CN105486914A - 防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，采用CAN总线和DSP控制器芯片技术，采用DSP控制器+CPLD的上、下位机结构设计，电压、电流模拟量采用电压互感器和电流互感器采集实时数据、径变换为电信号后，再经过信号调理电路的放大、缓存、滤波等信号调理处理后，由多路模拟开关选择后，送入A/D转换器转化成数字信号后，然后送入DSP控制器，使其完成数据的高速、准确处理，并通过CPLD控制多路模拟开关进行信号调理电路的选通，CAN通信模块是引入CAN总线技术的通信方式与防窃电电力负荷监控系统和DSP控制器进行连接，实现数据的高效传输与人机互动，并且可以达到良好的控制效果，适用于各种交流采样装置使用。
Description
技术领域
本发明涉及防窃电电力负荷监控系统技术领域，尤其涉及一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置。
背景技术
近年来，电力电网中的线损率正在呈现逐年上升的趋势，其中，用电客户的窃电是造成线损率逐年上升的主要原因之一；长期以来，用电客户盗窃电能一直是困扰电力电网正常供电和电力行业健康发展的一个突出问题，由于窃电导致国有资产大量流失，严重危害了供电企业的合法权利；由于防窃电电力负荷监控系统在监控用电客户盗窃电能方面具有重要作用，因而在电力电网中得到了广泛的应用。
中国专利授权公告号：CN201555893U、授权公告日：2010.08.18、发明名称：分布式交流采样装置，中国专利授权公告号：CN202033391U、授权公告日：2011.11.09、发明名称：交流采样装置，中国专利授权公告号：CN204287309U、授权公告日：2015.04.22、发明名称：交流电压采样装置，均在监控用电客户盗窃电能方面发挥着重要作用。
但上述专利技术的局限性在于：随着对可靠性、准确性和效率要求的提高，现有技术存在采样不准确、数据产生不及时等缺点，造成监控系统不能及时准确地反应出用电客户盗窃电能问题。
原因在于：在现有技术中、都是采用单片机进行智能控制的采样装置，由于受到单片机自身的处理速度和处理能力的限制，使得整个采样装置的处理速度和处理能力低下，无法实现比较复杂的处理速度和处理能力，另外由于受到单片机输入口、输出口的限制，使得整个系统只能完成有限的控制功能，由此，存在无法对采样装置比较复杂的防窃电电力负荷监控系统实施有效控制的问题。
因此，需要一种技术方案解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，有效地避免了采样装置、因单片机自身的处理速度和处理能力的限制，而出现的数据采样不准确、数据产生不及时等缺点，造成的监控系统不能及时准确地反应出用电客户盗窃电能问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
本发明采用CAN通信模块1的CAN总线和TMS320F型DSP控制器5芯片技术，采用DSP控制器5+CPLD6的上、下位机结构设计，电压、电流模拟量采用A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16采集实时数据信息，变换为电信号后，经过信号调理电路A9、信号调理电路B10的放大、缓存、滤波等信号调理处理后，由多路模拟开关8选择后，送入A/D转换器7转化成数字信号后，送入DSP控制器5，使其完成数据的高速、准确处理，并通过CPLD6，使CPLD6控制多路模拟开关8进行信号调理电路A9、信号调理电路B10的选通，CAN通信模块1是引入CAN总线技术的通信方式与防窃电电力负荷监控系统和DSP控制器5进行连接，实现数据的高效传输与人机互动。
本发明的连接关系是：DSP控制器5分别与CAN通信模块1、数据存储器EEPROM2、实时时钟3、电源模块4、CPLD6、A/D转换器7相连接，多路模拟开关8分别与CPLD6、A/D转换器7、信号调理电路A9、信号调理电路B10相连接，信号调理电路A9分别与多路模拟开关8、A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13相连接，信号调理电路B10分别与多路模拟开关8、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16相连接。
