CN101930027A - 三相交流电量采集模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相交流电量采集模块，包括：CPU，连接于CPU的IO单元，所述的IO单元包括：模数转换单元，通过SPI总线与CPU主板连接，与所述的模数转换单元连接的有电压采集单元，电流采集单元，所述的CPU主板还连接有继电器保护单元。本发明可以实现短路保护，同时本发明集成继电器输出，能够完成短路判断和保护功能。

Description

三相交流电量采集模块

技术领域

本发明涉及一种三相交流电量采集模块。

背景技术

随着国民经济的高速发展和先进选煤领域的普遍应用，选煤工艺不断进步，选煤设备正在向大型化发展。社会的发展和科技的进步对供配电系统提出了更高的要求。而目前的供配电系统的电量采集模块大多不是PLC模块，而是采用单片机进行采集精度较差，本发明解决采集精度与系统集成问题，改变传统供电系统结构，用PLC将采集与保护功能集成于一体，有很强的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种三相交流电量采集模块。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种三相交流电量采集模块，它包括：CPU，连接于CPU的IO单元，所述的IO单元包括：模数转换单元，通过SPI总线与CPU主板连接，与所述的模数转换单元连接的有电压采集单元，电流采集单元，所述的CPU主板还连接有继电器保护单元。

所述的继电器保护单元采用常闭继电器，正常状态下继电器闭合导通，当输入通道发生过流时，对应的继电器触点弹开，形成开路，实现保护。

交流电压输入信号经过一互感器连接到所述的电压采集单元的输入端，用来对被测电压信号进行量程的转换。

交流电压输入信号经过200K欧姆的电阻串联到电压互感器上，经互感器与内部采样电阻变为需要的采集信号。

所述的模数转换单元采用24位A/D转换器实现。

所述的采集模块的数据区包括5部分，相电压有效值(UA/UB/UC)、相电流有效值(IA/IB/IC)、单相有功功率因数(PFA/PFB/PFC)、线频率(F)、总有功电能(W)、过电流状态，通过以上参数还可以计算出单项有功功率、单项无功功率、总有功功率、总无功功率、视在功率。

本发明的优点在于：

可以实现电量采集，短路保护，同时本发明集成继电器输出，能够完成短路判断和保护功能。

附图说明

图1为本发明电路原理示意图；

图2为本模块的接线图。

具体实施方式

如图1所示，为三相交流电量采集模块电路原理图，它包括：CPU主板，连接于CPU主板的IO单元、FPGA，所述的IO单元包括：模数转换单元，通过SPI总线与CPU主板连接，与所述的模数转换单元连接的有电压采集单元，电流采集单元，所述的CPU主板还连接有继电器保护单元。

三相交流电压、电流信号先连接到本模块接线端子上。Ua，Ub，Uc，Ucom三项电压分别接到模块的UA，UB，UC，UN上。Ia，Ib，Ic分别接到模块的IAin，IBin，ICin，再由IAout，IBout，ICout引出即将模块电流通道串入电路，上电后对模块进行编程分别调用Analog_IN功能块和Analog_OUT功能块即可进行采集，保护通路要接在模块的PRT1和1L上。

LM3317三相交流电量采集模块连接有继电器保护模块，能够完成短路判断和保护功能。根据用户设定的过流门限值和过流滤波参数进行过流判断，控制断路保护继电器执行相关动作。保护输出电路常选用常闭继电器，正常状态下继电器闭合导通。当输入通道发生过流时，对应的继电器触点弹开，形成开路，从发生过流事件到继电器保护模块完成保护动作，整个响应时间不超过100ms；同时实现短路保护的动作时间可以设置在100-1000ms之间。

电量采集芯片采用的是CS5463，电压采集单元的电压经过取样后进入电量采集芯片CS5463进行模数转换，CPU主板中的MCU通过与CS5463的SPI接口读取采样值进行数据处理和过流判断，输出控制信号来控制IO单元中的继电器保护单元。同时模数转换模块连接有FPGA，CS5463的有功电能脉冲信号送入到FPGA中进行脉冲计数，MCU读取寄存器中的计数值，根据相应算法，计算出通道电能的消耗量。

