护系统包括上述第一方面所述的电涌保护装置。
16.第三方面，本发明实施例还提供了一种电涌保护装置的工作方法，该电涌保护装置的工作方法包括：
17.在一个或多个电涌保护模块中的所述电涌保护单元失效后，同一电涌保护模块中的所述失效指示单元进行失效提示，并发送失效信号；
18.所述主控模块将所述失效信号发送给主控室。
19.可选的，所述发送失效信号之后还包括：
20.所述主控模块进行失效自检；
21.所述主控模块确定自身失效后，进行失效提示。
22.本发明实施例提供的电涌保护装置包括电源保护模块、主控模块以及至少一个电涌保护模块，其中，电涌保护模块包括电涌保护单元和失效指示单元，电涌保护单元用于消除其所在电路中的电涌信号，失效指示单元与电涌保护单元连接，用于在电涌保护单元失效后，进行失效提示，主控模块与失效指示单元连接，用于将失效指示单元输入的失效信号传输至主控室，电源保护模块与主控模块、失效指示单元以及电涌保护单元连接，用于在外部电源失效或外部电源不稳定时，为主控模块、失效指示单元以及电涌保护单元供电，通过在一个或多个电涌保护模块中的电涌保护单元失效后，同一电涌保护模块中的失效指示单元进行失效提示，并发送失效信号，主控模块将失效信号远程发送给主控室，实现电涌保护模块的失效指示，以及电涌保护模块工作状态的远程监控，以提高与电涌保护装置连接的外界设备的系统安全性。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的一种电涌保护装置的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种电涌保护装置中主控模块的结构示意图；
25.图3为本发明实施例提供的一种电涌保护装置的电路示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种电涌保护系统的结构示意图；
27.图5为本发明实施例提供的一种电涌保护装置的工作方法的流程图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
29.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
30.图1为本发明实施例提供的一种电涌保护装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括：
31.电源保护模块110、主控模块120以及至少一个电涌保护模块130。其中，电涌保护模块130包括电涌保护单元150和失效指示单元140，电涌保护单元150用于消除其所在电路中的电涌信号，失效指示单元140与电涌保护单元150连接，用于在电涌保护单元150失效后，进行失效提示，主控模块120与失效指示单元140连接，用于将失效指示单元140输入的失效信号传输至主控室，电源保护模块110与主控模块120、失效指示单元140以及电涌保护单元150连接，用于在外部电源失效或外部电源不稳定时，为主控模块120、失效指示单元140以及电涌保护单元150供电。
32.具体的，电涌保护装置在准备工作阶段，需要由厂家或技术人员按照接线定义接好导线并在其顶部安装4pin排线，其中，4pin排线常用于电器设备中的数据传输，由于4pin排线本身具有良好的电性能、介电性能、耐热性，可以为各个模块供电。电涌保护装置中的电源保护模块110与主控模块120以及电涌保护模块130按照从左到右的顺序连接并安装到导轨上，这时电涌保护装置就可进入工作状态。
33.示例性的，本实施例提供的电涌保护装置可以用于保护以二线制、三线制、四线制方式连接的变送器、开关、频率信号、通信设备、热电阻、热电偶等现场设备以及控制室、集散控制系统、可编程逻辑控制器的i/o等设备，使其免受电涌冲击或操作过电压的破坏，通过电涌保护装置连接上述外接设备，技术人员只需在控制室可远程监控现场设备的工作状态。
34.需要说明的是，电涌保护装置中电涌保护模块130的数量由技术人员或使用者根据系统需求选用，当电涌保护模块130的数量大于或等于2时，每个电涌保护模块130独立安装于电涌保护装置中，将每个电涌保护模块130中失效指示单元140的通讯输出通过4pin排线并联，若其中一个电涌保护模块130失效，失效信号通过4pin排线输出到主控模块120，主控模块120通过输入数字量信号判断是否有电涌保护模块130失效，同时，通过4pin排线连接，电源可从主控模块120处传递到电涌保护模块130，给电涌保护模块130中失效指示单元140供电。另外，电源保护模块110和主控模块120在不影响功能的情况下可以集成于一个模块，原先的两个模块变成一个模块，利于电涌保护装置的小型化。
