CN104682214A - 一种智能电源控制盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电源控制盒。该智能电源控制盒包括智能配电控制模块、智能配电模块、IO扩展板、通讯接口、壳体、电连接器。该设备采用微处理器、信息处理及通信等技术完成对电气设备运行状态监测、管理和控制，是电源控制和管理中心，具有数据采集和监控、配电运行管理、负载的运行管理等功能。本发明的控制盒和方法能够智能管理各路输出，实现各路输出开关独立、故障隔离、任意编组和按时序启动，具有电压、电流以及温度保护功能，同时优先保证重要输出。其电源管理软件适配国产化运行环境，对各路输出进行远程监控和管理，迅速确定故障部位和原因，及时复位或修复故障输出，提高了系统可维修性，降低平均故障恢复时间。

Description

一种智能电源控制盒

技术领域

本发明属于电源设备技术领域，特别是涉及一种智能电源控制盒。

背景技术

重要用电设备要求供电电源提供稳定的电压电流，从而保障系统设备安全，但是，目前广泛使用的电源设备缺乏智能管理功能，对输出电压、电流的保护能力相对较弱。并且，普通电源对供电输出监管较弱，出现故障后反应能力较差，而且不能优化分配输出。再次，普通电源没有远程显示控制功能，操作人员无法远程管理，设备可维护性较差。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种智能电源控制盒，该智能电源控制盒可实现对输出电压、电流的智能，为用电设备提供稳定的电压电流，并且实现对供电输出实时监控，还能实现对电源的远程控制。

本发明公开的一种智能电源控制盒，在所述壳体内设置智能配电控制模块和智能配电模块；所述智能配电控制模块包括第一单片机、第一集成块、电源模块、第一CAN收发器、第一CAN总线通讯接口，第一集成块、电源模块、第一CAN收发器分别与第一单片机相连接；所述智能配电模块包括DSC处理器、两个以上的光耦、与所述光耦对应的贴片MOS管和功率开关、多路开关、电源模块，每个贴片MOS管和功率开关均有两个输入端和一个输出端，所述DSC处理器分别与每个光耦一端相连，至少一个光耦的另一端与对应的贴片MOS管的一个输入端相连，至少一个光耦的另一端与对应的功率开关的一个输入端相连，贴片MOS管和者功率开关的输出端均为配电输出，贴片MOS管和者功率开关的输出端同时经多路开关连接反馈至DSC处理器，用于电压采样；贴片MOS管和者功率开关的输出端同时直接连接反馈至DSC处理器，用于电流采样；贴片MOS管或者功率开关的另一个输入端连接26V电源；所述智能配电模块还包括第三CAN收发器，第三CAN收发器一端与智能配电模块的DSC处理器相连，第三CAN收发器的另一端通过智能配电控制模块的第一CAN收发器连接到第一单片机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述智能电源控制盒包括IO扩展板，该IO扩展板包括第二单片机、一组第二集成块、一组开关、一组显示灯、一组电阻、CAN通讯口，一个显示灯和一个电阻构成一个显示电路，第二单片机与第二集成块相连，第二集成块另一端分别与每路显示电路相连，每个显示电路均具有开关；所述智能配电控制模块也具有CAN通讯口，IO扩展板的第二单片机通过CAN通讯口连接到智能配电控制模块。

作为上述技术方案的另一种改进，所述智能配电控制模块包括第二CAN收发器、第二CAN总线通讯接口，智能配电控制模块的第一单片机通过第二CAN收发器、第二CAN总线通讯接口连接到外部的计算机。

作为上述各个技术方案的进一步改进，所述电源模块为科索模块。

本发明的智能电源控制盒，采用微处理器、信息处理及通信等技术，完成对电气设备运行状态检测、管理和控制，具有数据采集和监控、配电运行管理、负载的运行管理等功能与普通电源设备相比，具有以下优点：

（1）实现对配电输出进行智能管理、控制、测量，具有输出过压、欠压、过流、短路等保护功能，保证可靠安全供电。

（2）同组输出实现了一键式配电控制，可按时间顺序接通，并且各路输出开关独立，实现故障隔离和任意编组，优先保证重要输出。对每路配电输出任意编组，实现一键式配电控制，同组若干输出可按时间顺序接通，避免对电网的冲击。当出现故障或者电流不足时，该设备启用自动配置，优先保证重要输出。可根据设备使用关系要求，实现输出互锁功能。

（3）具有IO扩展板，配电输出出现故障时能进行相应故障显示，故障排除后可复位发生故障的配电输出，继续正常配电输出。

（4）具有以太网接口，可以接收局域网内计算机控制命令，实现电源配电管理，并通过接口能够上传各类运行参数和故障信息到局域网内计算机进行显示，方便迅速确定故障部位和原因，及时复位或修复故障输出，提高设备可维护性，降低平均故障恢复时间。

