CN104568017A - 一种智能测控仪表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能测控仪表，包括：电源、主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元；所述电源为主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元提供电量。通过上述方式，发明提供的智能测控仪表，将电量的采集，开关控制及信号反馈，配电柜温度的变化等集成于一体，不仅将电力参数等相关电量实时传递到电力部门的工作平台上，而且能对现场配电装置进行实时的控制，在电压过载，电流超负荷等情况下进行远程控制，切断负载，提高电能质量，节约能源。测控仪表由于采用模块化设计，体积小，安装维护方便，实现高速、双向、实时、集成的实时数据采集及远程控制。

Description

一种智能测控仪表

技术领域

本发明涉及一种测控仪表，特别是涉及一种智能测控仪表。

背景技术

在现代工业化社会中，电能已成为一种不可或缺的基本能源，随着电网中接入用电设备数量的增加以及电力负荷多样性的发展，电网中的电能质量受到用电设备的影响越来越严重。

许多新型的电气设备在运行中会向电力系统注入各种电磁干扰，对电力系统的安全运行和用户设备的正常工作造成的危害与影响不断增加，与此同时，各类控制系统、计算机装置、电子产品的智能化生产线等电能质量敏感设备对电能质量的要求却越来越高。

因此，电能质量问题日益突出，引起了供电部门和广大电力用户的普遍重视。人们开始认识到，电力部门只是将电能如数地传输给电力用户，并且保证一定的供电连续性即可满足需求的想法是很不完善的。电力系统运行和工业化生产过程中对电能质量的要求正在逐步扩大和深化，提高电能质量已经成为保证用电系统安全稳定运行的基本要求。 　　提高电能质量，离不开对用电系统的电流、电压、频率、有功功率、无功功率、电能等参数的采集和分析，只有这样才能及时发现电力系统的异常情况，实现电能的合理分配，保障用电设备的安全运行。

因此，在电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦等场合，需要应用电力仪表对电能质量进行测量和管理，而传统的电力仪表通常只能进行现场显示，需要工作人员到现场逐个查看，既费时费力，又不能有效地对电能质量进行测量和管理。

如目前常用的用来检测用户的电流、电压等供电参数的三相配变监测仪，由于设备和技术上的不足，只能人工抄收，费时费力准确度还不高，使得相关的电压、电流等供电参数信息不能及时传递到电力部门的工作平台上。而现有的远传仪又不具备对供电电流、电压等的监测功能，只能起一个定时的、简单的信息传输的作用。随着对电能质量的要求不断提高，现有的监测与信息传递方式，已不能满足发展的需要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何将电量的采集，开关控制及信号反馈，配电柜温度的变化等集成于一体，不仅将电力参数等相关电量实时传递到电力部门的工作平台上，而且能对现场配电装置进行实时的控制，在电压过载，电流超负荷等情况下进行远程控制，切断负载，提高电能质量，节约能源。本测控仪表由于采用模块化设计，体积小，安装维护方便，实现高速、双向、实时、集成的实时数据采集及远程控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种智能测控仪表，包括：电源、主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元；所述电源为主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元提供电量。

所述主控单元与测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元之间分别电性连接，所述主控单元采用流水线指令结构。

所述测量单元分为电量测量单元和温度测量单元，所述电量测量单元中包含有用于电压电流双通道电量参数测量的模数转换器，所述模数转换器的输入端与电流通道、电压通道分别相连接，所述电流通道、电压通道分别有电流输入和电压输入。

所述温度测量单元中包含有温度传感器，所述温度传感器中对数据的转化通过一线制接口进行，且将数据传输至主控单元并在显示单元上显示。

在一个较佳实施例中，所述电量测量单元中，电压通道的每相电压分别通过若干电阻分压后得到相应的电压信号，再将电压信号输入模数转换器的电压通道，模数转换器将电压信号进行滤波和校准后输入存储单元，所述电压信号小于0.5V。

在一个较佳实施例中，所述电量测量单元中，电流通道的每相电流转换成相应的电流信号，再将所述电流信号输入模数转换器的电流通道，模数转换器将电流信号输入存储单元。

在一个较佳实施例中，智能测控仪表上还设置有实时开关驱动装置，所述实时开关驱动装置与控制单元之间通信连接，所述控制单元具有输入端和输出端，所述实时开关驱动装置输出开关信号；所述输入端开关信号通过光耦隔离后输入主控单元，从而判断现场开关的状况；所述输出端与开关驱动装置通信连接，所述控制单元接收开关信号，通过继电器实现实时控制开关驱动装置。

在一个较佳实施例中，所述存储单元中设置有非易性存储器。

在一个较佳实施例中，所述显示单元中设置有显示电路，所述显示电路中设置有LCD显示器，所述开关电源前端设置有用于防止输入电压过高的压敏电阻和热敏电阻，所述开关电源还设置有隔离变压器。