35.另外需要说明的是，至少一个电涌保护模块130的数量大于或等于2时，各电涌保护单元150针对的信号种类不同。电涌保护装置可以保护多种现场设备，且电涌保护装置中
各电涌保护模块130是独立的，当一个电涌保护模块130连接一种外部设备时，此电涌保护模块130中的电涌保护单元150针对的信号由此电涌保护模块130连接的外部设备决定。
36.本实施例提供的技术方案，通过模块式结构，将电源保护模块、主控模块以及至少一个电涌保护模块通过排线连接的方式安装在导轨上使电涌保护装置工作，其中，电涌保护模块包括电涌保护单元和失效指示单元，电涌保护单元用于消除其所在电路中的电涌信号，失效指示单元与电涌保护单元连接，用于在电涌保护单元失效后，进行失效提示，主控模块与失效指示单元连接，用于将失效指示单元输入的失效信号传输至主控室，电源保护模块与主控模块、失效指示单元以及电涌保护单元连接，用于在外部电源失效或外部电源不稳定时，为主控模块、失效指示单元以及电涌保护单元供电，若电涌保护装置中至少一个电涌保护模块失效，失效指示单元进行失效提示，并将失效信号输入到主控模块，同时主控模块通过通讯输出将失效信号远程上传到主控室，使用者只需在控制室查看现场设备的工作状态，确保电涌保护装置同时具备失效指示和远程监控的功能，便于使用者实时观察设备的工作状态，提高与电涌保护装置连接的外接设备的系统安全性。
37.图2为本发明实施例提供的一种电涌保护装置中主控模块的内部结构示意图。如图2所示，主控模块包括：
38.电压转换单元210、控制单元220、失效状态监控单元230以及通讯输出单元240。其中，电压转换单元210与外部电源以及电源保护模块连接，控制单元220与电压转换单元210、失效状态监控单元230以及通讯输出单元240连接，失效状态监控单元230与失效指示单元连接，通讯输出单元240与主控室连接。
39.具体的，主控模块基于嵌入式微控制器基本原理设计，其具有嵌入式微控制器的所有优点，实现对信号的处理和控制，其中，电压转换单元210与外部电源和电源保护模块连接，将外部供电电压转换为电涌保护装置及主控模块正常工作所需的电压，控制单元220在主控模块中起核心作用，与电压转换模块210、失效状态监控单元230以及通讯输出单元240连接，将电压信号处理并且转换为数字信号输出。失效状态监控单元230用于监控控制单元220工作状态，避免控制单元220发生异常造成损失，示例性的，失效状态监控单元230可以是一个外部看门狗，当主控模块内部控制单元220出错时，使控制单元220强制复位重新工作。另外，通讯输出单元240可以采用基于rs485的modbus-rtu协议进行通讯，主控模块通过通讯输出单元240将失效信号上传到主控室，主控室根据读取输入寄存器中的数值判断电涌保护装置的状态，其具体数字的意义由使用者在软件中定义。
40.需要说明的是，通讯输出单元240可以是rs485的modbus-rtu协议，该协议是通信中的通用协议，通过此协议，控制器与其他设备之间可以实现远程终端的串行通信，且传送的数据量较大。
41.可选的，继续参照图2，主控模块还包括信号采集单元250和失效状态指示单元260，信号采集单元250用于采集由电压转换单元210提供的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，失效状态指示单元260用于在信号采集单元250采集到电压信号转换的数字信号后，进行失效指示。
42.具体的，主控模块中的信号采集单元250可以是adc采集电路，是嵌入式微控制器中通用的采样电路，在本实施例中，信号采集单元250主要采集由电压转换单元提供的电压信号，并将电压信号转换为数字信号传输至控制单元220进行信号处理，当电涌保护装置遭
受到外部电涌冲击导致电涌保护模块失效时，进行失效提示，在上述信号采集单元250采集信号的基础上，由控制单元220进行信号处理，失效状态指示单元260连接控制单元220，主控模块的失效状态指示单元260的状态发生改变，以提示电涌保护模块发生失效。
43.可选的，继续参照图2，失效状态指示单元260包括led灯。
44.示例性的，当电涌保护装置在正常工作时，主控模块的led灯处于灭灯状态，当主控模块接收到失效信号时，led灯由灭灯状态变为红色灯，通知相关技术人员现场设备的失效。
45.另外需要说明的是，失效指示单元260也可以包括声音报警器等设备，只要是能起到提示电涌保护模块发生失效状态的设备都可以，此处不做限定。