本发明的有益效果：本发明采用CAN总线和DSP控制器芯片技术，采用DSP控制器+CPLD的上、下位机结构设计，电压、电流模拟量采用电压互感器和电流互感器采集实时数据、径变换为电信号后，再经过信号调理电路的放大、缓存、滤波等信号调理处理后，由多路模拟开关选择后，送人A/D转换器转化成数字信号后，然后送人DSP控制器，使其完成数据的高速、准确处理，并通过CPLD控制多路模拟开关进行信号调理电路的选通，CAN通信模块是引入CAN总线技术的通信方式与防窃电电力负荷监控系统和DSP控制器进行连接，实现数据的高效传输与人机互动，并且可以达到良好的控制效果，适用于各种交流采样装置使用。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
图中：1-CAN通信模块、2-数据存储器EEPROM、3-实时时钟、4-电源模块、5-DSP控制器、6-CPLD、7-A/D转换器、8-多路模拟开关、9-信号调理电路A、10-信号调理电路B、11-A相电压互感器、12-B相电压互感器、13-C相电压互感器、14-A相电流互感器、15-B相电流互感器、16-C相电流互感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。
见图1所示，一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，包括CAN通信模块1、数据存储器EEPROM2、实时时钟3、电源模块4、DSP控制器5、CPLD6、A/D转换器7、多路模拟开关8、信号调理电路A9、信号调理电路B10、A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16。
本发明采用CAN通信模块1的CAN总线和TMS320F型DSP控制器5芯片技术，采用DSP控制器5+CPLD6的上、下位机结构设计，电压、电流模拟量采用A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16采集实时数据信息，变换为电信号后，经过信号调理电路A9、信号调理电路B10的放大、缓存、滤波等信号调理处理后，由多路模拟开关8选择后，送人A/D转换器7转化成数字信号后，送人DSP控制器5，使其完成数据的高速、准确处理，并通过CPLD6，使CPLD6控制多路模拟开关8进行信号调理电路A9、信号调理电路B10的选通，CAN通信模块1是引入CAN总线技术的通信方式与防窃电电力负荷监控系统和DSP控制器5进行连接，实现数据的高效传输与人机互动。
本发明的连接关系是：DSP控制器5分别与CAN通信模块1、数据存储器EEPROM2、实时时钟3、电源模块4、CPLD6、A/D转换器7相连接，多路模拟开关8分别与CPLD6、A/D转换器7、信号调理电路A9、信号调理电路B10相连接，信号调理电路A9分别与多路模拟开关8、A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13相连接，信号调理电路B10分别与多路模拟开关8、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16相连接。
CAN通信模块1是一种串行数据通信方式的总线技术，采用事件触发式，能够有效地解决总线控制、链路维护和冲突检测等问题，又因为具有较强的纠错能力，支持差分收发，因而具有较强的抗噪能力，通过CAN通信模块1实现与监控系统之间的连接。
数据存储器EEPROM2使用功能是接收信号经过放大、滤波后进入DSP控制器5的信号，将数据存储到存储器EEPROM2中；并且DSP控制器I3的程序也存储在存储器EEPROM2中。检测系统供电后，将程序从存储器EEPROM2中调入到DSP控制器5中，完成初始化后，系统开始工作。
实时时钟3在DSP控制器5中、是处理数字信息的基础,将输入时钟信号直接连到引脚上有源时钟方式，采用一个3.3V供电的30MHz有源晶振实现，实时时钟3工作是通过选择5倍频的PLL功能来实现，可实现DSP芯片的最高工作频率为150MHz。
电源模块4是整个系统用到的电源，包括+5V、-5V、+12V、+24V直流电源，用于给整个系统各芯片、电路等供电，先用变压器将220V交流电源转换成36V和40V的交流电，再通过整流桥将交流电转换成直流电，最后用稳压芯片，最后通过简单的LC滤波电路获得稳定的直流电源。
DSP控制器5采用TI公司的TMS320F28035芯片是整个系统的最关键的部分，该芯片自带CAN通信通信接口，可以通过CAN通信模块2实现与监控系统之间的通信；并接收A/D转换器7转化过的数字信号进行分析、处理、运算，DSP控制器5只负责数字信号进行分析、处理、运算，以提高整个采样装置的执行效率，同时也将这些送人存储器EEPROM2进行存储，以便后续使用。
