CN206099527U - 具有通讯功能的末级用电信息监测开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关，包括开关电路和信号处理电路，信号处理电路包括信号检测处理模块用于检测开关电路的剩余电流和输入电压；微控制器模块耦接信号检测模块；隔离通信端口模块包括通讯转换模块，通讯转换模块用于使微控制器模块与外界进行通讯；GPRS通讯模块耦接微控制器模块，用于接收微控制器模块的指令将检测到的用电信息上传至主站。本实用新型提供一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关，能够实现对用电信息监测采集和保护功能，如开关分合状态、电压、剩余电流的信息采集和故障保护，同时经隔离通信端口模块与外界进行通讯和数据交换，也可通过GPRS通讯模块将用电信息上传至主站。

Description

具有通讯功能的末级用电信息监测开关

技术领域

本实用新型涉及电源电路技术领域，特别涉及一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关。

背景技术

随着电网建设的不断进步和发展，低压末级用电信息监测与管理已经成为供电系统中十分重要的组成部分。目前，大多数低压末级保护开关只具有保护功能或者监测功能单一不全面，如只能实现剩余电流动作保护功能，而不能读取或上传剩余电流信息；能实现电压检测，进行过欠压等电压故障保护，但不能实现数字化记录，这样即使有这类保护开关，但出现故障后仍不易于故障排查和解决。因此，为了提高低压配电网络的监测和管理功能，需要设计一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关，能够实现对用电信息监测采集和保护功能，如电压、剩余电流的信息采集和故障保护，同时经隔离通信端口模块与外界进行通讯和数据交换，也可通过GPRS通讯模块将用电信息上传至主站。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关，包括开关电路、信号处理电路和GPRS通讯模块，所述信号处理电路包括微控制器模块以及耦接微控制处理模块的信号检测处理模块、隔离通信端口模块，

所述信号检测处理模块用于检测开关电路的剩余电流和输入电压，并将检测到的信号输入微控制器模块；

所述微控制器模块接收信号检测处理模块的相关信号用于对电压、漏电信号进行分析并作出相应的控制和处理，生成通讯信号；

所述隔离通信端口模块包括光电隔离模块和通讯转换模块，所述光电隔离模块耦接所述微控制器模块的输出端，用于将微控制器模块输出的通讯信号进行光电隔离，所述通讯转换模块耦接所述光电隔离模块，用于将经光电隔离之后的通讯信号转换成通讯协议信号，使微控制器模块与外界进行通讯；

所述GPRS通讯模块耦接所述微控制器模块，用于接收微控制器模块的指令将检测到的用电信息上传至主站。

作为一种实施方式，所述信号处理电路还包括电源处理模块，所述电源处理模块用于信号处理电路的供电。

作为一种实施方式，所述信号处理电路还包括自生隔离电源模块，所述自生隔离电源模块耦接所述电源处理模块和所述通讯转换模块，用于给所述通讯转换模块提供一个隔离电源。

作为一种实施方式，所述信号处理电路还包括控制输出及预付费信号处理模块，所述控制输出及预付费信号处理模块耦接所述微控制器模块，所述控制输出及预付费信号处理模块包括预付费控制输入信号处理模块和控制输出模块，

所述预付费控制输入信号处理模块的输入端耦接预付费设备，输出端耦接微控制器模块，用于将预付费输入控制信号转换为微控制器模块所适应的控制信号；

所述控制输出模块包括脱扣器，所述控制输出模块的输入端耦接预付费设备和微控制器模块，输出端耦接脱扣执行部件，所述脱扣器的电源输入耦接所述开关电路，用于控制并检测开关电路的开合状态，并反馈至微控制器模块。

作为一种实施方式，所述控制输出模块还包括模拟试验电路，用于模拟生成一个剩余电流使开关电路自检。

作为一种实施方式，所述信号检测处理模块包括剩余电流检测模块、电压检测模块、基准电压输出模块和同步信号输入电路，

所述剩余电流检测模块包括剩余电流互感器，用于检测开关电路的剩余电流；

所述电压检测模块用于检测开关电路的输入电压并将其转换为微控制器模块分析电压范围内的电压信号；

所述同步信号输出电路耦接所述电压检测模块，用于接收电压检测模块输出的电压信号并输出一个和电压信号同步的方波信号；

所述基准电压输出模块耦接所述剩余电流检测模块和所述电压检测模块，用于给剩余电流检测模块、电压检测模块提供基准电压。

作为一种实施方式，所述开关电路为断路器。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：能够实现对用电信息监测采集和保护功能，如电压、剩余电流、开关分合状态、跳闸次数等信息采集以及相应的故障保护功能，同时又具有数据记录和预付费控制等辅助功能，并且可以将监测到用电信息直接通过GPRS上传到智能开关，为低压智能电网的系统化建设提供必不可少的开关设备。

