CN104198974A - 一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，该专变采集终端为III型专变采集终端，包括主控模块、数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块、时钟模块、外设模块和供电模块；数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块和时钟模块分别与所述主控模块双向连接，外设模块与所述主控模块单向连接，供电模块为III型专变采集终端中其它模块供电。本发明考核流水线对生产过程中不合格产品的识别和分拣能力；III型专变采集终端可分别设置不同的故障类型，也可恢复正常功能状态，在检测过程中可根据故障配比灵活设置终端故障类别。

Description

一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端

技术领域

本发明涉及一种专变采集终端，具体涉及一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端。

背景技术

随着电力计量行业发展，电网改造过程中智能仪表的广泛应用，采集终端等智能设备安装数量及生产规模逐年增加，各类自动化检定流水线投入使用，为解决对自动化检定生产流水线的检测，研究开发自动化检定流水线现场校验装置项目。

自动化检定生产流水线测试系统，依据相关国家规范和标准，针对流水线的检定工作，现场进行：自动化检定生产流水线测试装置检测、自动化检定生产流水线功能检测、自动化检定生产流水线性能检测。全面考核自动化检定流水线的技术指标、检定效率、可靠性、准确率。

自动化检定生产流水线功能检测是核查电能表或终端从出库开始至入库结束期间，流水线是否能按流水线企标规定要求，正常工作而进行的检测。检测项目包括拆垛、上料、扫码、检定、拆接线、分捡、封印、下料、堆垛等功能。

其中检定项包括依据JJG596进行的相关功能测试，包括外观检查、交流电压试验、启动试验、潜动试验、基本误差、仪表常数试验、时钟日计时误差等。

自动化检定生产流水线性能检测是依据Q/GDW574-2010《电能表自动化检定系统技术规范》及Q/GDW575-2010《用电信息采集终端自动化检定系统技术规范》针对流水线的性能而进行的测试，测试项目包括自动化流水线一次铅封成功率、一次拆接线成功率、不合格表分拣成功率、贴标成功率、误检率、错检率等。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，考核流水线对生产过程中不合格产品的识别和分拣能力；III型专变采集终端可分别设置不同的故障类型，也可恢复正常功能状态，在检测过程中可根据故障配比灵活设置终端故障类别。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，专变采集终端为III型专变采集终端，其包括主控模块、数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块、时钟模块、外设模块和供电模块；所述数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块和时钟模块分别与所述主控模块双向连接，所述外设模块与所述主控模块单向连接，所述供电模块为III型专变采集终端中其它模块供电。

所述主控模块包括微处理单元、SDRAM存储器和DATAFLASH存储器；

所述微处理单元外接晶振为18.432MHz，倍频后运行在198MHz的状态，其操作系统采用linux多任务操作系统，植入Sqlite数据库；

所述SDRAM存储器为操作系统高速程序运行区和堆栈区使用，其读/写过程与微处理单元时钟严格同步；

所述DATAFLASH存储器存放启动引导程序，完成操作系统启动的前期外设配置工作。

所述数据存储模块包括主存储器和副存储器；

主存储器采用8位并行总线宽度的NANDFLASH接口芯片，不小于128M的存储容量，满足操作系统内核镜像、根文件系统、Sqlite数据库文件等数据存放容量；

副存储器采用串行DATAFLASH存储芯片。

所述交流信号采集模块包括采集传感器、采集运算模块和计量控制模块，完成对当前交流电网电压、电流和功率的信号采集；

所述采集传感器包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器采用分压电阻完成电压采样，通过电流互感器完成电流采样；

所述采集运算模块和计量控制模块集成于万工SOC单芯片V9103，该芯片具有两路串口，其中一路用于进行误差的校准，配备EEPROM作为临时数据的存储。

所述交流信号采集模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交互，实时读取当前电压、电流、功率因数和电能数据。

所述控制输出模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交换，对外开关量输出信号通过继电器控制完成，主要对本地台变测量点进行遥控跳合闸、功率负荷控制、电量控制等功能。

所述安全认证模块包括微处理器和外设接口电路，实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等安全控制功能。

所述远程通信模块包括GPRS无线通道和以太网通道；

所述GPRS无线通道选用移远M72D方案，其与主控模块中的微处理单元采用RS232串行通信连接方式；微处理单元内部具有以太网控制器，通过以太网通道实现与外部网络通信。

所述时钟模块与主控模块中的微处理单元采用串行I2C总线连接，时钟模块采用带温度补偿的8025T时钟芯片，并通过时钟芯片对外输出日计时误差输出校对脉冲信号。

所述外设模块包括LCD显示模组、功能按键、光通讯调制模块、状态量检测模块、LED状态指示、本地RS-232通信接口、RS-485通信接口、USB通信接口和后备电源接口。

