CN102436734B - 智能节能监控管理数据采集集中器及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据采集集中器，是一种智能节能监控管理数据采集集中器及其采集方法，包括中央处理器、存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元和电源，存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元电路和电源都与中央处理器相连接；中央处理器设有A/D转换口，数据采集器包括三相负荷电力参数采集电路和模拟量输入电路；模拟量输入电路一端连接温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器或热电偶传感器，另一端连接所述中央处理器的A/D转换口，用以温度、湿度、压力、流量或热电偶数据的采集。本发明可对用户多种设备的电能消耗数据和一些非电量数据进行实时采集和监控，采集器具备两级报警和多路实时控制，广泛应用于工矿企业、学校、宾馆等单位的负荷节能监控管理。

Description

智能节能监控管理数据采集集中器及其采集方法

技术领域

本发明涉及一种数据采集集中器，具体的说是一种智能节能监控管理数据采集集中器及其采集方法。

背景技术

目前在电力系统集中抄表的应用方面的数据采集集中器很多，大都采用载波通讯、RS485总线通讯、无线通讯，通讯协议有的采用DL/T645-2077，有的自成一体，通讯接口单一，但却种类繁多，可谓是多种接口，多种协议。没有一个统一的终端数据采集集中器可将这些数据集中器的数据方便的读出，给电力计量、集中抄表、用电管理带来极大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提出一种智能节能监控管理数据采集集中器及其采集方法，可以用户多种设备的电能消耗数据和一些非电量数据进行实时采集和监控。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

智能节能监控管理数据采集集中器，包括中央处理器、存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元和电源，存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元电路和电源都与中央处理器相连接；中央处理器设有A/D转换口，数据采集器包括三相负荷电力参数采集电路和模拟量输入电路；模拟量输入电路由分压式电阻电路构成，分压式电阻电路包括两个串联电阻，两个串联电阻中间通过一个电阻接地，模拟量输入电路一端连接温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器或热电偶传感器，另一端连接中央处理器的A/D转换口，用以温度、湿度、压力、流量或热电偶数据的采集；三相负荷电力参数采集电路包括三相电阻电路、三相电流互感器回路和三相计量芯片，三相电阻电路和三相电流互感器回路都与三相计量芯片连接，三相电阻电路中的一相由至少两个电阻串联后分别与一个电阻和一个电容串联而成，三相电流互感器回路中的一相包括两个并联电阻，两个并联电阻的前端之间连接两个串联的电阻，两个并联电阻的后端之间连接两个串联的电容，三相电压信号通过电阻电路，三相电流信号通过电流互感器回路，将衰减后的电流电压信号送入三相计量芯片，三相计量芯片将A/D转换的所有数据通过SPI数据总线送往中央处理器进行数据处理；控制单元包括继电器、第一三极管、第二三极管、二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，继电器与二极管并联接在第二三极管的发射极，继电器与二极管共同接12V电压，第二三极管的发射极与基极之间接有第四电阻，第二三极管的集电极接地，第二三极管的基极通过第三电阻接第一三极管的集电极，第一三极管的发射极与基极之间接有并联的第一电阻和第二电阻。

智能节能监控管理数据采集集中器的采集方法，按以下步骤进行：

⑴数据采集器通过三相负荷电力参数采集电路采集供电线路的平均电压、平均电流、主频率、功率因数、有功电能、无功电能和视在电能，三相负荷电力参数采集电路同时采集供电线路的高次谐波分量参数，包括电压谐波分量、电流谐波分量和功率谐波分量；

⑵中央处理器的A/D转换口对用户的温度、湿度、压力、流量和热电偶数据进行采集；

⑶存储器对用户的历史数据进行记录，并将历史记录数据与步骤⑴和⑵实时数据进行比较，按照用户要求的范围自动开启控制单元调节相关参数，当相关参数达到用户要求值的上限时自动断开控制单元，当相关参数回归到上下限范围内时，中央处理单元下达指令，自动闭合控制器；

⑷数据采集器对各路负荷的功率因数进行实时监测，当该路负荷的功率因数低于某一下限值时，采集器自动实时一级报警，并延时；若在延时结束后该负荷的功率因数仍未恢复至要求范围之内时，采集器实施第二轮报警，在第二轮延时结束后，采集器将对功率因数仍未恢复到要求范围内的负荷，另外输出一个开关控制量，以便用户切投功率因数调节设备；

⑸采集器对各路负荷的谐波进行检测，在检测到谐波分量大于某一上限值时，输出一个开关量；

⑹采集器对各路负荷的功率因数进行实时监测，当该路负荷的功率因数低于某一下限值时，采集器自动实时一级报警，并延时；若在延时结束后该负荷的功率因数仍未恢复至要求范围之内时，采集器实施第二轮报警，在第二轮延时结束后，采集器将对功率因数仍未恢复到要求范围内的负荷，另外输出一个开关控制量，以便用户切投功率因数调节设备。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的智能节能监控管理数据采集集中器，中央处理器采用Atmel公司的ATMEGA128微处理器。

前述的智能节能监控管理数据采集集中器，三相计量芯片为ATT7022芯片。

前述的智能节能监控管理数据采集集中器，通讯装置包括无线通讯电路、以太网接口电路、RS485接口电路和RS232接口电路；无线通讯电路为CC1100芯片电路，中央处理器通过SPI总线与CC1100芯片电路数据交换，CC1100芯片电路再将数据发送外部无线终端，同时接收外部无线终端的数据，再通过SPI总线传给所述中央处理器；以太网接口电路为ENC28J60芯片电路，中央处理器通过SPI总线与ENC28J60芯片电路数据交换，ENC28J60芯片电路再将数据发送外部无线终端，同时接收外部无线终端的数据，再通过SPI总线传给所述中央处理器；RS485接口电路由SP485EEP接口芯片电路与三个PS2501光电隔芯片构成，通过UART接口与中央处理单元进行数据交换；RS232接口电路为RS232接口芯片电路，通过UART0接口与中央处理单元进行数据交换。

本发明的有益效果是：本发明可对用户多种设备的电能消耗数据和一些非电量数据进行实时采集和监控，采集器具备两级报警和多路实时控制，广泛应用于工矿企业、学校、宾馆等单位的负荷节能监控管理。本发明多接口的通讯方式，实现了RS485、以太网、RS232、和无线通讯四种通讯方式的MODBUS通讯协议的数据交换，使它可以和其中任意一种通讯方式的采集终端通过本多方式通用采集集中器均可实现与其他各种通讯方式终端设备进行数据交换。本发明的数据采集集中器涉及用电设备的数据集中与发送，可用于集中抄表，用于能源管理数据集中与发送。本数据采集控制器集多协议数据通讯、数据采集、智能控制与报警于一体。

附图说明

图1是本发明的连接框图。

图2是中央处理器的电路图。

图3是控制单元电路图。

图4是三相负荷电力参数采集电路图。

图5是模拟量输入电路的电路图。

图6是无线通讯电路图。

图7是以太网接口电路图。

图8 是RS232接口电路图。

图9是RS485接口电路图。

具体实施方式

    实施例1

本实施例是一种智能节能监控管理数据采集集中器，连接如图1所示，包括中央处理器、存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元和电源，存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元电路和电源都与中央处理器相连接；通讯装置包括无线通讯电路、以太网接口电路、RS485接口电路和RS232接口电路。存储器具备320MB的外部数据存储器，确保采集器在掉电时，数据不丢失。报警器采取声音报警，同时有一个开关量同步输出，方便用户驱动其它报警方式。电源主要是给整个装置提供各种电压等级的直流工作电源，以保证本机正常工作。

中央处理器的电路如图2所示，采用Atmel公司的ATMEGA128微处理器，该处理器集成了128KB的程序Flash，4KB的RAM和4KB的EEPROM，UA 设有多路A/D转换口，可以对用户的温度、湿度、压力、流量和热电偶数据进行采集。

控制单元电路如图3所示，具有与中央处理器温度、湿度、压力、流量和热电偶数据相对应的开关量输出，方便用户实现压力，温度，湿度，流量的自动调节，触点参数为：220V，5A。控制单元电路包括继电器K1303、第一三极管QJ01、第二三极管QJ02、二极管DJ01、电阻RJ01、电阻RJ02、电阻RJ03和电阻RJ04，继电器K1303与二极管DJ01并联接在第二三极管QJ02的发射极，继电器K1303与二极管DJ01共同接12V电压，第二三极管QJ02的发射极与基极之间接有电阻RJ04，第二三极管QJ02的集电极接地，第二三极管QJ02的基极通过电阻电阻RJ03接第一三极管QJ01的集电极，第一三极管QJ01的发射极与基极之间接有并联的电阻RJ01和电阻RJ02。继电器K1303为单刀双掷开关继电器（RELAY-SPDT）。控制单元电路通过继电器K1303控制相关设备的闭合与断开，达到自动控制的效果。

