一种继电器掉电控制方法及装置

技术领域

本发明涉及继电器控制领域，特别涉及一种继电器掉电控制方法及装置。

背景技术

随着电力系统的高速发展，电力系统的网络结构更显复杂，所以提高电力系统的安全运行水平尤为重要。因为电力系统中的继电器的正常断电是确保电力系统安全可靠运行的重要条件，所以继电器的正常断电将直接影响整个电力系统的安全稳定运行，稍有不慎就会导致事故的发生，只有对继电器是否正常断电进行准确控制，才能保证电力系统正常运行。

现有技术中，继电器的掉电控制装置仅为一个MCU(Microcontrol ler Uni t，微控制单元)和一个开关，开关设置在继电器线圈的供电线路上，所以当需要控制继电器断电时，通过MCU的控制使得处在继电器线圈供电线路上的开关断开，即可实现继电器断电，但这种装置无法保证MCU的安全性，即一旦MCU出现问题，那么就无法准确控制继电器断电，进而给整个电力系统带来重大损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种继电器掉电控制方法及装置，能够在MCU故障的时候保证继电器的线圈处于失电状态，这样就解决了因为MCU故障时发出的错误控制指令导致第一开关错误未能正常关断所带来的继电器错误掉电的问题，提高了安全性，以及继电器掉电控制的准确性，且FPGA是并行处理模式，动作任务实时响应，对MCU的监测和判断，以及对严重故障的关断响应更为迅速。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种继电器掉电控制方法，应用于继电器掉电控制装置，所述继电器掉电控制装置包括：FPGA、MCU、第一开关及第二开关，所述MCU用于控制所述第一开关的导通或者关断，所述第一开关和所述第二开关设置于继电器的线圈的供电回路中，该方法包括：

在所述继电器掉电控制装置的工作过程中FPGA对所述MCU进行监测；

基于对所述MCU的监测结果判断所述MCU是否出现故障；

若所述MCU出现故障，则控制所述第二开关断开；

若所述MCU未出现故障，则控制所述第二开关闭合。

可选的，FPGA对所述MCU进行监测，包括：

接收所述MCU发送的脉冲生命信号；

所述基于对所述MCU的监测结果判断所述MCU是否出现故障，包括：

FPGA判断是否在预设时间内接收到所述MCU发送的第一预设次数的脉冲生命信号；

若是，则判定所述MCU未出现故障；

若否，则判定所述MCU出现故障。

可选的，还包括：

FPGA获取继电器控制系统的当前一级状态参数，所述继电器控制系统包括所述继电器掉电控制装置及所述继电器，所述当前一级状态参数包括所述继电器的短路参数；

基于所述当前一级状态参数判断所述继电器控制系统是否出现一级故障；

若所述继电器控制系统出现一级故障，则控制所述第二开关断开；

所述继电器控制系统的故障等级包括多级故障，其中，所述一级故障的故障等级最高。

可选的，还包括：

在所述继电器掉电控制装置的工作过程中MCU对所述FPGA进行监测；

基于对所述FPGA的监测结果判断所述FPGA是否出现故障；

若所述FPGA出现故障，则控制所述第一开关断开。

可选的，所述MCU对所述FPGA进行监测，包括：

接收所述FPGA发送的脉冲生命信号；

所述基于对所述FPGA的监测结果判断所述FPGA是否出现故障，包括：

MCU判断是否在预设时间内接收到所述FPGA发送的第二预设次数的脉冲生命信号；

若是，则判定所述FPGA未出现故障；

若否，则判定所述FPGA出现故障。

可选的，还包括：

MCU获取继电器控制系统的当前二级状态参数，所述继电器控制系统包括所述继电器掉电控制装置及所述继电器，所述当前二级状态参数包括所述继电器的过压参数及所述继电器的有效过流值；

