CN103488159B - 一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，包括带漏电保护的总空气开关、电源模块、电压电流互感器、综合故障及用电监控模块、前面板、自动开关、总控模块；所述综合故障及用电监控模块包括电量检测、漏电检测、短路故障及电弧故障快速检测一体化模块，并配以磁保持继电器自动开关，实现模块化及一体化的用电量监测及家庭配电故障控制保护；本发明提出将智能家居控制管理终端作为配电箱盖板，实现家庭配电箱与智能家居控制系统有机整合；在家庭用电监测及其监控管理的同时，可快速确定家庭用电故障线路及其故障类型。本发明实现家居智能化控制、保护与管理，具有紧凑型及综合智能化技术特点。
Description
技术领域
本发明专利涉及配电与智能家居控制管理一体化集成技术方法，特别是一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器。
背景技术
目前，家庭配电箱及智能家居在设置与应用上，存在以下不足：
（1）配电箱与智能家居终端分别独立设置，占用及浪费了建筑空间；
（2）配电箱因其盖板不够精致，住户常加以装修遮盖，不利于正常的使用维护；
（3）配电箱只具备常规短路、漏电保护功能，常造成短路越级分断，且不具备电弧故障保护，尚未设置智能家居所需的分路用电量监测及能源管理；
（4）智能家居终端与配电箱分立安装，造成智能家居配电线路监测、控制与保护实现方式的不便。
因此，本发明在满足建筑民用建筑电气规范要求的基础上，提出配电箱与智能家居终端有机结合的技术方法，以实现强弱电的检测、控制与保护及电气安装一体化，为现代家庭的建筑电气与家居智能化提出新的应用技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是提出配电箱与智能家居一体化的设置方法，解决现有家庭配电箱及智能家居在设置与应用上的空间浪费，故障检测单一以及控制不便的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：包括带漏电保护的总空气开关、电源模块、电压/电流互感器、综合故障及用电监控模块、前面板、自动开关和总控模块；
所述电源模块包括电源变换电路和弱电总线，用于转换市电输入电压并给配电箱中的综合故障及用电监控模块、前面板、自动开关和总控模块提供电源；
所述电压/电流互感器包括市电输入总进线处的微型电压互感器、零序电流互感器及各支路的微型电流互感器，用于采集家庭进线电压、总漏电流及各支路的电流信号；
所述综合故障及用电监控模块包括主控制器以及与之连接的信号调理电路、继电器驱动控制电路和现场总线通信接口电路；所述综合故障及用电监控模块与自动开关构成支路保护控制模块，用于代替传统的分支线路空气开关，实现模块化、一体化的用电量监测及家庭配电故障的控制与保护；
所述前面板为一个智能家居终端，包括MCU及与其连接的无线通信接口、按键和LCD显示屏，用于显示配电箱各支路的故障和用电情况、控制各支路的通断，还具有集成具备通讯接口的家居电气设备或其它智能家居控制系统的管理功能；
所述总控模块包括MCU及与其相连的信号调理电路、短距离无线通信接口和现场总线接口，用于为各支路保护控制模块、前面板、家居电气设备或其它智能家居控制系统提供通信控制的信息交互互。
进一步的，所述电源模块的弱电总线与配电箱中的导轨相组合，并通过接插的方式向所需供电模块供电。
进一步的，所述综合故障及用电监控模块包括分支线路用电量检测、漏电检测、短路故障及电弧故障快速检测的一体化模块，其短路故障及电弧故障的检测是通过短路故障早期检测方法及电弧故障早期检测方法实现的。
进一步的，所述综合故障及用电监控模块与总控模块之间通过现场总线的接口连接。
进一步的，所述前面板可作为配电箱盖板，以插接方式与配电箱箱体连接，并可通过接插件从配电箱的电源模块获取工作电源；所述前面板也可作为移动智能家居终端，由锂电池提供电源，采用短距离无线方式，实现与总控模块的通信控制。
进一步的，所述前面板还具有对家居电气设备或其它智能家居控制系统的管理功能。
进一步的，所述系统在民用建筑设计规范设置家庭供电支路数的基础上，对每一供电支路配置综合故障及用电监控模块，可对各支路额定电流及其过电流保护值进行调整。
进一步的，所述自动开关为磁自动开关。
进一步的，所述带漏电保护的总空气开关作为整个系统的后备保护。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1．本发明实现配电箱与前面板（智能家居终端）的一体化，降低了空间使用的浪费，加强了布局的紧凑性；
