CN103529808A

CN103529808A - 一种远程电参数测控系统

Info

Publication number: CN103529808A
Application number: CN201310515995.0A
Authority: CN
Inventors: 刘君; 胡绍刚; 刘诚; 张朝龙; 戚雪; 王雪; 李旭阳; 鹿军; 付振强; 张宏宇
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-01-22

Abstract

一种远程电参数测控系统，包括信号采集处理单元、显示控制单元、GSM通讯单元；所述的信号采集处理单元包括控制模块、信号采集处理模块、看门狗电路、时钟电路、测温元件，其特征在于，所述的信号采集处理模块由信号调理模块、隔离放大模块、控制器依次连接组成。本发明采集的信号经隔离处理后，采集信号精确，便于电参数远距离监测和控制。本发明的信号处理方式可为电参数的远距离控制提供非常准确的数据。

Description

一种远程电参数测控系统

技术领域

本发明涉及一种电参数远程测控系统，该系统信号采集准确，抗干扰能力强。

背景技术

目前，工业企业生产过程中对用电设备电参数如电流，电压，有功功率，无功功率，功率因数，相角，有功电能等参数的检测需求极为广泛，但对无人值守用电设备电参数检测的方式一般采用工业局域网来实现。工业局域网的特点是可靠，响应速度快，但需要屏蔽双绞线，通讯距离一般在1000米以内。

目前的信号采集技术普遍存在下列问题：1、精度不高，一般在1%左右，个别的仅达到0.5%左右。2、分辨率低。3、信号输入端与放大器隔离不好，造成抗干扰能力差。4、放大器发生零点漂移。5、不能适应多种信号输入，特别是不能适应直接接入传感器。6、不能自动进行温度补偿。上述存在的问题，导致了信号采集不够准确，影响了测量结果，且不能适应现代总线式信号采集和控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种远程电参数测控系统，该系统信号采集准确，抗干扰能力强，便于实现精确地远程电参数的监测和控制。该系统采用成熟的GSM无线通讯技术，将无人值守用电设备的电参数检测并定时或随机的发送到远距离的监控中心，通讯距离可以达到无限远，只要手机信号能够覆盖的区域就可以，便于实现集中管理和控制。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种远程电参数测控系统，包括信号采集处理单元、显示控制单元、GSM通讯单元；所述的信号采集处理单元将采集、处理后的电流、电压、电阻数据输入控制器；控制器根据电流、电压、相位关系计算出每一相的有功功率、无功功率、功率因数、相角、有功电能、无功电能，并将以上数据处理之后通过GSM通讯单元远程给远程监控中心。

所述的信号采集处理单元包括信号采集处理模块、控制器、看门狗电路、时钟电路、测温元件，控制器分别与看门狗电路、时钟电路、测温元件相连接；所述的信号采集处理模块由信号调理模块、隔离放大模块依次连接组成，信号调理模块由阻抗变换器R1、R2、R3、R4、R5和电子开关S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆组成，当检测电压信号时，信号从A1、A2两端输入，开关S4、S5、S6闭合，电子开关S1、S2、S3断开，信号通过阻抗变换器R3、R4后到B1、B2，进入信号隔离放大模块；当检测电流信号时，信号从A1、A2进入，电子开关S4、S5、S6、S1、S3闭合，使阻抗变换器R2接入，开关S2断开，电流信号在R2上转变为电压，经阻抗变换器R3、R4后到B1、B2端，进入隔离放大模块；当检测热电阻信号时，采用三线制检测，热电阻的A、B两端分别连接A1、A2，热电阻的C端连接A3，电子开关S1、S3、S4断开、电子开关S2、S5、S6闭合，电压源U_ref在热电阻及其导线上形成的电压经阻抗变换器R3、R4、R5后到B1、B2、B3端，进入隔离放大模块。

