CN203056695U

CN203056695U - 一种基于物联网的智能spd设备

Info

Publication number: CN203056695U
Application number: CN2013200470328U
Authority: CN
Inventors: 杨仲江; 张志鹏
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2023-01-29

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的智能SPD设备，智能SPD设备融合了传统避雷过电压保护模块、传感检测、嵌入式系统以及物联网、云计算等技术，除具有响应时间快，通流量大的一般SPD特点外，设备还配备高性能处理器、传感器、高性能AD、存储器，物联网传输模块。该设备包括智能SPD设备、物联网通信平台、云客户端系统和云服务器系统；其中智能SPD设备通过物联网通信平台与云客户端系统和云服务器系统进行通信，云客户端系统与云服务器系统相互通信连接。可应用于低高压线路设备保护，包括但不限于建筑、通信、安防、金融、企业信息化、工业自动化、铁路交通、电力、风电、军事、石化、煤炭行业。

Description

一种基于物联网的智能SPD设备

技术领域：

本实用新型涉及电子、计算机信息领域，电气设备监测领域，特别是涉一种基于物联网的智能SPD设备。

背景技术：

电涌保护器(Surge Protective Device，SPD)又称浪涌保护器，是用于带电系统中限制瞬态过电压和导引泄放电涌电流的非线性防护器件，用以保护耐压水平低的电器或电子系统免遭雷击及雷击电磁脉冲或操作过电压的损害。近年来，电子信息系统(如电视、电话、通信、计算机网络等)发展迅猛，电子信息设备大量涌现和普及。这类系统和设备往往比较昂贵和重要，其工作电压、耐压水平很低，极易受到雷电电磁脉冲的危害，为此需采用SPD做过电压保护。然而SPD产品的种类繁多、保护模式多种多样，致使使用过程中也出现了一系列的混乱，不但SPD 的保护效果差，甚至还出现很多SPD 起火自燃，严重危害到设备的安全。SPD 的安全性能也成为众多通信行业及用户关注的重要问题。以下通过研究相关最新发明和实用新型专利，说明本实用新型的技术背景。

专利-电涌保护器现场检测与控制装置（201220263505）实现通过在控制电源两极间依次并接电涌保护器（SPD）故障信号报警电路和SPD保护开关动作信号报警电路，此方法虽达到故障报警以及切断故障SPD的目的，但SPD切断后需要时间更换新设备，使得故障排除滞后，给供配电系统带来新的安全隐患；同时该设计为单个SPD独立监测，不能实现区域性监测报警，管理实效低，从而带来资源浪费。专利-高速公路防雷SPD的无线远程自动监测系统（201220068618）实现无线故障报警，同样未能解决上述问题。专利-电涌保护装置（201210092200）实现了一种电涌保护的改进装置，但其并未充分考虑其自身失效带来的保护失效以及安全隐患。专利智能雷击监测装置（201210009222.0）实现温度检测来监测SPD模块工作状态，此方法在理论上只能进行定性判断，且随环境温度改变而有更大误差，因此利用该方法判断SPD是否失效难度较大，可靠性差。

发明内容：

本实用新型目的旨在克服上述技术问题，提出一种基于物联网的智能SPD设备，智能SPD设备融合了传统避雷过电压保护模块、传感检测、嵌入式系统以及物联网、云计算等技术，除具有响应时间快，通流量大的一般SPD特点外，设备还配备高性能处理器、传感器、高性能AD、存储器，物联网传输模块。可应用于低高压线路设备保护，包括但不限于建筑、通信、安防、金融、企业信息化、工业自动化、铁路交通、电力、风电、军事、石化、煤炭行业。

本实用新型的目的是通过以下措施实现的：

一种基于物联网的智能SPD设备及系统，包括：智能SPD设备、物联网通信平台、云客户端系统和云服务器系统。

所述智能SPD设备，包括避雷过电压保护模块、冗余保护模块、备用电源模块、传感检测模块、嵌入式系统以及物联网通信端口；

避雷过电压保护模块一般为MOV器件；

冗余保护模块是当避雷过电压保护模块失效、性能不足或由于线路故障出现长时间过电压、过电流时，嵌入式系统还具有线路监测保护功能，防止过电压保护元件和被保护设备的损毁，包括瞬时电流速断、复压时限过流保护、复合电压保护、反时限过流保护、过电压故障波记录、重合闸、远程报警及自检功能；

传感检测模块，包括：电压互感器、电流传感器、温湿度传感器，其中电压互感器、电流互感器与避雷过电压保护模块相连，且电压互感器、电流传感器、温湿度传感器，经过调理电路和计数器电路与嵌入式系统连接；电压互感器、电流传感器、计数器用来检测电压、泄露电流以及雷击或过电压次数信号，温湿度传感器检测现场环境的温度及湿度，嵌入系统将采集信号A/D转换，并利用内部核心算法进行综合分析判断，实时判断线路进行全面保护控制，数据可部分本地保存，也可经过物联网通信端口传输到数据管理节点，上传至服务器进行保存。

嵌入式系统，包括CPU系统、继电电路以及输入输出I/O；

物联网通信端口即为通信端口模块，实现与外界交互；

所述物联网通信平台，包括ZIGBEE/WIFI无线传输接口、2.5/3G远程数据传输接口、有线宽带接口、MODBUS/CAN总线传输接口，以上接口都与设备CPU相连；另包括独立的ZIGBEE、WIFI通信节点模块，实现整个局域网覆盖及远程数据传输模。

所述云客户端系统，包括手机、个人电脑PC、掌上电脑客户端及便携式定制终端，手机、个人电脑PC的客户端通过安装云客户端软件实现对智能SPD设备管理，客户端软件提供用户登录、终端设备监控管理和应用管理功能，包括：用户认证模块,验证登录用户信息，对部分重要数据进行加密，认证成功后返回智能SPD设备列表；智能SPD设备监控管理模块，包括智能SPD设备添加及删除，对智能SPD设备工作状态数据访问及控制，报表管理，实时数据及曲线显示，组态显示（使用Flash模块模拟现场设备工作状态，实时报警），报警警示（通过颜色区分设备工作状态，利用飞信、即时消息给远程接受终端报警），近远程智能SPD设备源定位追踪；手机客户端只能提供远程智能SPD设备数据访问、状态查看工作，PC客户端提供局域网/网络版客户端软件,在局域网和互联网内对智能SPD设备进行全面的实时监控维护；便携式定制终端，基于Android/IOS/Windows系统，具有个性化硬件设计，提供近远程的智能SPD设备在线检测功能。

所述云服务器系统为具有云数据处理运算及网络通信能力的服务器电脑。包括局域版和网络版，完成数据的接收、存储以及预处理。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1. 本实用新型与现有SPD技术相比，增加了高精度在线监测应用及云物联网技术应用，包括传感检测模块、CPU系统模块、物联网通信模块、冗余保护模块，实现SPD 的网络化与智能化。

2. 现有SPD主要通过避雷器失效装置或定期检测才能发现问题，而本实用新型设备提供了实时在线监测模块，精度高，且能够提前预判设备工作状态；

3. 现有SPD偶有配置远程遥信模块，不具备区域性组网能力，而本实用新型设备配备云物联网接口模块，能够形成广泛区域内的组网，实现数据远程传输、远程控制及集约化管理。

本实用新型能够及时发现 SPD受潮、老化及其它隐患，降低检测成本，避免事故的发生，且具有“黑匣子”功能，为事故发生排查原因提供有力证据，对维护电力系统及设备的安全运行、合理安排检修时间以及节约人力、物力等方面都有重要价值。

附图说明：

图1为本实用新型实施例一的智能SPD设备的拓扑示意图；

图2为本实用新型实施例一的智能SPD设备的传感检测模块原理图

图3为本实用新型实施例二的智能SPD设备基本运行部分功能的流程图；

图4为本实用新型实施例三的智能SPD设备及系统的用户访问智能SPD设备部分功能的流程图。

图中：1-智能SPD设备；2-物联网通信平台；3-云客户端系统；4-云服务器系统。

具体实施方式：

本实用新型实施例提供了一种基于物联网的智能SPD设备，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：智能SPD设备拓扑示意图

如图1所示，本实用新型基于物联网的智能SPD设备拓扑示意图，包括：智能SPD设备、物联网通信平台、云客户端系统和云服务器系统；其中智能SPD设备通过物联网通信平台与云客户端系统和云服务器系统进行通信，云客户端系统与云服务器系统相互通信连接。智能SPD设备，包括避雷过电压保护模块、冗余保护模块、备用电源模块、传感检测模块、嵌入式系统以及物联网通信端口。避雷过电压保护模块一般为MOV器件；冗余保护模块包括避雷过电压保护模块、继电模块和电路检测模块。传感检测模块包括：电压互感器、电流传感器、温湿度传感器，它们经过调理电路和计数器电路与嵌入式系统连接；嵌入式系统包括CPU系统，继电电路以及输入输出I/O；物联网通信端口即为通信端口模块。物联网通信平台，包括ZIGBEE/WIFI无线传输接口、2.5/3G远程数据传输接口、有线宽带接口、MODBUS/CAN总线传输接口，以上接口都与设备CPU相连；另包括独立的ZIGBEE、WIFI通信节点模块。云客户端系统，包括手机、个人电脑PC、掌上电脑客户端及便携式定制终端。云服务器系统为具有云数据处理运算及网络通信能力的服务器电脑。