本发明的有益效果是：将电量的采集，开关控制及信号反馈，配电柜温度的变化等集成于一体，不仅将电力参数等相关电量实时传递到电力部门的工作平台上，而且能对现场配电装置进行实时的控制，在电压过载，电流超负荷等情况下进行远程控制，切断负载，提高电能质量，节约能源。本测控仪表由于采用模块化设计，体积小，安装维护方便，实现高速、双向、实时、集成的实时数据采集及远程控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的原理图；

图2是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的模数转换器结构图；

图3是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的电量采集原理图；

图4是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的电量采集电路图；

图5是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的开关状态采集及控制电路图A；

图6是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的开关状态采集及控制电路图B；

图7是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的开关状态的采集及控制原理图；

图8是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的温度测量单元电路图；

图9是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的存储单元原理图；

图10是本发明中智能测控仪表一较佳实施例的电源电路图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图10，在本发明的一个具体实施例中提供一种智能测控仪表，所述的智能测控仪表中电压通道模数转换单元包括：电源、主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元；所述电源为主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元提供电量。

所述主控单元与测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元之间分别电性连接，所述主控单元采用流水线指令结构。

所述测量单元分为电量测量单元和温度测量单元，所述电量测量单元中包含有用于电压电流双通道电量参数测量的模数转换器，所述模数转换器的输入端与电流通道、电压通道分别相连接，所述电流通道、电压通道分别有电流输入和电压输入。

所述温度测量单元中包含有温度传感器，所述温度传感器中对数据的转化通过一线制接口进行，且将数据传输至主控单元并在显示单元上显示。

所述电量测量单元中，电压通道的每相电压分别通过若干电阻分压后得到相应的电压信号，再将电压信号输入模数转换器的电压通道，模数转换器将电压信号进行滤波和校准后输入存储单元，所述电压信号小于0.5V。

所述电量测量单元中，电流通道的每相电流转换成相应的电流信号，再将所述电流信号输入模数转换器的电流通道，模数转换器将电流信号输入存储单元。

智能测控仪表上还设置有实时开关驱动装置，所述实时开关驱动装置与控制单元之间通信连接，所述控制单元具有输入端和输出端，所述实时开关驱动装置输出开关信号；所述输入端开关信号通过光耦隔离后输入主控单元，从而判断现场开关的状况；所述输出端与开关驱动装置通信连接，所述控制单元接收开关信号，通过继电器实现实时控制开关驱动装置。

其中，所述存储单元中设置有非易性存储器。

所述显示单元中设置有显示电路，所述显示电路中设置有LCD显示器，所述开关电源前端设置有用于防止输入电压过高的压敏电阻和热敏电阻，所述开关电源还设置有隔离变压器。

在一个具体实施例中，请参阅图1，本测控仪表采用模块化设计，分为主控单元、测量单元、控制单元、温度测量单元、存储及实时时钟单元、数据传输单元、显示单元、电源。

其中，所述电源部分向其它模块提供电源支持。

主控单元采用高速低功耗MCU，采用流水线指令结构，系统响应时间短，处理速度快，集成时钟回复电路，无需外部晶振方式，减少干扰。

请参阅图2，测量单元采用高精度模数转换器，所述高精度模数转换器具有一个高精确性三相电流源测量集成电路，有一个串行口和两个脉冲输出口，合并了所有模数转换器的和的二次阶，数字积分器，基准电源线路，温度传感器和所有的信号处理器所必须执行的正相的、反向和表观能量测量均方根计算。每个相位提供了系统校准特性，也就是均方根偏差校正，相位校准，电源校准。

该器件集成了一个用于短时低电平和高电平变化的检测电路，变化的阀值电压和持续时间可以编程决定，三相中的任一相的线电压过零检测与电压过零点是同步的，过零检测的结果可用于测量三个电压输入中任意一个的周期。也可用于内部芯片的线循坏电能累加模式，该模式使电能累加与半周期的整数同步，以此实现更快更准确的校准。有源补偿滤波器（APCF）的逻辑输出提供了正相电源信息，功率校准频率逻辑输出。VARCF逻辑输出提供了瞬时的反相或视在功率信息。一个串行口可以通过中断请求和中控单元进行通讯联络。

请参阅图3，其输入端分为电压通道和电流通道两部分，均通过隔离处理，防止电流、电压过载损坏系统。

请参阅图4，电压通道中，每相电压分别通过电阻R8、R9，R10、R11，R12、R13分压处理后转为小信号（<0.5V）进入模数转换器，在经过模数转换器相应的滤波通道及校准后将数据进行存储；在电流通道中，每相电流通过相应的高精度CT转换为小信号进入模数转换器电流通道，在经过相应处理后进行存储，在此过程中，产生相应的电量参数如功率、电能、频率、功率因数等电量参数并存储并产生中断，在发生中断过程中，主控单元将相应数据转换后实时传送，并将相关数据通过显示单元显示，可以方便本地查看。

