CN112737105B - 一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，包括CPU控制模块、工业以太网及串口通信模块、人机交互模块、故障录波模块、电源模块、数据总线模块、LORA无线通信模块、看门狗及复位模块、开出量模块、开入量模块和交流采样调理模块，采用LORA物联网无线通信技术，打破了传统工业现场总线通信的常规，通信无线化，达到降本增效的效果；其次，充分发挥移动物联网的优势，使用户可以随时随地、快捷高效地实时监控供用电状态；基于物联网云平台进行数据汇总、智能分析、深度挖掘，实现智能监控、精准防御、隐患预警和故障定位，并能随时创建制造商、用户、供电局、安装单位的互动沟通和联合会诊，保障电网供电的可靠性和安全性。

Description

一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统
技术领域
本发明涉及的是电力物联网技术领域，具体为一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统。
背景技术
电能是一种以接近光速同时完成生产、输送、分配和使用的特殊能源，应用在国民经济的方方面面，随着国民经济的快速发展，电力用户的规模不断扩大，用电需求更是屡创新高，电能中断或不足，不仅直接影响各个部门的生产，造成人民生活紊乱，在某些情况下甚至会造成经济上的损失或极其严重的社会性灾难。因此，要求电能供应必须高度可靠，保证对用户供电的连续性。继电保护装置是电网安全稳定运行的“第一道防线”，肩负着重要使命，实时采集电力运行数据，监测电力设备的运行状态，当发现异常时及时报警，出现事故时能快速切除隔离故障设备，防止事故进一步扩大，因此在国内外的各电力系统中都得到广泛的应用。
如今，在日新月异的新科技推动下，人类正在进入一个全新的物联网时代，“打破孤岛”、"物物互联"和"数据上云"成了科技发展的新趋势。继电保护装置使用过程中，由于设计背景、理念思维、制造工艺、技术迭代、应用场景变化等因素影响，造成传统的继电保护装置实际运行应用和现今的技术发展趋势越来越不相适应，不能满足现代网络化智能化的要求。现有的继电保护装置不能提供系统运行中全部参数，大多不具备物联网功能，通常以传统的现场工业总线为主实现监控，比如CAN或者RS485/422总线，数据传输效率低、延时大、无法实现通信无线化，布线繁琐，工作量大，成本高，后期维护麻烦，不能适用那些通信距离、开挖、布线受限的应用场景。
随着云技术的兴起，"数据上云"也成为了新技术的趋势，云技术为产品功能的延伸提供了条件，传统的监控方式正在面临变革，通过微机保护装置采集上来的海量数据，传统监控里大多没有能得到综合利用，而采用云技术，通过数据上云可以提供更多的汇总分析、智能挖掘和高级应用，用户基于云端服务器，可以实现随时随地浏览数据，监控设备，遥控开关、查询运行趋势和处理隐患，继电保护装置数据接入云平台，进行汇总分析处理，可以为基于云端的更多高级应用提供底层数据及技术支撑。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上所提出的问题，而提出的一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括CPU控制模块、工业以太网及串口通信模块、人机交互模块、故障录波模块、电源模块、数据总线模块、LORA无线通信模块、看门狗及复位模块、开出量模块、开入量模块和交流采样调理模块，其特征在于：所述CPU控制模块通过线性连接有数据总线模块，所述CPU控制模块包含CPU芯片，卫星对时模块、保护诊断模块、FFT模块、存储器和故障自检模块，所述数据总线模块通过线性连接有通信模块，所述通信模块包括通信光电隔离模块、RS485通信模块、RJ45以太网通信模块和WIFI无线模块，所述数据总线模块通过线性连接有人机交互模块，所述人机交互模块由液晶显示屏、信号指示灯和操作按键组成，所述数据总线模块通过线性连接有故障录波模块和电源模块，所述LORA无线通信模块与数据总线模块为双向连接，所述看门狗及复位模块、开出量模块和开入量模块与数据总线模块均为线性连接，所述开出量模块包括DO输出电路、第一光电隔离和DO接口回路，所述开入量模块包括包括DI输入电路、第二光电隔离和DI输入回路，所述交流采样调理模块与数据总线模块通过线性连接，所述交流采样调理模块包括精密电流/电压变换器、低通滤波电路和A/D转换，所述LORA无线通信模块通过无线信号连接有LORA网关，所述LORA网关通过工业以太网络通信连接有云端服务器，所述LORA无线通信模块上设有射频天线。
优选的，所述通信光电隔离模块采用TLP521系列芯片，用于实现输入输出电气隔离，提高抗干扰能力，所述RS485通信模块采用通信芯片为75LBC184，用于实现常规的基于MODBUS扩展规约的串口双向通信，所述RJ45以太网通信模块采用W7500P芯片，用于实现工业以太网有线通信，提供信息高速通道，所述WIFI无线模块采用ESP8266芯片，用于提供基于以太网的无线通信方式或作为通信调试和程序升级接口。
优选的，所述液晶显示屏采用触摸屏，所述液晶显示屏与操作按键互为热备用，所述信号指示灯包括电源指示灯、运行灯、故障灯、预警灯、事故灯、开关分位灯、开关合位灯、装置自检报警灯，所述操作按键设置按键防护套。
优选的，所述开入量模块检测外部开入信号，外部开入量信号通过光电隔离后输入到数据总线模块，通过反抖动滤波及检测管脚的高低电平检测开关量的状态，所述DI输入电路设置有滤波回路，防止干扰，支持有源和无源输入，采用常开接点或常闭接点，所述第二光电隔离采用TLP521系列芯片，主要用于实现输入输出电气隔离，提高回路抗干扰能力，所述DI输入回路采用74HC273芯片，用于实现将信号转换，以适应输入CPU芯片的要求，所述开入量模块采用TP232欧式插座与数据总线模块连接。
优选的，所述LORA无线通信模块采用LORA扩频技术，主要用于实现通信无线化，所述LORA无线通信模块采用Semtech公司的SX1302器件，所述SX1302器件采用LORATM扩频调制跳频技术,具有高达-142.5dBm的接收灵敏度、49个LORA“虚拟”通道和10个通信信道，所述LORA无线通信模块通过SPI接口与CPU芯片通信，通信协议采用MODBUS扩展规约。
优选的，所述故障录波模块软件采用嵌入式系统，硬件采用ARM平台，主要用于故障前、故障中、故障后三个阶段的稳态和暂态录波。
优选的，所述看门狗及复位模块(8)采用MAX813看门狗芯片。
优选的，所述DO输出电路采用PA1A-24V固态继电器，采用继电器空节点输出方式，所述第一光电隔离采用TLP521系列芯片，主要用于实现电气隔离，提高回路抗干扰能力，防止继电器抖动，所述DO接口回路采用TI公司的ULN2003控制芯片，用于与数据总线模块的连接，所述开出量模块采用TP232欧式插座数据总线模块连接。
优选的，所述精密电流/电压变换器包括若干精密电流/
电压互感器，所述低通滤波电路用于实现滤波，将采集到的模拟量数据经过低通滤波处理，防止干扰信号进入所述CPU芯片，造成误动作，所述A/D转换，用于完成模数转换，方便CPU芯片进行数据分析处理，所述交流采样调理模块采用TP232欧式插座与数据总线模块连接。
优选的，所述CPU控制模块采用TP396欧式插座与数据总线模块连接，所述的CPU芯片采用DSP33F和ARM芯片，内嵌嵌入式操作系统，用于启动并初始化系统，控制程序流程、处理中断请求、收发数据的作用，所述卫星对时模块，采用外部时钟M8030芯片，支持北斗和GPS双模对时，所述保护诊断模块用于分析数据，通过与设置的整定值进行比较，评判是否存在异常、故障或者事故并进行相应的处理，所述FFT模块可以针对采集到的模拟量信号做快速傅里叶变换，实现降噪滤波，得到分解波数组的频率、振幅、初相位数组，所述存储器包括ROM、RAM、EPROM，用于保存数据、参数及整定值，所述故障自检模块用于在线实时监测装置的运行状态，所述CPU控制模块内置有故障诊断算法和运行嵌入式系统程序A，所述嵌入式系统程序A的流程为：
S1：装置上电开始运行；
S2：清看门狗及复位模块；
S3：装置初始化，包括对CPU芯片、卫星对时模块、整定值、液晶显示屏、RS485通信模块、RJ45以太网通信模块、LORA无线通信模块及其他数据初始化；
S4：装置自检，通过故障自检模块检测装置本身是否存在模块问题，若YES，执行S5，若NO，执行S6；
S5，闭锁装置并进行报警，等待人工处理；
S6：开中断，包括开定时采样中断、保护中断、通信中断；。
S7：数据采集，包括采集电流、电压、谐波和开关量；
S8：故障诊断是否存在故障，若YES，执行S9，若NO，执行S10；
S9：发跳闸命令并报警，将故障元件切除，同时进行SOE记录和故障录波。
S10：液晶显示，通过液晶显示屏呈现实时数据、设备状态和故障信息；
S11：通信，通过工业以太网及串口通信模块、LORA无线通信模块实现与云端服务器双向通信，包括发送实时数据、设备状态、故障信息及接收遥控命令，该步骤结束后进入S4继续下一个循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，1、采用LORA物联网无线通信技术，特别适用于不能开挖不方便布线的应用场景，打破了传统一直采用工业现场总线通信的常规，通信无线化，节约了综合布线的线缆光缆成本投入，降低安装工作量和难度，简化工序缩短了工期，解决了采用工业总线的线缆及接头老化问题，后期维护更换更加方便快捷，而且具有低功耗、抗干扰、传输距离远、数据吞吐量大等优势，达到降本增效的效果；
2、充分发挥移动物联网的优势，延伸了产品的应用功能和场景，实现无人巡检,故障问题快速定位,无人值守监测,智能配电安全预警,电力谐波量监测,电力能耗综合统计等功能,可以将高压电力设备的三相电压值、三相电流值、无功与有功功率值、谐波、开关量等数据采集统一汇总到网关终端然后再上传到云服务器上，使用户可以随时随地、快捷高效地实时监控供用电状态，能够快速高效的发现问题并及时对问题进行处理；
3、采用集成化模块化的设计，基于数据采集智能分析供用电情况，实现精准监控，智能防御，实现隐患预警和故障定位，保障电网供电的可靠性和安全性，防止重大责任事故发生。
附图说明
图1为本发明基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统的原理框图。
图2为本发明基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统LORA无线通信模块原理框图。
图3为本发明基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统的主程序流程框图。
图中：1-CPU控制模块，1-1-CPU芯片，1-2-卫星对时模块，1-3-保护诊断模块，1-4-FFT模块，1-5-存储器，1-6-故障自检模块，2-工业以太网及串口通信模块，2-1-RJ45以太网通信模块，2-2-RS485通信模块，2-3-通信光电隔离模块，2-4-WIFI无线模块，3-人机交互模块，3-1-液晶显示屏，3-2-信号指示灯，3-3-操作按键，4-故障录波模块，5-电源模块，6-数据总线模块，7-LORA无线通信模块，8-看门狗及复位模块，9-开出量模块，9-1-DO输出电路，9-2第一光电隔离，9-3-DO接口回路，10-开入量模块，10-1-DI输入电路，10-2-第二光电隔离，10-3-DI输入回路，11-交流采样调理模块，11-1-精密电流/电压变换器，11-2-低通滤波电路，11-3-A/D转换，12-LORA网关，13-云端服务器，15-射频天线。
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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：包括CPU控制模块1、工业以太网及串口通信模块2、人机交互模块3、故障录波模块4、电源模块5、数据总线模块6、LORA无线通信模块7、看门狗及复位模块8、开出量模块9、开入量模块10和交流采样调理模块11，其特征在于：所述CPU控制模块1通过线性连接有数据总线模块6，CPU控制模块1作为数据分析和处理的核心，综合协调控制整个装置运行，所述CPU控制模块1包含CPU芯片1-1，卫星对时模块1-2、保护诊断模块1-3、FFT模块1-4、存储器1-5和故障自检模块1-6，所述数据总线模块6通过线性连接有通信模块2，所述通信模块2包括通信光电隔离模块2-3、RS485通信模块2-2、RJ45以太网通信模块2-1和WIFI无线模块2-4，所述数据总线模块6通过线性连接有人机交互模块3，所述人机交互模块3由液晶显示屏3-1、信号指示灯3-2和操作按键3-3组成，主要用于实现查看数据、设置定值、调试检测等人机交互，所述数据总线模块6通过线性连接有故障录波模块4和电源模块5，电源模块5给装置提供电源，输入电源为自适应模式，支持交流直流电压，电压范围支持40V-300V，输出两路直流电源：一路24V，主要用于驱动开出量模块9上的继电器和开入量模块10的开关量采集电路；一路5V，主要用于为CPU控制模块1、通信模块2、LORA无线通信模块7及看门狗及复位模块8提供电源，所述LORA无线通信模块7与数据总线模块6为双向连接，所述看门狗及复位模块8、开出量模块9和开入量模块10与数据总线模块6均为线性连接，所述开出量模块9包括DO输出电路9-1、光电隔离9-2和DO接口回路9-3，所述开入量模块10包括包括DI输入电路10-1、第二光电隔离10-2和DI输入回路10-3，主要用于采集外部开入量信号，实现对高压电力设备的状态监测，所述交流采样调理模块11与数据总线模块6通过线性连接，所述交流采样调理模块11包括精密电流/电压变换器11-1、低通滤波电路11-2和A/D转换11-3，主要用于模拟量海量数据在线实时采集，所述LORA无线通信模块7通过无线信号连接有LORA网关12，所述LORA网关12通过工业以太网络通信连接有云端服务器13，所述LORA网关12与LORA无线通信模块7通过LORA无线网双向通信，不同的LORA无线通信模块7具有不同的身份ID，通过身份ID能识别不同的LORA模块，LORA模块将收到的数据通过SPI发送给所述CPU芯片1-1，CPU芯片1-1对接收的数据作出应答，实现智能监控管理的功能，LORA无线通信模块通过SPI接口与不同场所下的保护装置通讯，保护装置将采集的数据经过LORA模块上传，数据通过LORA无线通讯网将信息上传至LORA网关，采用简单的星型网络架构，实现无损失、无延时的无线传输，使得数据交互，易于扩展，LORA无线通信模块7主要是将CPU控制模块1处理的电压、电流、谐波、有功功率、无功功率、开关量信息等上传到LORA网关12上，LORA网关12再将数据上传到云服务器13上，实现远程实时监控，LORA无线通信模块7将保护装置采集的电量参数以及开关量以及报警信息等发送到LORA网关12，LORA网关12再将数据上传到云服务器13上，云服务器13将关键电量参数以及报警信息显示出来，工作人员可以通过电脑或手机端APP实时查看，并分析判断现场电力设备的运行情况，同时也可以了解项目现场电量情况，给用户方提供可靠的负荷、趋势曲线及各类报表，向客户给出合理供用电调配策略等等。本发明能实现无人巡检,故障问题快速定位,无人值守监测,智能配电安全预警,电力谐波量监测,电力能耗综合统计等功能，可以将电力装置柜中的三相电压值、三相电流值、无功与有功功率值、谐波、开关量等数据采集统一汇总到LORA网关12然后再上传到云服务器13上，专业技术人员可以通过后台云服务单元数据查看分析实际现场的电力设备运行状况，工作人员根据数据可以有效预防电网设备异常情况,实现高压设备的物联网链接,能够快速高效的发现问题并及时进行处理，实现精准防护，智能主动防御，实现隐患预警和故障定位，防止重大责任事故发生，所述LORA无线通信模块7上设有射频天线15；
所述通信光电隔离模块2-3采用TLP521系列芯片，用于实现输入输出电气隔离，提高抗干扰能力，所述RS485通信模块2-2采用通信芯片为75LBC184，用于实现常规的基于MODBUS扩展规约的串口双向通信，所述RJ45以太网通信模块2-1采用W7500P芯片，用于实现工业以太网有线通信，提供信息高速通道，所述WIFI无线模块2-4采用ESP8266芯片，用于提供基于以太网的无线通信方式或作为通信调试和程序升级接口，所述液晶显示屏3-1采用触摸屏，所述液晶显示屏3-1与操作按键3-3互为热备用，所述信号指示灯3-2包括电源指示灯、运行灯、故障灯、预警灯、事故灯、开关分位灯、开关合位灯、装置自检报警灯，所述操作按键3-3设置按键防护套；
所述开入量模块10检测外部开入信号，外部开入量信号通过光电隔离后输入到数据总线模块6，通过反抖动滤波及检测管脚的高低电平检测开关量的状态，所述DI输入电路10-1设置有滤波回路，防止干扰，支持有源和无源输入，采用常开接点或常闭接点，所述第二光电隔离10-2采用TLP521系列芯片，主要用于实现输入输出电气隔离，提高回路抗干扰能力，所述DI输入回路10-3采用74HC273芯片，带ESD保护，宽温工作范围，用于实现将信号转换，以适应输入CPU芯片1-1的要求，所述开入量模块10采用TP232欧式插座与数据总线模块6连接，
所述LORA无线通信模块7采用LORA扩频技术，主要用于实现通信无线化，以替代传统的采用工业总线的有线通信方式，节约综合布线的线缆光缆成本投入，降低安装工作量和难度，简化工序缩短了工期，解决了采用工业总线的线缆及接头老化问题，后期维护更换更加方便快捷，而且具有低功耗、抗干扰、传播距离远、数据吞吐量大的优势，所述LORA无线通信模块7采用Semtech公司的SX1302器件，所述SX1302器件采用LORATM扩频调制跳频技术,具有高达-142.5dBm的接收灵敏度、49个LORA“虚拟”通道和10个通信信道，所述LORA无线通信模块7通过SPI接口与CPU芯片1-1通信，通信协议采用MODBUS扩展规约，所述故障录波模块4软件采用嵌入式系统，硬件采用ARM平台，主要用于故障前、故障中、故障后三个阶段的稳态和暂态录波；
所述看门狗及复位模块8采用MAX813看门狗芯片，主要用于监控主程序的运行，防止程序跑飞，确保装置不宕机；
所述DO输出电路9-1采用PA1A-24V固态继电器，采用继电器空节点输出方式，所述第一光电隔离9-2采用TLP521系列芯片，主要用于实现电气隔离，提高回路抗干扰能力，防止继电器抖动，所述DO接口回路9-3采用TI公司的ULN2003控制芯片，用于与数据总线模块6的连接，支持高耐压、大电流控制，确保安全性可靠性，所述开出量模块9采用TP232欧式插座数据总线模块6连接，主要用于实现控制信号输出，以实现执行分/合断路器、分/合负荷开关及故障/事故报警输出操作；
所述精密电流/电压变换器11-1包括若干精密电流/电压互感器，主要用于将输入端交流电流/电压转换为满足所述CPU芯片1-1要求的电压信号，电流互感器的变比为100A/1.414V，电压互感器的变比为120V/1.414V，所述低通滤波电路11-2用于实现滤波，将采集到的模拟量数据经过低通滤波处理，防止干扰信号进入所述CPU芯片1-1，造成误动作，所述A/D转换11-3，用于完成模数转换，方便CPU芯片1-1进行数据分析处理，所述交流采样调理模块11采用TP232欧式插座与数据总线模块6连接，
所述CPU控制模块1采用TP396欧式插座与数据总线模块6连接，具有体积小、过渡电阻低及连接可靠的优点，所述的CPU芯片1-1采用DSP33F和ARM芯片，内嵌嵌入式操作系统，用于启动并初始化系统，控制程序流程、处理中断请求、收发数据的作用，具有先进的内核结构、高速运算能力和实时信号处理的优点，所述卫星对时模块1-2，采用外部时钟M8030芯片，支持北斗和GPS双模对时，对时速度快精度高、简单高效，所述保护诊断模块1-3用于分析数据，通过与设置的整定值进行比较，评判是否存在异常、故障或者事故并进行相应的处理，所述FFT模块1-4可以针对采集到的模拟量信号做快速傅里叶变换，实现降噪滤波，得到分解波数组的频率、振幅、初相位数组，所述存储器1-5包括ROM、RAM、EPROM，用于保存数据、参数及整定值，所述故障自检模块1-6用于在线实时监测装置的运行状态，当发现异常或者故障时，发出报警信号，所述CPU控制模块1内置有故障诊断算法和运行嵌入式系统程序A，所述嵌入式系统程序A的流程为：
S1：装置上电开始运行；
S2：清看门狗及复位模块8；
S3：装置初始化，包括对CPU芯片1-1、卫星对时模块1-2、整定值、液晶显示屏3-1、RS485通信模块2-2、RJ45以太网通信模块2-1、LORA无线通信模块7及其他数据初始化；
S4：装置自检，通过故障自检模块1-6检测装置本身是否存在模块问题，若YES，执行S5，若NO，执行S6；
S5，闭锁装置并进行报警，等待人工处理；
S6：开中断，包括开定时采样中断、保护中断、通信中断；。
S7：数据采集，包括采集电流、电压、谐波和开关量；
S8：故障诊断是否存在故障，若YES，执行S9，若NO，执行S10；
S9：发跳闸命令并报警，将故障元件切除，同时进行SOE记录和故障录波。
S10：液晶显示，通过液晶显示屏呈现实时数据、设备状态和故障信息；
S11：通信，通过工业以太网及串口通信模块2、LORA无线通信模块7实现与云端服务器13双向通信，包括发送实时数据、设备状态、故障信息及接收遥控命令，该步骤结束后进入S4继续下一个循环。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，包括CPU控制模块(1)、工业以太网及串口通信模块(2)、人机交互模块(3)、故障录波模块(4)、电源模块(5)、数据总线模块(6)、LORA无线通信模块(7)、看门狗及复位模块(8)、开出量模块(9)、开入量模块(10)和交流采样调理模块(11)，其特征在于：所述CPU控制模块(1)通过线性连接有数据总线模块(6)，所述CPU控制模块(1)包含CPU芯片(1-1)，卫星对时模块(1-2)、保护诊断模块(1-3)、FFT模块(1-4)、存储器(1-5)和故障自检模块(1-6)，所述数据总线模块(6)通过线性连接有通信模块(2)，所述通信模块(2)包括通信光电隔离模块(2-3)、RS485通信模块(2-2)、RJ45以太网通信模块(2-1)和WIFI无线模块(2-4)，所述数据总线模块(6)通过线性连接有人机交互模块(3)，所述人机交互模块(3)由液晶显示屏(3-1)、信号指示灯(3-2)和操作按键(3-3)组成，所述数据总线模块(6)通过线性连接有故障录波模块(4)和电源模块(5)，所述LORA无线通信模块(7)与数据总线模块(6)为双向连接，所述看门狗及复位模块(8)、开出量模块(9)和开入量模块(10)与数据总线模块(6)均为线性连接，所述开出量模块(9)包括DO输出电路(9-1)、第一光电隔离(9-2)和DO接口回路(9-3)，所述开入量模块(10)包括包括DI输入电路(10-1)、第二光电隔离(10-2)和DI输入回路(10-3)，所述交流采样调理模块(11)与数据总线模块(6)通过线性连接，所述交流采样调理模块(11)包括精密电流/电压变换器(11-1)、低通滤波电路(11-2)和A/D转换(11-3)，所述LORA无线通信模块(7)通过无线信号连接有LORA网关(12)，所述LORA网关(12)通过工业以太网络通信连接有云端服务器(13)，所述LORA无线通信模块(7)上设有射频天线(15)，所述CPU控制模块(1)采用TP396欧式插座与数据总线模块(6)连接，所述的CPU芯片(1-1)采用DSP33F和ARM芯片，内嵌嵌入式操作系统，用于启动并初始化系统，控制程序流程、处理中断请求、收发数据的作用，所述卫星对时模块(1-2)，采用外部时钟M8030芯片，支持北斗和GPS双模对时，所述保护诊断模块(1-3)用于分析数据，通过与设置的整定值进行比较，评判是否存在异常、故障或者事故并进行相应的处理，所述FFT模块(1-4)可以针对采集到的模拟量信号做快速傅里叶变换，实现降噪滤波，得到分解波数组的频率、振幅、初相位数组，所述存储器(1-5)包括ROM、RAM、EPROM，用于保存数据、参数及整定值，所述故障自检模块(1-6)用于在线实时监测装置的运行状态，所述CPU控制模块(1)内置有故障诊断算法和运行嵌入式系统程序A，所述嵌入式系统程序A的流程为：
S1：装置上电开始运行；
S2：清看门狗及复位模块(8)；
S3：装置初始化，包括对CPU芯片(1-1)、卫星对时模块(1-2)、整定值、液晶显示屏(3-1)、RS485通信模块(2-2)、RJ45以太网通信模块(2-1)、LORA无线通信模块(7)及其他数据初始化；
S4：装置自检，通过故障自检模块(1-6)检测装置本身是否存在模块问题，若YES，执行S5，若NO，执行S6；
S5，闭锁装置并进行报警，等待人工处理；
S6：开中断，包括开定时采样中断、保护中断、通信中断；
S7：数据采集，包括采集电流、电压、谐波和开关量；
S8：故障诊断是否存在故障，若YES，执行S9，若NO，执行S10；
S9：发跳闸命令并报警，将故障元件切除，同时进行SOE记录和故障录波；
S10：液晶显示，通过液晶显示屏呈现实时数据、设备状态和故障信息；
S11：通信，通过工业以太网及串口通信模块(2)、LORA无线通信模块(7)实现与云端服务器(13)双向通信，包括发送实时数据、设备状态、故障信息及接收遥控命令，该步骤结束后进入S4继续下一个循环；
所述通信光电隔离模块(2-3)采用TLP521系列芯片，用于实现输入输出电气隔离，提高抗干扰能力，所述RS485通信模块(2-2)采用通信芯片为75LBC184，用于实现常规的基于MODBUS扩展规约的串口双向通信，所述RJ45以太网通信模块(2-1)采用W7500P芯片，用于实现工业以太网有线通信，提供信息高速通道，所述WIFI无线模块(2-4)采用ESP8266芯片，用于提供基于以太网的无线通信方式或作为通信调试和程序升级接口；
所述液晶显示屏(3-1)采用触摸屏，所述液晶显示屏(3-1)与操作按键(3-3)互为热备用，所述信号指示灯(3-2)包括电源指示灯、运行灯、故障灯、预警灯、事故灯、开关分位灯、开关合位灯、装置自检报警灯，所述操作按键(3-3)设置按键防护套；
所述开入量模块(10)检测外部开入信号，外部开入量信号通过光电隔离后输入到数据总线模块(6)，通过反抖动滤波及检测管脚的高低电平检测开关量的状态，所述DI输入电路(10-1)设置有滤波回路，防止干扰，支持有源和无源输入，采用常开接点或常闭接点，所述第二光电隔离(10-2)采用TLP521系列芯片，主要用于实现输入输出电气隔离，提高回路抗干扰能力，所述DI输入回路(10-3)采用74HC273芯片，用于实现将信号转换，以适应输入CPU芯片1-1的要求，所述开入量模块(10)采用TP232欧式插座与数据总线模块(6)连接；
所述LORA无线通信模块(7)采用LORA扩频技术，主要用于实现通信无线化，所述LORA无线通信模块(7)采用Semtech公司的SX1302器件，所述SX1302器件采用LORATM扩频调制跳频技术,具有高达-142.5dBm的接收灵敏度、49个LORA“虚拟”通道和10个通信信道，所述LORA无线通信模块(7)通过SPI接口与CPU芯片(1-1)通信，通信协议采用MODBUS扩展规约；
所述故障录波模块(4)软件采用嵌入式系统，硬件采用ARM平台，主要用于故障前、故障中、故障后三个阶段的稳态和暂态录波；
所述看门狗及复位模块(8)采用MAX813看门狗芯片；
所述DO输出电路(9-1)采用PA1A-24V固态继电器，采用继电器空节点输出方式，所述第一光电隔离(9-2)采用TLP521系列芯片，主要用于实现电气隔离，提高回路抗干扰能力，防止继电器抖动，所述DO接口回路(9-3)采用TI公司的ULN2003控制芯片，用于与数据总线模块6的连接，所述开出量模块(9)采用TP232欧式插座数据总线模块(6)连接；
所述精密电流/电压变换器(11-1)包括若干精密电流/电压互感器，所述低通滤波电路(11-2)用于实现滤波，将采集到的模拟量数据经过低通滤波处理，防止干扰信号进入所述CPU芯片(1-1)，造成误动作，所述A/D转换(11-3)，用于完成模数转换，方便CPU芯片(1-1)进行数据分析处理，所述交流采样调理模块(11)采用TP232欧式插座与数据总线模块(6)连接。
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