附图说明

图1为本实用新型的具有通讯功能的末级用电信息监测开关的结构图；

图2为本实用新型的信号检测处理模块的电路图；

图3为本实用新型的微控制器模块的电路图；

图4为本实用新型的电源处理模块的电路图；

图5为本实用新型的自生隔离电源模块的电路图；

图6为本实用新型的隔离通信端口模块的电路图；

图7为本实用新型的控制输出及预付费信号处理模块的电路图；

图8为本实用新型的GPRS通讯模块的电路图。

附图标注：1、开关电路；2、信号处理电路；51、光电隔离模块；52、通讯转换模块；61、钳位电路；62、倍压整流滤波电路；71、预付费控制输入信号处理模块；72、控制输出模块。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

如图1所示，本实用新型的一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关由开关电路1和信号处理电路2组成，开关电路1可以是断路器即可，主要创新点是在信号处理电路2部分。

信号处理电路2包括信号检测处理模块、微控制器模块、电源处理模块、自生隔离电源模块、隔离通讯端口模块、控制输出及预付费信号处理模块。各电路的组成和功能说明如下：

如图2所示，信号检测处理模块包括剩余电流检测模块、电压检测模块、同步信号输出电路和基准电压输出模块。如图(a)所示，剩余电流检测模块包括剩余电流互感器CJ1和由运算放大器IC1B组成的放大电路，剩余电流互感器CJ1用于检测开关电路1得到剩余电流，经R6转化为感应电压，再输入到运算放大器IC1B，经放大后的剩余电流信号SYDL_I1，输入到微控制器模块进行处理。如图(b)所示，电压检测电路由R11、R23～26、C9和IC1C组成，用于检测开关电路1的输入电压并将其转换为微控制器模块分析电压范围内的电压信号。该电压信号由图中DY节点同时输入到如图(c)所示的由R3、R8、R14、R27、R28、C10和IC1D组成的同步信号输出电路，输出一个和电压信号同步的方波信号，供微控制器模块进行同步分析使用。如图(d)所示，基准电压输出电路由R1、R2、C1、C2和IC1A组成，用于给剩余电流检测、电压检测电路提供基准电压。

如图3所示，微控制器模块主要包括微控制器U1，微控制器模块实现各项监测控制功能，通过对电压、漏电、预付费等信号的分析作出相应的控制和处理，同时存储相关历史数据，通过J1中的485通讯接口可实现用电信息的监测采集并能修改相关参数。

如图4所示，电源处理模块采用阻容降压的方式供电，大大减小了设备体积和成本，是小型电器设备电源电路优选方案。电路组成下图所示，YM1是一个PTC电阻和压敏电阻的组合体，PTC的阻值和压敏电阻的参数选配合适的情况下，可以实现过压保护功能，本实施例中的PTC的阻值为50～100欧姆，压敏电阻的参数为DC390V。电源输入经YM1中的PTC后，经R53、C25组成的阻容降压电路降压，再由整流桥B1、EMC扼流圈T2、C26整流滤波，并经D14稳压后输出较高电压的直流电源。该直流电源再经过DC-DC变换电路变换成适应微控制器模块及外围检测电路使用的低压直流电源V1、V2。该DC-DC变换电路由电阻R44～46，电容C4、C15～16、C21～23、C26、C28～29、二极管D5、D9、集成电路U2、U3组成。

如图5所示，隔离通信端口模块包括光电隔离模块51和通讯转换模块52，光电隔离模块51耦接微控制器模块的输出端，通讯转换模块52耦接光电隔离模块51的输出端。光电隔离模块51包括光耦GE1和光耦GE2，微控制器模块中的通讯信号经光耦GE1～2隔离后，由通讯转换模块52中的通讯芯片IC2转换成RS485总线通讯信号。该隔离通信端口模块中，光电隔离模块51的前端使用电源处理模块供电，光电隔离模块51的后端和通讯转换电路使用自生隔离电源模块供电。这样就组成了比较安全的隔离通讯端口，同时也实现微控制器模块和外界的通讯功能。

如图6所示，自生隔离电源模块由钳位电路61、倍压整流滤波电路62、脉冲变压器T1和开关控制管Q1组成，该自生隔离电源模块将源处理模块的电源V1产生一个经脉冲变压器T1隔离的电源V3，该模块提供一个安全的隔离电源，供需要隔离的电路使用，如隔离通讯模块等。

