CN109633261B - 一种具有通信功能的模块化多回路计量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有通信功能的模块化多回路计量系统，包括计量模组能够独立地计量电能，生成数据和事件并存储；管理模组内置高速总线，通过高速总线寻址的方式查找到后端所接入的计量模组，并与计量模组通信；对计量模组中所产生数据和事件进行管理。本发明的多回路计量系统可根据场景所需任意选取计量回路，不浪费，灵活性强。计量模组可独立使用，方便分布式部署的需要。任意计量回路出现故障，不影响管理模块，方便维修、方便更换，系统可靠。多路计量公用一组通信模组，节约通信器材费用、后期运营费用。管理模组设置多种电源，按照优先级进行选择，避免发生掉电。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种具有通信功能的模块化多回路计量系统。
背景技术
结合图1，现有的智能电表的原理组成框图，有如下特征：
(1)一般电表内部具备多个功能模块，如通信模块、计量模块、显示模块等，这些模块的所需的电源，本质均来自电力线上供电，是经过电表内部的变压器耦合变换、整合后提供给各个模块，如图1中智能电表内部的虚线框中所示。因此如果这个回路停电，则整个电表的通信功能和计量功能基本全部失去，这对于普通居民使用并无太多影响，但是如果针对特殊的设备，如通信基站中的某些供电回路，即使在用电回路没有电的情况下，也必须保证通信的正常，很显然，上述的电表是不能满足的。
(2)一般一只电表的计量回路是固定，例如图1所示为最为广泛使用的普通单相电表内部只含有一套计量电路，因此这只电表只能满足一个回路的计量。而某些特殊的场合，如移动基站等，通常不只有计量回路，可能某些设备是一个回路，一些设备是另一个回路，如果采用图1电表，那么有多少计量回路，就必须安装多少个电表。
针对这个问题，也有人设计了多回路的智能电表，如图2所示，给出的为一个3回路的智能电表，虽然这种电表的设计满足多个不同计量回路的计量，但是这种设计也有不足之处：
(1)这种电表的回路的数量也是固定的，需求场合的回路数量未必和表的计量回路数量匹配，如果某个场合需要5个回路的计量，那么是安装2块这样的电表仍有浪费。
(2)随着需求的变更，如在基站这种供电场景比较复杂的场合，如果某1路负载变为直流的计量，那么这种电表就要整体更换，灵活性较差。
发明内容
本发明提供一种具有通信功能的模块化多回路计量系统，可根据场景所需任意选取计量回路，灵活性强。
本发明提供如下技术方案：
提供一种具有通信功能的模块化多回路计量系统，包括：管理模组和若干个计量模组，
所述计量模组能够独立地计量电能，生成相应数据和事件的特征并存储；
所述管理模组内置高速总线，通过高速总线寻址的方式查找到后端所接入的计量模组，并与计量模组通信；对计量模组中所产生数据和事件进行管理。
优选的，所述计量模组包括交流计量模组和直流计量模组分别采用交流和直流供电，分别计量交流和直流电能。
优选的，所述管理模组包括电源切换电路、直流供电电路、可更换电池以及交流供电电路；
电源切换电路当外部3路电源共存时，根据优先级设定，来选择优先级高的电源为供电电源；当优先级高的电源掉电时，切换到优先级较低的电源，直至切换至优先级最低的电源；当优先级高于当前供电电源的外部电源恢复时，重新选择优先级较高的外部电源作为供电电源。
优选的，直流供电电路外部支持直流12V-72V的接入，并通过内部的DC-DC电路转化为满足管理模组系统所需的电源；交流供电电路直接接收交流市电采用AC-DC电源模块，或者是普通变压器变压后，调制为满足管理模组所需的电源；可更换电池为满足管理模组所需的电源的镍氢或锂电池。
优选的，所述管理模组和所述计量模组分别加装一公一母的防尘接插口，用于高速总线的级联。
优选的，所述高速总线为RS485通信总线、CAN总线、SPI总线，或自定义的高速通信总线。
优选的，所述管理模组具有独立的地址位，与所述计量模组的地址位特征码不同；当两个管理模组相连时通过特征码识别生成错误特征，进行记录和提示。
优选的，所述管理模组具有可更换通讯模块，与云平台、网络数据平台、固定IP或数据服务器通讯。
优选的，所述计量模组发生掉电事件或出现故障时，生成对应的事件并存储；所述管理模组通过查询事件获取掉电事件或出现的故障，进行故障存储，并上报。
优选的，所述计量模组设置特征数据存储区，存储自身的特征，管理模组读取该计量模组的特征获取特征参数。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
(1)本发明的多回路计量系统可根据场景所需任意选取计量回路，不浪费，灵活性强。
(2)本发明的计量模组可独立使用，方便分布式部署的需要。
(3)本发明的任意计量回路出现故障，不影响管理模块，方便维修、方便更换，系统可靠。
(4)本发明的可以多路计量公用一组通信模组，节约通信器材费用、后期运营费用。
