CN202362900U

CN202362900U - 一种集中器

Info

Publication number: CN202362900U
Application number: CN2011204315375U
Authority: CN
Inventors: 张家宪; 陈勇; 周萌; 廖春英
Original assignee: SHANGHAI LIANNENG METER CO Ltd
Current assignee: Ningbo Lianneng Instrument Co., Ltd.
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2021-11-03

Abstract

本实用新型涉及电力系统领域，是一种具有多种通信方式且支持远程集中抄表的集中器。它包括32位ARM处理器模块、存储模块、上行通信模块、下行通信模块、本地通信模块、交流采集模块、开关量输入模块、液晶显示模块；其中所述处理器模块分别与存储模块、上行通信模块、下行通信模块、本地通信模块、交流采集模块、开关量输入模块、液晶显示模块电连接。本实用新型提供多个通信模块接口，可采用不同通信方式，不仅提高了集中器与主站之间数据传输的可靠性，而且保证了采集系统抄表的成功率。同时，实现主集中器及从集中器与主站之间的数据交换，从而达到集抄系统的远程化、集中化、自动化的效果。

Description

一种集中器

技术领域

本实用新型涉及电力系统领域，具体地说，是一种具有多种通信方式且支持远程集中抄表的集中器。

背景技术

电力用户集抄系统是一种电能信息采集、处理和实时监控系统。在该系统中集中器是负责收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时与主站或采集器进行数据交换的设备。集中器能与主站通信，接收主站的命令，向主站传送数据，并且集中器应能接收并转发主站命令，对电能表进行数据的采集和控制。目前，集中器通常采用调制解调器配合公共交换电话网、电力线载波通信、无线通信等方式进行远程通讯，由于不同的通信方式在通信质量、响应速度、可靠性、通讯距离等上存在着不同的问题，因此，需要根据实际现场环境要求来选择不同的通信方式就显得十分突出。此外，现有的集中器还存在抄收率不高或不稳定、系统的前期调试工作繁重、维护工作量大的问题，无法实现集中器的集中化、自动化。因此，需要设计一种具有多种通信方式且支持远程集中抄表的集中器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有多种通信方式且支持远程集中抄表的集中器，不但解决了集中器与主站的可靠通信，而且可以实时、稳定、准确地抄读用电数据并监控各电能表，实现集抄系统的远程化、集中化、自动化。

为实现上述的目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种集中器包括ARM处理器模块、存储模块、上行通信模块、下行通信模块、本地通信模块、交流采集模块、开关量输入模块、液晶显示模块；所述ARM处理器模块分别与存储模块、上行通信模块、下行通信模块、本地通信模块、交流采集模块、开关量输入模块和液晶显示模块电连接。

其中，所述上行通信模块为通用分组无线传输业务(General Packet RadioServices，GPRS)/码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)模块、公共交换电话网模块、无线通信模块和以太网模块的任意一种。

所述下行通信模块为RS485模块和低电力线载波模块的任意一种。

所述本地通信模块为隔离RS485模块、以太网模块、USB模块和红外模块的任意一种。

所述存储模块包括闪存(FLASH)数据存储器和铁电随机存取内存(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)存储器。

所述的交流采集模块包括电能计量芯片、微型电压互感器、微型电流互感器及精密阻容元件电路；所述电能计量芯片采用ATT7022B芯片，且所述电能计量芯片通过串行总线接口与所述ARM处理器模块连接。

所述开关量输入模块采用光电隔离器件；所述开关量输入模块设置有两路遥信输入端子。

所述的液晶显示模块采用点阵液晶显示器。

本实用新型的积极效果在于：

(1)不仅提高了集中器与主站之间数据传输的可靠性，而且也保证了采集系统抄表的成功率。

(2)集中器的通信模块采用标准接口，有助于模块的互换和重用，从而避免系统设计的重复性劳动。

(3)通过集中器的上行通信模块与主站通信，实现主集中器及其级联的从集中器与主站之间的数据交换，从而达到集抄系统的远程化、集中化、自动化的效果。

附图说明

图1为包含本实用新型所述集中器的集采系统的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施方式所述集中器的结构示意图；