请参阅图5-7，控制单元输入端采用光耦隔离措施，输出端采用继电器隔离脉冲输出方式。输入端开关信号经光耦(U5)隔离后传送给主控单元，使其读取现场开关的闭合状态，确定开关是处于分闸还是合闸状态，控制单元将相关状态实时反馈给控制上位机。输出端与现场开关的控制端连接，在控制单元接收到远程合闸或分闸信号后，通过继电器（K1）实时驱动合闸分闸装置，将开关处于相关状态。

请参阅图8，温度测量单元用于采集配电柜中的温度，其温度传感器中转化的数据通过一线制接口传输到中控单元中，在经过处理后实时上传并显示，,其中上拉电阻R25用于降低线路干扰。

请参阅图9，存储芯片元件是集成实时时钟功能的非易失存储器，无限次数读写，掉电保持。

实时时钟以BCD格式提供时间和日期信息，可以由外部电源，电池或电容永久供电，可以使用软件校准模式提供时间记录器的精确性。通过二线制接口使存储单元与主控单元进行数据通讯。

请参阅图10，显示单元采用LCD显示方式，主控单元将相应数据传送给显示单元，方便本地用户查看和操作。电源部分采用开关电源方式，前端使用压敏（R3）和热敏（F1）防止输入电压过高或过载情况下损坏系统，经隔离变压器后产生系统所需的相应电压电源。

因此，本发明中公开的智能测控仪表能够达到的有益效果如下：

（1）采用高精度模数转换器进行电流电压双通道电量参数测量，采用高速低功耗MCU，并采用内置晶振，减少干扰，采用数字温度传感器，减少电路元件，降低软件开销，实现现场温度的实时采集，实时采集现场开关状态并进行远程实时控制，实现远程控制；

（2）能实时高精度测量配电室中的电量参数，通过对相关数据的分析处理，方便用户远程实时的进行相关控制处理，协调电力的分配并能及时发现异常情况，提高电能质量；

（3）减少体积以及方便维护安装，系统结构采用模块化设计，保证测量精度，本测控模块采用高精度模数转换器，其集成了二阶∑-D模数转换器, 数字积分器，基准电路，温度传感器，以及所有进行有功，无功和视在电能计量以及有效值计量所需的信号处理元件，为各相提供系统校准功能，包括有效值偏移校准、相位校准、功率校准。APCF逻辑输出提供有功功率信息，VARCF逻辑输出提供瞬时无功率或视在功率信息；

（4）减少温度传感器所带来的仪表体积的变化，增加一路模拟量输入测量I/O，在通讯传输中增加温度的实时远传；

（5）为实现远程开关状态的变化及进行控制增加两路开关量输入及两路开关量脉冲输出。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能测控仪表，其特征在于，包括：电源、主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元；所述电源为主控单元、测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元提供电量；

所述主控单元与测量单元、控制单元、存储单元、实时时钟单元、数据传输单元和显示单元之间分别电性连接，所述主控单元采用流水线指令结构；

所述测量单元分为电量测量单元和温度测量单元，所述电量测量单元中包含有用于电压电流双通道电量参数测量的模数转换器，所述模数转换器的输入端与电流通道、电压通道分别相连接，所述电流通道、电压通道分别有电流输入和电压输入；所述温度测量单元中包含有温度传感器，所述温度传感器中对数据的转化通过一线制接口进行，且将数据传输至主控单元并在显示单元上显示。

2.根据权利要求1所述的智能测控仪表，其特征在于，所述电量测量单元中，电压通道的每相电压分别通过若干电阻分压后得到相应的电压信号，再将电压信号输入模数转换器的电压通道，模数转换器将电压信号进行滤波和校准后输入存储单元，所述电压信号小于0.5V。

3.根据权利要求1所述的智能测控仪表，其特征在于，所述电量测量单元中，电流通道的每相电流转换成相应的电流信号，再将所述电流信号输入模数转换器的电流通道，模数转换器将电流信号输入存储单元。

4.根据权利要求1所述的智能测控仪表，其特征在于，智能测控仪表上还设置有实时开关驱动装置，所述实时开关驱动装置与控制单元之间通信连接，所述控制单元具有输入端和输出端，所述实时开关驱动装置输出开关信号；所述输入端开关信号通过光耦隔离后输入主控单元，从而判断现场开关的状况；所述输出端与开关驱动装置通信连接，所述控制单元接收开关信号，通过继电器实现实时控制开关驱动装置。

5.根据权利要求1所述的智能测控仪表，其特征在于，所述存储单元中设置有非易性存储器。

6.根据权利要求1所述的智能测控仪表，其特征在于，所述显示单元中设置有显示电路，所述显示电路中设置有LCD显示器，所述开关电源前端设置有用于防止输入电压过高的压敏电阻和热敏电阻，所述开关电源还设置有隔离变压器。