基于所述当前二级状态参数判断所述继电器控制系统是否出现二级故障；

若所述继电器控制系统出现二级故障，则控制所述第一开关断开；

所述继电器控制系统包括一级故障和二级故障，所述二级故障的严重程度小于所述一级故障的程度。

可选的，若所述FPGA出现故障，还包括：

将所述FPGA出现故障的次数加一；其中，在所述继电器掉电控制装置开始工作时所述FPGA出现故障的次数的初始值为零；

判断所述FPGA出现故障的次数是否大于第一预设故障阈值；

若是，进入控制所述第一开关断开的步骤；

若否，返回MCU对所述FPGA进行监测的步骤；

若所述继电器控制系统出现二级故障，还包括：

将所述继电器控制系统出现二级故障的次数加一；其中，在所述继电器掉电控制装置开始工作时所述继电器控制系统出现二级故障的次数的初始值为零；

判断所述继电器控制系统出现二级故障的次数是否大于第二预设故障阈值；

若是，进入控制所述第一开关断开的步骤；

若否，返回MCU获取继电器控制系统的当前二级状态参数的步骤。

可选的，若所述FPGA未出现故障且所述继电器控制系统未出现二级故障，还包括：

MCU获取所述继电器控制系统的当前三级状态参数，所述当前三级状态参数包括所述继电器控制系统的超温参数；

基于所述当前三级状态参数判断所述继电器控制系统是否出现三级故障，所述三级故障的严重程度小于所述二级故障的程度；

若所述继电器控制系统出现三级故障，则控制所述第一开关断开。

可选的，若所述继电器控制系统出现三级故障，还包括：

将所述继电器控制系统出现三级故障的次数加一；其中，在所述继电器掉电控制装置开始工作时所述继电器控制系统出现三级故障的次数的初始值为零；

判断所述继电器控制系统出现三级故障的次数是否大于第三预设故障阈值；

若是，进入控制所述第一开关断开的步骤；

若否，返回MCU获取所述继电器控制系统的当前三级状态参数的步骤。

可选的，若所述继电器控制系统未出现三级故障，还包括：

MCU判断自身是否接收到继电器闭合指令；

若接收到继电器闭合指令，则控制所述第一开关闭合。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种继电器掉电控制装置，包括：

第一开关,所述第一开关设置于继电器的供电回路中；

第二开关,所述第二开关设置于所述继电器的供电回路中；

MCU，所述MCU与所述第一开关连接，用于执行如上述所述的继电器掉电控制方法的步骤；

FPGA，FPGA与所述第二开关连接，用于执行如上述所述的继电器掉电控制方法的步骤。

本发明的目的是提供一种继电器掉电控制方法及装置，为了防止因为MCU的故障而导致继电器断电的失败，所以设置了FPGA和第二开关，通过FPGA对MCU进行监测，FPGA基于检测结果判断MCU出现故障，就会控制第二开关断开，反之则控制第二开关闭合，通过这种方式能够在MCU故障的时候关断第二开关，保证继电器的线圈处于失电状态，这样就解决了因为MCU故障时发出的错误控制指令导致第一开关错误未能正常关断所带来的继电器错误掉电的问题，提高了安全性，以及继电器掉电控制的准确性，且FPGA是并行处理模式，动作任务实时响应，对MCU的监测和判断，以及对严重故障的关断响应更为迅速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种继电器掉电控制方法的过程流程图；

图2为本发明提供的一种继电器掉电控制装置的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种继电器掉电控制方法的过程流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种继电器掉电控制方法及装置，能够在MCU故障的时候保证继电器的线圈处于失电状态，这样就解决了因为MCU故障时发出的错误控制指令导致第一开关错误未能正常关断所带来的继电器错误掉电的问题，提高了安全性，以及继电器掉电控制的准确性，且FPGA是并行处理模式，动作任务实时响应，对MCU的监测和判断，以及对严重故障的关断响应更为迅速。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种继电器掉电控制方法的过程流程图。应用于继电器掉电控制装置，继电器掉电控制装置包括：FPGA、MCU、第一开关及第二开关，MCU用于控制第一开关的导通或者关断，第一开关和第二开关设置于继电器的线圈的供电回路中，该方法包括：

S10:在继电器掉电控制装置的工作过程中FPGA对MCU进行监测；

S11:基于对MCU的监测结果判断MCU是否出现故障；

S12:若MCU出现故障，则控制第二开关断开；

S13:若MCU未出现故障，则控制第二开关闭合。

本发明中，因为要解决MCU故障时出现继电器掉电控制失常的问题，所以在继电器掉电控制装置的工作过程中采用了继电器掉电控制装置中的FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)对MCU进行检测，并根据检测结果对MCU的故障情况进行判断，当MCU未出现故障时，则控制对应的第二开关闭合，如果MCU出现故障，则控制第二开关断开，因为第二开关是设置于继电器线圈的供电回路上的，所以控制第二开关断开即代表着使继电器的线圈失电，继电器也就会掉电，这时即使MCU仍因自身的故障发送错误的控制信号给第一开关，也无法通过第一开关的开关来影响继电器的正常工作了，提高了安全性，且FPGA是并行处理模式，动作任务实时响应，对MCU的监测和判断更为迅速。

