CN108173342A - 自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，包括主控单元、人机交互单元、自适应电源单元、母线绝缘监察电路、支路能耗与支路开关状态采集器、支路对地绝缘电阻检测电路、电压采集电路和电流采集电路，所述人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路均与主控单元双向通信连接，所述母线绝缘监察电路、电压采集电路和电流采集电路采集的信号均传输至主控单元，所述自适应电源单元为主控单元提供直流电源。以实现兼容不同的供电模式和电压等级的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力监测领域，具体地，涉及一种自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统。
背景技术
目前，根据应用需求的不同，现有直流配电设备存在诸多供配电模式和电压等级。最常见的几种供电模式分别是“独立双路进线、双路出线供电模式”，“单路进线供电模式”，“主备进线互锁供电模式”，“双路进线，单路出线供电模式”等。直流电压等级也由传统的48V，逐渐衍生出了240V与336V高压直流等三种电压等级。传统的直流配电监测装置会根据不同的供电模式和电压等级采用不同的接线方式、甚至采用不同的仪表，切换起来很不方便。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，以实现兼容不同的供电模式和电压等级的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，包括主控单元、人机交互单元、自适应电源单元、母线绝缘监察电路、支路能耗与支路开关状态采集器、支路对地绝缘电阻检测电路、电压采集电路和电流采集电路，所述人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路均与主控单元双向通信连接，所述母线绝缘监察电路、电压采集电路和电流采集电路采集的信号均传输至主控单元，所述自适应电源单元为主控单元提供直流电源。
优选的，还包括声光报警器、防雷器和开关输入电路，所述主控单元的输出端与声光报警器电连接，所述防雷器和开关输入电路均与主控单元的输入端电连接。
优选的，所述人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路与主控单元均通过RS485通信电路通信连接。
优选的，所述自适应电源单元，包括48VDC转24VDC电源转换电路、240VDC 转24VDC电源转换电路，336VDC转24VDC电源转换电路和220VAC转24VDC电源转换电路。
优选的，所述主控单元上设置USB接口电路。
优选的，所述主控单元上设置RJ45通信电路。
优选的，所述电压采集电路，包括运放器U21A，所述运放器U21A的反相输入端上依次串联电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81和电阻R82，所述运放器U21A的同相输入端之间依次串联电阻R84、电阻R85、电阻R86、电阻R87、电阻R88和电阻R89，所述运放器U21A的同相输入端与虚拟接地点AGND 之间串联电阻R90，电容C52与电阻R90并联，所述运放器U21A的反相输入端与输出端之间串联电阻R76，电容C48与电阻R76并联，所述运放器U21A的输出端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R83和电容C50。
优选的，所述电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电阻R82、电阻R84、电阻R85、电阻R86、电阻R87、电阻R88和电阻R89的电阻值均为30K Ω，所述电阻R76的电阻值为2KΩ，所述电阻R90的电阻值为2KΩ，所述电阻 R83的电阻值为100Ω。
优选的，所述电容C48的电容值为1μF，所述电容C52的电容值为1μF，所述电容C50的电容值为4.7μF。
优选的，所述母线绝缘监察电路，包括光耦U24A和运放器U21B，所述光耦 U24A的输出端与主控单元的输入端连接，所述光耦U24A的一个输入端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R107和电阻R108，所述光耦U24A的另一个输入端与运放器U21B的同相输入端之间依次串联电阻R110、电阻R111、电阻R112、电阻 R113、电阻R114和电阻R115，所述运放器U21B的同相输入端与虚拟接地点AGND 之间串联电阻R116，电容C63与电阻R116并联，所述运放器U21B的反相输入端与输出端连接，所述运放器U21B的输出端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R109 和电容C61。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的技术方案，通过设置自适应电源单元，根据不同的等级配置相应的电源转换电路，从而能够适应不同电压等级的直流配电系统而无需更换电源，而设置人机交互单元可对不同的供电模式进行自由切换，从而实现了兼容不同的供电模式和电压等级的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统的原理框图；
图2至图40为本发明实施例所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统的电子电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，包括主控单元、人机交互单元、自适应电源单元、母线绝缘监察电路、支路能耗与支路开关状态采集器、支路对地绝缘电阻检测电路、电压采集电路和电流采集电路，人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路均与主控单元双向通信连接，母线绝缘监察电路、电压采集电路和电流采集电路采集的信号均传输至主控单元，自适应电源单元为主控单元提供直流电源。
