CN202872460U - 一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜 - Google Patents

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Abstract

一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜，包括箱体，隔离开关和断路器，其特征在于，它还包括具有现场总线技术的监测模块，此模块由信号采集模块和信号接收模块组成，所述的信号采集模块位于低压配电柜箱体底部，由以下部分组成：环境变量采集系统、电气量采集系统、信号调理电路、微处理器A、CAN总线控制器A、CAN总线发送器，所述的信号接收模块位于控制室内，由CAN总线接收器、CAN总线控制器B、微处理器B、地址编码芯片、USB通信控制芯片和上位机构成。本实用新型实现低压配电柜的远程监控与测量，避免了传统的低压配电柜复杂接线,提高了配电控制的可靠性,具有很好的实用价值。

Description

一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜
技术领域：
本实用新型涉及一种配电柜，由于涉及一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜。 
背景技术：
随着经济的发展，技术的进步，对电力系统供电质量的要求也越来越高。作为分配与控制电能使用的交流低压配电柜，无论从功能到结构上都在不断发展。目前市场上常见的低压开关柜种类大致有GGD、GCK、MNS、MCS型。其中，GGD型交流低压配电柜适用于发电厂、变电站、厂矿企业等电力用户的交流50Hz，额定工作电压380V，额定工作电流至3150A的配电系统做为动力，照明及配电设备的电能转换、分配与控制之用，是一种安全、经济、合理、可靠的新型低压配电柜。产品具有分断能力高、热稳定性好、电气方案灵活、组合方便、系列性、实用性强、结构新颖、防护等级高等特点，目前已成为取代传统成套低压开关设备的主流产品。 
然而，传统的低压配电柜存在结构复杂笨重、产品成本高、安全性能差等缺点，设备智能化和自动化程度低，一旦设备出现故障，对人身和设备的安全都有威胁。传统监测手段使用的布线连接方式使信号在传输过程中极易受到干扰，使监测结果不准确，甚至产生严重的偏差。虽然近年来，国内一些新开发的开关器件开始具有通信功能，但是都给予传统的RS232或RS485硬件接口，通过自定义的简单通信协议实现数据的远程传输，在复杂的系统中是不能实现的。 
实用新型内容：
为了克服传统的交流低压配电柜智能化程度不高、抗干扰能力差的缺点，本实用新型提供了一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜，能够对交流低压配电柜的电压、电流、温度、湿度等各个参数进行实时采集、监测和数据的记录分析，提高信号的抗干扰性能，实现配电柜智能化控制。 
采用的技术方案是： 
一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜，包括箱体，隔离开关和断路器，其特征在于，它还包括具有现场总线技术的监测模块，此模块由信号采集模块和信号接收模块组成，所述的信号采集模块位于低压配电柜箱体底部，由以下部分组成：环境变量采集系统、电气量采集系统、信号调理电路、微处理器A、CAN总线控制器A、CAN总线发送器，所述的信号接收模块位于控制室内，由CAN总线接收器、CAN总线控制器B、微处理器B、地址编码芯片、USB通信控制芯片和上位机构成。 
信号采集模块包括环境变量采集系统和配电柜运行状态采集系统，环境变量采集系统负责采集配电柜的温度、湿度等环境变量；配电柜运行状态采集系统通过AI智能仪表，对配电柜现场的电信号，包括其相电压、相电流、线电压和线电流进行实时采集。 
信号调理电路的功能是对信号采集模块得到的环境变量，通过三相交流电压变送器和三相交流电流变送器将开关柜状态信号转换为仪表能够接受的0-5V标准电压信号，提供给微处理器A和微处理器B。 
微处理器对信号调理电路得到的模拟信号进行模数信号的转换，并对信号进行存储、分析、计算。微处理器把处理得到的数据传输给CAN总线控制器A，控制器对数据进行转换，并通过CAN总线发送器发送，数据通过数据总线CANL和CANH进行传输。 
在控制室内，CAN总线接收器快速接收数据总线CANL和CANH传来的数据，并且通过CAN总线控制器B进行对数据进行转换，CAN总线接收器的一端接监控上位机的USB接口，另一端接CAN总线网络接口。 
上位机通过USB接口接收到现场的数据，并对所有数据进行存档处理。           本实用新型的有益效果是： 
采用现场总线的方式，通过各种可智能通信电器元件，并通过现场总线连接成一个智能系统，对交流低压配电柜的电压、电流、温度、湿度等各个参数进行实时采集、监测和数据的记录分析，实现低压配电柜的远程监控与测量，实现了智能化控制，避免了传统的低压配电柜复杂接线,提高了配电控制的可靠性,可以实现交流低压配电柜的无人值守、远程抄表，大大节约了人力成本，一旦系统出现故障，可以进行快速的反应，具有很好的实用价值。 
附图说明：
图1为本书用新型的结构示意图。 
图2 为具有现场总线技术的监测模块的工作示意图。 
具体实施方式：
一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜，包括箱体2，隔离开关1和断路器3及现场总线技术的监测模块，现场总线技术的监测模块由信号采集模块4和信号接收模块5组成，信号采集模块4位于流低压配电柜箱体底部，由以下部分组成：环境变量采集系统401、电气量采集系统402、信 号调理电路403、微处理器A404、CAN总线控制器A405、CAN总线发送器406，信号接收模块5位于控制室内，由CAN总线接收器501、CAN总线控制器B502、微处理器B503、地址编码芯片504、USB通信控制芯片505和上位机506构成。 
本实用新型所采用的信号采集模块4和信号接收模块5均为已知产品。 
工作原理 
首先，环境变量采集系统通过专用温度传感器采集配电柜的温度，通过专用湿度传感器采集配电柜的温度；电气量采集系统通过AI智能仪表对配电柜的电信号，包括其相电压、相电流、线电压和线电流进行实时采集。采集得到的数据经过信号调理电路进行转换，把所有的模拟信号都转换为0-5V的电压信号，接到微处理器A的A/D转换模块。 
微处理器采用AT80C51单片机，AT80C51对信号调理电路得到的模拟信号进行模数信号的转换，得到对应的数字信号，并对信号进行存储、分析、计算。一方面，AT80C51对信号进行分析后，一旦发现低压配电柜出现故障，控制继电器进行声光报警；另一方面，微处理器把处理得到的数据传输给CAN总线控制器A，本实用新型中，CAN总线控制器A选取PHILIPS公司CAN总线控制器SJA1000，SJA1000是一种独立的CAN总线控制器，同时支持CAN 2.0A和CAN 2.0B协议，通信速率可达1 Mb／s，能够完成通信协议的所有要求。 
CAN总线控制器SJA1000对数据进行转换后，通过CAN总线发送器发送，CAN总线发送器采用TJA1050，TJA1050是一种标准的高速CAN收发器，是CAN总线控制器与物理总线之间的接口，TJA1050可以为总线提供差动发送性能，为CAN总线控制器提供差动接收性能。 
CAN总线发送器将现场的数据发送给现场总线，数据通过总线CANL和CANH进行传输。 
在控制室内，CAN总线接收器快速接收数据总线CANL和CANH传来的数据，并且通过CAN总线控制器B进行对数据进行转换，转换为微处理器B可以接收的数据。CAN总线控制器B同样采用SJA1000，CAN总线接收器采样TJA1050，与信号采集模块使用的收发芯片相同。SJA1000主要负责数据链路层的工作，把发送缓冲器的信息经过处理后送到TJA1050，数据经过处理后放到接收缓冲器等待微处理器的读取。总线控制器SJA1000实现CAN数据的接收，接收方式仍采用中断方式本实用新型中，微处理器B选用Atmel公司的ATmega 16芯片进行数据的处理和与上位机506的通信。 
由于计算机没有专用的CAN总线接口，所以需要设计一个模块单元将 CAN总线上的数据转换成USB接口数据，模块的一端接监控上位机506的USB接口，另一端接CAN总线网络接口。此模块由地址编码芯片和USB通信控制芯片组成，地址编码电路负责对两个接口芯片得地址进行编码，USB通信控制芯片实现USB数据的发送和接收。 
上位机506是监控软件运行的载体，其主要功能是对整个交流低压配电柜的运行状态进行整体的控制，实现远程操控，以监控交流低压配电柜现场的工作情况和各个用电设备的运行情况。一旦环境变量出现故障，比如环境温度过高，湿度过大，调整相应的散热风机，使温度和湿度下降至正常值，如果系统出现过压、过流、欠压、缺相等故障，上位机506界面上有相应的动画提示，同时报警窗口自动弹出，报警灯亮，并发出报警声音提示，并且立即停止设备以保证设备不被损坏，等待故障消除后，方可通过复位对交流低压配电柜状态进行监测。 