所述供电模块包括电源管理模块和电源模块；

所述电源模块使用三相四线制电源输入，采用工频变压器连接整流、滤波、稳压的方式供电，使用复合热敏电阻和压敏电阻作为接口防护电路；

所述电源管理模块包括电池组和充放电电路；所述电池组采用四节镍氢1.2V可充电电池串联，掉电后后备电源的供电电压为4.8V～5.2V；所述充放电电路采用电压基准和模拟比较器芯片完成电源模块掉电后接入后备电源的切换控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、利用该III型专变采集终端，模拟特定的故障现象，在流水线上进行检定，流水线应能正确判定出故障设备的故障类别；

2、操作系统对流水线的检定结果和预设故障状态进行比对分析，并给出判定结论；

3、保留原标准版采集终端各项功能指标，满足流水线正常功能检测要求，增加故障类型设置功能模块，可通过通信接口设置和恢复故障类型；

4、通过III型专变采集终端在自动化流水线线体上的灵活配置流转，既解决了自动化流水线对终端合格产品的模拟检验，又填补了自动化流水线对终端非合格产品模拟检定成功率检测的空白；同时为国家相关流水线检验规范的标准制定提供了实践依据。

附图说明

图1是本发明实施例中用电信息采集终端功能示意图；

图2是本发明实施例中用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端结构图；

图3是本发明实施例中安全认证模块电路原理图；

图4是本发明实施例中供电模块框图；

图5是本发明实施例中后备电源模块电路原理图；

图6是本发明实施例中用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端外观结构图；

其中，1-表盖，2-液晶显示屏，3-USB通信接口，4-控制输出模块，5-铅封螺钉，6-尾盖，7-光通信口，8-功能按键，9-RS-232通信接口，10-电池盒，11-远程通信模块，12-辅助端子，13-底壳，14-主端子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，用电信息采集终端是低压电网用电信息采集系统中的关键设备。能够通过下行信道自动采集并存储各种具有通信功能的智能仪表、采集模块的电量数据，其下行信道可以是本地无线自组网通讯信道或RS-485串行通信通道；同时能通过上行信道与主站进行数据交换，其上行信道采用公用通讯网，支持客户端、服务器两种通讯模式，并且采用模块化设计，可通过更换通信模块直接改变通信方式。符合用电信息采集系统主站与国网集中器通信协议，符合国网集中器技术条件和型式规范。

用电信息采集终端故障模拟设备，依据终端生产流水功能检验规范，模拟检验项目中多种故障类型，并安装流转于自动化流水线生产线体所有检验环节，以实现验证此生产流水线功能、性能是否达标为目的；本装置扩展1376.1通信协议，可通过本地通道设置功能故障类型，用于流水线功能检测辅助设备，功能故障类型可设置可恢复。

如图2，本发明提供一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，所述系统包括主控模块、数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块、时钟模块、外设模块和供电模块；所述数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块和时钟模块分别与所述主控模块双向连接，所述外设模块与所述主控模块单向连接，所述供电模块为III型专变采集终端中其它模块供电。

所述主控模块包括微处理单元、SDRAM存储器和DATAFLASH存储器；

所述微处理单元采用型号为AT91SAM9260的芯片，其外接晶振为18.432MHz，倍频后运行在198MHz的状态，其操作系统采用linux多任务操作系统，植入Sqlite数据库；AT91SAM9260芯片内部具有以太网控制器，外部搭配一个以太网物理层驱动芯片，驱动芯片选择型号是DM9161AEP。该芯片可支持自动路由功能和自动的协议选择功能。其外围电路不需要滤波器，因此具有较高的可靠性。

所述SDRAM存储器为操作系统高速程序运行区和堆栈区使用，其读/写过程与微处理单元时钟严格同步；

所述DATAFLASH存储器存放启动引导程序，完成操作系统启动的前期外设配置工作。

所述数据存储模块包括主存储器和副存储器；

主存储器采用8位并行总线宽度的NANDFLASH接口芯片，不小于128M的存储容量，满足操作系统内核镜像、根文件系统、Sqlite数据库文件等数据存放容量；

副存储器采用串行DATAFLASH存储芯片。

所述交流信号采集模块包括采集传感器、采集运算模块和计量控制模块，完成对当前交流电网电压、电流和功率的信号采集；

所述采集传感器包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器采用分压电阻完成电压采样，通过电流互感器完成电流采样；

所述采集运算模块和计量控制模块集成于万工SOC单芯片V9103，该芯片具有两路串口，其中一路用于进行误差的校准，配备EEPROM作为临时数据的存储。

所述交流信号采集模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交互，实时读取当前电压、电流、功率因数和电能数据。