2．综合故障及用电监控模块采用多模块整合的一体化检测模块，并通过弱电总线与总控模块连接，实现了短路、漏电及电弧故障的检测及保护；
3．配电箱与前面板（智能家居终端）的统一安装，实现了家居智能化控制、保护与管理，具有综合智能化的技术特点。
附图说明
图1是本发明一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器的整体构成图。
图2是本发明中实施例的综合故障及用电监控模块框图。
图3是本发明中实施例的综合故障及用电监控模块流程图。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明实施例的一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，包括带漏电保护的总空气开关、电源模块、电压/电流互感器、综合故障及用电监控模块、前面板、自动开关和总控模块；在实施例中前面板与总控模块通过Zigbee型无线网络连接，而其与各支路保护控制模块之间通过RS485型现场总线接口1与加以连接，RS485型现场总线接口2用于与带通讯接口的家居电气设备或其它智能家居系统的集成应用。
其中，电源模块包括电源变换电路和弱电总线，电源变换电路用于将市电变换为配电箱中需要供电的模块所需的电源；弱电总线与配电箱中的导轨组合并通过接插的方式向支路保护控制模块、前面板和总控模块供电。
综合故障及用电监控模块与磁保持继电器组合构成支路保护控制模块，用于代替原来的分支线路空气开关，监控相应线路上的短路故障、电弧故障，监测线路用电情况；其中综合故障及用电监控模块（如图2所示）包括信号调理电路、主控制器（MCU-Main Control Unit，一般为数字信号处理器等高速处理器芯片）、继电器驱动电路和RS485型现场通信接口，电压互感器及各支路电流互感器的输出经信号调理电路后送进MCU中进行A/D转换、经算法处理后输出该支路的用电量情况、短路故障及电弧故障检测情况以及相应的继电器驱动信号，然后通过RS485总线将这些信息上传给配电箱的通讯模块。
总控模块由信号调理电路、MCU、两个RS485型现场总线通讯接口和Zigbee型无线通讯接口组成，为各支路保护控制模块、前面板（智能家居终端）、家居电气设备提供通信控制的信息交互；其中，RS485接口1用于连接内部的各支路保护控制模块，各支路保护控制模块上传信息时需先将信息经RS485接口1传给总控模块汇总，然后再由总控模块经Zigbee网络将信息上传给前面板，而前面板也需按这种方式先将总的控制信息传给总控模块，然后总控模块再将控制命令分别传给相应的支路保护控制模块；RS485接口2用于连接自成系统且带有通讯接口的家居电气设备或其它智能家居系统，可将各家居电气设备或其它智能家居系统的通讯接口（经通讯转换器后）与RS485接口2相连，然后以总控模块为中继，实现前面板（智能家居终端）对家居电气设备的控制。
除上述功能外，在本实施例中该模块还兼具有漏电检测功能，零序电流互感器的输出经信号调理电路后送进MCU进行A/D转换、算法处理，然后将处理结果与预先设置的漏电保护阈值进行比较，并将比较结果经Zigbee网络实时上传给前面板。
前面板为一个可移动的多媒体人机交互界面，即智能家居终端，包括LCD显示屏、按键、Zigbee通讯接口和MCU，其供电电源可为锂电池或配电箱电源模块，其与配电箱通过Zigbee网络进行通信，可显示各个分支线路的用电情况及运行情况（正常或故障类型），也可通过前面板上的按键控制配电箱某个分支线路的通断；在作为一种智能家居终端的同时，还可用来控制带现场总线或无线通讯接口的智能家居终端设备，如家庭中央空调、智能照明系统等。
如图3为综合故障及用电监控模块流程图，当家庭线路或设备发生短路、电弧、漏电故障时，支路保护控制模块中的综合故障及用电监控模块将通过实时算法在故障早期将故障检测出来，然后通过主控制器（MCU-Main Control Unit）的I/O口输出相应的继电器驱动控制信号切断当前故障，并同时将故障类型及支路信息经RS485总线上传给配电箱的总控模块，之后总控模块再经Zigbee网络将信息传给前面板显示，告知用户；在无故障发生时，可通过前面板随时查看家庭各支路的用电信息，亦可利用前面板上的按键通过无线方式控制各个支路的通断，实现可视自主节电。
以下结合图2-3讲述综合故障及用电监控模块的具体工作流程：
步骤S01：采集微型电压互感器及各支路微型电流互感器的信号，并经:信号调理电路处理；
