CN109327078A - 一种智能低压断路器的数据远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种智能低压断路器的数据远程监控系统，包括：主站层和若干个控制单元，所述若干个控制单元与主站层无线连接，若干个低压断路器、若干数据采集器以及主站层；其中，单个控制单元包括：若干个低压断路器和一个数据采集器；所述主站层通过数据采集器连接智能低压断路器，主站层与所述数据采集器通过所述GSM/GPRS通信单元通信连接，数据采集器与智能低压控制器通过RS485通信单元通信连接。本发明提出了一种实时性高、可靠性高的关于智能低压断路器的数据远程监控系统，能够满足用户的功能需求。
Description
技术领域
本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种关于智能低压断路器的数据远程监控系统。
背景技术
断路器作为配电系统中重要电器元件之一，承担电路正常电流的接通与分断，而且在发生过载、短路和接地等故障时能可靠迅速切断电路，保护电气配电网络和工业设备免受损坏。传统的低压断路器采用电磁式和热式脱扣器，其动作精度低，动作值整定困难，并且由于当今市场许多配电智能断路器距离较远，、分布分散、数量众多、所处地理环境复杂，导致市场上很多低压断路器远程监控系统进行远程数据采集与监控时，所具有的实时性以及可靠性均较低，无法满足市场需求。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题是：针对当今配电智能断路器分布距离较远、分布分散，数量多以及所述环境复杂而导致的实时性及可靠性较低的情况，本发明提出一种关于智能低压断路器的数据远程监控系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种智能低压断路器的数据远程监控系统，包括：主站层和若干个控制单元，所述若干个控制单元与主站层无线连接；
其中，单个控制单元包括：若干个低压断路器和一个数据采集器；
所述低压断路器设有：用于采集A相电流的第一采集模块、用于采集B相电流的第二采集模块、用于采集C相电流的第三采集模块、第一微处理器、第一RS485通信模块和接地电路；所述接地电路为第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块、第一微处理器和第一RS485通信模块提供零电位电平；
所述第一微处理器分别与第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块和第一RS485通信模块连接；
所述数据采集器包括：第二微处理器、第二RS485通信模块、无线通信模块和电源模块，所述第二微处理器分别与第二RS485通信模块、无线通信模块连接，所述电源模块用于为所述数据采集器提供电能；
所述第一RS485通信模块与第二RS485通信模块连接，所述无线通信模块与主站层连接；
所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块分别用于采集A相、B相和C相的电流信号，并将所述电流信号传递给第一微处理器，所述第一微处理器通过第一RS485通信模块和第二RS485通信模块将所述电流信号传递给第二微处理器，所述第二微处理器接收所述电流信号，并将所述电流信号通过无线通信模块传递给主站层，所述主站层用于显示所述电流信号的信息。
进一步，所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块均为电流互感器。
进一步，所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块分别通过第一调理电路、第二调理电路和第三调理电路与第一微处理器连接，所述第一调理电路、第二调理电路和第三调理电路结构相同，所述第一调理电路包括：整流滤波电路和放大模块，所述整流滤波电路的输入端与第一采集模块的输出端连接，所述整流滤波电路的输出端与放大模块的输入端连接，所述放大模块的输出端与第一微处理器的一GPIO口连接；所述第一调理电路用于将第一采集模块采集的电流信号转换为第一微处理器适配的电平。
进一步，所述接地电路包括：N相电流互感器、整流桥、隔离电阻、隔离电容和零电平节点，所述N相电流互感器用于感应N相的电流，所述N相电流互感器的输出端与整流桥的输入端连接，所述整流桥的负极输出端通过相互并联的隔离电阻和隔离电容与整流桥的正极输出端连接，所述零电平节点设置在整流桥的负极与隔离电容或隔离电阻的连接点处，所述零电平节点用于输出零电位电平。
进一步，所述第一微处理器选用PIC24FJ128GA306模块。
进一步，所述第二微处理器选用PIC24FJ64GA006模块。
进一步，所述第一RS485通信模块以及第二RS485通信模块均采用SN75176差动总线收发器。
进一步，所述无线通信模块采用GSM/GPRS通信模块，所述GSM/GPRS通信模块采用SIM7600CE模块。
本发明通过对现代微处理器技术、数字信号处理技术和互联网技术的研究，结合现有的编程技术选用特定芯片以及处理器，通过GSM/GPRS模块实现无线远程通信，采用灵活多样的模块化程序设计，提出了一种实时性高、可靠性高的关于智能低压断路器的数据远程监控系统，能够满足用户的功能需求。
附图说明
图1是本发明一种智能低压断路器的数据远程监控系统结构框图；
图2是本发明调理电路图；
图3是本发明数据采集器结构框图；
图4是本发明一种智能低压断路器的数据远程监控系统功能框图；
具体实施方式
结合图1以及图3，本实施例提供了一种关于智能低压断路器的数据远程监控系统，包括：主站层1和若干个控制单元2，所述若干个控制单元2与主站层1无线连接；
其中，单个控制单元2包括：若干个低压断路器和一个数据采集器22；