所述控制输出模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交换，对外开关量输出信号通过继电器控制完成，主要对本地台变测量点进行遥控跳合闸、功率负荷控制、电量控制等功能。

所述安全认证模块包括微处理器和外设接口电路，实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等安全控制功能。用电信息采集终端是营销管理业务应用系统的基础数据源的提供者，需要确保系统的安全性和保密性。无论是分布式主站部署方式还是集中式主站部署方式，对安全防护的整体框架是相同的，都需要分别对边界、主站、信道、采集设备、应用系统进行防护，以满足整个系统的安全防护需求。

如图3，外设接口电路采用高速SPI串行通讯电路，通讯线路上控制线、时钟线及数据线分别串联电阻，通讯接口MOSI、MISO、CS和SCK引脚和主控MCU之间均串联一个100欧姆的电阻进行滤波，数据线MISO、MOSI增加上拉电阻，与主控MCU相连接；有效提高数据通讯的抗干扰性能，满足终端主控与安全认证模块的加密数据通讯交互要求，提高了加密认证数据的运算效率；采用三极管来实现处理器对ESAM电源的直接控制，主控MCU端口输出引脚E-RST连接PNP三极管P1的基极，发射极连接到3.3V系统电源，电源附近通过10uF钽电容进行滤波，集电极连接到ESAM的电源引脚,并通过C103电容进行高频干扰信号的滤波；当ESAM出现工作异常时，可通过处理器直接对ESAM进行断电复位，最大限度的来保证安全模块使用的可靠性，以此实现整机的可靠运行。

所述远程通信模块包括GPRS无线通道和以太网通道；

所述GPRS无线通道选用移远M72D方案，其与主控模块中的微处理单元采用RS232串行通信连接方式；微处理单元内部具有以太网控制器，通过以太网通道实现与外部网络通信。

远程通信模块的参数如表1：

表1

所述时钟模块与主控模块中的微处理单元采用串行I2C总线连接，时钟模块采用带温度补偿的8025T时钟芯片，并通过时钟芯片对外输出日计时误差输出校对脉冲信号。

所述外设模块包括LCD显示模组、功能按键、光通讯调制模块、状态量检测模块、LED状态指示、本地RS-232通信接口、RS-485通信接口、USB通信接口和后备电源接口。

如图4，所述供电模块包括电源管理模块和电源模块；所述电源模块使用三相四线制电源输入，采用工频变压器连接整流、滤波、稳压的方式供电，使用复合热敏电阻和压敏电阻作为接口防护电路；

所述电源管理模块包括电池组和充放电电路；所述电池组采用四节镍氢1.2V可充电电池串联，掉电后后备电源的供电电压为4.8V～5.2V；所述充放电电路采用电压基准和模拟比较器芯片完成电源模块掉电后接入后备电源的切换控制。

如图6，用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端包括外壳、LCD显示屏、功能按键、上层主板、下层主板、电源管理模块、主控模块、数据存储模块、控制输出模块、远程通信模块、红外调制解调模块和后备电源模块；所述LCD显示屏和功能按键设置在外壳上，所述下层主板和上层主板平行设置于外壳内部，所述电源管理模块设置在下层主板上，所述主控模块、数据存储模块、控制输出模块、远程通信模块、红外调制解调模块和后备电源模块设置在上层主板上。

LCD显示屏选用160×160点阵，显示类型FSTN；窗口尺寸60mm×60mm，中文菜单显示，显示色为黑色，背景色为灰色，背光灯白色；主要技术参数如表2：

表2

项目

参数

备注

工作电压	3.0V～3.6V
			操作温度范围	-40～+85℃	内部带温度补偿
液晶类型	FSTN
			行列点阵数	160(行)*160(列)
点中心距	0.34mm*0.34mm
			视域尺寸	60mm*60mm
视角	6点钟
			驱动芯片	UC1698u	ULTRACHIP公司产品
驱动方式	1/160 DUTY 1/10 BIAS
			数据总线宽度	8位	接口为8080时序，其他控制
外形尺寸	83.8x76.5x9.6MAX(mm)	宽x高x厚

所述电源管理模块采用工频变压器连接整流、滤波、稳压的方式供电，使用复合热敏电阻和压敏电阻作为接口防护电路。

所述控制输出模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交换，下行数据采集采用微功率无线路由模块或电力线载波路由模块，主要完成测量点数据采集、节点档案管理、通信路径管理和自动维护管理。

所述红外调制解调模块包括38K红外线调制解调器和红外LED发射器；38K红外发射调制频率通过微处理单元定时器PWM输出产生，微处理单元串口UART控制红外输出驱动电路。

