CN105785158A - 一种电气设备自动测量设备及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电气设备自动测量设备及其测量方法，电气设备自动测量设备包括检测模块、控制模块和中央处理器；检测模块、控制模块与中央处理器连接；检测模块与控制模块连接；检测模块用于检测电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数中的一个或几个；控制模块用于根据中央处理器传来的操作命令，通过开关量输出、模拟量输出或者占空比输出来控制被执行电路；中央处理器用于处理检测模块采集的电信号，并根据预先编写的执行策略和采集的信号实时下达反馈操作的命令。本发明通过电流、电压、功率或品质因数的变化快速得知同一网络中电气设备的工作状态；通过中央处理器的预存执行策略高效的控制电气设备的工作，达到节能环保的作用。

Description

一种电气设备自动测量设备及其测量方法

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种电气设备自动测量设备及其测量方法。

背景技术

现在使用的电气设备越来越多，很多电气设备是在无人值守或非专注值守。典型设备是电暖设备，如碳晶电地暖。这类设备一般都具有温度监测反馈，根据温度值进行控制。但温度是一个慢反应参数，在设备工作状态不正常后的一定时间内，温度值都不足以达到报警所需要的变化程度。因此基于温度值的监测、反馈和控制，都会相对比较滞后。并且很多电气设备，依然是单独测控，没有足够的通讯功能，难以支撑现在物联网的发展趋势。

例如现在通用的家居或楼宇的液晶温控器，具有测量室内温度并可设置恒定温度目标，在室内温度达到恒定温度目标后，自动关断加热设备的电路；当室内温度低于恒定温度目标后，自动开通加热设备的电路。但当电气设备损坏出现电流过大或过小的时候，却无法测量工作电流，也因此无法根据电流变化判断加热设备的情况，只有等温度缓慢变化后才能有操作反应。而且各个温控器都是独立设置和独立操作，不能统一控制。

故针对上述问题，有必要设计一种电气设备自动测量设备及其测量方法来弥补上述缺陷。

发明内容

本发明提出一种电气设备自动测量设备及其测量方法，其结构简单，测控方便，可实现对一路或多路电气设备进行实时监测和节能控制。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种电气设备自动测量设备，其包括检测模块、控制模块和中央处理器；检测模块、控制模块均与中央处理器连接；检测模块连接至外接电源，控制模块连接至电气设备，且检测模块与控制模块连接；检测模块用于对通过电路的电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；控制模块用于根据中央处理器传来的操作命令，通过开关量输出、模拟量输出或者占空比输出来控制被执行电路；中央处理器由一个或多个集成电路组成，且中央处理器用于处理检测模块采集的电信号，并根据预先编写的执行策略和采集的信号实时下达反馈操作的命令。

其中，电气设备自动测量设备进一步设有通讯模块，通讯模块与中央处理器连接。

其中，电气设备自动测量设备进一步设有人机交互模块，人机交互模块与中央处理器连接。

其中，电气设备自动测量设备安装在电气设备内部或安置在电气设备外，且电气设备自动测量设备进一步外接有辅助记录设备和报警设备；辅助记录设备为无纸记录仪或自动打印设备，报警设备为蜂鸣器。

其中，中央处理器、通讯模块、人机交互模块、测量模块和控制模块固定组装在一个仪表盒内，或分装在多个仪表盒/一个仪表盒以外相连接的电路上。

其中，控制模块为继电器，或可控硅，或电磁阀，或IGBT模块，或MOS管。

其中，检测模块为电流芯片或运算放大器。

其中，电气设备设有一个、两个或多个，且检测模块的数量与电气设备的数量一致，或比电气设备的数量多一个；控制模块的数量与电气设备的数量一致。

一种电气设备自动测量设备的测量方法，其包括如下步骤：(1)对电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；(2)将检测到的电流值、电压值、功率值或品质因数中的一个或几个传输至远程设备，并将其与电气设备的相应预设阈值进行对比；(3)当检测到的电流值、电压值、功率值或品质因数大于或等于电气设备的相应预设阈值时，远程设备发出命令，将电气设备的电路关断；(4)远程设备将电气设备的状态信息传送至技术人员，或控制电气设备发出报警信息，提醒技术人员做出下一步指示。

其中，步骤(1)进一步包括：(11)对每一支路电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；(12)对总电路中的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量。