（5）电源管理软件采用客户端与服务端分布式部署方式，客户端与服务端通过TCP方式进行连接；且软件适配国产化运行环境（龙芯CPU，麒麟操作系统）。

附图说明

图1是智能电源控制盒各模块连接关系框图；

图2是智能配电控制模块电路框图；

图3是智能配电模块电路框图；

图4是IO扩展板电路框图；

图5是开关信号识别软件流程图；

图6是软件逻辑接通流程图；

图7是开关执行过程软件流程图；

图8是识别接通、关断信号流程图；

图9是指示灯控制软件流程图；

图10是智能配电模块数据采集软件流程图；

图11是过压故障判断软件流程图；

图12是配电故障判断软件流程图；

图13是指示配电故障软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的智能电源控制盒进行详细说明。

本发明的智能电源控制盒（时序电源控制盒）包括壳体、电源总开关及各设备开关、铭牌、电源输入接口、各模块输出和升级/通信接口。输入、输出采用电连接器，所有接口统一采用四芯航插，根据不同输入或输出功率选择不同的航插壳体号，相同或相近功率的航插选择相同壳体号的航插。

如图1所示，智能电源控制盒内部主要包括1个智能配电控制模块、18路输出智能配电模块、IO扩展板、通讯接口、壳体、电连接器。说明如下：

（1）1~18路智能配电模块对各路进行配电控制，其输出为各供电接口；

（2）智能配电控制模块通过第一CAN总线通讯接口控制1~18路配电模块的输出通断及保护控制；

（3）第二CAN总线通讯接口通过以太网的方式提供TCP连接服务，经第二CAN收发器与智能配电控制模块连接，通过访问智能配电控制模块实现远程配电控制及管理设置。

（4）IO扩展板为1~18路输出状态信息显示，通过CAN通讯接口与智能配电控制模块连接。

智能配电控制模块与通讯接口、智能配电模块、通讯接口和IO扩展板的连接关系如下：首先，图中智能配电控制模块的处理单元，分别与电源控制盒“设备1~18”路功率开关或MOS管、以太网转换器、IO扩展板相连，利用输出的控制信号控制电源控制盒“设备1~18”路功率开关或MOS管，与以太网转换器实现CAN通信，通过CAN实现对IO扩展板控制。其次，电源控制盒“设备1~18”路功率开关或MOS管有两个输入端和一个输出端，输入端中，一端接入DC26V输入，一端接入处理器的控制信号，输出端为DC26V的输出。以太网转换器一端与处理器连接，另一端连入以太网接口。

各模块的详细结构如下：

1、智能配电控制模块

智能配电控制模块是配电控制盒的控制核心单元。智能配电控制模块电路框图如图2所示。

电路框图中包含器件如下：一个主控单元LPC2194单片机，两个CAN收发器CTM1050T，一个集成块MAX3232和一个科索模块SUS62405BP。LPC2194单片机与两个CAN收发器连接，具有两路CAN总线通讯接口CAN1和CAN2，LPC2194单片机与集成块MAX3232通过RX232、TX232连接，并有升级测试口。集成块MAX3232一端通过RX232和TX232与单片机连接，另一端通过RX和TX实现与上位机互连通信，用于单片机软件升级，其中RX为接收通道，TX为发送通道。科索模块外接+26V电压，且各器件均由科索模块供电。

2、智能配电模块

智能配电模块是电源控制器配电输出执行模块，采用功率MOS管作为开关器件，能够完成对+26V单线制直流电源的通断控制，具有电流快速通断、电压、电流、温度检测及短路、过压保护等功能。该模块设计为18路配电输出，其电路框图如图3所示。

电路框图中包含器件如下：一个MC56F8037VLH型DSC处理器、十八个光耦ACPL-291、十五个贴片MOS管BTS6163D、三个功率开关BTS50085、一个多路开关MAX4617、一个科索模块SUS62405BP和一个CAN收发器CTM1050T。

DSC处理器MC56F8037VLH分别与十八路光耦ACPL-291一端相连，十八路光耦ACPL-291另一端与十五路贴片MOS管BTS6163D相连，与三路功率开关BTS50085相连，十五路MOS管BTS6163D另一端可供100W配电输出，三路功率开关BTS50085的另一端可供250W配电输出。每路信号电压采样经馈线连接至多路开关MAX4617，每路信号电流采样经馈线连接至DSC处理器，实现对电流电压进行实时监测和控制，及时对故障电路采取通断措施。CAN收发器CTM1050T一端与DSC处理器连接，另一端与计算机连接，从而实现CAN总线通讯。科索模块一端连接+26V电源，另一端并联输出为多路开关MAX4617、DSC处理器 MC56F8037VLH和CAN收发器CTM1050T供电。