所述后备电源模块包括电池组和充放电电路；所述电池组采用四节镍氢1.2V可充电电池串联，掉电后后备电源的供电电压为4.8V～5.2V；所述充放电电路采用掉电检测和模拟比较器芯片完成电源模块掉电后接入后备电源的切换控制。图5为充放电逻辑电路，通过R48、R49电阻并联与二极管D9串联作为电池充电路；U7电压比较器正极输入端接T1电压基准器，T1串联R42接电池供电端产生比较器基准电压；U7电压比较器负极输入接R40、R41系统供电分压电路，同时连接三极管MP1发射极，三极管MP1集电极接地，基极串联电阻R47连接主控MCU引脚，完成电路供电控制；U7电压比较器输出端连接R37、R38、R39电压偏置电路，接入MP2 MOS管栅极控制端，MP2源极和漏极分别系统供电电路与电池正极性电路，完成系统主电源掉电后接入后备电源的切换控制。

III型专变采集终端还包括RS-232通信接口和USB通信接口，装置通过RS-232通信接口和外部进行通信，通过USB通信接口将数据存入可移动存储器。

III型专变采集终端设有主端子和辅助端子，电源管理模块通过主控端子和辅助端子和三相四线制交流电源连接。

企业标准Q/GDW1375.1-2013中公布了Ⅲ型专变采集终端基本参数，如表3：

表3

Ⅲ型专变采集终端测试项目表如表4：

表4

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述专变采集终端为III型专变采集终端，其包括主控模块、数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块、时钟模块、外设模块和供电模块；所述数据存储模块、交流信号采集模块、控制输出模块、安全认证模块、远程通信模块和时钟模块分别与所述主控模块双向连接，所述外设模块与所述主控模块单向连接，所述供电模块为III型专变采集终端中其它模块供电。

2.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述主控模块包括微处理单元、SDRAM存储器和DATAFLASH存储器；

所述微处理单元外接晶振为18.432MHz，倍频后运行在198MHz的状态，其操作系统采用linux多任务操作系统，植入Sqlite数据库；

所述SDRAM存储器为操作系统高速程序运行区和堆栈区使用，其读/写过程与微处理单元时钟严格同步；

所述DATAFLASH存储器存放启动引导程序，完成操作系统启动的前期外设配置工作。

3.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述数据存储模块包括主存储器和副存储器；

主存储器采用8位并行总线宽度的NANDFLASH接口芯片，不小于128M的存储容量，满足操作系统内核镜像、根文件系统、Sqlite数据库文件等数据存放容量；

副存储器采用串行DATAFLASH存储芯片。

4.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述交流信号采集模块包括采集传感器、采集运算模块和计量控制模块，完成对当前交流电网电压、电流和功率的信号采集；

所述采集传感器包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器采用分压电阻完成电压采样，通过电流互感器完成电流采样；

所述采集运算模块和计量控制模块集成于万工SOC单芯片V9103，该芯片具有两路串口，其中一路用于进行误差的校准，配备EEPROM作为临时数据的存储。

5.根据权利要求4所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述交流信号采集模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交互，实时读取当前电压、电流、功率因数和电能数据。

6.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述控制输出模块与主控模块中的微处理单元采用串行RS232接口通信交换，对外开关量输出信号通过继电器控制完成，主要对本地台变测量点进行遥控跳合闸、功率负荷控制、电量控制等功能。

7.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述安全认证模块包括微处理器和外设接口电路，实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等安全控制功能。

8.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述远程通信模块包括GPRS无线通道和以太网通道；

所述GPRS无线通道选用移远M72D方案，其与主控模块中的微处理单元采用RS232串行通信连接方式；微处理单元内部具有以太网控制器，通过以太网通道实现与外部网络通信。

9.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述时钟模块与主控模块中的微处理单元采用串行I2C总线连接，时钟模块采用带温度补偿的8025T时钟芯片，并通过时钟芯片对外输出日计时误差输出校对脉冲信号。

10.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述外设模块包括LCD显示模组、功能按键、光通讯调制模块、状态量检测模块、LED状态指示、本地RS-232通信接口、RS-485通信接口、USB通信接口和后备电源接口。

11.根据权利要求1所述的用于自动化检定流水线现场校验的专变采集终端，其特征在于：所述供电模块包括电源管理模块和电源模块；

所述电源模块使用三相四线制电源输入，采用工频变压器连接整流、滤波、稳压的方式供电，使用复合热敏电阻和压敏电阻作为接口防护电路；

所述电源管理模块包括电池组和充放电电路；所述电池组采用四节镍氢1.2V可充电电池串联，掉电后后备电源的供电电压为4.8V～5.2V；所述充放电电路采用电压基准和模拟比较器芯片完成电源模块掉电后接入后备电源的切换控制。