本发明通过检测模块检测到电流变化、电压变化、功率变化或者功率因数变化，能够快速知道同一网络中的多路电气设备的工作状态，及时进行反馈处理；并且通过中央处理器的预存执行策略，可以更高效的控制电气设备的工作，达到节能环保的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。

图1是本发明电气设备自动测量设备实施例一的结构示意图；

图2是本发明电气设备自动测量设备实施例二的结构示意图；

图3是本发明电气设备自动测量设备实施例三的结构示意图；

图4是本发明电气设备自动测量设备实施例四的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1，一种电气设备自动测量设备，其包括检测模块、控制模块和中央处理器；检测模块、控制模块均与中央处理器连接；检测模块连接至外接电源，控制模块连接至电气设备，且检测模块与控制模块连接；检测模块用于对通过电路的电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；控制模块用于根据中央处理器传来的操作命令，通过开关量输出、模拟量输出或者占空比输出来控制被执行电路；中央处理器用于处理检测模块采集的电信号，并根据预先编写的执行策略和采集的信号实时下达反馈操作的命令。其中，控制模块为继电器，或可控硅，或电磁阀，或IGBT模块，或MOS管；检测模块为电流芯片ACS712或运算放大器LM124。本实施例中检测模块的数量、控制模块的数量均与电气设备的数量一致。

本发明检测模块用于对通过电路的电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数中的一个或几个进行测量，如只测量电流，或同时测量电流值、电压值和品质因数等，其测量方式有如下两种：1、监测电流：通过专用电路和模块，实现对恒压(或基本恒压，例如市电AC220V)下的电流的测量；2、监测功率：通过专用电路和模块，实现对负载功率(一般在市电AC220V情况下)的测量，包括电压值、电流值、功率值和品质因数。本发明实现电流测量的方式可以是使用电流芯片(例如ACS712)，也可以是以运算放大器和其他电子元件组成的电流检测模块(例如使用运算放大器LM124的电流模块)，本领域技术人员根据需求可以选择其他的电流芯片型号、其它的运算放大器型号或其它测量电流的方案，只需达到检测被测电路的电压值、电流值、功率值和品质因数的目的即可。

本发明中央处理器也称为CPU或MPU，其功能是对检测模块和/或采集模块传来的电流检测信号，进行计算处理，并根据预先编写的执行策略，实时下达反馈操作的命令；中央处理器同时负责通讯系统和人机交互系统；且中央处理器可以由一个集成电路组成，也可能由多个集成电路合作完成，本发明可以选用PIC系列芯片或者STM32系列芯片，也可以是其他单片机芯片。

本发明控制模块为继电器、可控硅、电磁阀、IGBT模块、MOS管或者其它执行器件，控制模块用于根据中央处理器传来的操作命令，通过开关量输出、模拟量输出或者占空比输出来控制被执行电路，本领域技术人员根据实际需求可以选择其他执行器件。本发明控制模块可以是一级控制，例如一个继电器；也可以是多级控制，例如通过控制继电器来控制一个电磁阀。控制的方法包括开通/关断(例如继电器)、通量变化调整(例如电磁阀)等；例如当电流过大时，可对多路电气设备分别执行电流关断操作。

实施例二

参照图2，实施例2与实施例1的区别点在于：实施例2中的电气设备自动测量设备还设有通讯模块，且通讯模块与中央处理器信号连接，其它结构与实施例1一致。本发明通讯模块一般使用RS232、RS485、CAN总线、网线、无线通信模块等方式，执行的通讯协议一般有MODBUS协议、TCP\IP协议等通用协议，也可以是用户系统内部约定的专用协议。通过通讯模块的设置，方便技术人员与电气设备端实现信息共享。

实施例三

参照图3，实施例3与实施例2的区别点在于：实施例3中的电气设备自动测量设备增设有人机交互模块，且人机交互模块与中央处理器信号连接，其它结构与实施例2一致。本发明人机交互模块包括输出设备和输入设备；其中，输出设备为LED指示灯、数码管或液晶屏等设备；输入设备为仪表按键、液晶触摸屏或无纸记录仪等设备。通过人机交互模块的设置，方便技术人员远程监测和控制电气设备。