LM3317三相交流电量采集模块的数据区包括6部分，相电压有效值(UA/UB/UC)、相电流有效值(IA/IB/IC)、单相有功功率因数(PFA/PFB/PFC)、线频率(F)、各通道的电能W和过电流门限值等。相电压、电流有效值表征一个计算周期内A相、B相、C相电压、电流有效值。总有功电能表征三相交流电在一定时间内所消耗的电能量。过流门限值为用户所设定的电流采集数据量，当设定了过流门限值，模块采集通道中的交流瞬时值超过了用户设定的过流门限值时，对应通道的保护继电器触点弹开，形成开路状态，ERROR灯点亮。过流门限值为电流瞬时值，取值范围为十进制0-1000，表示电流瞬时值0-10A。当过流门限值保持默认值(0)时或开启保护位为(0)，模块认为用户不进行过流判断，因此无保护功能；当用户将过流门限值从非零值改合适值(1-999)时，且开启保护位置1则开启了模块的保护功能，模块会进行保护，当复位位被置位(1)时，保护继电器恢复闭合状态。

上述IO单元采用LB3317-2-A IO板，CPU主板采用LB3331-1-A CPU板，通过板间端子连接，板间端子定义如图2所示。其中SCLK，SDI，SDO是MCU与ADC芯片的SPI通讯端口，分别接到三片CS5463电量采集芯片的通讯管脚；CS1，CS2，CS3分别是第一片，第二片，第三片电量采集芯片的片选输出信号，低电平有效；Act_EN1是第一片电量采集芯片输出的有功电能脉冲信号(当第一片电量采集芯片输入通道中分别接A相电压和A相电流时，上述电能脉冲信号即体现的则是A相有功电能的消耗量，以下类似)；Act_EN2是第二片电量采集芯片输出的有功电能脉冲信号；Act_EN3是第三片电量采集芯片输出的有功电能脉冲信号；三相电能脉冲信号经上述三个端子送入LB3331-1-A CPU板的FPGA芯片中，由FPGA芯片完成三路有功电能脉冲的计数，通过MCU对计数数值的读取，可计量出通道电能消耗量。

IOR_Protect1是MCU输出的，用于控制保护继电器动作的端子，为‘1’则使继电器吸合，为‘0’则使继电器断开。

本发明LM3317三相交流电量采集模块可应用在智能化配电系统中，采用了现场设备控制、计算机控制，建立了一套先进、可靠、高效的监控系统，提高了配电站的自动化水平。

Claims (6)

1.一种三相交流电量采集模块，其特征在于，它包括：CPU，连接于CPU的IO单元，所述的IO单元包括：模数转换单元，通过SPI总线与CPU主板连接，与所述的模数转换单元连接的有电压采集单元，电流采集单元，所述的CPU主板还连接有继电器保护单元。

2.根据权利要求1所述的一种三相交流电量采集模块，其特征在于，所述的继电器保护单元采用常闭继电器，正常状态下继电器闭合导通，当输入通道发生过流时，对应的继电器触点弹开，形成开路。

3.根据权利要求1所述的一种三相交流电量采集模块，其特征在于，交流电压输入信号经过一互感器连接到所述的电压采集单元的输入端，用来对被测电压信号进行量程的装换。

4.根据权利要求1所述的一种三相交流电量采集模块，其特征在于，交流电压输入信号经过200K欧姆的电阻串联到电压互感器上，经互感器与内部采样电阻变为需要的采集信号。

5.根据权利要求1所述的一种三相交流电量采集模块，其特征在于，所述的模数转换单元采用24位A/D转换器实现电压、电流、有功功率、功率因数、线频率、电能的采集。

6.根据权利要求1所述的一种三相交流电量采集模块，其特征在于，所述的采集模块的数据区包括5部分，相电压有效值、相电流有效值、单相有功功率因数、线频率、总有功电能、过电流状态，通过以上参数还可以计算出单项有功功率、单项无功功率、总有功功率、总无功功率、视在功率。

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