隔离放大模块由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C1、C2、放大器U2、电阻网络U3组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，当检测电压、电流信号时，信号由B1、B2进入，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂切换到输入时，信号给电容C1充电，开关Kc₁₁、Kc₁₂切换到输出时，信号传输给放大器，实现了传感器电路与放大电路的隔离；当检测热电阻信号时，热电阻的电压信号从B1、B2进入，给电容C1充电，导线的电压信号从B2、B3进入，给电容C2充电，由于电子开关Kc21的输出接放大器的地，使电容C1上的电压和电容C2上的电压相减，抵消了部分导线对热电阻的影响，提高了热电阻的检测精度，也实现了传感器电路与放大电路的隔离；针对不同的传感器，控制器控制电阻网络U3，与放大器U2共同实现不同信号的放大。

所述的显示控制单元与信号采集处理单元之间采用串行SPI通讯，显示控制单元包括FPGA控制器、复位电路、晶振电路、电控开关、计量模块、高速光耦、电源模块，FPGA控制器分别与信号采集处理模块、复位电路、晶振电路、电控开关、计量模块、高速光耦相连接；所述的FPGA控制器连接有GSM通讯单元，通过无线网络与远程监控中心相通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）电参数检测用TC35i GSM通讯模块发送数据，可以实现无限远距离电参数检测和控制；电参数检测不需要通讯电缆，可以降低布线成本；可通过该系统实现对用电设备的远程控制。

2）采用本发明的信号调理模块和隔离放大模块，可实现高绝缘的可靠隔离，大大提高了抗干扰能力，同时消除了输入端接入热电阻引线的影响，大大提高了信号的测量精度。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

图2是信号采集处理单元的原理图。

图3是信号采集处理模块的结构图。

图4是信号调理模块的结构图。

图5是隔离放大模块的结构图。

图6是热电阻信号的隔离放大原理图。

图7是显示控制单元结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，一种远程电参数测控系统，包括信号采集处理单元、显示控制单元、GSM通讯单元；所述的信号采集处理单元将采集、处理后的电流、电压、电阻数据输入控制器；控制器根据电流、电压、相位关系计算出每一相的有功功率、无功功率、功率因数、相角、有功电能、无功电能，并将以上数据处理之后通过GSM通讯单元远程给远程监控中心。

见图2，信号采集处理单元包括信号采集处理模块、控制器、看门狗电路、时钟电路、测温元件，控制器分别与看门狗电路、时钟电路、测温元件相连接。

见图3，信号采集处理模块由信号调理模块、隔离放大模块、控制器依次连接组成。

见图4，信号调理模块由阻抗变换器R1、R2、R3、R4、R5和电子开关S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆组成，当检测电压信号时，信号从A1、A2两端输入，开关S4、S5、S6闭合，电子开关S1、S2、S3断开，信号通过阻抗变换器R3、R4后到B1、B2，进入信号隔离放大模块；当检测电流信号时，信号从A1、A2进入，电子开关S4、S5、S6、S1、S3闭合，使阻抗变换器R2接入，开关S2断开，电流信号在R2上转变为电压，经阻抗变换器R3、R4后到B1、B2端，进入隔离放大模块；当检测热电阻信号时，采用三线制检测，热电阻的A、B两端分别连接A1、A2，热电阻的C端连接A3，电子开关S1、S3、S4断开、电子开关S2、S5、S6闭合，电压源U_ref在热电阻及其导线上形成的电压经阻抗变换器R3、R4、R5后到B1、B2、B3端，进入隔离放大模块。