需要说明的是，第一开关S1和第二开关S2均为MOS管，且第一开关可以设置于继电器K1线圈的供电正端，第二开关可以设置于继电器线圈的供电负端，继电器掉电控制装置的结构如图2所示，而且继电器正负两端同时用不同类型控制器进行控制的方法，能够确保继电器在多种情况下可靠掉电断开，实现对系统的可靠保护。

还需要说明的是，在实际应用中，本发明的控制思路方法可以总结为以下几点：1、系统正常工作情况下，继电器线圈需要上电工作，通过MCU控制器的GPIO端口控制三极管S1导通，继电器K1线圈正端将会接通5VDC电源；通过FPGA控制器的GPIO端口控制三极管S2导通，继电器K1线圈负端将会接通0VDC电源。此时，继电器K1线圈的正负端皆得电，继电器将正常工作。2、系统正常工作情况下，MCU和FPGA会对系统进行实时监测，判断是否有故障发生；而且，MCU和FPGA之间也会互相发送实时脉冲生命信号，以实现两个控制器之间的互相监测；3、当MCU或者FPGA监测到系统出现异常工况时，会通过关断S1或者S2，实现继电器K1线圈掉电断开。4、MCU除了对系统进行监测外，还通过生命信号对FPGA进行监测，同理，FPGA除了对系统进行监测外，还通过生命信号对MCU进行监测。如果FPGA生命信号出现异常，MCU会判定为FPGA芯片工作故障，直接关断继电器电源正端，进行保护；如果MCU生命信号出现异常，FPGA会判定为MCU芯片工作故障，直接关断继电器电源负端，进行保护。

还需要说明的是，上述控制思路用流程来表示，如图3所示，1、FPGA监测MCU生命信号、一级系统故障监控，如果MCU生命信号异常或一级系统故障发生，则关断第二开关(也即三极管S2)，断开继电器负端；2、如果MCU生命信号不异常或一级系统故障未发生，则FPGA会导通三极管S2，继电器线圈负端得电，紧接着MCU就会监测FPGA生命信号、二级系统故障监控，并判断FPGA生命信号是否异常或二级系统故障是否发生，若是，则连续若干次(例如连续确认3次)确定二级系统故障是否存在，若存在，则关断第一开关(也即三极管S1)，断开继电器正端；3、若不存在，则继续对三级系统故障进行监控，如果三级系统故障发生，则连续确认若干次(例如连续确认5次)三级系统故障是否存在，若存在，则关断三极管S1，断开继电器正端；4、若不存在，则监测系统指令接收，并判断是否接收到系统的继电器闭合指令，若是，则导通三极管S1，闭合继电器正端。

还需要说明的是，由于MCU控制器特点是串行处理模式，动作任务存在延时；FPGA控制器是并行处理模式，动作任务实时响应。所以，对监测到的故障类别进行识别，如果是低级别保护断开指令(二级故障及三级故障)，则由MCU进行判断和延时后，关断继电器进行保护；如果是高级别保护断开指令(一级故障)，则由FPGA即时响应，快速断开继电器进行保护。其中，一级故障是指系统中的严重过压、短路、接地、电源的故障，主要通过硬件比较电路识别判断；二级故障是指系统中的一般过压、超速、有效值过流的故障，主要通过中断采样软件识别判断；三级故障是指系统中的各种超温、DIDO逻辑错误、指令异常等故障，主要通过循环程序软件识别判断。

本实施例提供了一种继电器掉电控制方法，为了防止因为MCU的故障而导致继电器断电的失败，所以设置了FPGA和第二开关，通过FPGA对MCU进行监测，FPGA基于检测结果判断MCU出现故障，就会控制第二开关断开，反之则控制第二开关闭合，通过这种方式能够在MCU故障的时候关断第二开关，保证继电器的线圈处于失电状态，这样就解决了因为MCU故障时发出的错误控制指令导致第一开关错误未能正常关断所带来的继电器错误掉电的问题，提高了安全性，以及继电器掉电控制的准确性，且FPGA是并行处理模式，动作任务实时响应，对MCU的监测和判断，以及对严重故障的关断响应更为迅速。