实施例四

参照图4，实施例4与实施例3的区别点在于：实施例4中的电气设备设有N个(N>1)，检测模块设有N+1个，控制模块设有N个；检测模块、控制模块均与中央处理器连接；N个电气设备通过N条分支电路电性连接，N条分支电路上均设有一个检测模块，用于监测分支电路上的电流值或功率值；总电路上设有一个检测模块，用于监测整体电路的电流值、电压值、功率值或品质因数；N个控制模块分别控制N条分支电路上的电气设备。本实施例可以实现多路电气设备的电流监控，既能监控分支电路上的电流值、电压值、功率值或品质因数，又能监控整体电路上的电流值、电压值、功率值或品质因数。

优选的，本实施例还可以增设采集模块，采集模块与中央处理器连接，且N+1个检测模块均与采集模块连接。对于简单系统来说，尤其是使用的检测模块较少时，即当N≤1，此采集模块可以被省略，由中央处理器直接接收检测模块的电流检测信号。对于使用检测模块较多的情况，即当N>1时，或者对采集信号需要进一步处理(包括信号放大、信号转换、去除噪音等)的情况，将由集成电路组成采集模块，先对从设备网络中检测模块发出的电流监测信号进行处理和汇总，再发给中央处理器。本领域技术人员可以根据需要将N设为1、2、3、4、5或者其它数量。

本发明检测模块可能是单路采集，也可能是多路采集。例如可对一个电路系统中的多个电气设备进行电路监测；电流测量的电路对象，可以包含接入总线的一路或多路电线，也可以是电源总线，或同时监测电源总线和分支电路。

本发明控制模块可能是单路控制，也可能是多路控制。控制的方法包括开通/关断(例如继电器)、通量变化调整(例如电磁阀)等；例如可对一个电路系统中的多个电气设备进行电路控制，并根据需要分别进行电路开通或关断的操作。

本发明中央处理器可以是一颗集成电路，也可以由多颗集成电路组成模块，共同实现数据采集、通讯、人机交互和执行控制的功能。

本发明电气设备自动测量设备进一步外接有辅助记录设备和报警设备；辅助记录设备为无纸记录仪或自动打印设备，报警设备为蜂鸣器。

本发明可通过独立设备的方式安置在电气设备外，也可通过测控模块方式嵌入在电气设备内部，并与电气设备本身可能具有的其他检测模块共同工作。且本发明中各模块可以固定组装在一个仪表盒内，或分装在多个仪表盒/一个仪表盒以外相连接的电路上，以实现各模块相应的功能。例如碳晶电热板的液晶温控器，在常规温度测控模块外，还可以包含电流检测模块和/或通讯模块，常规温控器具有温度监测的功能，增加检测模块后，温控器就具有温度监测和电流监测的功能；因此可以根据电流情况进行控制，也可以将监测到的电流信号传输给远程设备，并接收远程设备传来的命令进行电路开关的控制。

本发明的检测模块可以多级连用。例如在电路总线上布置实施例3的检测模块作为上位机，并在具体每个电气设备里嵌入实施例2的检测模块作为下位机；因此可以组成一个具有多级防护的测控网路，并通过远程通讯方式实现智能遥控，本领域技术人员可以根据实际需求进行多级连用。

本发明上述实施例在实际使用过程中，具体步骤为：(1)通过检测模块对电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；(2)将检测到的电流值、电压值、功率值或品质因数中的一个或几个传输至远程设备，并将其与电气设备的相应预设阈值进行对比；(3)当检测到的电流值、电压值、功率值或品质因数大于或等于电气设备的相应预设阈值时，远程设备发出命令，将电气设备的电路关断；(4)远程设备将电气设备的状态信息传送至技术人员，或控制电气设备发出报警信息，提醒技术人员做出下一步指示。其中，检测模块不仅能对每一支路电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；还可对总电路中的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)通过监测电流，对电气设备工作状态实时监控和及时报警。例如对电暖设备，当设备内部出现短路或者断路的时候，设备可能会温度过高或不再发热工作。如果等待温度传感器感觉到温度变化，由于温度参数是慢变参数，电气设备处于异常状态的时间已经比较长，很可能酿成事故。但只要设备内部出现短路或者断路异常，负载电路都会很快出现电流的变化(比正常工作状态的电流值变大或者变小)。检测模块采集到电流数据的变化，CPU就可以根据预存执行策略，命令控制模块关断电路，保护整个系统。并可以通过通讯模块和/或人机交互模块，实现向指定人员和/或设备发出报警等功能。

