CN205720377U - 总线供电式多功能电力仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种总线供电式多功能电力仪表，该仪表包括：电源管理模块、嵌入式MCU微控制器、数字量输入与输出模块、交流量采集与处理模块及通信模块；通信模块包括两个相互连接的RJ45插座，并引出有一路电源接口和二路通信接口；电源管理模块为各模块供电，至少设有一路电源，包括低压交直流电源、AC/DC转换电路、稳压电路和DC/DC隔离电路；嵌入式MCU微控制器用于控制数字信号的输入输出和交流量的采集，并对数据进行运算，经通信模块的通信接口实现远程通信。该仪表的供电电源可以经过所述通信总线供电，只需一点供电，串联在所述总线上的其它仪表都可以获得电源，大大简化了接线，具有非常积极的工程应用意义。

Description

总线供电式多功能电力仪表

技术领域：

本实用新型涉及一种多功能电力仪表，特别是一种可以采用总线方式供电的多功能电力仪表。

背景技术：

目前常见的多功能电力仪表，其供电电源一般由仪表内部提供，可分为开关电源和工频变压器降压两种，开关电源可支持较宽的交直流电压输入，效率较高，但要做到高可靠性技术难度较高，工频变压器有较高的可靠性，但效率较低，小体积内功率做不大。且每块仪表都要单独敷设电源线及相应的电源短路保护开关等，安装较繁琐。

发明内容：

本实用新型提供了一种可以从总线式通信接口取电的多功能电力仪表。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种总线供电式多功能电力仪表，该仪表包括：电源管理模块、嵌入式MCU微控制器、数字量输入与输出模块、交流量采集与处理模块及通信模块；嵌入式MCU微控制器分别与各模块相连；

通信模块，包括两个相互连接的RJ45插座，并引出有一路电源接口和二路通信接口；

电源管理模块为各模块供电，至少设有一路电源，包括低压交直流电源、AC/DC转换电路、稳压电路和DC/DC隔离电路，低压交直流电源经通信模块的一个RJ45插座接入，并由所述电源接口接至AC/DC转换电路；

嵌入式MCU微控制器用于控制数字信号的输入输出和交流量的采集，并对数据进行运算，经通信模块的通信接口实现远程通信。

本实用新型的进一步设计在于：

电源管理模块还设有另一路电源，包括与外部交直流电源连接的AC/AD开关电源，两路电源的输出端分别设有二极管，再连接后共同输出。

外部交直流电源选用60~265V交直流电源。

低压交直流电源选用9~30V交直流电源。

通信模块采用CAN总线或者RS485总线。

交流量采集与处理模块包括电压互感器、电流互感器和信号调理电路，电压互感器和电流互感器采集的信号经信号调理电路调制后送入嵌入式MCU微控制器。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1、本实用新型能够采集交流信号，如电压、电流、功率、功率因数、电能、频率、谐波等多种电力参数，并可以通过选配开入开出组件，实现数字信号检测及控制输出。

2、本实用新型能够支持总线式供电，同一通信总线上只需在任意点接入一个低压交直流电源，该总线上的其他仪表均可获得电源，极大的方便了接线，同时由于采用低压电源集中供电，仪表内部电源回路大大简化，大大提高安全性和可靠性。

3、本实用新型提供两个完全一致的标准RJ45插座，通过普通预制网线即可实现通信总线的快速连接。也可实现多仪表串联式供电。

4、该仪表具有两个完全相同且相互连通的接口插座，仪表的供电电源可以经过所述通信总线供电，只需一点供电，串联在所述总线上的其它仪表都可以获得电源，大大简化了接线，具有非常积极的工程应用意义。

附图说明 :

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中的电源管理模块原理示意图。

图3为本实用新型中的交流量采集与处理模块原理图。

图4为本实用新型中的数字量输入与数字量输出模块原理图。

图5为本实用新型中的通信模块接口原理示意图。

图6为本实用新型的一种组网供电系统图。

具体实施方式：

实施示例一：参见图1、图2、图3、图4、图5、图6。

本实用新型总线供电式多功能电力仪表，包括：电源管理模块、嵌入式MCU微控制器、数字量输入与输出模块、交流量采集与处理模块、通信模块。其内部连接状态如图1，电源管理模块和其他各模块连接，提供各模块所需电源；嵌入式MCU微控制器分别与电源管理模块、数字量输入与输出模块、交流量采集与处理模块及通信模块连接。

电源管理模块负责提供仪表各电路所需的电源，如图2，电源管理模块由两路电源提供，第一路电源采用外部60~265V交直流电源经AC/DC开关电源后输出隔离的12V、5V（1）、5V（2），其中12V供数字量输入与输出模块使用，一路5V（1）为仪表主电源，另一路5V（2）为通信模块电源，此为传统电源供应模式。

第二路电源采用低压交直流电源输入经通信模块的RJ45插座输入的低压交直流9~30V电源，经整流降压后提供12V电源，与第一路电源的12V输出连接；12V输出再经稳压器7805降压为5V，此5V输出与第一路电源的5V（2）输出连接；因可靠性的要求，主5V与通信5V需要隔离，故使用一个DC/DC隔离电路隔离后的5V再与第一路电源的5V（1）连接。一般情况下，第一路电源不是必须同时存在，当同时存在时，为防止两路电源相互影响，两路电源之间的连接可使用低压降的快速二极管单相导通后再相接。

嵌入式MCU微控制器是仪表的运算处理核心，其AD通过采集交流量采集与处理模块提供的低压信号，经计算处理获取到电压、电流、功率、谐波等电力参数及计量电能，通过与数字量输入输出模块连接实现开入信号检测及开出控制功能，通过和通信模块连接实现远方通信功能，可将电量参数的远传以及远程设置仪表参数。

交流量采集与处理模块，如图3，电压互感器将外部接入的高电压转换为MCU能承受的低电压，电流互感器将外部接入的大电流转化为MCU能承受的低电压，转换后的低电压信号经滤波等信号调理后提供给嵌入式MCU微控制器采集计算。

数字量输入与输出模块包括数字量输入和数字量输出两部分，如图4，输入输出信号都需要经过光耦隔离处理后再与嵌入式MCU微控制器连接。

通信模块主要是远程通信用，在本实用新型里，还有一个重要功能就是其RJ45插座能为仪表接入一路9~30V的低压交直流电源，由于采用总线式通信方式，为方便接线，通信模块提供了两个相同的RJ45插座COM1和COM2，两个RJ45插座相连，示意图如图5，一个RJ45提供8个引脚，分别提供2路总线式通信接口和一路电源接口，通信接口可以是CAN或者RS485等方式，为兼容现有预制网线，第一通信接口使用第一组双绞线接1、2脚，第二通信接口使用第四组双绞线接7、8脚，考虑到电源回路在总线上流经的电流较大，故电源接口使用4芯线，电源地使用第二组双绞线接3、6脚，电源正使用第三组双绞线接4、5脚。因电源和通信信号之间均有地线相隔，有效的避免了电源对通信的影响。

图6展示了本实用新型的常见组网供电系统图，如图所示，装置供电电源由一个专用电源（低压交直流电源）提供，用预制网线直接挂接在通信总线上，多功能电力仪表之间采用总线方式一一连接，最后与通信主机连接即可。需要注意的是，专用电源的位置不是固定的，只需在通信总线任意节点接入即可。

本实用新型总线供电式多功能电力仪表，通信接口接入的电源为安全电压范围内的9~30V交直流电源，由专用电源提供，由于采用总线式供电，往往只需采用一个外部专用电源模块接在总线上任意一点，该总线上的所有仪表均可获得电源，当采用预制的RJ45插座电缆时，使得通信和电源接线变得非常简单，极大的提供了安装效率；由于采用专用电源模块和安全电压范围内的供电电压，即可简化仪表内部电源设计，也大大提高了安全性和可靠性。同时考虑到在没有通信需求或者总线式供电的应用场合，该电力仪表仍保留传统的独立高压交直流输入的能力，可以做到兼容独立电源和总线式供电的供电模式，有非常好的适用性。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明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，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种总线供电式多功能电力仪表，其特征在于，该仪表包括：电源管理模块、嵌入式MCU微控制器、数字量输入与输出模块、交流量采集与处理模块及通信模块；嵌入式MCU微控制器分别与各模块相连；

通信模块，包括两个相互连接的RJ45插座，并引出有一路电源接口和二路通信接口；

电源管理模块为各模块供电，至少设有一路电源，包括低压交直流电源、AC/DC转换电路、稳压电路和DC/DC隔离电路，低压交直流电源经通信模块的RJ45插座接入，并由所述电源接口接至AC/DC转换电路；

嵌入式MCU微控制器用于控制数字信号的输入输出和交流量的采集，并对数据进行运算，经通信模块的通信接口实现远程通信。

2.根据权利要求1所述总线供电式多功能电力仪表，其特征在于，电源管理模块还设有另一路电源，包括与外部交直流电源连接的AC/AD开关电源，两路电源的输出端分别设有二极管，再连接后共同输出。

3.根据权利要求2所述总线供电式多功能电力仪表，其特征在于，外部交直流电源选用60~265V交直流电源。

4.根据权利要求1所述总线供电式多功能电力仪表，其特征在于，低压交直流电源选用9~30V交直流电源。

5.根据权利要求1-4任一所述总线供电式多功能电力仪表，其特征在于，通信模块采用CAN总线或者RS485总线。

6.根据权利要求1所述总线供电式多功能电力仪表，其特征在于，所述交流量采集与处理模块包括电压互感器、电流互感器和信号调理电路，电压互感器和电流互感器采集的信号经信号调理电路调制后送入嵌入式MCU微控制器。