CN203224748U - 变电站环境监控数据采集器 - Google Patents

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单鸣雷
熊健凌
朱昌平
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Abstract

本实用新型公开了一种变电站环境监控数据采集器，包括MCU、信号采集单元、信号输出单元、通信单元、时钟模块、数据存储单元以及电源模块，所述的信号采集单元与MCU的输入端相连接，所述的信号输出单元与MCU的输出端相连接；所述的通信单元、时钟模块和数据存储单元分别与MCU双向连接。本实用新型可同时采集监控多项设备，实现统一管理综合监控，具有适用于多种传感器输入方式，输入输出接口数量丰富，能与中心控制系统和较复杂监控设备上下行通信，可选择为有线或无线通信方式，支持工业控制Modbus协议，具有自主时钟和掉电数据保护功能，适用环境广泛等优点。

Description

变电站环境监控数据采集器
技术领域
本实用新型涉及一种数据采集器，特别是涉及一种变电站环境监控数据采集器。
背景技术
随着电力输、配、变网络的全面改造与发展，许多输配电场所已成为无人值守站，各无人值守站均为了稳定、安全运行，以提高生产效益，而把变电站配套设备的调度管理全部集中到调度中心。因此，输配电场所配套设备的周围环境与安全监测成为目前输配电场所急于解决的问题，无人值守的输配电场所，地理位置分散，为防止人为破坏、消防、地下电缆沟进水等安全隐患，以及防止未及时发现故障或安全隐患而造成更大的损失。而在输配电场所环境及安全综合监测、预警系统中，则需要专用的数据采集器对输配电场所的六氟化硫浓度、氧气含量、温度、湿度等环境参数进行测控，对明火、烟雾、人员非法入侵、动物入侵、电缆沟进水、空调状态等进行监控，并通过通信网络将现场各项参数及状态上传到中心系统，实现集中监测管理。随着变电站环境的监控向无人值守化的趋势发展，而大多数环境监控数据都采用单参数采集方式，导致工程实施复杂，成本较高，监控信息零散不完善。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可同时采集监控多项设备，实现统一管理综合监控，具有适用于多种传感器输入方式（电压输入、电流输入、开关量信号输入），输入输出接口数量丰富，能与中心控制系统和较复杂监控设备上下行通信，可选择为有线或无线通信方式，支持工业控制Modbus协议，具有自主时钟和掉电数据保护功能，适用环境广泛等优点的数据采集器。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：变电站环境监控数据采集器，其特征在于：包括MCU、信号采集单元、信号输出单元、通信单元、时钟模块、数据存储单元以及电源模块，所述的信号采集单元与MCU的输入端相连接，所述的信号输出单元与MCU的输出端相连接；所述的通信单元、时钟模块和数据存储单元分别与MCU双向连接。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述信号采集单元包括模拟量输入模块和开关量输入模块，所述模拟量输入模块设有多路模拟量输入通道，模拟量最终转化成电压量连接到MCU的AD转换通道。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述模拟量输入模块每一路都设有两个端口，所述两个端口间设置有电流量转电压量用的采样电阻。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述信号输出单元包括工作状态指示LED灯和输出开关量信号控制的继电器。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述通信单元包括上行通信单元和下行通信单元，所述的上行通信单元与上行监控主机相连接，所述的下行通信单元与下行监控设备相连接。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述上行通信单元通过RS485有线方式或GPRS无线方式与上行监控主机进行双向通信。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述下行通信单元通过RS485有线方式或Zigbee无线方式与下行监控设备进行双向通信。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述上行通信单元和下行通信单元均通过Modbus工业控制通信协议传输数据。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述时钟模块由独立纽扣电池供电。
前述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述数据存储单元为具有掉电数据保护和状态恢复功能的EEPROM。
本实用新型的有益效果是：本实用新型满足变电站环境的监控向无人值守化发展的趋势，解决了传统环境监控数据采集采用单参数采集方式、工程实施复杂、成本较高、监控信息零散不完善等缺点。本实用新型可同时采集监控多项设备，实现统一管理综合监控，具有适用于多种传感器输入方式（电压输入、电流输入、开关量信号输入），输入输出接口数量丰富，能与中心控制系统和较复杂监控设备上下行通信，可选择为有线或无线通信方式，支持工业控制Modbus协议，具有自主时钟和掉电数据保护功能，适用环境广泛等优点。
附图说明
图1是本实用新型变电站环境监控数据采集器的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，一种变电站环境监控数据采集器，包括MCU、信号采集单元、信号输出单元、通信单元、时钟模块、数据存储单元以及电源模块。所述信号采集单元和信号输出单元与MCU单向连接；所述通信单元、时钟模块和数据存取单元与MCU双向连接；所述电源模块给其他部分供电；所述MCU为ATmega128单片机，还包括晶振、复位、JTAG接口；所述信号采集单元包括8路模拟量输入和16路开关量输入；所述信号输出单元包括4路开关量输出控制继电器和4路开关量输出控制状态指示灯，所述通信单元包括上行通信和下行通信电路。