如图2所示，传感检测模块包括电压互感器、电流传感器、温湿度传感器和调理电路/计数器模块，其中SPD为现有MOV型避雷过电压保护模块，电压互感器连接在SPD设备输入线L/N两端，电流传感器在SPD的PE端，温湿度传感器靠近SPD模块安装，其中调理电路/计数器包括现有的二级放大电路和比较器电路，用来调理变换传感器检测信号和记录过电压次数，并输出至CPU。

实施例二：智能SPD设备基本运行部分功能流程图

如图2所示，本实用新型智能SPD设备基本运行部分功能的流程图，包括以下步骤：

1）初始化后基本运行

智能SPD设备安装后，正常上电工作，将对嵌入式系统进行硬件初始化，分配内存，打开定时监测避雷过电压保护模块功能，实时监测线路电压电流功能，实时控制保护功能，实时报警功能，雷电计数功能，实时记录可疑信号数据及故障信号；

2）上传数据

智能SPD设备可远程接收操作指令，并存储，每次设备启动或者断开连接后会查找本地已存储命令，若所接收指令为自动上传数据，设备将先尝试与服务器建立连接，若服务器在断开状态，在尝试3次之后将自动放弃；若与服务器建立连接，将根据配置好的采集时间，定时上传数据，并将采集的可疑数据或故障信号上报；

3）服务器预处理

服务器接收到数据后，对数据进行预处理并存入数据库，若分析得到可疑数据，将首先在本地报警，若有配置远程报警，会及时发送远程报警信息。

实施例三：用户访问智能SPD设备流程图

如图3所示，本实用新型基于物联网的智能SPD设备及系统的用户访问智能SPD设备部分功能的流程图，包括以下步骤：

1）登陆服务器

用户通过客户端软件输入用户名和密码，形成数据流，传送至服务器，进行用户身份认证，认证通过，返回客户端智能SPD设备列表；若未通过，通知客户端用户名或账户密码错误；

2）访问智能SPD设备

在智能SPD设备列表下，可以添加新的智能SPD设备，根据用户权限服务器返回所有支持访问的智能SPD设备列表，用户选择添加；对于列表下智能SPD设备，可以查询其属性信息，在列表智能SPD设备图标上双击或者右键单击弹出菜单选择打开该智能SPD设备页面，进行数据（曲线）实时查看，数据分析，在线诊断，地图追踪，远程控制、远程升级程序以及辅助决策。

Claims

1.一种基于物联网的智能SPD设备，其特征是：该设备包括智能SPD设备、物联网通信平台、云客户端系统和云服务器系统；其中智能SPD设备通过物联网通信平台与云客户端系统和云服务器系统进行通信，云客户端系统与云服务器系统相互通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能设备，其特征在于：所述智能SPD设备，包括避雷过电压保护模块、冗余保护模块、备用电源模块、传感检测模块、嵌入式系统以及物联网通信端口，冗余保护模块、备用电源模块、传感检测模块、以及物联网通信端口分别与嵌入式系统相连；

避雷过电压保护模块采用MOV器件，该模块分别与冗余保护模块和传感器模块相连；

冗余保护模块包括避雷过电压保护模块、继电模块和电路检测模块；

传感检测模块包括：电压互感器、电流传感器、温湿度传感器，它们经过调理电路和计数器电路与嵌入式系统连接；

嵌入式系统包括CPU系统、继电电路以及输入输出I/O；

物联网通信端口即为通信端口模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于物联网的智能SPD设备，其特征在于：所述物联网通信平台，包括ZIGBEE/WIFI无线传输接口、2.5/3G远程数据传输接口、有线宽带接口、MODBUS/CAN总线传输接口，以上接口都与嵌入式CPU系统相连。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的智能SPD设备，其特征在于：所述物联网通信平台还包括独立的ZIGBEE、WIFI通信节点模块。

5.根据权利要求3所述的基于物联网的智能SPD设备，其特征在于：所述云客户端系统，包括手机、个人电脑PC、掌上电脑客户端及便携式定制终端。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的智能SPD设备，其特征在于：所述云服务器系统为具有云数据处理运算及网络通信能力的服务器电脑。