所述低压断路器设有：用于采集A相电流的第一采集模块211、用于采集B相电流的第二采集模块212、用于采集C相电流的第三采集模块213、第一微处理器214、第一RS485通信模块215和接地电路216；其中，用于采集A相电流的第一采集模块211、用于采集B相电流的第二采集模块212、用于采集C相电流的第三采集模块213、第一微处理器214、第一RS485通信模块215和接地电路216同属于调理电路，所述接地电路为第一采集模块211、第二采集模块212、第三采集模块213、第一微处理器214和第一RS485通信模块215提供零电位电平；
所述第一微处理器214分别与第一采集模块211、第二采集模块212、第三采集模块213和第一RS485通信模块215连接；
所述数据采集器22包括：第二微处理器221、第二RS485通信模块222、无线通信模块223，和电源模块224，所述第二微处理器221分别与第二RS485通信模块222、无线通信模块223连接，所述电源模块224用于为所述数据采集器22提供电能，所述无线通信模块223为GSM/GPRS通信单元；
所述第一RS485通信模块215与第二RS485通信模块222连接，所述无线通信模块223与主站层1连接；
所述第一采集模块211、第二采集模块212和第三采集模块213分别用于采集A相、B相和C相的电流信号，并将所述电流信号传递给第一微处理器214，所述第一微处理器214通过第一RS485通信模块215和第二RS485通信模块222将所述电流信号传递给第二微处理器221，所述第二微处理器221接收所述电流信号，并将所述电流信号通过无线通信模块223传递给主站层1，所述主站层1设有人机交互界面，所述人机交互界面可将所述电流信号以图像信息显示出来。
所述第一采集模块211、第二采集模块212和第三采集模块213均为电流互感器。
参照图2，本实施例中第一采集模块211、第二采集模块212和第三采集模块213分别通过第一调理电路100、第二调理电路和第三调理电路与第一微处理器连接，所述第一调理电路、第二调理电路和第三调理电路结构相同，所述第一调理电路100包括：整流滤波电路101和放大模块102，所述整流滤波电路101的输入端与第一采集模块的输出端连接，所述整流滤波电路101的输出端与放大模块102的输入端连接，所述放大模块102的输出端与第一微处理器214的一GPIO口连接；所述第一调理电路101用于将第一采集模块211采集的电流信号转换为第一微处理器214适配的电平。
其中所述的整流滤波电路101包括整流桥D1、隔离电阻R3、隔离电容C1，所述整流桥D1的负极输出端通过相互并联的隔离电阻R3和隔离电容C1连接放大模块102，所述放大模块包括电阻R2、电阻R1以及放大器U1，所述电阻R2连接放大器U1负极输入端以及电阻R1一端，所述电阻R1另一端和所述放大器U1输出端连接第一微处理器214的一GPIO口。
所述接地电路103包括：N相电流互感器、整流桥D2、隔离电阻R4、隔离电容C2和零电平节点，所述N相电流互感器用于感应N相的电流，所述N相电流互感器的输出端与整流桥D2的输入端连接，所述整流桥D2的负极输出端通过相互并联的隔离电阻R4和隔离电容C2与整流桥D2的正极输出端连接，所述零电平节点设置在整流桥D2的负极与隔离电容或隔离电阻的连接点处，所述零电平节点用于输出零电位电平。
本实施例中整流桥D1、D2采用的是LB2S整流桥，电阻R2阻值为47K，电阻R1阻值为47K，放大器U1采用的是型号为MCP6004的放大器。
通过设置接地电路，并检测其之间电流，一旦检测到存在零线电流，则说明存在故障。
结合图4，本实施例主站层通过外设能够实现以下功能
F1.查询功能
(a)查询断路器状态：当数据采集器向智能低压断路器发送查询从机状态的命令时，它收集断路器的状态并将其发送回数据采集器。断路器的状态包括：跳闸报警状态，瞬态跳闸，缺相，零点断开，A相过流，B相过流，C相过流，远程跳闸，漏电故障，A相过压，A相欠压，B相过压，B相欠压，C相过压，C相欠压和开路状态；
(b)查询断路器测量数据：当数据采集器22向智能低压断路器发送查询断路器测量数据命令时，数据采集器22收集断路器的各种电流和电压数据并返回数据采集器。
(c)查询报警历史数据和查询断路器设置参数；
F2.设定控制功能
(a)设置当前时间：当智能低压断路器时间与系统运行时间不一致时，可以通过设置当前时间命令进行校正；
(b)智能低压断路器的参数设定：数据采集器22可设定智能低压断路器的各种运行参数；
(c)打开和关闭：数据采集器22通过发送命令控制智能低压断路器的打开和关闭；
由于设定控制功能与智能低压断路器的正常运行有关，因此需要在修改时需要进行权限验证；
F3.校验
每条指令都要校验正确才能进行下一步处理，否则将返回错误消息
本实施例中第一微处理器214采用PIC24FJ128GA306模块，该模块除了具有超低功耗、体积小、低成本等优点外，还具有丰富的外设功能集和增强的计算性能的16位RISC单片机，片内集成16通道10位的模数转换器，允许选择通道并立即开始转换，无需等待采样周期结束；还包含一系列串行通信外设，可以通过该模块外接RS-232/485转换器实现串口通信功能。
本实施例中第二微处理器221选用PIC24FJ64GA006模块。
本实施例中第一RS485通信模块215以及第二RS485通信模块222均采用SN75176差动总线收发器，通过采用RS485通信模块，与PIC24FJ128GA306模块相配合，实现串口通信。
所述GSM/GPRS通信单元采用SIM7600CE模块。该模块具有性能稳定，外观小巧，性价比高，可以低功耗实现SMS和数据信息的传输。支持LTE-TDD/LTE-FDD/HSPA+/TD-SCDMA/EVDO和GSM/GPRS/EDGE等频段。