本实用新型所述信号采集单元适用于多种传感器信号输入方式，包括模拟电压量输入、模拟电流量输入以及数字开关量输入，且具有丰富的输入端口可供实际应用选择，即可支持六氟化硫浓度、氧气含量、温度、湿度等环境参数进行测控，对明火、烟雾、人员非法入侵、动物入侵、电缆沟进水、空调状态等多种传感器信号的数据采集。
模拟量采集：如图1所示， 所述模拟量输入模块中共有8路模拟量输入通道，模拟量最终转化成电压量连接到MCU的AD转换通道。其中每一路模拟量输入通道都可选择电压量输入或者电流量输入。模拟量输入模块每一路都有1、2两个端口，如果直接由2端口输入则为电压量采集，如果将1和2端口短接，再由2端口输入则为电流量采集。模拟量输入模块每一路的1、2两个端口间设置有为电流量转电压量用的采样电阻，以及防止采集信号过大烧毁单片机管脚的TVS二级管。
开关量采集：如图1所示， 所述开关量输入模块，输入采用TLP521-4光耦隔离，其中每四个管脚构成一路输入，输入管脚设置有限流电阻防止输入电流过大烧毁光耦。
信号输出单元：如图1所示，一部分用于控制继电器开关，隔离式的控制如风扇、空调等设备的开关；另一部分用于状态指示灯显示控制。
通信单元：如图1所示， 所述通信单元有两路通信电路，即分别为上行通信链路和下行通信链路。所述上行通信链路包含硬件开关，通过硬件选择有线RS485或GPRS无线方式和上位机进行双向通信。所述上行通信链路通过Modbus工业控制通信协议传输数据。所述下行通信链路包含电子开关，通过软件选择有线RS485或Zigbee无线方式和特设设备(如六氟化硫传感器)进行双向通信。所述下行通信链路通过Modbus工业控制通信协议传输数据。
实时时钟：如图1所示， 所述时钟芯片由PCF8563芯片、32.768晶振、纽扣电池及外围电路组成，可为MCU提供实时的时间信息，使采集的数据具有时效性。
数据存储单元：如图1所示， 所述存储单元芯片采用AT24C1024可提供1M的片外EEPROM数据存储空间，且具有意外掉电数据保护功能。
电源模块：如图2所示，所述电源模块中包含稳压器件，将外部直流电压输入转化为稳定的5V直流电压；所述电源模块中TL432为单片机AD采集提供精密稳定的参考电压，使采集的数据更加精准；所述电源模块中包含隔离芯片将数字电源系统和模拟电源系统隔离，降低由电源带来的干扰。
工作状态描述：
变电站环境监控数据采集器的上行通讯主要用于接收上位机命令和向上发送数据，其数据通信协议为Modbus工业控制通信协议；而下行通讯主要用于向特殊设备如六氟化硫浓度采集器发送命令和接收其传回的数据，其数据通信协议也为Modbus工业控制通信协议，并负责收集模拟量和开关量传感器状态值。
当正常工作时，变电站环境监控数据采集器按一定时间间隔采集与之连接的设备或传感器的数据，包括模拟量和开关量数据以及从下行通讯设备返回的数据和采集时的当前时间，并将之以特定的数据格式存储在片外存储单元中，每一次采集数据做一次更新。当上位机发来命令，解析其命令，向上位机发送上一次存储单元中的数据或者控制开关量输出开断设备以及向下行通讯设备传达指令。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.变电站环境监控数据采集器，其特征在于：包括MCU、信号采集单元、信号输出单元、通信单元、时钟模块、数据存储单元以及电源模块，所述的信号采集单元与MCU的输入端相连接，所述的信号输出单元与MCU的输出端相连接；所述的通信单元、时钟模块和数据存储单元分别与MCU双向连接。
2.根据权利要求1所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述信号采集单元包括模拟量输入模块和开关量输入模块，所述模拟量输入模块设有多路模拟量输入通道，模拟量最终转化成电压量连接到MCU的AD转换通道。
3.根据权利要求2所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述模拟量输入模块每一路都设有两个端口，所述两个端口间设置有电流量转电压量用的采样电阻。
4.根据权利要求1所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述信号输出单元包括工作状态指示LED灯和输出开关量信号控制的继电器。
5.根据权利要求1所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述通信单元包括上行通信单元和下行通信单元，所述的上行通信单元与上行监控主机相连接，所述的下行通信单元与下行监控设备相连接。
6.根据权利要求5所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述上行通信单元通过RS485有线方式或GPRS无线方式与上行监控主机进行双向通信。
7.根据权利要求5所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述下行通信单元通过RS485有线方式或Zigbee无线方式与下行监控设备进行双向通信。
8.根据权利要求5所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述上行通信单元和下行通信单元均通过Modbus工业控制通信协议传输数据。
9.根据权利要求1-8中任一所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述时钟模块由独立纽扣电池供电。
10.根据权利要求9所述的变电站环境监控数据采集器，其特征在于：所述数据存储单元为具有掉电数据保护和状态恢复功能的EEPROM。
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