自适应电源单元，根据检测的电压等级选择相应的电源转换电路。
优选的实施例，还包括声光报警器、防雷器和开关输入电路，主控单元的输出端与声光报警器电连接，防雷器和开关输入电路均与主控单元的输入端电连接。
优选的实施例，人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路与主控单元均通过RS485通信电路通信连接。
优选的实施例，自适应电源单元，包括48VDC转24VDC电源转换电路、240VDC 转24VDC电源转换电路，336VDC转24VDC电源转换电路和220VAC转24VDC电源转换电路。
优选的实施例，主控单元上设置USB接口电路。
优选的实施例，主控单元上设置RJ45通信电路。
自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统的电子电路图如图2至图40所示。
优选的实施例，电压采集电路，如图31所示，包括运放器U21A，运放器U21A 的反相输入端上依次串联电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81和电阻R82，运放器U21A的同相输入端之间依次串联电阻R84、电阻R85、电阻R86、电阻R87、电阻R88和电阻R89，运放器U21A的同相输入端与虚拟接地点AGND 之间串联电阻R90，电容C52与电阻R90并联，运放器U21A的反相输入端与输出端之间串联电阻R76，电容C48与电阻R76并联，运放器U21A的输出端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R83和电容C50。
优选的实施例，电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电阻 R82、电阻R84、电阻R85、电阻R86、电阻R87、电阻R88和电阻R89的电阻值均为30KΩ，电阻R76的电阻值为2KΩ，电阻R90的电阻值为2KΩ，电阻R83 的电阻值为100Ω。
优选的实施例，电容C48的电容值为1μF，电容C52的电容值为1μF，电容C50的电容值为4.7μF。
优选的实施例，母线绝缘监察电路，如图33和图34所示，包括光耦U24A 和运放器U21B，光耦U24A的输出端与主控单元的输入端连接，光耦U24A的一个输入端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R107和电阻R108，光耦U24A的另一个输入端与运放器U21B的同相输入端之间依次串联电阻R110、电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114和电阻R115，运放器U21B的同相输入端与虚拟接地点AGND 之间串联电阻R116，电容C63与电阻R116并联，运放器U21B的反相输入端与输出端连接，运放器U21B的输出端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R109和电容 C61。
电阻R107和电阻R108的电阻值为30KΩ，电阻R110的电阻值未39KΩ，电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114和电阻R115的电阻值均为30KΩ，电阻R116的电阻值为2KΩ，电阻R109的电阻值为100Ω，电容C63的电容值为 1μF，电容C61的电容值为4.7μF。
本技术方案的自适应直流配电监测系统是针对多种电压等级、多种供电模式的通信直流供配电系统而设计的集供电状态监测、分类能耗统计、历史数据查询、告警信息上报、电压等级自适应、配电模式自适应及在线升级等功能于一体的智能化直流配电监测系统，主要应用于通信基站、通信机房、数据中心、IDC机房等通信行业直流配电场所。
该直流精密监测系统由自适应电源单元、主控单元、多回路支路能耗与支路开关状态采集器、母线绝缘监察电路、防雷器、人机交互界单元、声光报警器、通信接口等组成，该系统采用高精度测量芯片和高可靠的MCU设计，人机交互单元采用7寸触摸屏，从而进行数据的显示与人机交互操作，可通过人机界面配置需要监测的电压等级与监测模式。
该系统能够测量直流配电设备母线电量信息，可以监测各个支路能耗与开关状态信息，可以实现历史数据的存储与查询，支持多种电压等级工作，兼容多种供电模式的监测，还可以支持软件在线升级功能，该系统具有RS485通信接口与 TCP/IP以太网通信接口，便于用户远程集中管理。
该系统可通过人机交互界面对4种供电监测模式进行自由切换。根据不同的供电模式选择，显示界面会自动导入与配电模式相对应的电气连接图，显示信息更直观。4种供电模式分别是“独立双路进线、双路出线供电模式”，“单路进线供电模式”，“主备进线互锁供电模式”，“双路进线，单路出线供电模式”。
该系统采用电压等级自适应电源供电，可以自动检测电压等级并进行电源硬件配置，从而实现48VDC转24VDC，240VDC转24VDC，336VDC转24VDC，甚至支持交流市电220VAC转24VDC，能够适应不同电压等级的直流配电系统而无需更换电源。
具有在线升级的功能，该系统具有USB接口，支持U-HOST功能，能够通过U 盘进行在线升级。
设计了集多路电量采集、多路开关状态于一体采集模块，通过插槽可自由配置采集支路数。
可通过输入起止时间来查询历史中任意时间段内的电能消耗总量与每个支路的电能消耗量。
母线对地绝缘监测功能采用电阻平衡桥与电阻定时自动投切的方式来实现，节约了母线漏电流传感器，减少成本，简化了母线安装。