图中的标号分别为：

100、主站服务器；

200、集中器；201、级联集中器；

300、采集器(I或II)型；

400、电能表；401、电能表1；402、电能表2；403、电能表N；

1、ARM处理器模块；

2、下行通信模块；21、载波通信模块；

3、电源模块；4、键盘接口；

5、本地通信模块；51、红外模块；52、隔离485模块；

6、上行通信模块；61、GPRS模块；62、以太网模块；

7、开关量输入模块；8、液晶显示模块；

9、存储模块；91、SRAM；92、数据存储器；

11、交流采集模块；12、保护接口。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型集中器的具体实施方式，但是应该指出，本实用新型的实施不限于以下的实施方式

参见图1(包含本实用新型所述集中器的集采系统的结构示意图)，集采系统包括主站100、集中器200、级联集中器201、采集器300、电能表400。其中，所述集中器200通过通信模块与主站100连接，接收主站100的命令，向主站100传送数据，并且集中器200能转发主站100命令对电能表400进行数据的采集和控制。此外，集中器200及其级联的从集中器201进行数据交换，从而达到集抄系统的集中化的效果。

参见图2(本实用新型具体实施方式所述集中器的结构示意图)，一种集中器包括ARM处理器模块1、存储模块9、上行通信模块6、下行通信模块2、本地通信模块5、交流采集模块11、开关量输入模块7、液晶显示模块8。其中，所述ARM处理器模块1分别与存储模块9、上行通信模块6、下行通信模块2、本地通信模块5、交流采集模块11、开关量输入模块7、液晶显示模块8电连接。

其中，所述上行通信模块6为GPRS/CDMA模块、公共交换电话网模块、无线通信模块和以太网模块的任意一种。在本实用新型具体实施方式中，所述集中器通过GPRS模块61或以太网模块62与主站进行通信，接收主站的指令，将从采集器或电能表收集的数据传送给主站。

所述下行通信模块2为RS485模块和低电力线载波模块21的任意一种；在本实用新型具体实施方式中，所述集中器通过低电力线载波模块21与外部的I型、II型采集器相连；所述集中器通过RS485模块与外部的电能表相连，直接抄写电能表的数据，或所述集中器通过RS485模块与外部的级联从集中器连接，从而构成级联网络。在本实用新型具体实施方式中，所述集中器通过载波模块21与外部的I型、II型采集器相连。

所述本地通信模块5为隔离RS485模块、以太网模块、USB模块和红外模块的任意一种。其中，所述隔离RS485模块52用于校表过程和本地参数设置；所述USB模块可以作为现场终端数据的导入及导出接口。在本实用新型具体实施方式中，所述集中器通过隔离RS485模块52和红外模块51进行本地设置和维护。

所述存储模块9包括2片FLASH数据存储器92和铁电FRAM存储器91。其中，所述FLASH数据存储器92，记录庞大的历史数据。在本实用新型具体实施方式中，采用了2片大容量串行FLASH数据存储器AT45DB161芯片(可以存储2Mbytes)，擦写周期可以达到10万次以上；所述铁电FRAM系列存储器91，用于记录实时数据及参数，特别是容量较小而又频繁需要读写的内容。在本实用新型具体实施方式中，采用新型铁电FRAM系列存储器FM25LC64，其具有读写速度快、可擦写次数多(可以读写1010次)等特点。此外，采用64MB静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、32MB或非型闪存(Nor Flash)、256MB非线性闪存(NAND Flash)，用于满足嵌入式Linux操作系统的需求。

所述的交流采集模块11包括电能计量芯片、微型电压互感器、微型电流互感器及精密阻容元件电路，其中，所述电能计量芯片采用ATT7022B芯片。所述的交流采集模块11可用于采集有功和无功电能、有功和无功功率、功率因数、电压、电流及谐波的相关数据，通过ARM处理器1对电能质量的相关数据进行统计、分析后，将数据保存在存储模块9内等待外部的主站召测。这样，通过本实用新型对多条线路进行监视和控制，提高了电能质量。