3、扩展板

IO扩展板选用CAN总线通讯，具有十八路开关检测，同时能够对十八路输出状态进行LED指示，故障时或未接通时绿灯不亮，正常配电输出时绿灯常亮。其中IO扩展板电路框图如图4所示。

电路图中包含器件为：MC9S12G48型单片机、集成块74HC595D、十八个开关，十八个LED灯和十八个电阻。MC9S12G48单片机通过CAN口与智能配电控制模块连接，并且，MC9S12G48单片机连接集成块74HC595D，集成块74HC595D另一端分别与十八路电阻和LED灯相连，整个电路供电电压为3.3V。

4、电源管理软件

电源管理软件部署于指控计算机，国产化计算机采用全国产化环境（龙芯CPU，麒麟操作系统）。基于TCP协议通过以太网同部署于电源控制盒上的嵌入式软件相交互，具有以下功能特点：

（1）对用电设备进行远程加电、断电控制，同时支持单设备控制和组控两种模式。单设备控制模式下可实现对单个设备的加电、断电、复位操作；组控模式下，可按用户设定的启动顺序、启动时延将多个设备编制成组，以组为单位进行依次加电或断电。

（2）对设备用电状态进行监控，实时监控输入电压、输入电流、输出电压、输出电流等设备运行状态，以及过流、过压、过热、短路等设备异常状态。

（3）电源管理软件采用客户端与服务端分布式部署方式，客户端与服务端通过TCP方式进行连接。客户端主要实现业务层逻辑，包括输入状态监控、输出状态监控、异常状态监控、单设备控制、组控、配置管理等六个功能。服务端采用三层结构，由上至下，依次为：服务层、协议层、通信层。服务层作为TCP服务端，响应客户端链接请求，接收并处理客户操作任务，同时将操作回执与设备状态向客户端推送；协议层按照设备交互协议，根据用户操作合成电源控制设备能够识别的指令帧，并解析设备发来的设备状态报文；通信层提供对电源控制设备的心跳检测、报文收发。采用此种松耦合、模块化的架构，提高了程序的鲁棒性，更好的适配国产化运行环境。

5、智能配电流程

智能配电流程如图5至13所示，结合软件运行流程和硬件信号动作过程，详细说明其控制流程。配电模块共分为智能配电控制模块、智能配电模块以及IO扩展板，架构及连接关系如图1所示，配电动作过程如下：

IO扩展板实时采集开关信号数字量，通过CAN总线传递给智能配电控制模块，智能配电控制模块识别后，通过当前上电状态判断是否需要配电；

智能配电控制模块将信号动作通过CAN总线传递给智能配电模块，后者接收到信号后，根据当前状态接通或者关断此路配电，再将配电接通状态反馈给智能配电控制模块；

智能配电控制模块将接收的状态转换成指示灯信息，发送至IO扩展板。

具体流程包括四方面：开关信号识别，配电指示灯控制，电压、电流信号采集、IO配电输出故障与显示。

（1）开关信号识别

1）IO扩展板的单片机每10ms采集一次当前所有拨动开关的状态，低电平表示开关有效（变量为1），高电平处于关断状态（变量为0），CAN内部总线每隔500毫秒上报一次所有拨动开关的位置信息。单片机MC9S12G48通过采集开关1~18接通、关断的电平信号，完成对开关1~18接通、关断的硬件位置判断。软件流程如图5所示，硬件电路图如图4所示。

2）智能配电控制模块接收到IO扩展板传递的开关信号后，经逻辑判断，识别当前当路开关是否需要配电，并通过CAN收发器进行发送命令操作，软件流程如图6所示。

3）智能配电模块通过CAN总线接收到智能配电控制模块发送的接通、关断、复位配电命令后，执行相应的动作，执行完成将状态通过CAN总线上报至智能配电控制模块，软件流程如图7所示。

以第1路配电为例，当接收到接通命令后，智能配电模块利用单片机输出口控制光耦1，使得第1路MOS管处于接通状态，当前额定26V电压加载到配电输出1，完成配电接通动作，电路实现如图3所示。同理，可控制光耦1完成关断状态。单片机采集控制输出口电平信号，完成配电实际接通、关断状态识别，形成CAN数据，通过CAN总线上报至智能配电控制模块，软件流程如图8所示。

（2）配电指示灯控制

智能配电控制模块接收到数据后，通过系统主动上报任务，整理上报至IO扩展板，IO扩展板接收到数据后，根据当前数据点亮LED指示灯，软件流程如图9所示。硬件通过CAN总线接收到智能配电控制模块的数据，利用单片机控制595级联芯片，控制配电LED1~LED18的配电输出指示情况。电路实现如图4所示。