CPLD6是复杂可编程逻辑器件，主要功能为：对DSP控制器5运算的数据结果进行分析后，由CPLD6控制多路模拟开关8进行信号调理电路A9的选通和信号调理电路B10的选通，选择A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16的采样通道；CPLD6只负责控制多路模拟开关8以提高整个采样装置的执行效率。
A/D转换器7的功能是将经过多路模拟开关8选通后的、经过信号调理电路A9、信号调理电路B10的信号调理处理后模拟信号转化成数字信号后，送人DSP控制器5，使其完成数据的高速、准确处理。
多路模拟开关8是对多路输入的电流信号和多路输入的电路信号按照时分多路原理分别于输出端连接，进行选择的以依次地同步输出同一相的电流信号和电压信号；信号调理电路A9和信号调理电路B10的作用是将待测的电压、电流信号进行前处理，即经放大、缓存、滤波等信号调理处理后，变成适合采样装置进行测量的信号；另外，将多路模拟开关8、信号调理电路A9和信号调理电路B10封装在同一芯片中，其目的是有利于提高采样装置的可靠性和稳定性。
A相电压互感器11、B相电压互感器12、C相电压互感器13、A相电流互感器14、B相电流互感器15、C相电流互感器16是将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流供采样装置使用，以及隔离高压电路。
Claims (5)
1.一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，其特征在于，采用CAN总线和DSP控制器芯片技术，采用DSP控制器+CPLD的上、下位机结构设计，电压、电流模拟量采用A相电压互感器、B相电压互感器、C相电压互感器、A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器采集实时数据信息，变换为电信号后，经过信号调理电路A、信号调理电路B的信号调理处理后，由多路模拟开关选择后，送入A/D转换器转化成数字信号后，送入DSP控制器，使其完成数据的高速、准确处理，并通过CPLD6，使CPLD控制多路模拟开关进行信号调理电路A、信号调理电路B的选通，CAN通信模块是引入CAN总线技术的通信方式与防窃电电力负荷监控系统和DSP控制器进行连接，实现数据的高效传输与人机互动。
2.根据权利要求1所述的一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，其特征在于，所述各部件的连接关系是：DSP控制器分别与CAN通信模块、数据存储器EEPROM、实时时钟、电源模块、CPLD6、A/D转换器相连接，多路模拟开关分别与CPLD、A/D转换器、信号调理电路A、信号调理电路B相连接，信号调理电路A分别与多路模拟开关、A相电压互感器、B相电压互感器、C相电压互感器相连接，信号调理电路B分别与多路模拟开关、A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器相连接。
3.根据权利要求2所述的一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，其特征在于，所述的DSP控制器采用TI公司的TMS320F28035芯片，该芯片自带CAN通信通信接口，可以通过CAN通信模块实现与监控系统之间的通信；并接收A/D转换器转化过的数字信号进行分析、处理、运算。
4.根据权利要求2所述的一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，其特征在于，所述的实时时钟在DSP控制器中、是处理数字信息的基础，将输入时钟信号直接连到引脚上有源时钟方式，采用一个3.3V供电的30MHz有源晶振实现，实时时钟工作是通过选择5倍频的PLL功能来实现。
5.根据权利要求2所述的一种防窃电电力负荷监控系统中的交流采样装置，其特征在于，所述的电源模块包括+5V、-5V、+12V、+24V直流电源，用于给整个系统各芯片、电路供电，先用变压器将220V交流电源转换成36V和40V的交流电，再通过整流桥将交流电转换成直流电，最后用稳压芯片，最后通过LC滤波电路获得稳定的直流电源。
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