在上述实施例的基础上：

作为一种可选的实施例，FPGA对MCU进行监测，包括：

接收MCU发送的脉冲生命信号；

基于对MCU的监测结果判断MCU是否出现故障，包括：

FPGA判断是否在预设时间内接收到MCU发送的第一预设次数的脉冲生命信号；

若是，则判定MCU未出现故障；

若否，则判定MCU出现故障。

本发明中，FPGA对MCU的监测是对接收MCU发送的脉冲生命信号，并判断是否在预设时间内接收到MCU发送的第一预设次数的脉冲生命信号，如果在预设时间内接收到MCU发送的第一预设次数的脉冲生命信号，则证明MCU未出现故障；如果未在预设时间内接收到MCU发送的第一预设次数的脉冲生命信号，则证明MCU出现故障，提高了判断的准确性。

作为一种可选的实施例，还包括：

FPGA获取继电器控制系统的当前一级状态参数，继电器控制系统包括继电器掉电控制装置及继电器，当前一级状态参数包括继电器的短路参数；

基于当前一级状态参数判断继电器控制系统是否出现一级故障；

若继电器控制系统出现一级故障，则控制第二开关断开；

继电器控制系统的故障等级包括多级故障，其中，一级故障的故障等级最高。

本发明中，FPGA还能够获取继电器控制系统的当前一级状态参数，其中，继电器控制系统指的是包括继电器掉电控制装置及继电器的系统，FPGA会基于当前一级状态参数判断继电器控制系统是否出现一级故障，如果判定继电器控制系统出现一级故障，则会控制第二开关断开，在保证能够判断MCU故障情况的基础上，还加入了对继电器控制系统的判断，考虑到继电器控制系统的故障等级中最高的以及故障，提高了可靠性。

作为一种可选的实施例，还包括：

在继电器掉电控制装置的工作过程中MCU对FPGA进行监测；

基于对FPGA的监测结果判断FPGA是否出现故障；

若FPGA出现故障，则控制第一开关断开。

本发明中，在继电器掉电控制装置的工作过程中MCU还可以对FPGA进行监测，并能够根据对FPGA的监测结果判断FPGA是否出现故障，如果FPGA出现故障，则控制第一开关断开，在保证了MCU没有出现故障之后，为了保证FPGA不会发生故障，MCU还对FPGA的故障情况进行检测，且与FPGA对MCU的检测及对继电器控制系统的监测形成了分级判断，提高了安全性，且在FPGA出现二级故障后，控制继电器的线圈失电，以防继电器出现误断电的情况，给整个继电器控制系统带来危险，此外，用不同类型控制器响应不同故障类型，能够充分利用控制器特点对故障进行分级响应动作，而且两个控制器之间通过生命信号，互相监测，以实现控制器的故障判断，最终提升了继电器动作的可靠性。

作为一种可选的实施例，MCU对FPGA进行监测，包括：

接收FPGA发送的脉冲生命信号；

基于对FPGA的监测结果判断FPGA是否出现故障，包括：

MCU判断是否在预设时间内接收到FPGA发送的第二预设次数的脉冲生命信号；

若是，则判定FPGA未出现故障；

若否，则判定FPGA出现故障。

本发明中，MCU对FPGA进行监测的具体过程为，MCU接收FPGA发送的脉冲生命信号，并且判断是否在预设时间内接收到FPGA发送的第二预设次数的脉冲生命信号，如果在预设时间内接收到FPGA发送的第二预设次数的脉冲生命信号，则证明FPGA未出现故障；如果没有在预设时间内接收到FPGA发送的第二预设次数的脉冲生命信号，则证明FPGA出现故障，提高了故障判断的准确性。

作为一种可选的实施例，还包括：

MCU获取继电器控制系统的当前二级状态参数，继电器控制系统包括继电器掉电控制装置及继电器，当前二级状态参数包括继电器的过压参数及继电器的有效过流值；

基于当前二级状态参数判断继电器控制系统是否出现二级故障；

若继电器控制系统出现二级故障，则控制第一开关断开；

继电器控制系统包括一级故障和二级故障，二级故障的严重程度小于一级故障的程度。

本发明中，MCU能够获取继电器控制系统的当前二级状态参数，即对继电器控制系统进行监测，并能够基于当前二级状态参数判断继电器控制系统是否出现二级故障，如果继电器控制系统出现二级故障，则控制第一开关断开，即在继电器系统出现二级故障后，控制继电器的线圈失电，以防继电器出现误断电的情况，给整个继电器控制系统带来危险。