见图5，隔离放大模块由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C1、C2、放大器U2、电阻网络U3组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，当检测电压、电流信号时，信号由B1、B2进入，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂切换到输入时，信号给电容C1充电，开关Kc₁₁、Kc₁₂切换到输出时，信号传输给放大器，实现了传感器电路与放大电路的隔离；当检测热电阻信号时，热电阻的电压信号从B1、B2进入，给电容C1充电，导线的电压信号从B2、B3进入，给电容C2充电，由于电子开关Kc21的输出接放大器的地，使电容C1上的电压和电容C2上的电压相减，抵消了部分导线对热电阻的影响，提高了热电阻的检测精度，也实现了传感器电路与放大电路的隔离；针对不同的传感器，控制器控制电阻网络U3，与放大器U2共同实现不同信号的放大。在控制器控制下，放大器U2的放大倍数可控制，因而可改变量程，以提高放大精度。见图6，当输入信号源是热电阻时，按图6所示接线，这时可以清除导线上的电阻影响，大大提高了此时的信号传递精度，而与热电阻导线长度无关。

见图7，显示控制单元与采样检测单元之间采用串行SPI通讯，显示控制单元包括FPGA控制器、复位电路、晶振电路、电控开关、计量模块、高速光耦、电源模块，FPGA控制器分别与检测模块、复位电路、晶振电路、电控开关、计量模块、高速光耦相连接；所述的FPGA控制器连接有GSM通讯单元，通过无线网络与远程监控中心相通讯。

本系统的工作过程是：电流、电压、电阻信号经信号采集处理模块处理后送入控制模块中，在控制模块中完成采样计算，计算内容有：电流、电压有效值，有功功率，无功功率，视在功率，功率因数，相角，有功电能，无功电能，频率等，保存在内部寄存器中。控制模块的工作频率是24.567MHz，用软件校表的方法可以校正因元件的参数误差而产生的计量误差，可以使电流、电压有效值的计量精度达到0.2%。电流、电压的采样采用全波采样，中点基准电压是2.5V。控制模块的工作参数及工作状态的设置是由采样检测单元的FPGA控制器完成的，FPGA控制器与采样检测单元的通讯采用串行SPI，FPGA控制器工作于主方式，控制模块工作于从方式。

本发明采集的信号经隔离处理后，采集信号精确，便于电参数远距离监测和控制。对用电设备的电参数检测用TC35i GSM通讯模块发送数据，电参数检测不需要通讯电缆，可以降低布线成本，本发明的信号处理方式可为电参数的远距离控制提供非常准确的数据。

Claims

1.一种电参数远程测控系统，包括信号采集处理单元、显示控制单元、GSM通讯单元；所述的信号采集处理单元包括信号采集处理模块、控制器、看门狗电路、时钟电路、测温元件，其特征在于，所述的信号采集处理模块由信号调理模块、隔离放大模块、控制器依次连接组成，信号调理模块由阻抗变换器R1、R2、R3、R4、R5和电子开关S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆组成，当检测电压信号时，信号从A1、A2两端输入，开关S4、S5、S6闭合，电子开关S1、S2、S3断开，信号通过阻抗变换器R3、R4后到B1、B2，进入信号隔离放大模块；当检测电流信号时，信号从A1、A2进入，电子开关S4、S5、S6、S1、S3闭合，使阻抗变换器R2接入，开关S2断开，电流信号在R2上转变为电压，经阻抗变换器R3、R4后到B1、B2端，进入隔离放大模块；当检测热电阻信号时，采用三线制检测，热电阻的A、B两端分别连接A1、A2，热电阻的C端连接A3，电子开关S1、S3、S4断开、电子开关S2、S5、S6闭合，电压源U_ref在热电阻及其导线上形成的电压经阻抗变换器R3、R4、R5后到B1、B2、B3端，进入隔离放大模块；

隔离放大模块由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C1、C2、放大器U2、电阻网络U3组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，当检测电压、电流信号时，信号由B1、B2进入，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂切换到输入时，信号给电容C1充电，开关Kc₁₁、Kc₁₂切换到输出时，信号传输给放大器，实现了传感器电路与放大电路的隔离；当检测热电阻信号时，热电阻的电压信号从B1、B2进入，给电容C1充电，导线的电压信号从B2、B3进入，给电容C2充电。