所述的开关量输入模块7采用光电隔离器件。在本实用新型具体实施方式中，设置有两路遥信输入端子，用于检测多条线路的遥信状态信息。

所述的液晶显示模块8采用高清晰的点阵液晶显示器，支持汉字中文显示。

在本实用新型具体实施方式中，所述的集中器还包括键盘接口4，可用于连接外部的键盘，并与液晶显示模块8配合使用，便于对集中器进行配置设置和查看。

所述的电源模块3采用了电源变压器+低压差稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)的供电模式，变压器接入市电电源端通过安装压敏电阻、高频安规电容、铁氧体器件等方式消除电网干扰的影响。变压器输出经过整流滤波后到后级LDO线性稳压电路，可以进一步去除前级电源中的纹波，以便向核心板及通信模块供电。

以下给出本实施例所述集中器的功能及技术参数：

1、所述集中器的主要功能

1.1、集中器的功能配置表

集中器的功能配置如表1：

1.2、集中器主要功能说明

1.2.1、数据采集

1)采集数据类型

集中器采集各电能表数据包括：(电能数据保存时带有时标)

实时电能示值；

日零点冻结电能示值；

抄表日零点冻结电能示值等；

状态量采集实时采集开关位置状态和其它状态信息，发生变位时记入内存并在最近一次主站查询时向其发送该变位信号或主动上报；

重点用户采集集中器能管理20个用户为重点用户，采集间隔1小时，并生成曲线数据；

电能表运行状况监测集中器能监视电能表运行状况，当电能表发生参数变更、时钟超差或电能表故障等状况时，集中器按事件记录要求记录发生时间和异常数据。

2)采集方式

实时采集：集中器直接采集指定电能表的相应数据项，或采集采集器存储的各类电能数据、参数和事件数据。

定时自动采集：集中器根据主站设置的抄表方案自动采集采集器或电能表的数据。

自动补抄：集中器对在规定时间内未抄读到数据的电能表具有自动补抄功能。补抄失败时，生成事件记录，并向主站报告。

1.2.2、数据管理和存储

1)数据存储类型

集中器具有对采集数据进行分类存储功能，如日冻结数据、抄表日冻结数据、曲线数据、历史月数据等。曲线冻结数据密度由主站设置，最小冻结时间间隔为1h。

2)存储容量

集中器数据存储容量32M。

集中器管理的1500块单相电能表，三相电能表数量300块。

分类存储下列数据：1500块单相电能表和300块三相电能表的62个日零点(次日零点)冻结电能数据，12个月末零点(每月1日零点)冻结电能数据，以及255个重点用户10天的24个整点电能数据。

1.2.3、参数设置和查询

1)时钟

集中器可接收主站的时钟召测和对时命令，实现远程校时功能。计时单元的日计时误差≤±0.5s/d。

集中器能通过本地信道对系统内采集器进行广播对时或对电能表进行广播校时。

2)终端参数设置和查询

可远程或通过本地通信口设置集中器参数：

集中器档案；

集中器通信参数(主站通讯地址(包括主通道和备用通道)、通信协议、IP地址、振铃次数等)。

3)抄表参数设置和查询

可远程或本地设置和查询抄表方案，如集中器采集周期、抄表时间、采集数据项等。

1.2.4、事件记录

集中器能根据设置的事件属性，将事件按重要事件和一般事件分类记录。事件包括终端参数变更、抄表失败、终端停/上电，电能表时钟超差等。

集中器可主动向主站发送告警信息；集中器至少保存最近800条事件记录。

1.2.5、数据传输

1)、安全防护

集中器采用国家密码管理局认可的硬件安全模块实现数据的加解密。硬件安全模块支持对称密钥算法和非对称密钥算法。密钥算法符合国家密码管理相关政策，对称密钥算法使用SM1算法。

2)、通信信道

集中器上行通信通道：GPRS、CDMA、以太网、PSTN等

下行通信通道：电力线载波等。

3)、通信协议

集中器与主站的通信协议符合Q/GDW 375.1-2009的相关标准，可根据招标方要求支持扩展自定义协议，集中器与本地通信模块间满足Q/GDW 376.2-2009的相关要求。