（3）电流、电压信号采集

智能配电模块每隔10ms采集一次所有配电的电流、电压数据，每路采集16次后取平均值，将采集到的所有配电输出电流、电压值通过CAN上报至智能配电控制模块。软件流程如图10所示。硬件采集电压时，利用多路选择芯片选通方式进行各路电压采集，电流通过单片机的独立AD采样通道进行采集，电路实现如图3所示。

（4）配电输出故障与显示

在智能配电模块中，单片机实时监测当前每路的电压、电流、短路等状态，若当前配电接通，电流、电压值大于配电输出所预定的故障值且持续超过所指定的滤波时间时，关断当前配电的输出，置故障标志，智能配电模块将故障标志整理通过CAN数据发送至智能配电控制模块，再将故障标志整理成IO扩展板的指示灯信息，IO扩展板接收到该信息后，点亮或者闪烁当前配电的故障指示灯。

以电压过压故障为例，实现流程如下：

1）故障判断：智能配电模块每10ms判断一次当前所有路数的电压值是否大于该路设定告警值，当持续时间大于当前路数的时间后，置位电压过压告警标志；当电压大于当前该路设定的故障值且持续时间大于当前设定的故障滤波时间后，关断该路输出，清除过压告警标志，置位过压故障标志。软件流程如图11所示。

2）故障处置：当过压故障产生时，智能配电模块控制当前该路配电的控制口，利用单片机输出口控制光耦1，使得第1路MOS管处于断开状态，切断配电输出。智能配电控制模块接收到智能配电模块发送的故障标志后，通过系统主动上报任务，主动将该故障三次上报至以太网总线，并将故障指示信息上报至IO扩展板进行故障灯显示。软件流程如图12所示。硬件通过CAN1通道接收智能配电模块数据，整理后将数据由CAN2通道发送三次至以太网控制器，由CAN1通道发送至IO扩展板。

3）IO扩展板指示配电故障：IO扩展板接收智能配电控制模块上报的配电指示灯状态信息，当配电出现故障时，优先显示故障指示灯，当无故障、告警状态时，按照正常状态显示接通、关断状态。软件流程如图13所示。硬件通过CAN总线接收到智能配电控制模块的数据，利用单片机控制595级联芯片，控制配电LED1~LED18的配电故障指示情况。电路实现如图3所示。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能电源控制盒，包括壳体，其特征在于：在所述壳体内设置智能配电控制模块和智能配电模块；所述智能配电控制模块包括第一单片机、第一集成块、电源模块、第一CAN收发器、第一CAN总线通讯接口，第一集成块、电源模块、第一CAN收发器分别与第一单片机相连接；所述智能配电模块包括DSC处理器、两个以上的光耦、与所述光耦对应的贴片MOS管和功率开关、多路开关、电源模块，每个贴片MOS管和功率开关均有两个输入端和一个输出端，所述DSC处理器分别与每个光耦一端相连，至少一个光耦的另一端与对应的贴片MOS管的一个输入端相连，至少一个光耦的另一端与对应的功率开关的一个输入端相连，贴片MOS管和者功率开关的输出端均为配电输出，贴片MOS管和者功率开关的输出端同时经多路开关连接反馈至DSC处理器，用于电压采样；贴片MOS管和者功率开关的输出端同时直接连接反馈至DSC处理器，用于电流采样；贴片MOS管或者功率开关的另一个输入端连接26V电源；所述智能配电模块还包括第二CAN收发器，第二CAN收发器一端与智能配电模块的DSC处理器相连，第二CAN收发器的另一端通过智能配电控制模块的第一CAN收发器连接到第一单片机。

2.根据权利要求1所述的智能电源控制盒，其特征在于：所述智能电源控制盒包括IO扩展板，该IO扩展板包括第二单片机、一组第二集成块、一组开关、一组显示灯、一组电阻、CAN收发器，一个显示灯和一个电阻构成一个显示电路，第二单片机与第二集成块相连，第二集成块另一端分别与每路显示电路相连，每个显示电路均具有开关；所述智能配电控制模块也具有CAN通讯口，IO扩展板的第二单片机通过CAN通讯口连接到智能配电控制模块。

3.根据权利要求1所述的智能电源控制盒，其特征在于：所述智能配电控制模块包括第二CAN收发器、第二CAN总线通讯接口，智能配电控制模块的第一单片机通过第二CAN收发器、第二CAN总线通讯接口连接到外部的计算机。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的智能电源控制盒，其特征在于：所述电源模块为科索模块。