46.图3为本发明实施例提供的一种电涌保护装置的电路示意图。如图3所示，电涌保护单元310包括热敏元件330，失效指示单元320包括保险丝340，保险丝340贴附于热敏元件330上，失效指示单元320还包括led灯350和继电器360，保险丝340和led灯350串联于外部电源以及电源保护模块的正极和负极之间，继电器360用于导通led灯350。
47.具体的，电涌保护模块中的失效指示单元320的失效指示功能主要由热敏元件330的热效应实现。失效指示单元320与电涌保护单元310通过物理连接，失效指示单元320中的保险丝340贴附于电涌保护单元310的热敏元件330上，当热敏元件330元件正常工作时，继电器360处于常开状态，led灯不亮，当热敏元件330因劣化或电涌保护电路中有电涌的冲击导致漏电流过大，热敏元件330发热，温度超过正常工作的温度范围时，贴附于热敏元件330上的保险丝340熔断，此时热敏元件330失效则断开，失效指示单元320中连接于保险丝的三极管370导通，继电器360触电闭合，led灯亮，表示电涌保护模块已失效。
48.需要说明的是，热敏元件330既有随温度的线性变化其电阻值也线性变化的特点，又有在某个特定温度下的浪涌特性，因此热敏元件330在电涌保护装置中常用于检测设备的半导体元件，且具备优良的特性。
49.图4为本发明实施例提供的一种电涌保护系统的结构示意图。如图4所示，该电涌保护系统410包括本发明任意实施例提供的电涌保护装置420。由于本实施例提供的电涌保护系统410包括本发明实施例提供的任意的电涌保护装置420，其具有电涌保护装置420相同或相应的有益效果，此处不再赘述。
50.图5为本发明实施例提供的一种电涌保护装置的工作方法的流程图。本实施例可适用于电路中存在电涌冲击时的情况，该方法可以通过软件和/或硬件的形式实现。如图5所示，该工作方法具体可以包括如下：
51.s510、在一个或多个电涌保护模块中的电涌保护单元失效后，同一电涌保护模块中的失效指示单元进行失效提示，并发送失效信号。
52.具体的，当电涌保护装置中的电涌保护模块的数量大于或等于2时，每个电涌保护模块都是独立的，各电涌保护模块中的电涌保护单元针对的信号由电涌保护装置外部连接的现场设备决定，电涌保护模块中的失效指示单元通过遥信输出部件将失效信号输入至主控模块，各失效指示单元中的遥信输出并联，在电涌保护装置顶部通过4pin排线将所有遥信输出的开关并联，若其中一个遥信输出的开关从开路状态变为短路状态，也就是遥信输出的开关闭合，则此遥信输出的电涌保护模块表明已失效，通过失效指示单元进行失效提示，并发送失效信号至主控模块。
53.s520、主控模块将失效信号发送给主控室。
54.在上述步骤的基础上，当主控模块监控到至少一个电涌保护模块上遥信输出部件的开关闭合，主控模块的led灯亮红色灯，同时通过主控模块的通讯输出单元上传失效信号到主控室。
55.需要说明的是，主控室是由使用者观察与电涌保护装置连接的外部设备的工作状态的主控室终端，例如可以是计算机等设备。
56.可选的，在上述实施例的基础上，主控模块发送失效信号之后还包括：主控模块进行失效自检，主控模块确定自身失效后，进行失效提示。
57.具体的，当电涌保护装置在工作时，若主控模块本身功能失效，通过其本身自带的嵌入式微控制器的模拟数据采集功能，可得到处于非正常工作范围内的数据，这时主控模块的led灯亮红色灯。
58.需要说明的是，当主控模块本身功能失效时，电涌保护模块的led灯保持原来状态，其不受主控模块的失效而影响，并且主控模块本身的遥信输出部件的状态仍为开路状态，也不受主控模块本身的失效而影响。当主控模块进行失效自检时，使用者并不能得知主控模块失效，需到现场通过led灯的亮灯或灭灯状态判断主控模块是否发生失效，若主控模块确定自身失效后，通过主控模块的失效状态指示单元，即led灯亮红色灯进行提示，并且通过主控模块的通讯输出单元上传失效信号至主控室。
59.本实施例提供的技术方案，通过在一个或多个电涌保护模块中的电涌保护单元失效后，同一电涌保护模块中的失效指示单元进行失效提示，并发送失效信号，主控模块将失效信号远程发送给主控室，实现了电涌保护装置同时具备失效指示功能和远程监控功能，提高了与电涌保护装置连接的外界设备的系统安全性，除此之外，通过主控模块的自检测功能，在自身已失效的状态下不影响电涌保护装置内其他模块的工作，保障了电涌保护装置中其他模块的稳定，提高电涌保护装置的整体稳定性。
60.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。