4)通信单元性能

通信单元性能符合Q/GDW 374.3-2009相关要求。

1.2.6、本地功能

1)本地状态指示：电源、工作状态、通信状态等指示。

2)本地维护接口

具有本地维护接口，支持手持设备现场抄读电能量数据，并有权限和密码管理等安全措施，防止非授权人员操作。

3)本地扩展接口

具有本地通信接口，可抄读台区考核表数据，并支持配变监测的交采装置和无功补偿装置进行通信。

1.2.7、终端维护

1)自检和异常记录

集中器可自动进行自检，发现设备(包括通信)异常生成事件记录并主动告警。

2)初始化

集中器接收到主站下发的初始化命令后，分别对硬件、参数区、数据区进行初始化，参数区置为缺省值，数据区清零，控制解除。

3)远程软件升级

集中器支持主站对集中器进行远程在线软件下载升级，并支持断点续传。大大方便了集中器的维护工作。

2、集中器技术数据表

3、集中器电气性能

3.1工作电源

集中器使用交流三相四线供电，在断一相或两相电压的条件下，集中器能正常工作和通信。

工作电源额定电压：220V/380V±20％

工作电源额定频率：50Hz，允许偏差-6％～+2％。

3.2功率消耗

在非通信状态下，集中器消耗的视在功率小于15VA、有功功率小于10W。3.3机械影响

机械振动强度：

——频率范围：10Hz～150Hz；

——位移幅值：0.075mm(频率≤60Hz)；

——加速度幅值：10m/s2(频率60Hz)。

以上机械震动，集中器不失效和损坏。

3.4时钟和失电数据保持

供电电源中断后，集中器至少能保持时钟和数据一个月。电源恢复时，数据不丢失，内部时钟正常。

3.5抗接地故障能力

集中器的电源由非有效接地系统或中性点不接地系统的三相四线配电网供电时，在接地故障及相对地产生10％过电压的情况下，没有接地的两相能承受标称电压1.9倍的对地电压。供电恢复正常后，集中器正常工作，保存数据无异常。

3.6绝缘性能

1)绝缘电阻

集中器各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻：

额定绝缘电压：U≤60V测试电压：250V

60V＜U≤250V测试电压：500V

绝缘电阻：正常条件≥10M Ω；湿热条件≥2M Ω

2)绝缘强度

电源回路、交流电量输入回路、输出回路各自对地和电气隔离的各回路之间以及输出继电器常开触点回路之间，可耐受的交流电压，历时1min的绝缘强度试验。试验时不出现击穿、闪络现象，泄漏电流不大于5mA。

额定绝缘电压：U≤60V 试验电压有效值：500V/50Hz

额定绝缘电压：60V＜U≤125V试验电压有效值：1500V/50Hz

额定绝缘电压：125V＜U≤250V试验电压有效值：2000V/50Hz

额定绝缘电压：250V＜U≤400V试验电压有效值：2500V/50Hz。

3)冲击电压

额定绝缘电压：U≤60V，冲击电压有效值：2000V

额定绝缘电压：60V＜U≤125V，冲击电压有效值：5000V

额定绝缘电压：125V＜U≤250V，冲击电压有效值：5000V

额定绝缘电压：125V＜U≤250V，冲击电压有效值：6000V

试验次数：正负极性各5次

电源回路、交流电量输入回路、输出回路各自对地和无电气联系的各回路之间，试验时无破坏性放电(击穿跳火、闪络或绝缘击穿)现象。

3.7电磁兼容

1)电压暂降和短时中断

设备无损坏，并能正常工作

2)工频磁场抗扰度

工频磁场抗扰度：400A/m

设备无损坏，并能正常工作。

3)射频电磁场辐射抗扰度

达到3/4等级

试验条件：10V/m(80MHz～1000MHz)30V/m(1.4GHz～2GHz)

设备无损坏，并能正常工作。

4)射频场感应的传导骚扰抗扰度

试验回路：电源端和保护接地端

试验值：10V(非调制)