(2)通过监测电流，实现电气设备的节能化工作。例如对电照明系统，当预设照明时间达到后，如果电气设备仍在工作，可能是电气设备的光感控制部分出现故障，CPU可以根据预存执行策略，先关断照明系统节省能源，并可以通过通讯模块和/或人机交互模块，实现向指定人员和/或设备发出报警等功能。

(3)通过监测电流，实现电气设备系统的整体安全和整体节能。例如住宅的电采暖系统，安装有多个电加热设备。每个设备也许都是在安全的电负载区间中，但如果同时工作，就可能引起整个住宅的总负载过大，对供电线路造成过载危险。通过对住宅总线的电流监控，就可以在总负载过大时候，根据CPU中预存执行策略，通过执行模块强制关断全部或部分负载电气设备，保护整体电路系统的安全。

(4)通过监测负载功率的品质因素，对电气设备进行保护。电路系统中有大量容性负载后，会造成电路系统的整体品质因数的下降，有一些敏感的电气设备因此不能正常工作甚至受到损坏。同时，有些电气设备本身具有较大电容量，会降低电路整体的品质因数，对同一电路中其他电气设备造成干扰甚至破坏。通过对电路中的负载功率进行测量，可以监控品质因数的变化，并在必要的时候，通过CPU命令执行模块，对部分或全部电路关闭，以保护电气设备或整体电路。

(5)远程无人值守监控电气设备。以上四种应用示例，都支持CPU通过通讯模块，将监控模块采集到的数据，通过RS485或者其他方式，上传到其他上位机设备，或者上传到网络(包括有线网络和无线网络)，由其他总控设备或管理人员，进行非本地控制；其控制信号通过通讯模块传到CPU，并通过执行模块对系统进行控制，实现远程无人值守监控，或者智能化家居/社区的管控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种电气设备自动测量设备，其特征在于，其包括检测模块、控制模块和中央处理器；检测模块、控制模块均与中央处理器连接；检测模块连接至外接电源，控制模块连接至电气设备，且检测模块与控制模块连接；

检测模块用于对通过电路的电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；

控制模块用于根据中央处理器传来的操作命令，通过开关量输出、模拟量输出或者占空比输出来控制被执行电路；

中央处理器由一个或多个集成电路组成，且中央处理器用于处理检测模块采集的电信号，并根据预先编写的执行策略和采集的信号实时下达反馈操作的命令。

2.如权利要求1所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，其进一步设有通讯模块，通讯模块与中央处理器连接。

3.如权利要求2所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，电气设备自动测量设备进一步设有人机交互模块，人机交互模块与中央处理器连接。

4.如权利要求3所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，电气设备自动测量设备安装在电气设备内部或安置在电气设备外，且电气设备自动测量设备进一步外接有辅助记录设备和报警设备；辅助记录设备为无纸记录仪或自动打印设备，报警设备为蜂鸣器。

5.如权利要求4所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，中央处理器、通讯模块、人机交互模块、测量模块和控制模块固定组装在一个仪表盒内，或分装在多个仪表盒/一个仪表盒以外相连接的电路上。

6.如权利要求1-5中任一项所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，控制模块为继电器，或可控硅，或电磁阀，或IGBT模块，或MOS管。

7.如权利要求6所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，检测模块为电流芯片或运算放大器。

8.如权利要求7所述的电气设备自动测量设备，其特征在于，电气设备设有一个、两个或多个；且检测模块的数量与电气设备的数量一致，或比电气设备的数量多一个；控制模块的数量与电气设备的数量一致。

9.一种电气设备自动测量设备的测量方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)对电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；

(2)将检测到的电流值、电压值、功率值或品质因数中的一个或几个传输至远程设备，并将其与电气设备的相应预设阈值进行对比；

(3)当检测到的电流值、电压值、功率值或品质因数大于或等于电气设备的相应预设阈值时，远程设备发出命令，将电气设备的电路关断；

(4)远程设备将电气设备的状态信息传送至技术人员，或控制电气设备发出报警信息，提醒技术人员做出下一步指示。

10.如权利要求9所述的电气设备自动测量设备的测量方法，其特征在于，步骤(1)进一步包括：

(11)对每一支路电气设备的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量；

(12)对总电路中的电流值、电压值、功率值和品质因数的全部参数进行测量，或者只对其中某一个或某几个参数进行测量。