CN104467164A - 一种双电源输入的数据采集终端 - Google Patents

Abstract

一种双电源输入的数据采集终端，它包括电源模块、能源数据采集终端、数据采集单元和通讯总线单元，所述电源模块包括开关电源和双电源切换装置，所述双电源切换装置包括主用供电电源、备用供电电源和中间继电器，所述主用供电电源分为两条支路，一条支路与中间继电器的常开开关进线侧端子连接，另一支路与中间继电器的吸引线圈连接，所述备用供电电源与中间继电器的常闭开关进线侧端子连接，常闭开关的出线侧端子和常开开关的出线侧端子同相并联后与开关电源连接。本发明通过双电源切换装置实现了双电源输入，当一路电源出现故障时，自动切换到另一路电源，不仅提高了该数据采集终端的运行可靠性，而且具有功耗低和成本低的特点。

Description

一种双电源输入的数据采集终端

技术领域

本发明涉及一种数据采集装置，具体地说是一种双电源输入的数据采集终端。

背景技术

工业是能源消耗的主要领域，工业能耗占全社会能耗比重超过70％，随着我国工业化、城镇化进程的加快，“十二五”期间工业节能减排任务更重、压力更大。应用信息化技术建设数字化能源管控系统、实现能耗在线监测，实时、准确地把握重点行业、重点企业及关键工序的能耗，不仅是企业实现精细化节能管理、促进节能降耗的必然要求，也是各级工业和信息化主管部门把握能源消费趋势、加强能耗预测预警、科学制定产业政策的前提和基础，更是推动工业转型升级和绿色发展、构建资源节约型和环境友好型工业体系的内在要求。

为切实加强工业能耗信息监测，提高工业能耗状况预测预警能力，加快推进工业化和信息化深度融合，国家工信部于2011年2012年先后四次发文，督促指导各地“节能减排信息监控系统”的建设。工业能源构成包括水、电、气、热等多个方面，计量设备复杂多样，包括各种各样的计量仪表、传感器、变送器等，因水、电、气、热属于不同的行业领域，这些设备的数据类型、通讯方式更是很难统一,国家也没有统一的技术规范和标准。也正是因为这些原因，能源数据的采集成为“节能减排信息监控系统”建设的难点。

数据采集终端在电力系统中的应用越来越普遍，同时对数据采集终端产品的要求也越来越高，数据采集终端运行时需要更高的可靠性，但是目前现有技术中采用的单电源向配电终端供电，当电源出现故障时，数据采集终端也随即停止运行，使得数据采集终端运行可靠性不高，当出现供电故障时数据采集终端则无法工作。

另外，目前的数据采集终端的功能也比较单一，外部功能接口固定，数据采集单一，无法满足现代企业多种类，大数据的采集需求。举例来说，有些厂家的数据终端总线接口也很多，比如RS485,MBUS都有，但是硬件是固定的，只能按出厂的配置使用，但有些现场采集的设备接口不确定，比如RS485接口的设备较多，没有MBUS接口的设备，如果这时RS485接口的设备数量超过RS485接口的带载能力，则只能再安装一台同样的终端，以便完成现场的数据的采集。目前的数据采集终端不但通讯总线接口类型单一、相对固定，且不同的总线接口不能更换；而且单个通讯接口的带载能力有限，当现场同类设备的数量超过终端的带载能力时，只能加装一台同样的终端设备。目前尚没有一家企业可以很好的完成整个能源数据的采集和统计分析。更多的企业只是完成了局部数据的采集管理，无法真正反映企业全面的能耗的状况，更不可能提供准确的管理分析数据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种双电源输入的数据采集终端，其不仅能够以低廉的成本实现了高稳定性的数据采集终端的供电部分，而且能够提高数据采集终端在现场使用的灵活性和降低数据采集系统的成本。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种双电源输入的数据采集终端，包括电源模块和能源数据采集终端，所述电源模块与能源数据采集终端连接，所述能源数据采集终端通过通信网络与能源管理系统主站相连，其特征是，还包括数据采集单元和通讯总线单元，所述数据采集单元的输入端与现场的能源计量仪表相连，输出端与能源数据采集终端的标准总线接口相连，所述通讯总线单元的输入端与数据采集单元的输出端线路，输出端与能源数据采集终端的标准总线接口相连；所述电源模块包括开关电源和双电源切换装置，所述双电源切换装置包括主用供电电源、备用供电电源和中间继电器，所述主用供电电源分为两条支路，一条支路与中间继电器的常开开关进线侧端子连接，另一支路与中间继电器的吸引线圈连接，所述备用供电电源与中间继电器的常闭开关进线侧端子连接，常闭开关的出线侧端子和常开开关的出线侧端子同相并联后与开关电源连接。

所述主用供电电源为交流220V电源，所述备用供电电源为直流220V电源或交流220V电源。

所述开关电源为三路输出开关电源。

所述能源数据采集终端包括处理器、触摸屏、按键、USB接口、CAN接口、RS485接口和标准总线接口，所述处理器分别与触摸屏、按键、USB接口、CAN接口、RS485接口和标准总线接口相连；所述能源数据采集终端通过CAN接口或RS485接口接入通信网络与能源管理系统主站相连。

所述处理器包括ARM9处理器。

所述标准总线接口包括数据接收电路、数据发送电路、控制电路和连接接口，所述数据接收电路、数据发送电路和控制电路的一端分别与处理器相连，另一端分别与连接接口相连；所述的数据接收电路和数据发送电路均设置有高速光耦合器，所述控制电路均设置有低速光电耦合器。

所述数据采集单元包括单片机、通信接口、显示电路、复位电路、滤波电路、晶振电路和数据采集电路，所述单片机分别与通信接口、显示电路、复位电路、滤波电路、晶振电路和数据采集电路相连。

所述数据采集单元包括0-5V模拟量采集单元、4-20mA模拟量采集单元、信号量采集单元和遥控信号采集单元中的一种或多种。

所述通讯总线单元包括RS-485总线通讯单元和M-BUS总线通讯单元中的一种或多种。

本发明的有益效果是：本发明通过双电源切换装置实现了双电源输入，当一路电源出现故障时，自动切换到另一路电源，不仅提高了该数据采集终端的运行可靠性，而且具有功耗低和成本低的特点。本发明通过将能源数据采集终端和数据采集单元以及通讯总线单元进行模块化标准设计，不仅增加了产品的扩容性，使产品更好的适应于各种复杂的现场数据采集环境，而且使通讯接口和采集单元配置灵活，能够将各种能源数据进行有效统一，并兼容当前主流的各种通讯方式，完成数据的在线精确采集，为数据应用者提供一整套完整准确的能耗数据，实现真正意义上的“能源管理”。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述电源模块的原理框图；

图3为本发明所述电源模块的电路图；

图4为本发明所述能源数据采集终端的结构示意图；

图5为本发明所述处理器的电路图；

图6为本发明所述标准总线接口的电路图；

图7为本发明所述信号量采集单元的电路图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1和图2所示，本发明的一种双电源输入的数据采集终端，它包括电源模块、能源数据采集终端、数据采集单元和通讯总线单元，所述电源模块与能源数据采集终端连接，所述能源数据采集终端通过通信网络与能源管理系统主站相连，所述数据采集单元的输入端与现场的能源计量仪表相连，输出端与能源数据采集终端的标准总线接口相连，所述通讯总线单元的输入端与数据采集单元的输出端线路，输出端与能源数据采集终端的标准总线接口相连；所述电源模块包括开关电源和双电源切换装置，所述双电源切换装置包括主用供电电源、备用供电电源和中间继电器，所述主用供电电源分为两条支路，一条支路与中间继电器的常开开关进线侧端子连接，另一支路与中间继电器的吸引线圈连接，所述备用供电电源与中间继电器的常闭开关进线侧端子连接，常闭开关的出线侧端子和常开开关的出线侧端子同相并联后与开关电源连接。

如图3所示，本发明所述的电源模块包括开关电源PT-45和双电源切换装置，所述开关电源为三路输出开关电源，所述双电源切换装置包括主用供电电源P5、备用供电电源P4和中间继电器HF115FA-2Z，所述主用供电电源采用交流220V电源，所述备用供电电源采用直流220V电源，所述主用供电电源P5分为两条支路，一条支路与中间继电器HF115FA-2Z的常开开关进线侧端子连接，另一支路与中间继电器HF115FA-2Z的吸引线圈连接，所述备用供电电源P4与中间继电器HF115FA-2Z的常闭开关进线侧端子连接，常闭开关的出线侧端子和常开开关的出线侧端子同相并联后与开关电源PT-45连接。其中，主用供电电源P5为交流220V电源，备用供电电源P4为直流220V电源，当主用供电电源正常供电时，由主用供电电源供电，当主用供电电源掉电后，双电源切换装置路自动切换至备用供电电源，由备用供电电源进行供电，确保了数据采集终端可靠运行。另外，本发明所述的备用供电电源也可以采用交流220V电源。

如图4所示，所述能源数据采集终端包括处理器、触摸屏、按键、USB接口、CAN接口、RS485接口和标准总线接口，所述处理器分别与触摸屏、按键、USB接口、CAN接口、RS485接口和标准总线接口相连；所述能源数据采集终端通过CAN接口或RS485接口接入通信网络与能源管理系统主站相连。所述处理器采用型号为AT91SAM9260的ARM9处理器，如图5所示，AT91SAM9260具有6个通讯接口；该数据采集终端采用其中的4个通讯接口设计成相同的标准接口总线。数据采集单元或通讯总线单元可以直接插接在每个接口总线上，可以相互替换。