设备无损坏，并能正常工作。

5)静电放电抗扰度

集中器外壳直接放电8kV、间接放电15kV，设备无损坏，并能正常工作。

6)电快速瞬变脉冲群抗扰度

通信线脉冲信号输入线耦合1.0kV、状态信号输入回路1.0kV及电源回路4.0kV，设备无损坏，并能正常工作。

7)阻尼振荡波抗扰度

状态信号输入回路RS 485接口：1.0kV(共模)

电源回路：2.5kV(共模)，1.25kV(差模)

设备无损坏，并能正常工作。

8)涌抗扰度

状态信号输入回路：1.0kV(共模)

电源回路：4.0kV(共模)，2.0kV(差模)

设备无损坏，并能正常工作。

3.8电气间隙和爬电距离

裸露的带电部分对地和对其它带电部分之间，以及出线端子螺钉对金属盖板之间最小电气间隙≥3mm，爬电距离≥4mm。

3.9连续通电稳定性

集中器在正常工作状态连续通电72小时，期间每8小时进行抽测，其功能和性能无异常。

3.10可靠性指标

集中器的平均无故障工作时间(MTBF)大于7.6×104h。

3.11工作环境

温度范围：-40℃～+70℃

相对湿度：≤100％

最大绝对湿度(凝露)：29g/m3

大气压力：63.0kPa～108.0kPa(海拔4000m及以下)

3.12结构

集中器尺寸

壁挂式：290mm×180mm×95mm

符合Q/GDW 375.2-2009的结构要求。

3.13外壳及其防护性能

1)机械强度

集中器的机箱外壳有足够的强度，外物撞击造成的变形不影响其正常工作。

2)阻燃性能

非金属外壳符合GB/T 5169.11的阻燃要求。

3)外壳防护性能

集中器外壳防护性能符合GB/T 4208规定的IP51级要求。

3.14接线端子

接线端子符合《Q/GDW 374.2-2009集中抄表终端技术规范≥4.8.5条规定相关要求。

3.15加封印

符合《Q/GDW 374.2-2009集中抄表终端技术规范≥4.8.9条规定相关要求。

3.16金属部分的防腐蚀

符合《Q/GDW 374.2-2009集中抄表终端技术规范≥4.8.10条规定相关要求。

3.17天线

在不打开集中器封印的情况下无法拔出或拆下集中器天线。

3.18数据可靠性

1)采集数据准确度

集中器直接或通过采集器采集电能表的数据时，集中器采集的电能表累计电能量准确度100％。

2)一次抄读成功率

集中器、采集器和一定数量(不少于6台)的电能表组成一个数据采集网络。在试验条件下以0.5h的采集周期自动定时采集各电能表数据，共计进行不少于400次抄读，统计集中器采集电能表数据的成功率达到99.99％。

3.19包装

符合GB/T 13384-2008可靠包装要求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种集中器，其特征在于，包括：

ARM处理器模块、存储模块、上行通信模块、下行通信模块、本地通信模块、交流采集模块、开关量输入模块、液晶显示模块；其中所述ARM处理器模块分别与存储模块、上行通信模块、下行通信模块、本地通信模块、交流采集模块、开关量输入模块和液晶显示模块电连接。

2.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述上行通信模块为GPRS/CDMA模块、公共交换电话网模块、无线通信模块和以太网模块的任意一种。

3.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述下行通信模块为RS485模块和低电力线载波模块的任意一种。

4.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述本地通信模块为隔离RS485模块、以太网模块、USB模块和红外模块的任意一种。

5.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述存储模块包括闪存数据存储器和铁电随机存取内存存储器。

6.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述交流采集模块包括电能计量芯片、微型电压互感器、微型电流互感器及精密阻容元件电路；所述电能计量芯片采用ATT7022B芯片，且所述电能计量芯片通过串行总线接口与所述ARM处理器模块连接。

7.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述开关量输入模块采用光电隔离器件；所述开关量输入模块设置有两路遥信输入端子。

8.如权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的液晶显示模块采用点阵液晶显示器。