作为一种可选的实施例，若FPGA出现故障，还包括：

将FPGA出现故障的次数加一；其中，在继电器掉电控制装置开始工作时FPGA出现故障的次数的初始值为零；

判断FPGA出现故障的次数是否大于第一预设故障阈值；

若是，进入控制第一开关断开的步骤；

若否，返回MCU对FPGA进行监测的步骤；

若继电器控制系统出现二级故障，还包括：

将继电器控制系统出现二级故障的次数加一；其中，在继电器掉电控制装置开始工作时继电器控制系统出现二级故障的次数的初始值为零；

判断继电器控制系统出现二级故障的次数是否大于第二预设故障阈值；

若是，进入控制第一开关断开的步骤；

若否，返回MCU获取继电器控制系统的当前二级状态参数的步骤。

本发明中，判定FPGA出现故障的方式是通过FPGA出现故障的次数得到的，继电器掉电控制装置开始工作时FPGA出现故障的次数的初始值为零，每当FPGA出现故障这个次数就会加一，实际判断中，就是判断FPGA出现故障的次数是否大于第一预设故障阈值，如果大于第一预设故障阈值，则判定FPGA出现故障，并进入控制第一开关断开的步骤，反之，则判定FPGA未出现故障，并且返回MCU对FPGA进行监测的步骤进行循环判断。同理，对判定继电器控制系统出现二级故障的方式也如上述对FPGA的判定一致，判断继电器控制系统出现二级故障的次数是否大于第二预设故障阈值，这种判断方式保证了分级判断的准确性。

作为一种可选的实施例，若FPGA未出现故障且继电器控制系统未出现二级故障，还包括：

MCU获取继电器控制系统的当前三级状态参数，当前三级状态参数包括继电器控制系统的超温参数；

基于当前三级状态参数判断继电器控制系统是否出现三级故障，三级故障的严重程度小于二级故障的程度；

若继电器控制系统出现三级故障，则控制第一开关断开。

本发明中，如果FPGA未出现故障且继电器控制系统未出现二级故障，则MCU会获取继电器控制系统的当前三级状态参数，并基于当前三级状态参数判断继电器控制系统是否出现三级故障，如果继电器控制系统出现三级故障，MCU则会控制第一开关断开，因为三级故障的严重程度小于二级故障的程度，二级故障的严重程度小于一级故障的程度，所以MCU分成三级实现了对继电器控制系统的分级监测，并且在监测到任一级故障后都控制第一开关断开，控制继电器的线圈失电，以防继电器出现误断电的情况，给整个继电器控制系统带来危险。

作为一种可选的实施例，若继电器控制系统出现三级故障，还包括：

将继电器控制系统出现三级故障的次数加一；其中，在继电器掉电控制装置开始工作时继电器控制系统出现三级故障的次数的初始值为零；

判断继电器控制系统出现三级故障的次数是否大于第三预设故障阈值；

若是，进入控制第一开关断开的步骤；

若否，返回MCU获取继电器控制系统的当前三级状态参数的步骤。

本发明中，判定继电器控制系统出现三级故障的方式是通过继电器控制系统出现三级故障的次数得到的，继电器掉电控制装置开始工作时继电器控制系统出现三级故障的次数的初始值为零，每当继电器控制系统出现故障这个次数就会加一，实际判断中，就是判断继电器控制系统出现三级故障的次数是否大于第三预设故障阈值，如果大于第三预设故障阈值，则判定继电器控制系统出现故障，并进入控制第一开关断开的步骤，反之，则判定继电器控制系统未出现故障，并且返回MCU获取继电器控制系统的当前三级状态参数的步骤进行循环判断，实现了在继电器系统出现二级故障后，控制继电器的线圈失电的效果，以防因继电器出现误断电的情况，给整个继电器控制系统带来危险。

作为一种可选的实施例，若继电器控制系统未出现三级故障，还包括：

MCU判断自身是否接收到继电器闭合指令；

若接收到继电器闭合指令，则控制第一开关闭合。

本发明中，如果继电器控制系统未出现三级故障，MCU还会判断自身是否接收到继电器闭合指令，如果自身接收到继电器闭合指令，则会正常控制第一开关闭合，而当第一开关和第二开关均闭合就证明继电器线圈正常的得电，准确的完成了对继电器的控制。

本发明还提供了一种继电器掉电控制装置对应的实施例，包括：

第一开关,第一开关设置于继电器的供电回路中；

第二开关,第二开关设置于继电器的供电回路中；

MCU，MCU与第一开关连接，用于执行如上述的继电器掉电控制方法的步骤；

FPGA，FPGA与第二开关连接，用于执行如上述的继电器掉电控制方法的步骤。

本实施例提供的继电器掉电控制装置，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果，因此继电器掉电控制装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。