CN104345237A - 直流配电负载监控与计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流配电负载监控与计量系统，包括主测量模块、支路计量监测模块和人机交互模块，所述主测量模块与支路计量监测模块通信连接，所述人机交互模块与主测量模块通信连接。通过配备主测量模块和支路计量监测模块，用于数据中心机房直流配电系统中，处于整流器、蓄电池和直流负载之间。实现对直流配电设备主、备进线电量测量与计量，以及配出支路各负载状态监控与负载电量测量与计量。

Description

直流配电负载监控与计量系统

技术领域

本发明涉及配电设备检测领域，具体地，涉及一种直流配电负载监控与计量系统。

背景技术

目前机房直流配电系统用电设备逐渐增多，而现有大多数配电系统配出支路数较少，且不便于扩展，功能比较单一，不便于安装和维护。

大多数配电系统不具有需量分析功能和主备路进线状态检测功能，不具有查询主路和支路任意时间段(单位:天)电能，尤其对配出支路数较多的计量系统往往由于芯片存储空间的限制等原因而不能提供配出支路任意时间段(单位:天)精确的能耗查询。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种直流配电负载监控与计量系统，以达到对直流配电设备主、备进线电量测量与计量，以及配出支路各负载状态监控与负载电量测量与计量的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种直流配电负载监控与计量系统，包括主测量模块、支路计量监测模块和人机交互模块，所述主测量模块与支路计量监测模块通信连接，所述人机交互模块与主测量模块通信连接；

所述主测量模块包括第一单片机、时钟后备电源单元、告警输出单元、进线状态检测单元、存储单元、主板通信单元、稳压电源单元、第一电源转换单元和主路数据采集单元，所述时钟后备电源单元、进线状态检测单元、稳压电源单元和主路数据采集单元的输出端均与第一单片机的输入端电连接，所述主板通信单元与第一单片机双向通信连接，所述第一单片机的输出端与告警输出单元的输入端电连接，所述第一电源转换单元的输出端分别与稳压电源单元的输入端和霍尔传感器的电源端电连接，所述霍尔传感器的输出端与主路数据采集单元的输入端电连接；

所述支路计量监测模块包括第二单片机、副板通信单元、第二电源转换单元、模块拨码单元、支路状态检测单元和支路数据采集单元，所述第二电源转换单元与第二单片机的电源端电连接，所述第二电源转换单元与第一电源转换单元电连接，所述模块拨码单元、支路状态检测单元和支路数据采集单的输出端均与第二单元机的输入端电连接，所述第二单片机的输出端与副板通信单元的输入端电连接，所述支路状态检测单元的输入端与分流器的输入端电连接；

所述主板通信单元和副板通信单元通信连接。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过配备主测量模块和支路计量监测模块，用于数据中心机房直流配电系统中，处于整流器、蓄电池和直流负载之间。实现对直流配电设备主、备进线电量测量与计量，以及配出支路各负载状态监控与负载电量测量与计量。而将电源转换单元和电源转换单元的电阻和电容值进行精确的限定，从而使得测量与计量的数据更加的准确，使得系统运行更加稳定。将主测量模块和支路计量监测模块分别印制在不同的电路板上，方便对系统的扩展。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的直流配电负载监控与计量系统原理框图；

图2至图36为本发明实施例所述的主测量模块的电子电路图；

图37至图62为本发明实施例所述的支路计量监测模块的电子电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种直流配电负载监控与计量系统，包括主测量模块、支路计量监测模块和人机交互模块，主测量模块与支路计量监测模块通信连接，人机交互模块与主测量模块通信连接；

主测量模块包括第一单片机、时钟后备电源单元、告警输出单元、进线状态检测单元、存储单元、主板通信单元、稳压电源单元、第一电源转换单元和主路数据采集单元，时钟后备电源单元、进线状态检测单元、稳压电源单元和主路数据采集单元的输出端均与第一单片机的输入端电连接，主板通信单元与第一单片机双向通信连接，第一单片机的输出端与告警输出单元的输入端电连接，第一电源转换单元的输出端分别与稳压电源单元的输入端和霍尔传感器的电源端电连接，霍尔传感器的输出端与主路数据采集单元的输入端电连接；

支路计量监测模块包括第二单片机、副板通信单元、第二电源转换单元、模块拨码单元、支路状态检测单元和支路数据采集单元，第二电源转换单元与第二单片机的电源端电连接，第二电源转换单元与第一电源转换单元电连接，模块拨码单元、支路状态检测单元和支路数据采集单的输出端均与第二单元机的输入端电连接，第二单片机的输出端与副板通信单元的输入端电连接，支路状态检测单元的输入端与分流器的输入端电连接；

主板通信单元和副板通信单元通信连接。测量模块和支路计量监测模块具体的电子电路图如图2至图62所示。

如图36所示，第一电源转换单元包括电源转换芯片，电源转换芯片的输入管脚-Vin上并联二极管D15和二极管D16，二极管D15和二极管D16的阳极均与电源转换芯片的输入管脚-Vin连接，电源转换芯片的输出端Vo1+管脚与电源转换芯片的GND1管脚之间串联发光二极管LED1和电阻R91，发光二极管LED1的阴极与电阻R91串联，发光二极管LED1和电阻R91组成的串联电路与电容EC4并联；电源转换芯片的输出端Vo3-管脚与电源转换芯片的输出端COM管脚之间串联发光二极管LED2和电阻R96，发光二极管LED2的阴极与电阻R96串联，发光二极管LED2和电阻R96组成的串联电路与电容EC5并联；电源转换芯片的输出端Vo2+管脚与电源转换芯片的输出端COM管脚之间串联发光二极管LED3和电阻R103，发光二极管LED3的阴极与电阻R103串联，发光二极管LED3和电阻R103组成的串联电路与电容EC6并联。

电阻R91的阻值为2.7KΩ，电组R96的阻值为8.2 KΩ，电阻R103的阻值为8.2 KΩ，电容EC4的容抗为100μF，电容EC5的容抗为47μF，电容EC6的容抗为47μF。第一单片机采用STM32F103ZET6芯片，第二单片机采用STM8S208RBT6芯片。主测量模块与支路计量监测模块采用RS485通信接口连接。主路数据采集单元的输入端设置TLP281光耦电路。存储单元采用FM24W256铁电存储器和SST39VF32 Nor Flash 存储器。告警输出单元采用发光二极管电路和继电器告警输出电路。支路计量监测模块和支路计量监测模块分别印刷在不同的PCB板上，且支路计量监测模块为多个。稳压电源单元采用LM1117稳压芯片。

本发明技术方案功能如下：

1、实时测量系统中所有电量：两路主路电压、两路主路电流、两路主路功率、两路主路电能、配出支路电流、配出支路电能、累计电能等电参数测量和显示。

2、实时监测配出支路状态、具有系统欠压、越压、欠流、过流和支路故障告警等功能。

3、系统具有故障声光告警和一组继电器告警输出，当有告警时可按SET键对告警项逐项切铃，在正常（未告警状态）按SET键可对切铃告警项复位；单个系统可以与不同变比参数的霍尔传感器和不同变比参数的分流器配套使用。

4、系统具有任意时间段(单位:天)查询主、备进线和配出支路能耗的功能，并具有按月查询两路主路和配出支路历史电能。

5、系统具有主、备进线和配出支路电流需量、最大电流需量、功率需量、最大功率需量统计分析功能。

6、系统具有主、备路进线状态实时监测以及功率告警限制告警功能。

7、系统具有详细告警信息存储与查询功能，最大可实现512条告警信息存储，并具有告警信息清零功能。

8、系统提供一组与超级终端通信RS485接口，方便查询设备运行状态。

9、系统采用RS485点对多点反馈式通信方式，每个主模块最大可级联5个副模块，每个副模块可以配出24路支路，即最大实现120路支路配电状态检测与电能计量。

10、采用LCD320*240液晶屏，全中文显示界面，极大的方便了查询、设置等操作。

11、提供RS485、RS232通信接口可供用户选择与上位机通信方式。

12、断电后能保存系统设定值和记录信息，具有来电自启动功能。

13、系统基于高性能32位MCU设计，通过FMSC总线扩展32M Nor flash存储芯片用于存储配出支路电能信息。

直流配电负载监控与计量系统集两路主路电压、两路主路电流、两路主路功率、两路主路电能、配出支路电流、配出支路电能、累计电能等电参数测量和显示，以及系统欠压、越压和支路故障告警等功能与一体，并可以按月和按任意时间段查询主路和配出支路历史电能，系统可以设置配出支路路数、配出支路分流器变比、霍尔传感器变比、通信地址等参数，以及具有电能清零等功能，系统最大可级联5个支路计量监测模块，即最大实现120路支路电能计量，系统提供RS485、RS232通信接口可供用户选择与上位机通信方式。