本实施例中，低压断路器还包括扩展存储单元，所述扩展存储单元采用EEPROM存储芯片，EEPROM(带电可擦写可编程读写存储器)是用户可更改的只读存储器EEPROM，其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程(重写)。不像EPROM芯片，EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个EEPROM中，当计算机在使用的时候可频繁地反复编程，因此EEPROM的寿命是一个很重要的设计考虑参数。EEPROM是一种特殊形式的闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
本发明通过对现代微处理器技术、数字信号处理技术和互联网技术的研究，并将其集成用于智能断路器系统设计，以改变传统的低压断路器采用电磁式和热式脱扣器，其动作精度低，动作值整定困难等问题，扩展断路器的多功能，实现集成化，智能化、网络化。
本发明可以方便地进行各种监控信息、运行信息、在线运行参数以及控制网络工作参数等的远程监控及管理；实现了分散、传输距离远，数据量大的低压数据采集与监控，通过GSM/GPRS模块实现无线远程通信，采用了一问一答通信方式保证了信息可靠传递，采用灵活多样的模块化程序设计，能够满足用户的功能需求。
以上结合附图所描述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式，并不是对本发明的保护范围的设定，任何基于本发明的思路所做的改进都理应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于，包括：主站层和若干个控制单元，所述若干个控制单元与主站层无线连接；
其中，单个控制单元包括：若干个低压断路器和一个数据采集器,所述若干个低压断路器均与所述数据采集器连接；
所述低压断路器设有：用于采集A相电流的第一采集模块、用于采集B相电流的第二采集模块、用于采集C相电流的第三采集模块、第一微处理器、第一RS485通信模块和接地电路；所述接地电路为第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块、第一微处理器和第一RS485通信模块提供零电位电平；
所述第一微处理器分别与第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块和第一RS485通信模块连接；
所述数据采集器包括：第二微处理器、第二RS485通信模块、无线通信模块和电源模块，所述第二微处理器分别与第二RS485通信模块、无线通信模块连接，所述电源模块用于为所述数据采集器提供电能；
所述第一RS485通信模块与第二RS485通信模块连接，所述无线通信模块与主站层连接；
所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块分别用于采集A相、B相和C相的电流信号，并将所述电流信号传递给第一微处理器，所述第一微处理器通过第一RS485通信模块和第二RS485通信模块将所述电流信号传递给第二微处理器，所述第二微处理器接收所述电流信号，并将所述电流信号通过无线通信模块传递给主站层，所述主站层用于显示所述电流信号的信息。
2.根据权利要求1所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块均为电流互感器。
3.根据权利要求2所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块分别通过第一调理电路、第二调理电路和第三调理电路与第一微处理器连接，所述第一调理电路、第二调理电路和第三调理电路结构相同，所述第一调理电路包括：整流滤波电路和放大模块，所述整流滤波电路的输入端与第一采集模块的输出端连接，所述整流滤波电路的输出端与放大模块的输入端连接，所述放大模块的输出端与第一微处理器的一GPIO口连接；所述第一调理电路用于将第一采集模块采集的电流信号转换为第一微处理器适配的电平。
4.根据权利要求1所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述接地电路包括：N相电流互感器、整流桥、隔离电阻、隔离电容和零电平节点，所述N相电流互感器用于感应N相的电流，所述N相电流互感器的输出端与整流桥的输入端连接，所述整流桥的负极输出端通过相互并联的隔离电阻和隔离电容与整流桥的正极输出端连接，所述零电平节点设置在整流桥的负极与隔离电容或隔离电阻的连接点处，所述零电平节点用于输出零电位电平。
5.根据权利要求1所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述第一微处理器选用PIC24FJ128GA306模块。
6.根据权利要求1所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述第二微处理器选用PIC24FJ64GA006模块。
7.根据权利要求1所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述第一RS485通信模块以及第二RS485通信模块均采用SN75176差动总线收发器。
8.根据权利要求1所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述无线通信模块为GSM/GPRS通信模块。
9.根据权利要求8所述的一种智能低压断路器的数据远程监控系统，其特征在于：所述GSM/GPRS通信模块为SIM7600CE模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190212 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |