CN208314587U - 应用于配电柜温度监控的智能温控器及温度监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及配电柜温控器技术领域，具体为一种应用于配电柜温度监控的智能温控器及温度监控系统。包括主控模块和多个子模块，主控模块包括第二主控芯片和分别与第二主控芯片双向连接的第二以太网通讯模块、第二载波通讯模块和第二串口通讯模块；子模块的直流量检测电路、线性光耦、第一主控芯片连接，计量模块与第一主控芯片连接，光电隔离电路、电平转换电路、第一主控芯片依次连接，第一主控芯片连接继电器，且第一主控芯片分别与第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块连接；主控模块的第二载波通讯模块与子模块的第一载波通讯模块通过电力线连接。本新型具备计量功能，还能够判断温度控制的阈值是否合理，并进行远程控制。

Description

应用于配电柜温度监控的智能温控器及温度监控系统

技术领域

本实用新型涉及配电柜温控器技术领域，特别提供了一种应用于配电柜温度监控的智能温控器及温度监控系统。

背景技术

最初的配电柜温控器其本质实际上属于电气类，从它的结构上来看，内部所配备的温度传感器在工作运行中是由双金属片或者是气动温包，采取“给定温度盘”的方式来调试预紧力度，从而达到控制温度的效果，并且它内部所配备的开关都采用的是拨档式。这一代的温控器在技术上存在明显的不足，经常会出现温度设置不精确以及开关容易受损之类的情况。

之后，在第一代的基础上，对各种配置及技术进行了明显的改善，由此衍生出了新一代的温控器。这一代的温控器本质上属于电子类，从它的结构上来看，内部所配备的温度传感器在工作运行中是选择了热敏电阻或者是热电阻，有些产品的技术已经支持触摸屏控制温度的方式。且这一代的温控器冷热功能的转变能够自主实现，通过放大以及开关电路的方式来完成双位的调控工作。相比之前的产品，这一代的温控器在技术上有了很大的提升，对于之前存在的问题也有了极大的改进。不过依然有很多的问题需要进一部的完善，如：整个产品操作起来不够简易；一般只能在高低两个阈值范围内进行简单的温度控制，当温度过高时，启动轴流排风机进行降温，当温度过低时启动加热器进行加热。可见，传统温控器功能单一，需要人工设置温控范围且无法进行远程控制调整。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种应用于配电柜温度监控的智能温控器及温度监控系统，其不仅具备计量功能，还能够判断温度控制的阈值是否合理，并进行远程控制。

本实用新型是这样实现的，提供一种应用于配电柜温度监控的智能温控器，包括主控模块和多个子模块，主控模块包括第二主控芯片，以及分别与第二主控芯片双向连接的第二以太网通讯模块、第二载波通讯模块和第二串口通讯模块

每个子模块包括第一主控芯片、直流量检测电路、线性光耦、计量模块、光电隔离电路、电平转换电路、第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块和继电器，直流量检测电路、线性光耦、第一主控芯片依次连接用于接收温湿度信号，计量模块与第一主控芯片双向连接用来接收电流、电压信号，光电隔离电路、电平转换电路、第一主控芯片依次连接用来接收开关量信号，第一主控芯片连接继电器，且第一主控芯片分别与第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块双向连接；

主控模块的第二载波通讯模块与子模块的第一载波通讯模块通过电力线连接。

进一步地，所述计量模块包括电阻分压电路、电压互感器、电流互感器、信号调理模块和单相计量芯片，电阻分压电路、电压互感器、信号调理模块依次连接，电流互感器与信号调理模块连接，信号调理模块与单相计量芯片连接，单相计量芯片与所述第一主控芯片双向连接。

进一步地，所述单相计量芯片型号为HT7017。

进一步地，所述线性光耦与所述第一主控芯片的ADC模块连接，所述计量模块与所述第一主控芯片的SPI模块连接，所述继电器与所述第一主控芯片的GPIO模块连接，所述第一载波通讯模块与所述第一主控芯片的USART模块连接，所述第一串口通讯模块与所述第一主控芯片的SCI模块连接；

所述第二载波通讯模块与所述第二主控芯片的USART模块连接，所述第二串口通讯模块与所述第二主控芯片的SCI模块连接。

进一步地，所述第一主控芯片型号为STM32F103VE，所述第二主控芯片型号为AT89C51。

根据本新型的另外一个方面，还提供一种利用上述智能温控器进行配电柜温度监控的系统，包括系统主站和所述智能温控器，系统主站与所述智能温控器主控模块通过以太网通讯，主控模块与多个所述子模块分别通过电力载波通道通讯，并且每个子模块的第一载波通讯模块与主控模块的第二载波通讯模块连接，每个子模块的继电器分别与加热器和排风机连接。

进一步地，所述系统主站设有webservice接口，通过webservice接口接收实时天气湿温度；所述主控模块第二以太网通讯模块上设RJ45网口，通过RJ45网口与所述系统主站连接。

进一步地，所述主控模块的第二载波通讯模块能够与1-255个所述子模块的第一载波通讯模块连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：具有远程控制和参数调整的功能，且具备计量模块，对排风机和加热器所消耗的电量进行记录，分析温控器投入的效果和收益，并以此判断温度控制的阈值是否合理，此外采用的电力线载波通信方式快速稳定组网灵活方便，因此便于推广应用。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型主控模块结构示意图；