直流配电负载监控与计量系统用于数据中心机房直流配电系统中，处于整流器、蓄电池和直流负载之间。用于直流配电设备主、备进线电量测量与计量，以及配出支路各负载状态监控与负载电量测量、计量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，包括主测量模块、支路计量监测模块和人机交互模块，所述主测量模块与支路计量监测模块通信连接，所述人机交互模块与主测量模块通信连接；

所述主测量模块包括第一单片机、时钟后备电源单元、告警输出单元、进线状态检测单元、存储单元、主板通信单元、稳压电源单元、第一电源转换单元和主路数据采集单元，所述时钟后备电源单元、进线状态检测单元、稳压电源单元和主路数据采集单元的输出端均与第一单片机的输入端电连接，所述主板通信单元与第一单片机双向通信连接，所述第一单片机的输出端与告警输出单元的输入端电连接，所述第一电源转换单元的输出端分别与稳压电源单元的输入端和霍尔传感器的电源端电连接，所述霍尔传感器的输出端与主路数据采集单元的输入端电连接；

所述支路计量监测模块包括第二单片机、副板通信单元、第二电源转换单元、模块拨码单元、支路状态检测单元和支路数据采集单元，所述第二电源转换单元与第二单片机的电源端电连接，所述第二电源转换单元与第一电源转换单元电连接，所述模块拨码单元、支路状态检测单元和支路数据采集单的输出端均与第二单元机的输入端电连接，所述第二单片机的输出端与副板通信单元的输入端电连接，所述支路状态检测单元的输入端与分流器的输入端电连接；

所述主板通信单元和副板通信单元通信连接。

2.根据权利要求1所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于， 所述第一电源转换单元包括电源转换芯片，所述电源转换芯片的输入管脚-Vin上并联二极管D15和二极管D16，所述二极管D15和二极管D16的阳极均与电源转换芯片的输入管脚-Vin连接，所述电源转换芯片的输出端Vo1+管脚与电源转换芯片的GND1管脚之间串联发光二极管LED1和电阻R91，所述发光二极管LED1的阴极与电阻R91串联，发光二极管LED1和电阻R91组成的串联电路与电容EC4并联；所述电源转换芯片的输出端Vo3-管脚与电源转换芯片的输出端COM管脚之间串联发光二极管LED2和电阻R96，所述发光二极管LED2的阴极与电阻R96串联，发光二极管LED2和电阻R96组成的串联电路与电容EC5并联；所述电源转换芯片的输出端Vo2+管脚与电源转换芯片的输出端COM管脚之间串联发光二极管LED3和电阻R103，所述发光二极管LED3的阴极与电阻R103串联，发光二极管LED3和电阻R103组成的串联电路与电容EC6并联。

3.根据权利要求2所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述电阻R91的阻值为2.7KΩ，所述电组R96的阻值为8.2 KΩ，所述电阻R103的阻值为8.2 KΩ，所述电容EC4的容抗为100μF，所述电容EC5的容抗为47μF，电容EC6的容抗为47μF。

4.根据权利要求1至3任一所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述第一单片机采用STM32F103ZET6芯片，所述第二单片机采用STM8S208RBT6芯片。

5.根据权利要求4所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述主测量模块与支路计量监测模块采用RS485通信接口连接。

6.根据权利要求4所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述主路数据采集单元的输入端设置TLP281光耦电路。

7.根据权利要求4所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述存储单元采用FM24W256铁电存储器和SST39VF32 Nor Flash 存储器。

8.根据权利要求4所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述告警输出单元采用发光二极管电路和继电器告警输出电路。

9.根据权利要求4所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述支路计量监测模块和支路计量监测模块分别印刷在不同的PCB板上，且所述支路计量监测模块为多个。

10.根据权利要求4所述的直流配电负载监控与计量系统，其特征在于，所述稳压电源单元采用LM1117稳压芯片。