Claims (1)

1.一种具有现场总线监测功能的交流低压配电柜，包括箱体，隔离开关和断路器，其特征在于，它还包括具有现场总线技术的监测模块，此模块由信号采集模块和信号接收模块组成，所述的信号采集模块位于低压配电柜箱体底部，由以下部分组成：环境变量采集系统、电气量采集系统、信号调理电路、微处理器A、CAN总线控制器A、CAN总线发送器，所述的信号接收模块位于控制室内，由CAN总线接收器、CAN总线控制器B、微处理器B、地址编码芯片、USB通信控制芯片和上位机构成；
信号采集模块包括环境变量采集系统和配电柜运行状态采集系统，环境变量采集系统负责采集配电柜的温度、湿度等环境变量；配电柜运行状态采集系统通过AI智能仪表，对配电柜现场的电信号，包括其相电压、相电流、线电压和线电流进行实时采集；
信号调理电路的功能是对信号采集模块得到的环境变量，通过三相交流电压变送器和三相交流电流变送器将开关柜状态信号转换为仪表能够接受的0-5V标准电压信号，提供给微处理器A和微处理器B；
微处理器对信号调理电路得到的模拟信号进行模数信号的转换，并对信号进行存储、分析、计算；微处理器把处理得到的数据传输给CAN总线控制器A，控制器对数据进行转换，并通过CAN总线发送器发送，数据通过数据总线CANL和CANH进行传输；
在控制室内，CAN总线接收器快速接收数据总线CANL和CANH传来的数据，并且通过CAN总线控制器B进行对数据进行转换，CAN总线接收器的一端接监控上位机的USB接口，另一端接CAN总线网络接口；
上位机通过USB接口接收到现场的数据，并对所有数据进行存档处理。   
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