CN112018602A - 智能配电箱和配电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能配电箱和配电系统，包括配电箱本体，还包括：设置在配电箱本体中的读卡锁控模块、输出控制模块、电量采集模快、通信模块和主控模块；输出控制模块设置在配电箱本体内的电源线和用电插座之间；读卡锁控模块在读取到相匹配的卡片信号后打开配电箱本体的箱门，并触发主控模块使相应的输出控制模块导通为用电插座供电；输出控制模块还用于在用电插座用电异常时停止供电；电量采集模块用于采集用电插座的电量信息，主控模块还用于将电量信息通过通信模块发送至监控平台。本发明的有益效果为：实现了对用电情况的实时监控和保证了用电的安全。

Description

智能配电箱和配电系统
技术领域
本发明属于智能配电箱技术领域，具体涉及一种智能配电箱和配电系统。
背景技术
随着现代经济社会的高速发展，城市规模和基础建设的规模也在成倍的增长。无论是住宅、办公楼的建设还是桥梁、铁路、高速等基础设施的建设都离不开施工单位的参与。
在施工的现场无论是哪个工种都会用到电，虽然用电安全一直是建筑工地强调的安全防护的重点，人们的防护意识也在不断的增强，但现有的建设工地的配电箱的应用及管理是在施工人员(往往是外场来干活的)要用电时，只需要问一下现场的负责人电源在那，然后就自己接电，干活，没有相应的监督管理存在很大的安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术存在的不能实时监控存在安全隐患的问题，本发明提供了一种智能配电箱和配电系统，其具有实时监控同时消除安全隐患等特点。
根据本发明的具体实施方式的一种智能配电箱，包括配电箱本体，还包括：设置在所述配电箱本体中的读卡锁控模块、输出控制模块、电量采集模快、通信模块和主控模块；
所述读卡锁控模块、所述输出控制模块、所述电量采集模快和所述通信模块均和所述主控模块电连接；
所述输出控制模块设置在所述配电箱本体内的电源线和用电插座之间；
所述读卡锁控模块在读取到相匹配的卡片信号后打开所述配电箱本体的箱门，并触发所述主控模块使相应的所述输出控制模块导通为用电插座供电；
所述输出控制模块还用于在用电插座用电异常时停止供电；
所述电量采集模块用于采集用电插座的电量信息，所述主控模块还用于将所述电量信息通过所述通信模块发送至监控平台。
进一步地，所述智能配电箱还包括：漏电保护模块，所述漏电保护模块设置在所述配电箱本体的电源线的进线侧，在发生漏电时切断供电。
进一步地，所述主控模块包括主控器和显示屏，所述读卡锁控模块、所述输出控制模块、所述电量采集模快和所述通信模块均和所述主控器电连接，所述显示屏和所述主控器连接用于显示用电信息和异常信息。
进一步地，所述读卡锁控模块包括RFID读卡线圈和电控锁，所述RFID读卡线圈和所述电控锁均和所述主控器连接，所述电控锁设置在所述配电箱本体的箱门上，所述主控器用于在所述RFID读卡线圈读取到相匹配的卡片信号后打开所述配电箱本体的箱门，并触发所述主控模块使相应的所述输出控制模块导通为用电插座供电。
进一步地，所述输出控制模块包括：断路器、继电器和交流接触器，所述断路器、所述继电器和所述交流接触器相串联构成控制电路，其中所述继电器的控制端和所述主控器连接。
进一步地，所述电量采集模块包括依次连接的交流互感器、滤波电路和隔离放大电路，所述隔离放大电路和所述主控器连接。
进一步地，所述智能配电箱还包括：声光报警模块，所述声光报警模块和所述主控器连接，用于在用电异常时进行声光报警。
进一步地，所述主控模块还包括按键，所述按键和所述主控器连接用于参数和数据的参看。
进一步地，所述智能配电箱还包括：电源模块，所述电源模块采用AC-DC转换器将工频交流电转换为直流电供智能配电箱使用。
根据本发明具体实施方式提供的一种配电系统，包括：监控平台以及与所述监控平台连接的如上所述的智能配电箱，所述监控平台用于箱门卡片的授权和接收用电量数据。
本发明的有益效果为：具有操作卡的员工读卡锁控模块刷卡才能打开配电箱门，同时主控模块控制相应的输出控制模块导通使相应的供电插座上电，使用户可以进行正常的接电使用，同时电量采集模快会对电量的使用情况进行相应的监控和计量并通过通信模块发送至监控平台，在出现用电异常时输出控制模块会立即断电保证了用电的安全。实现了对用电情况的实时监控和保证了用电的安全。
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是根据一示例性实施例提供的智能配电箱的原理图；
图2是根据一示例性实施例提供的智能配电箱的另一原理图；
图3是根据一示例性实施例提供的智能配电箱的箱体图；
图4是根据一示例性实施例提供的主控器的电路图；
图5是根据一示例性实施例提供的主控器的晶振电路图；
图6是根据一示例性实施例提供的主控器的电源电路；
图7是根据一示例性实施例提供的按键电路；
图8是根据一示例性实施例提供的显示屏电路；
图9是根据一示例性实施例提供的背光电路；
图10是根据一示例性实施例提供的存储芯片电路；
图11是根据一示例性实施例提供的SD卡扩展电路；
图12是根据一示例性实施例提供的隔离放大电路；
图13是根据一示例性实施例提供的滤波电路；
图14是根据一示例性实施例提供的指示灯的电路图。
附图标记
1-天线；2-RFID读卡线圈；3-空开；4-漏电保护模块；5-显示屏；6-箱门；7-进线孔；8-出线孔；9-控制板；10-电控锁；11-接线柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参照图1所示，本发明的实施例提供了一种智能配电箱，包括配电箱本体，还包括：设置在配电箱本体中的读卡锁控模块、输出控制模块、电量采集模快、通信模块和主控模块；
读卡锁控模块、输出控制模块、电量采集模快和通信模块均和主控模块电连接；
输出控制模块设置在配电箱本体内的电源线和用电插座之间；
读卡锁控模块在读取到相匹配的卡片信号后打开配电箱本体的箱门，并触发主控模块使相应的输出控制模块导通为用电插座供电；
输出控制模块还用于在用电插座用电异常时停止供电；
电量采集模块用于采集用电插座的电量信息，主控模块还用于将电量信息通过通信模块发送至监控平台。
具体的，施工方会给施工人员配发相应的操作卡，在对应的配电箱体上刷卡，与施工人员需要使用的电压和电流相符合的插头将会在主控模块的控制下导通，使相应的用电插座带电，从而供施工人员使用。同时电量采集模块会对插座的用电信息进行实时的监控，包括电流、电压、功率等进行监控，通过通信模块发送至监控平台供后方的施工监控人员进行查看，从而实现了对配电箱用电情况的实时监控，并且在出现过流、温度过高等情况时输出控制模块会断开为插座供电的线路从而保证了用电的安全。
为进一步优化该技术方案，参照图2所示在本发明的另一具体实施例中还包括：漏电保护模块，漏电保护模块设置在配电箱本体的电源线的进线侧，在发生漏电时切断供电；声光报警模块和主控器连接，用于在用电异常时进行声光报警；以及电源模块，电源模块采用AC-DC转换器将工频交流电转换为直流电供智能配电箱使用。
其中漏电保护模块可采用现有技术中常用的漏电保护设备进行设置，本发明在此不再赘述。
在具体实现过程中，配电箱对配电室内的380、220V检修电源进行管理，对外提供常用的电源接口，以供检修设备使用电源，实时监测配电箱输出的电源漏电情况，一旦用电设备或者系统发生故障导致人体触电或者对地漏电，漏电保护器会立即动作断开整个供电系统，防止人员和设备收到电机损伤，同时声光报警模块会进行相应的报警以提示工作人员进行查看。
作为上述实施例可行的实现方式，参照3所示的配电箱本体的结构图所示，配电箱本体是整套系统外包裹的外壳，箱体内部拥有支撑排架，为内部其他部件提供支撑和保护作用。箱体底部具有开孔，电源进线端通过此孔进入内部链接到漏电保护模块中电源线由进线孔7进入配线箱内并和设置于配电箱上部的空开3和漏电保护模块4连接，起到漏电保护的作用，并通过出线孔8接出。
读卡锁控模块安装在箱门6上，包括RFID读卡线圈2和电控锁10两部分。RFID模块和读卡线圈配合监测卡片信息，当用户或者管理员将卡片放置于读卡区域内，读卡芯片感应内部信息并传输到主控模快中。电控锁控制箱门6的开启关闭，当主控模块发出信号，电控锁执行对应动作，接线柱可用于用户的接线使用。电控锁10可采用常用的电磁锁等电子锁本发明在此不做限制。
主控模块包括主控器和显示屏5，主控器可集成在控制板9上，读卡锁控模块、输出控制模块、电量采集模快和通信模块均和主控器电连接，显示屏5和主控器连接用于显示用电信息和异常信息。主控器可设置于主控板上通过线路和设置于箱门6上的显示屏连接。
输出控制模块包括：断路器、继电器和交流接触器，所述断路器、继电器和交流接触器相串联构成控制电路，其中继电器的控制端和主控器连接。输出控制模快包括大功率断路器、继电器和交流接触器三部分。当主控器检测到开箱门用户拥有用电权限后，主控模快发出控制信号，断路器、继电器和交流接触器闭合，接通电源到箱内的用电插座上的接线柱11，为用户提供电源。
电量采集模块包括依次连接的交流互感器、滤波电路和隔离放大电路，隔离放大电路和主控器连接。
在具体实施过程中可电量采集模快包括交流互感器、滤波电路、保护电路和隔离放大电路，当主控器开启对外供电，用户设备正常工作后，通过交流互感器的电源线形成回路在电流互感器上产生感应型号，经过放大隔离等电路将信号传输到主控模块，主控器计算得到电压、负载电流、功率和累计使用电量等信息。
声光报警模块具体体现为在箱体顶部和底部分别安装警示灯和扬声器，当主控监测到电流过流、都路器超温等不正常信号时，主控控制声光报警信号发出报警信息，并延时断开接触器，提醒用户查看。
通信模块可采用4G模组和天线配合，负责接入因特网，4G模组没有固定的公网ip，所以自身作为客户端，与服务器建立TCP长连接，主控将采集到的电量消耗信息实时上传到云服务器监控平台、与此同时，主控器接收云服务器下发的控制信号，执行开锁等动作。该4G模组可采用本领域技术人员所熟知的模组，本发明在此不做限制。
工作电源模块是AC-DC转换器，将工频交流电转换为系统工作时所需要的的12V直流电压，提供给继电器接触器使用，同时系统内置的DC-DC转换电路进一步的将12V降压至5V、3.3V提供给主控器使用，可采用常用的DC-DC转换电路进行电压的转换本发明在此不做限制。
在本发明的一些具体实施例中主控模块还包括按键，按键和主控器连接用于参数和数据的参看。通过按键可手动查看相关的用电信息和异常信息。
参照图4至图13所示为各主要组成部分的电路图，其中图4至图6所示为主控器的电路图，主控器采用STM32F系列单片机，采用5V供电电路进行供电，并匹配相应的晶振电路提供工作频率。
图7所示为按键的电路图，通过按键进行主控器参数和功能的选择。
图8所示为显示屏的电路图，与其相匹配的图9为显示屏的背光源的电路，可为显示屏提供相应的背光，从而提高显示屏的亮度和显示的效果更加便于用户的查看。
图10为存储芯片的电路图，可存储相应的用电量等数据，同时还设有图11所示的SD卡电路，在存储芯片的容量不足的情况下，可采用插入SD卡来扩展存储的容量供用户使用。
图12和图13分别为隔离放大电路和滤波电路的电路图，隔离放大电路起到隔离交直流和放大的作用，滤波电路可滤除抖动波形使测量的结果更加的准确可靠。
还有图14所示的指示灯电路图，可指示相应的供电插座被上电后，相应的指示灯点亮，起到指示说明的作用。
需要说明的是以上未提及的各组成部分的电路图均可采用本领域所熟知的电路结构和相应的设备，本发明在此不做限制。
基于同样的设计思路本发明的实施例还提供了一种配电系统，包括：监控平台以及与监控平台连接的以上实施例所述的智能配电箱，监控平台用于箱门卡片的授权和接收用电量数据。
作为具体的实现方式，监控平台可基于云平台进行搭建，使用微服务架构前后端分离模式进行构建，后端服务整体分为设备接入服务、业务后台服务、接口服务三部分；前端分为后台管理系统页面和小程序或者APP两部分。
后端程序中接入系统服务负责与多个智能检修箱建立长连接，采用mqtt协议进行通信；
配电箱中主控器通过通信模块订阅与自己唯一id相关联的唯一性Topic，接收解析系统服务发布的消息。另外智能检修箱发布信息到系统提供的Topic，上报电量信息。当系统收到电量信息后统一打包汇总到业务后台微服务处理。具体来说设备接入系统服务负责设备接入鉴权、设备主题鉴权、设备数据处理与业务后台进行通信三部分功能。
业务后台服务是整个软件系统的核心，负责用户管理、检修箱管理、施工申请、审批等业务流程。业务后台与接入服务长连接，根据业务情况可执行跨服务调用。当用户在后台管理页面发出开锁信号时，通过接口服务传递到业务后台，业务后台查询数据库得到智能检修箱相关信息，调用系统接入服务将开锁命令下发到智能检修箱。当业务后台服务受到接入系统服务传递来的智能检修箱上报的电量信息时，将其处理存储到数据库中。
接口服务是业务后台提供将实体数据的通道，通过http接口暴露给后台前端页面和手机页面、小程序等客户端进行调用。
后台管理系统前端页面采用SPA技术，单页面整合所有服务，主要提供整套系统的后台控制入口，包括下发控制信息，卡片授权等操作。
小程序和手机客户端负责扫码登记用电申请，查看用电记录，是用户的使用终端入口。
作为上述实施例的应用，操作卡可分为操作人员工作卡，管理人员使用的管理卡监控平台负责对用电请求进行授权、用电情况进行监督：
施工方通过扫描后台管理系统或者检修箱上面的二维码填写用电申请，其中包括用电电压、用电最大电流、施工位置、用电时长、施工单位、施工内容、负责人等信息。
监控平台将会自动获取用户提交的申请由管理人员审核并打印申请书，施工方、施工负责人签字；管理人员为其开卡。
施工人员携带操作卡前往现场，在对应配电箱上刷卡，与施工人员申请电压、电流相符合的插头将会自动导通；指示灯亮起，开启计时。
运行中检修电源控制箱实时与监控后台通讯，失去联系1分钟后断开电源，申请用电时间到达断开电源、过流、断路器超温、漏电断路器断开；并在运行中对断路器的状态进行分析，以及控制器自身的元器件健康程度进行检测，这些数据将会统一汇总到监控后台，提供保养、维护、使用建议。
本发明上述实施例所提供的智能配电箱和配电系统，实现了施工现场用电的实时监控，保证了用电的安全，为供电管理人员提供可量化的用电数据，同时可以合理安排智能供电箱的使用时间，保护用电人员安全，具有极大的经济效益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能配电箱，包括配电箱本体，其特征在于还包括：设置在所述配电箱本体中的读卡锁控模块、输出控制模块、电量采集模快、通信模块和主控模块；
所述读卡锁控模块、所述输出控制模块、所述电量采集模快和所述通信模块均和所述主控模块电连接；
所述输出控制模块设置在所述配电箱本体内的电源线和用电插座之间；
所述读卡锁控模块在读取到相匹配的卡片信号后打开所述配电箱本体的箱门，并触发所述主控模块使相应的所述输出控制模块导通为用电插座供电；
所述输出控制模块还用于在用电插座用电异常时停止供电；
所述电量采集模块用于采集用电插座的电量信息，所述主控模块还用于将所述电量信息通过所述通信模块发送至监控平台。
2.根据权利要求1所述的智能配电箱，其特征在于，还包括：漏电保护模块，所述漏电保护模块设置在所述配电箱本体的电源线的进线侧，在发生漏电时切断供电。
3.根据权利要求1所述的智能配电箱，其特征在于，所述主控模块包括主控器和显示屏，所述读卡锁控模块、所述输出控制模块、所述电量采集模快和所述通信模块均和所述主控器电连接，所述显示屏和所述主控器连接用于显示用电信息和异常信息。
4.根据权利要求3所述的智能配电箱，其特征在于，所述读卡锁控模块包括RFID读卡线圈和电控锁，所述RFID读卡线圈和所述电控锁均和所述主控器连接，所述电控锁设置在所述配电箱本体的箱门上，所述主控器用于在所述RFID读卡线圈读取到相匹配的卡片信号后打开所述配电箱本体的箱门，并触发所述主控模块使相应的所述输出控制模块导通为用电插座供电。
5.根据权利要求3所述的智能配电箱，其特征在于，所述输出控制模块包括：断路器、继电器和交流接触器，所述断路器、所述继电器和所述交流接触器相串联构成控制电路，其中所述继电器的控制端和所述主控器连接。
6.根据权利要求3所述智能配电箱，其特征在于，所述电量采集模块包括依次连接的交流互感器、滤波电路和隔离放大电路，所述隔离放大电路和所述主控器连接。
7.根据权利要求3所述的智能配电箱，其特征在于，还包括：声光报警模块，所述声光报警模块和所述主控器连接，用于在用电异常时进行声光报警。
8.根据权利要求3所述的智能配电箱，其特征在于，所述主控模块还包括按键，所述按键和所述主控器连接用于参数和数据的参看。
9.根据权利要求1至8任一项所述的智能配电箱，其特征在于，还包括：电源模块，所述电源模块采用AC-DC转换器将工频交流电转换为直流电供智能配电箱使用。
10.一种配电系统，其特征在于，包括：监控平台以及与所述监控平台连接的如权利要求1至9任一项所述的智能配电箱，所述监控平台用于箱门卡片的授权和接收用电量数据。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113315223A (zh) * 2021-04-28 2021-08-27 航粤智能电气股份有限公司 一种智能配电箱及智能配电系统
CN114639226A (zh) * 2022-03-17 2022-06-17 国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司 一种具有漏电报警功能的三维机房设备信息采集系统

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