如图7所示，控制输出及预付费信号处理模块包括预付费控制输入信号处理模块71和控制输出模块72，主要实现开关电路1的分闸控制和预付费输入输出信号处理。预付费控制输入信号处理模块71的输入端耦接预付费设备，输出端耦接微控制器模块，用于将预付费输入控制信号转换为微控制器模块所适应的控制信号；控制输出模块72的输入端耦接预付费设备和微控制器模块，输出端耦接脱扣执行部件，控制输出模块72包括脱扣器，脱扣器的电源输入耦接开关电路1，用于控制并检测开关电路1的开合状态反馈至微控制器模块。预付费控制输入信号处理模块71由电阻R38，R17，二极管D6～8组成，将预付费输入控制信号(220VAC)转换为微控制器模块可以处理的控制信号电平并输入到微控制器模块，同时将开关电路1的分合状态经R40反馈预付费控制设备。控制输出模块72由脱扣器K1、二极管D10～13、单相可控硅Q2，电阻R4～5、R43、R47～52、R61，电容C7、C20、C31，以及光耦GE3～4组成，微控制器模块输出的高电平控制信号TK_CON使Q5导通，从而触发光耦GE4导通，这样单相可控硅的触发端得到足够的触发电压而导通，使得脱扣器动作，实现脱扣操作的功能。脱扣电源LX、NX连接在开关电路1的负载侧，开关电路1断开后，负载侧自动断电，这样通过光耦GE3的通断，给微控制器模块输入高低电平HZ_XHOUT表示开关电路1的分合状态。低电平表示合闸状态，高电平表示分闸状态。模拟试验电路由R45，R59～60，U4，Q4组成，微控制器模块输出高电平的SY_OUT试验信号，使光电触发管导通，这样在剩余电流互感器中就会模拟一个需要的剩余电流，开关中就会检测到一个剩余电流信号，从而自检开关的功能。

如图8所示，GPRS通讯模块由电阻R100～112，电容C100～109，三极管Q100～101，GPRS模块U100，SIM卡T100，以及天线ANT00和指示灯LED100组成。GPRS通讯模块接收MCU的命令将检测到的用电信息上传到主站，为智能电网的建设提供基础设备。将GPRS通讯模块直接应用到开关电路中，可以简化产品的应用和成本，虽然可以用独立的GPRS通讯模块进行数据通讯，但安装起来比较复杂，需要设置模块的运行参数，而且独立的GPRS通讯模块内部需要单独微控制器来控制，所以独立的GPRS通讯模块要比嵌入式的设计成本要高得多，因此，本实用新型的末级用电信息监测开关将GPRS通讯模块与信号处理电路结合，利用信号处理电路中的微控制器将信号处理电路监测到的用电信息上传至主站，可以较好的缩小产品体积，简化安装操作，为通讯型终端设备的推广奠定物质基础。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，包括开关电路、信号处理电路和GPRS通讯模块，所述信号处理电路包括微控制器模块以及耦接微控制处理模块的信号检测处理模块、隔离通信端口模块，

所述信号检测处理模块用于检测开关电路的剩余电流和输入电压，并将检测到的信号输入微控制器模块；

所述微控制器模块接收信号检测处理模块的相关信号用于对电压、漏电信号进行分析并作出相应的控制和处理，生成通讯信号；

所述隔离通信端口模块包括光电隔离模块和通讯转换模块，所述光电隔离模块耦接所述微控制器模块的输出端，用于将微控制器模块输出的通讯信号进行光电隔离，所述通讯转换模块耦接所述光电隔离模块，用于将经光电隔离之后的通讯信号转换成通讯协议信号，使微控制器模块与外界进行通讯；

所述GPRS通讯模块耦接所述微控制器模块，用于接收微控制器模块的指令将检测到的用电信息上传至主站。

2.根据权利要求1所述的具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，所述信号处理电路还包括电源处理模块，所述电源处理模块用于信号处理电路的供电。

3.根据权利要求2所述的具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，所述信号处理电路还包括自生隔离电源模块，所述自生隔离电源模块耦接所述电源处理模块和所述通讯转换模块，用于给所述通讯转换模块提供一个隔离电源。

4.根据权利要求1所述的具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，所述信号处理电路还包括控制输出及预付费信号处理模块，所述控制输出及预付费信号处理模块耦接所述微控制器模块，所述控制输出及预付费信号处理模块包括预付费控制输入信号处理模块和控制输出模块，

所述预付费控制输入信号处理模块的输入端耦接预付费设备，输出端耦接微控制器模块，用于将预付费输入控制信号转换为微控制器模块所适应的控制信号；

所述控制输出模块包括脱扣器，所述控制输出模块的输入端耦接预付费设备和微控制器模块，输出端耦接脱扣执行部件，所述脱扣器的电源输入耦接所述开关电路，用于控制并检测开关电路的开合状态，并反馈至微控制器模块。

5.根据权利要求4所述的具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，所述控制输出模块还包括模拟试验电路，用于模拟生成一个剩余电流使开关电路自检。

6.根据权利要求1所述的具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，所述信号检测处理模块包括剩余电流检测模块、电压检测模块、基准电压输出模块和同步信号输入电路，

所述剩余电流检测模块包括剩余电流互感器，用于检测开关电路的剩余电流；

所述电压检测模块用于检测开关电路的输入电压并将其转换为微控制器模块分析电压范围内的电压信号；

所述同步信号输出电路耦接所述电压检测模块，用于接收电压检测模块输出的电压信号并输出一个和电压信号同步的方波信号；

所述基准电压输出模块耦接所述剩余电流检测模块和所述电压检测模块，用于给剩余电流检测模块、电压检测模块提供基准电压。

7.根据权利要求1所述的具有通讯功能的末级用电信息监测开关，其特征在于，所述开关电路为断路器。