(5)本发明管理模组设置多种电源，按照优先级进行选择，避免发生掉电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的智能电表的原理组成框图；
图2为现有具有通信功能的模块化多回路计量系统；
图3为本发明具有通信功能的模块化多回路计量系统组成示意图；
图4为本发明管理模组原理示意图；
图5为本发明交流计量模组原理示意图；
图6为本发明直流计量模组原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，具有通信功能的模块化多回路计量系统包括，1个管理模组和若干个计量模组，各模块之间有两端有不同的防尘插接口，可根据现场的实际需要，选择不同数量的交流、直流的计量插接。
管理模组主要功能描述：
(1)多路供电选择：管理模块可支持交流、直流、电池等多种方式的电源供电，并且可根据电路设计来选择优先级高的外部电源供电，以保证模块的可靠性。
(2)与下属从端模块的高速通信功能：
(3)与下属从端模块的高速通信功能数据管理功能：模块内置高速总线，可通过高速总线寻址的方式查找到后端所接入模块，并与后端模块进行通信。并且支持多路数据管理功能，可以确定其后端所接入的所有模块，并对这些模块中所产生不同的数据和事件进行管理。
(4)远程通信功能：管理模组上有独立的地址位和可更换的通信模块，可以根据配置不同的通信模块与数据平台进行网络通信，不同的客户可从网络数据平台进行各自所需的功能操作。
(5)故障检测功能：由于管理模组具备(1)的功能，因此可靠性较高，因此当发现后端接入模块掉电或出现故障时，可将故障存储并上报。
(6)通用功能：显示、存储等，将所需数据显示与存储。
图4给出的为管理模块的原理图，在图中可以看出，模块具备3中不同的电源电路，分别为直流电源管理电路、可更换电池和交流供电电路。直流供电电路外部支持直流12V-72V的接入，并通过内部的DC-DC电路转化为满足管理模组系统所需的电源；交流供电电路是从交流市电转换过来的，可以是AC-DC电源模块，或者是普通变压器变压后，经调制后满足管理模组系统所需的电源；可更换电池为满足管理模组系统所需的电源的普通镍氢或锂电池。
电源切换电路是一套选择电路，主要有如下三个功能：
(1)当外部3路电源共存时，可根据优先级设定，来选择优先为哪一路电源为主要电源；
(2)当设定电源掉电时，自动切换到优先级较低用电源，直至系统彻底掉电；
(3)当外部电源恢复时，重复执行(1)以满足系统供电的需要。
管理模块还包括主控芯片，即MCU芯片，满足日常程序的运行以及设定命令的执行。
可更换的通信模块可以是具备网络通信功能的GSM/CMDA/3G/NB-IOT模块等，可根据不同的应用场合选择相应的模块，该模块允许热插拔。可根据设定的需求将数据传送至云平台、网络数据平台、固定IP或数据服务器。
显示电路为LCD显示或其他显示方式。
总线通信电路是与高速通信总线所配套的调制解调电路，可以是RS485通信总线、CAN总线、SPI总线，或自定义的高速通信总线，该总线具备高速通信和网络拓扑能力。
高速隔离接口是起到电气隔离作用的电路，可以是高速光耦或隔离芯片等组成，目的在于防止拓扑接入的设备接入到市电或其他设备或接触不当造成对总线上各个模块造成的损坏。
在管理模组的两侧，分别加装了一公一母的防尘接插口，可以满足计量模组在不同方向上的接入。
存储电路可以是EEPROM或FLASH等具备存储功能的原件组成，用以存储系统所需的计量数据或事件。
计量模组主要功能描述：
(1)电能计量功能：模组分为交流和直流计量模组，可在相对应的回路里进行电量、电压、电流、功率等信息进行计量和管理。
(2)中继和与管理模块通信的功能：计量模块内置高速通信总线，通过自身唯一地址，可与管理模块进行通信；并且利用这条高速通信总线，可允许其他从属设备并联接入。
(3)独立使用功能：在没有管理模块管理时，其可以视作一个标准的电能表进行独立的显示和计量。
(4)通用功能：显示、存储等，将所需数据显示与存储。
图5为交流计量模组原理图的原理图，其主要功能与普通电表类似，具有供电电路、计量电路、主控电路、显示和存储等功能。以满足普通电表的计量需要。供电电路用于为本交流计量模组提供电能，从交流市电转换过来的，可以是AC-DC电源模块，或者是普通变压器变压后，经调制后满足交流模组所需的电源。计量电路用于交流电能的计量。主控电路将计量电路获取的计量数据存储到存储电路，将掉电和故障事件存储到存储电路，控制总线通讯电路与管理模组通讯。显示电路用于显示计量数据、日期等。
具有总线通信电路和高速隔离接口，总线通信电路通过高速隔离接口连接至高速总线。
该计量模组具备一个数据特征存储区，这个存储区可以存储在主控MCU内置的程序FLASH里，用于用程序描述出交流计量模组的特征，以方便管理模组快速查询本交流计量模组的特征参数。
另外，该计量模组同样具有高速通信总线电路、高速隔离接口以及两端一公一母的防尘接插口，其功能和管理模组类似。
而作为普通电表的继电器控制等电路，并不属于本发明的特征点，因此不再图中赘述。
因此，该模组除了具备和管理模组进行通信的功能外，还可作为普通电表使用，以方便在系统尚不具备时可进行分布实施。
图6为直流计量模组原理图，与图5的差别之处在于其供电电路为直流变压器，以满足直流供电变换所需，计量电路为直流计量电路，以满足直流采样所需。
直流计量模组具有供电电路、计量电路、主控电路、显示和存储等功能。以满足普通电表的计量需要。供电电路用于为本直流计量模组提供电能，接收外部提供的直流电，并通过内部的DC-DC电路转化为所需的电源。计量电路用于直流电能的计量。主控电路将计量电路获取的计量数据存储到存储电路，将掉电和故障事件存储到存储电路，控制总线通讯电路与管理模组通讯。显示电路用于显示计量数据、日期等。具有总线通信电路和高速隔离接口，总线通信电路通过高速隔离接口连接至高速总线。具备一个数据特征存储区，这个存储区可以存储在主控MCU内置的程序FLASH里，用于用程序描述出交流计量模组的特征，以方便管理模组快速查询本交流计量模组的特征参数。
除上述对模块功能的描述之外，管理模组还具有独立的地址位，用于满足系统召测、通信的需要，并且管理模组的地址位与计量模组的地址位中包含了不同的特征码，因此当两个管理模组误连接时，可根据地址来主动产生错误特征，用以记录和提示。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。此外，显然″包含″一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。权利要求中陈述的多个模块或装置也可以由一个模块或装置通过软件或者硬件来实现。
Claims (2)
1.一种具有通信功能的模块化多回路计量系统，其特征在于，包括：管理模组和若干个计量模组；
所述计量模组能够独立地计量电能，生成相应数据和事件的特征并存储；
所述管理模组内置高速总线，通过高速总线寻址的方式查找到后端所接入的计量模组，并与计量模组通信；对计量模组中所产生数据和事件进行管理；
所述管理模组和所述计量模组分别加装一公一母的防尘接插口，用于高速总线的级联；所述计量模组通过防尘接插口级联至所述管理模组；所述计量模组之间通过防尘接插口级联；
所述管理模组具有独立的地址位，与所述计量模组的地址位特征码不同；当两个管理模组相连时通过特征码识别生成错误特征，进行记录和提示；
所述管理模组具有可更换通讯模块，与云平台、网络数据平台、固定IP或数据服务器通讯；
所述计量模组包括交流计量模组和直流计量模组分别采用交流和直流供电，分别计量交流和直流电能；所述交流计量模组具有第一供电电路、第一计量电路、第一主控电路、第一显示电路和第一存储电路，第一供电电路用于为本交流计量模组提供电能，从交流市电转换过来的，第一计量电路用于交流电能的计量；第一主控电路将计量电路获取的计量数据存储到第一存储电路，将掉电和故障事件存储到第一存储电路，控制总线通讯电路与管理模组通讯，第一显示电路用于显示计量数据、日期；所述直流计量模组具有第二供电电路、第二计量电路、第二主控电路、第二显示电路和第二存储电路，第二供电电路用于为本直流计量模组提供电能，接收外部提供的直流电，并通过内部的DC-DC电路转化为所需的电源，第二计量电路用于直流电能的计量；第二主控电路将计量电路获取的计量数据存储到第二存储电路，将掉电和故障事件存储到第二存储电路，控制总线通讯电路与管理模组通讯，第二显示电路用于显示计量数据、日期；
所述管理模组包括电源切换电路、直流供电电路、可更换电池以及交流供电电路；电源切换电路当外部3路电源共存时，根据优先级设定，来选择优先级高的电源为供电电源；当优先级高的电源掉电时，切换到优先级较低的电源，直至切换至优先级最低的电源；当优先级高于当前供电电源的外部电源恢复时，重新选择优先级较高的外部电源作为供电电源；
直流供电电路外部支持直流12V-72V的接入，并通过内部的DC-DC电路转化为满足管理模组系统所需的电源；交流供电电路直接接收交流市电采用AC-DC电源模块，或者是普通变压器变压后，调制为满足管理模组所需的电源；可更换电池为满足管理模组所需的电源的镍氢或锂电池；
所述计量模组发生掉电事件或出现故障时，生成对应事件并存储；所述管理模组通过查询事件获取掉电事件或出现的故障，进行故障存储，并上报；
所述计量模组设置特征数据存储区，存储自身的特征，管理模组读取该计量模组的特征获取特征参数；
管理模组还具有独立的地址位，用于满足系统召测、通信的需要，并且管理模组的地址位与计量模组的地址位中包含了不同的特征码，当两个管理模组误连接时，根据地址来主动产生错误特征，用以记录和提示。
2.如权利要求1所述的具有通信功能的模块化多回路计量系统，其特征在于：所述高速总线为RS485通信总线、CAN总线、SPI总线，或自定义的高速通信总线。
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