数据采集器分为两部分，第一部分是三相负荷电力参数采集电路，如图4所示，主要由三相计量芯片为ATT7022芯片对负荷用电参数进行检测。三相负荷电力参数采集电路包括三相电阻电路、三相电流互感器回路和三相计量芯片ATT7022，三相电阻电路和三相电流互感器回路都与三相计量芯片ATT7022连接；三相电阻电路由三个相同的电阻电路：A相电阻电路、B相电阻电路和C相电阻电路组成，其中每一个电阻电路都由8个电阻RA1—RA8或RB1—RB8或RC1—RC8串联后分别与一个电阻R4或R9或R14和一个电容C1或C2或C3串联而成。三相电流互感器回路由三个相同的电流互感器回路：A相电流互感器回路、B相电流互感器回路和C相电流互感器回路组成，其中每一个电流互感器回路包括两个并联电阻R17和R5、R19和R10、电阻R21和R15，两个并联电阻的前端之间连接两个串联的电阻R23和R18、R24和R20、R25和R22，两个并联电阻的后端之间连接两个串联的电容C19和C5、C20和C6、C28和C7，三相电压信号通过电阻电路，三相电流信号通过电流互感器回路，将衰减后的电流电压信号送入三相计量芯片，三相计量芯片将A/D转换的所有数据通过SPI数据总线送往中央处理器进行数据处理。

模拟量输入电路如图5所示，模拟量输入电路由分压式电阻电路构成，分压式电阻电路包括两个串联电阻R2和R11，两个串联电阻中间通过一个电阻R16接地，模拟量输入电路一端连接温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器或热电偶传感器，另一端连接中央处理器的A/D转换口，用以温度、湿度、压力、流量或热电偶数据的采集。

通讯装置包括无线通讯电路、以太网接口电路、RS485接口电路和RS232接口电路。无线通讯电路如图6所示，无线通讯电路为CC1100芯片电路，中央处理器通过SPI总线与CC1100芯片电路数据交换，CC1100芯片电路再将数据发送外部无线终端，同时接收外部无线终端的数据，再通过SPI总线传给所述中央处理器。以太网接口电路如图7所示，为ENC28J60芯片电路，中央处理器通过SPI总线与ENC28J60芯片电路数据交换，ENC28J60芯片电路再将数据发送外部无线终端，同时接收外部无线终端的数据，再通过SPI总线传给所述中央处理器。RS485接口电路如图8所示，由SP485EEP接口芯片电路与三个PS2501光电隔芯片构成，通过UART接口与中央处理单元进行数据交换。RS232接口电路如图9所示，为RS232接口芯片电路，通过UART0接口与中央处理单元进行数据交换。

本实施例智能节能监控管理数据采集集中器的采集方法，按以下步骤进行：

⑴数据采集器通过三相负荷电力参数采集电路采集供电线路的平均电压、平均电流、主频率、功率因数、有功电能、无功电能和视在电能，三相负荷电力参数采集电路同时采集供电线路的高次谐波分量参数，包括电压谐波分量、电流谐波分量和功率谐波分量；

⑵中央处理器的A/D转换口对用户的温度、湿度、压力、流量和热电偶数据进行采集；

⑶存储器对用户的历史数据进行记录，并将历史记录数据与步骤⑴和⑵实时数据进行比较，按照用户要求的范围自动开启控制单元调节相关参数，当相关参数达到用户要求值的上限时自动断开控制单元，当相关参数回归到上下限范围内时，中央处理单元下达指令，自动闭合控制器；

⑷数据采集器对各路负荷的功率因数进行实时监测，当该路负荷的功率因数低于某一下限值时，采集器自动实时一级报警，并延时；若在延时结束后该负荷的功率因数仍未恢复至要求范围之内时，采集器实施第二轮报警，在第二轮延时结束后，采集器将对功率因数仍未恢复到要求范围内的负荷，另外输出一个开关控制量，以便用户切投功率因数调节设备；

⑸采集器对各路负荷的谐波进行检测，在检测到谐波分量大于某一上限值时，输出一个开关量；

⑹采集器对各路负荷的功率因数进行实时监测，当该路负荷的功率因数低于某一下限值时，采集器自动实时一级报警，并延时；若在延时结束后该负荷的功率因数仍未恢复至要求范围之内时，采集器实施第二轮报警，在第二轮延时结束后，采集器将对功率因数仍未恢复到要求范围内的负荷，另外输出一个开关控制量，以便用户切投功率因数调节设备。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.智能节能监控管理数据采集集中器，其特征在于：包括中央处理器、存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元和电源，所述存储器、数据采集器、通讯装置、报警器、控制单元和电源都与所述中央处理器相连接；所述中央处理器设有A/D转换口，所述数据采集器包括三相负荷电力参数采集电路和模拟量输入电路；所述模拟量输入电路由分压式电阻电路构成，所述分压式电阻电路包括两个串联电阻，所述两个串联电阻中间通过一个电阻接地，所述模拟量输入电路一端连接温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器或热电偶传感器，另一端连接所述中央处理器的A/D转换口，用以温度、湿度、压力、流量和热电偶数据的采集；所述三相负荷电力参数采集电路包括三相电阻电路、三相电流互感器回路和三相计量芯片，所述三相电阻电路和三相电流互感器回路都与三相计量芯片连接，所述三相电阻电路中的一相由至少两个电阻串联后分别与一个电阻和一个电容串联而成，所述三相电流互感器回路中的一相包括两个并联电阻，所述两个并联电阻的前端之间连接两个串联的电阻，所述两个并联电阻的后端之间连接两个串联的电容，三相电压信号通过电阻电路，三相电流信号通过电流互感器回路，将衰减后的电流信号和电压信号送入三相计量芯片，三相计量芯片将A/D转换的所有数据通过SPI数据总线送往中央处理器进行数据处理；所述控制单元包括继电器、第一三极管、第二三极管、二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，继电器与二极管并联接在第二三极管的发射极，继电器与二极管共同接12V电压，第二三极管的发射极与基极之间接有第四电阻，第二三极管的集电极接地，第二三极管的基极通过第三电阻接第一三极管的集电极，第一三极管的发射极与基极之间接有并联的第一电阻和第二电阻；