主控单元对外提供RS485通信接口和RJ45以太网通信接口，支持RS485和以太网同时通信，便于远程集中监控。可通过人机交互界面进行设备地址、IP 地址配置。
该自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统采用了自适应直流电源，能够适应不同的电压等级的直流配电场合的使用与监测，真正做到了一表多用，节约了人力成本与物力成本。同时，该系统具有自适应多种供电模式的优点，多种供电方式均能监测，并能根据不同的供电方式选择自动导入配电电气图，使操作人员观察数据更直观。
该系统主控单元使用嵌入式操作系统做数据采集与处理，提高了运行效率。操作系统采用了LWIP协议栈，支持以太网通信，相对于串口通信，速率更快，效率更高。该系统支持U盘在线升级功能，可通过U盘可将更新包导入主控单元 MCU，相对于传统模式，该升级方式更加方便。
该系统设计了集成度比较高的支路采集模块，将支路电量采集、支路开关采集集成一体，通过插槽自由配置，灵活度高，节省了模块安装的空间。
系统可实现母线全电量计量，支路负载能耗分别计量，历史数据存储等功能，为用户能耗管理提供数据依据，方便能耗数据分析，适应市场对直流配电设备智能化、开放性、多样性的需求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，包括主控单元、人机交互单元、自适应电源单元、母线绝缘监察电路、支路能耗与支路开关状态采集器、支路对地绝缘电阻检测电路、电压采集电路和电流采集电路，所述人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路均与主控单元双向通信连接，所述母线绝缘监察电路、电压采集电路和电流采集电路采集的信号均传输至主控单元，所述自适应电源单元为主控单元提供直流电源。
2.根据权利要求1所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，还包括声光报警器、防雷器和开关输入电路，所述主控单元的输出端与声光报警器电连接，所述防雷器和开关输入电路均与主控单元的输入端电连接。
3.根据权利要求1所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述人机交互单元、支路能耗与支路开关状态采集器以及支路对地绝缘电阻检测电路与主控单元均通过RS485通信电路通信连接。
4.根据权利要求1所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述自适应电源单元，包括48VDC转24VDC电源转换电路、240VDC转24VDC电源转换电路，336VDC转24VDC电源转换电路和220VAC转24VDC电源转换电路。
5.根据权利要求1所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述主控单元上设置USB接口电路。
6.根据权利要求1所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述主控单元上设置RJ45通信电路。
7.根据权利要求1至6任一所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述电压采集电路，包括运放器U21A，所述运放器U21A的反相输入端上依次串联电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81和电阻R82，所述运放器U21A的同相输入端之间依次串联电阻R84、电阻R85、电阻R86、电阻R87、电阻R88和电阻R89，所述运放器U21A的同相输入端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R90，电容C52与电阻R90并联，所述运放器U21A的反相输入端与输出端之间串联电阻R76，电容C48与电阻R76并联，所述运放器U21A的输出端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R83和电容C50。
8.根据权利要求7所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电阻R82、电阻R84、电阻R85、电阻R86、电阻R87、电阻R88和电阻R89的电阻值均为30KΩ，所述电阻R76的电阻值为2KΩ，所述电阻R90的电阻值为2KΩ，所述电阻R83的电阻值为100Ω。
9.根据权利要求7所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述电容C48的电容值为1μF，所述电容C52的电容值为1μF，所述电容C50的电容值为4.7μF。
10.根据权利要求1至6任一所述的自适应电压等级和供电模式的通信用直流供配电监测系统，其特征在于，所述母线绝缘监察电路，包括光耦U24A和运放器U21B，所述光耦U24A的输出端与主控单元的输入端连接，所述光耦U24A的一个输入端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R107和电阻R108，所述光耦U24A的另一个输入端与运放器U21B的同相输入端之间依次串联电阻R110、电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114和电阻R115，所述运放器U21B的同相输入端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R116，电容C63与电阻R116并联，所述运放器U21B的反相输入端与输出端连接，所述运放器U21B的输出端与虚拟接地点AGND之间串联电阻R109和电容C61。
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