步骤S02：将各信号进行A/D转换，并经算法处理，提取各故障特征值；
步骤S03：判断是否发生短路故障和电弧故障以及电路故障发生位置，若发生故障，断开本支路断路器，并以中断方式上传故障信息；
步骤S04：计算实时用电量，并按设定周期上传故障及用电量信息。
相比于传统的家用配电箱，本发明：（1）保留了进线处总的带漏电保护的空气开关，不仅方便线路检修，也可作为后续保护控制的一个后备保护，从而更好的保证用电安全；（2）设置分支线路用电量检测、漏电检测、短路故障及电弧故障快速检测一体化的检测模块，并配以磁保持继电器等自动开关，实现模块化及一体化的用电量监测及家庭配电故障控制保护；（3）利用故障早期检测算法及可控的磁保持继电器等自动开关来实现家庭用电保护，可更早的发现及处理线路故障，在确保人身安全的前提下更好地保护家用电器；（4）将智能家居终端作为配电箱盖板，不仅使用户能实时了解家庭各支路的用电情况，方便地通过无线方式通断某条支路，还能帮助检修人员快速确定故障位置及故障类型，同时还能兼做家居电气设备控制器。
以上是本发明一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：包括带漏电保护的总空气开关、电源模块、电压/电流互感器、综合故障及用电监控模块、前面板、自动开关和总控模块；
所述电源模块包括电源变换电路和弱电总线，用于转换市电输入电压并给配电箱中的综合故障及用电监控模块、前面板、自动开关和总控模块提供电源；
所述电压/电流互感器包括市电输入总进线处的微型电压互感器、零序电流互感器及各支路的微型电流互感器，用于采集家庭进线电压、总漏电流及各支路的电流信号；
所述综合故障及用电监控模块包括主控制器以及与之连接的信号调理电路、继电器驱动控制电路和现场总线通信接口电路；所述综合故障及用电监控模块与自动开关构成支路保护控制模块，用于代替传统的分支线路空气开关，实现模块化、一体化的用电量监测及家庭配电故障的控制与保护；
所述前面板为一个智能家居终端，包括MCU及与其连接的无线通信接口、按键和LCD显示屏，用于显示配电箱各支路的故障和用电情况、控制各支路的通断，还具有集成具备通讯接口的家居电气设备或其它智能家居控制系统的管理功能；
所述总控模块包括总控MCU及与其相连的信号调理电路、短距离无线通信接口和现场总线接口，用于为各支路保护控制模块、前面板、家居电气设备或其它智能家居控制系统提供通信控制的信息交互。
2.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述电源模块的弱电总线与配电箱中的导轨相组合，并通过接插的方式向所需供电模块供电。
3.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述综合故障及用电监控模块包括分支线路用电量检测、漏电检测、短路故障及电弧故障快速检测的一体化模块，其短路故障及电弧故障的检测是通过短路故障早期检测方法及电弧故障早期检测方法实现的。
4.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述综合故障及用电监控模块与总控模块之间通过现场总线的接口连接。
5.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述前面板可作为配电箱盖板，以插接方式与配电箱箱体连接，并可通过接插件从配电箱的电源模块获取工作电源；所述前面板也可作为移动智能家居终端，由锂电池提供电源，采用短距离无线方式，实现与总控模块的通信控制。
6.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述前面板还具有对家居电气设备或其它智能家居控制系统的管理功能。
7.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述系统在民用建筑设计规范设置家庭供电支路数的基础上，对每一供电支路配置综合故障及用电监控模块，可对各支路额定电流及其过电流保护值进行调整。
8.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述自动开关为磁自动开关。
9.根据权利要求1所述的配电箱型智能家居终端与综合保护控制器，其特征在于：所述带漏电保护的总空气开关作为整个系统的后备保护。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150812 Termination date: 20191016 |