如图6所示，本发明所述的标准总线接口包括数据接收电路、数据发送电路、控制电路和连接接口M100-M2，所述数据接收电路、数据发送电路和控制电路的一端分别与处理器相连，另一端分别与连接接口相连。所述的数据接收电路和数据发送电路均设置有高速光耦合器6N137，所述控制电路设置有低速光电耦合器PS2501L-4。该数据采集终端配置了4路标准的总线接口，可以连接各种数据采集单元和通讯总线单元。图6是一路标准总线接口电路图，其中TXD3和RXD3连接AT91SAM9260的TXD3和RXD3管脚，用于数据采集单元或通讯总线单元的通讯总线接口，GPIO1-GPIO4分别连接AT91SAM9260的PB20,PB21,PB22,PB23管脚，用于数据采集单元或通讯总线单元的控制管脚。其它三路和这一路一样，分别对应AT91SAM9260的其它通讯接口和IO口。标准总线接口的连接接口由三组信号线组成，第一组为A1-A16，第二组为B1-B10，第三组为C1-C10，数据采集单元或通讯总线单元设置在连接接口上。

如图7所示，本发明所述的信号量采集单元包括单片机、通信接口、显示电路、复位电路、滤波电路、晶振电路和数据采集电路，所述单片机分别与通信接口、显示电路、复位电路、滤波电路、晶振电路和数据采集电路相连。

本发明所述的数据采集单元包括0-5V模拟量采集单元、4-20mA模拟量采集单元、信号量采集单元和遥控信号采集单元中的一种或多种，上述数据采集单元均采用ATMEL的ATMEGA64单片机作为处理器，可采集四路信号量；通过光耦隔离提高终端的抗干扰的能力和可靠性。数据采集单元通信规约编写采用C语言，技术门槛比较低，一般调试人员经过培训都可以编写，降低了现场施工技术难度。

本发明所述的通讯总线单元包括RS-485总线通讯单元和M-BUS总线通讯单元中的一种或多种。

本发明通过双电源切换装置实现了双电源输入，当一路电源出现故障时，自动切换到另一路电源，实现了两路供电电源之间的自动切换，可靠性高，功耗低，体积小，成本低，有明显的经济效益。

本发明所述的能源数据采集终端和数据采集单元以及通讯总线单元均采用模块化标准设计，不仅增加了产品的扩容性，使产品更好的适应于各种复杂的现场数据采集环境，而且数据采集单元被设计为支持多种通信方式的不同模块，针对不同的能源设备硬件接口，选用不同的采集单元模块，以“选配”的方式来实现不同硬件设备的接口，使通讯接口和采集单元配置灵活，能够将各种能源数据进行有效统一，并兼容当前主流的各种通讯方式，完成数据的在线精确采集，为数据应用者提供一整套完整准确的能耗数据，实现真正意义上的“能源管理”。本发明将解决“节能减排信息监控系统”建设中的部分难题，为数据应用者提供一整套完整准确的能耗数据，为“节能减排”工作的开展提供有力的技术和数据支撑。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双电源输入的数据采集终端，包括电源模块和能源数据采集终端，所述电源模块与能源数据采集终端连接，所述能源数据采集终端通过通信网络与能源管理系统主站相连，其特征是，还包括数据采集单元和通讯总线单元，所述数据采集单元的输入端与现场的能源计量仪表相连，输出端与能源数据采集终端的标准总线接口相连，所述通讯总线单元的输入端与数据采集单元的输出端线路，输出端与能源数据采集终端的标准总线接口相连；所述电源模块包括开关电源和双电源切换装置，所述双电源切换装置包括主用供电电源、备用供电电源和中间继电器，所述主用供电电源分为两条支路，一条支路与中间继电器的常开开关进线侧端子连接，另一支路与中间继电器的吸引线圈连接，所述备用供电电源与中间继电器的常闭开关进线侧端子连接，常闭开关的出线侧端子和常开开关的出线侧端子同相并联后与开关电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述主用供电电源为交流220V电源，所述备用供电电源为直流220V电源。

3.根据权利要求1所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述主用供电电源和备用供电电源均为交流220V电源。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述开关电源为三路输出开关电源。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述能源数据采集终端包括处理器、触摸屏、按键、USB接口、CAN接口、RS485接口和标准总线接口，所述处理器分别与触摸屏、按键、USB接口、CAN接口、RS485接口和标准总线接口相连；所述能源数据采集终端通过CAN接口或RS485接口接入通信网络与能源管理系统主站相连。

6.根据权利要求5所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述处理器包括ARM9处理器。

7.根据权利要求5所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述标准总线接口包括数据接收电路、数据发送电路、控制电路和连接接口，所述数据接收电路、数据发送电路和控制电路的一端分别与处理器相连，另一端分别与连接接口相连；所述的数据接收电路和数据发送电路均设置有高速光耦合器，所述控制电路均设置有低速光电耦合器。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述数据采集单元包括单片机、通信接口、显示电路、复位电路、滤波电路、晶振电路和数据采集电路，所述单片机分别与通信接口、显示电路、复位电路、滤波电路、晶振电路和数据采集电路相连。

9.根据权利要求8所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述数据采集单元包括0-5V模拟量采集单元、4-20mA模拟量采集单元、信号量采集单元和遥控信号采集单元中的一种或多种。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种双电源输入的数据采集终端，其特征是，所述通讯总线单元包括RS-485总线通讯单元和M-BUS总线通讯单元中的一种或多种。