所述三相电阻电路由三个相同的电阻电路：A相电阻电路、B相电阻电路和C相电阻电路组成，其中每一个电阻电路都由8个电阻串联后分别与一个电阻和一个电容串联而成；

所述三相电流互感器回路由三个相同的电流互感器回路：A相电流互感器回路、B相电流互感器回路和C相电流互感器回路组成，其中每一个电流互感器回路包括两个并联电阻，两个并联电阻的前端之间连接两个串联的电阻，两个并联电阻的后端之间连接两个串联的电容。

2.如权利要求1所述的智能节能监控管理数据采集集中器，其特征在于：所述中央处理器采用Atmel公司的ATmega128微处理器。

3.如权利要求1所述的智能节能监控管理数据采集集中器，其特征在于：所述三相计量芯片为ATT7022芯片。

4.如权利要求1所述的智能节能监控管理数据采集集中器，其特征在于：所述通讯装置包括无线通讯电路、以太网接口电路、RS485接口电路和RS232接口电路；

所述无线通讯电路为CC1100芯片电路，所述中央处理器通过SPI总线与CC1100芯片电路数据交换，CC1100芯片电路再将数据发送外部无线终端，同时接收外部无线终端的数据，再通过SPI总线传给所述中央处理器；

所述以太网接口电路为ENC28J60芯片电路，所述中央处理器通过SPI总线与ENC28J60芯片电路数据交换，ENC28J60芯片电路再将数据发送外部无线终端，同时接收外部无线终端的数据，再通过SPI总线传给所述中央处理器；

所述RS485接口电路由SP485EEP接口芯片电路与三个PS2501光电隔芯片构成，通过UART接口与中央处理器进行数据交换；

所述RS232接口电路为RS232接口芯片电路，通过UART0接口与中央处理器进行数据交换。

5.如权利要求1所述智能节能监控管理数据采集集中器的采集方法，其特征在于：按以下步骤进行：

⑴数据采集器通过三相负荷电力参数采集电路采集供电线路的平均电压、平均电流、主频率、功率因数、有功电能、无功电能和视在电能，三相负荷电力参数采集电路同时采集供电线路的高次谐波分量参数，包括电压谐波分量、电流谐波分量和功率谐波分量；

⑵中央处理器的A/D转换口对用户的温度、湿度、压力、流量和热电偶数据进行采集；

⑶存储器对用户的历史数据进行记录，并将历史记录数据与步骤⑴和⑵实时数据进行比较，按照用户要求的范围自动开启控制单元调节相关参数，当相关参数达到用户要求值的上限时自动断开控制单元，当相关参数回归到上下限范围内时，中央处理器下达指令，自动闭合控制器；

⑷数据采集器对各路负荷的功率因数进行实时监测，当某一路负荷的功率因数低于某一下限值时，数据采集器自动实时一级报警，并延时；若在延时结束后该负荷的功率因数仍未恢复至要求范围之内时，数据采集器实施第二轮报警，在第二轮延时结束后，数据采集器将对功率因数仍未恢复到要求范围内的负荷，另外输出一个开关控制量，以便用户切投功率因数调节设备；

⑸数据采集器对各路负荷的谐波进行检测，在检测到谐波分量大于某一上限值时，输出一个开关量；

⑹数据采集器对各路负荷的功率因数进行实时监测，当某一路负荷的功率因数低于某一下限值时，数据采集器自动实时一级报警，并延时；若在延时结束后该负荷的功率因数仍未恢复至要求范围之内时，数据采集器实施第二轮报警，在第二轮延时结束后，数据采集器将对功率因数仍未恢复到要求范围内的负荷，另外输出一个开关控制量，以便用户切投功率因数调节设备。

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