图2为本实用新型子模块结构示意图；

图3为本实用新型计量模块结构示意图；

图4为本实用新型提供的温度监控系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1和图2，本实用新型提供一种应用于配电柜温度监控的智能温控器，包括主控模块1和子模块2，主控模块1包括第二主控芯片，以及分别与第二主控芯片双向连接的第二以太网通讯模块、第二载波通讯模块和第二串口通讯模块

子模块2包括第一主控芯片、直流量检测电路、线性光耦、计量模块4、光电隔离电路、电平转换电路、第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块和继电器，直流量检测电路、线性光耦、第一主控芯片依次连接用于接收温湿度信号，计量模块与第一主控芯片双向连接用来接收电流、电压信号，光电隔离电路、电平转换电路、第一主控芯片依次连接用来接收开关量信号，第一主控芯片连接继电器，且第一主控芯片分别与第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块双向连接。

主控模块1的第二载波通讯模块与子模块2的第一载波通讯模块通过电力线连接。

温湿度传感器检测配电柜环境的温度和湿度，产生直流量，将温湿度直流量信号通过直流量检测电路、线性光耦传递给第一主控芯片进行采样计算和保存，温控器消耗的电压和电流信号通过计量模块4接入第一主控芯片进行计算，开关量信号通过光电隔离电路、电平转换电路接入第一主控芯片，进行数字开关量的采集，通过继电器控制外部的交流接触器，以实现轴流排风机和加热器的通断控制，第一载波通讯模块与外部电力线连接，采用了高速窄带的G3载波通信协议，第一串口通讯模块用来与其他串口设备连接，继电器用来连接第一交流接触器和第二交流接触器，分别用于排风机和加热器的通断控制。

作为一种具体的实施方式，参考图3，计量模块4包括电阻分压电路、电压互感器、电流互感器、信号调理模块和单相计量芯片，电阻分压电路、电压互感器、信号调理模块依次连接，电流互感器与信号调理模块连接，信号调理模块与单相计量芯片连接，单相计量芯片与所述第一主控芯片双向连接。

电压信号先通过电阻分压电路，再进入电压互感器转换为小信号，电流信号直接接入电流互感器转换为小信号，电压电流小信号通过信号调理模块的整形滤波之后，送入单相计量芯片进行计量分析，最后送入第一主控芯片进行计算和存储。

作为优选，所述单相计量芯片型号为HT7017。

作为一种具体的实施方式，所述线性光耦与所述第一主控芯片的ADC模块连接，所述计量模块与所述第一主控芯片的SPI模块连接，所述继电器与所述第一主控芯片的GPIO模块连接，所述第一载波通讯模块与所述第一主控芯片的USART模块连接，所述第一串口通讯模块与所述第一主控芯片的SCI模块连接；所述第二载波通讯模块与所述第二主控芯片的USART模块连接，所述第二串口通讯模块与所述第二主控芯片的SCI模块连接。

作为优选，所述第一主控芯片型号为STM32F103VE，所述第二主控芯片型号为AT89C51。

本实用新型还提供一种利用上述温控器进行配电柜温度监控的系统，包括系统主站3和所述智能温控器，系统主站3与所述智能温控器主控模块通过以太网通讯，主控模块1与多个所述子模块2分别通过电力载波通道通讯，并且每个子模块2的第一载波通讯模块与主控模块1的第二载波通讯模块连接，每个子模块2的继电器分别通过第一交流接触器5和第二交流接触器6分别与加热器和排风机连接。

作为优选，系统主站3设有webservice接口，通过webservice接口接收实时天气湿温度；所述主控模块1第二以太网通讯模块上设RJ45网口，通过RJ45网口与所述系统主站3连接。

作为优选，所述主控模块1的第二载波通讯模块能够与1-255个所述子模块2的第一载波通讯模块连接。

系统主站3通过WebService接口接收天气预报中的温湿度及其变化趋势的信息，实时调整温度控制的策略，利用以太网与主控模块1进行通信，再通过电力线载波通道将温度控制策略下发到所有子模块2；在空气温度比较高的情况下，温控阈值上限可以适当提高，反之温度低的时候降低阈值下限，相应的将控制策略的实施效果进行反校，计算智能温控器及其加热器或排风机的电能消耗情况，分析智能温控器投入的效果和收益是否合理，判断温度控制的阈值是不是设置的过高或过低，如果需要调整，便可以通过系统主站3进行远程控制，此外如果智能温控器所带的加热器或排风机负载投入过于频繁，温控阈值的范围将自动扩大。

主控模块1负责载波网络的建立及维护，并通过RJ45网口与系统主站3连接，进行子模块2的数据上送，以及系统主站3控制策略的下发。子模块2负责通过加热器和排风机来对监测点温度进行调控，同时还能对加热器和排风机的电能消耗进行计量。子模块2与主控模块1之间通过基于窄带高速载波技术的电力线载波方式进行通信。

子模块2中的第一载波通讯模块将载波信号耦合到L和N相电力线上，并采用了高速窄带的G3载波协议，主控模块1的第二载波通讯模块用于建立一个载波通讯网络，该通讯网络可以容纳共255个载波通讯子节点，形成一个mesh形式的通讯网络，组网能力优越，子模块2的第一载波通讯模块可以自动查找路由，通过最优路径与主控模块1进行通讯，配电室的每个开关间隔内都可以布置一个子模块2，所有间隔的温控数据都可以通过电力线载波上送到系统主站3，系统主站3的控制策略也可以通过电力线载波下发到所有子模块2，实现双向实时的数据采集和调整控制。

实施例1、

2015年11月，在低压配电柜的实施现场对智能温控器进行了安装调试。主控模块布置在监控室内主机附近，子模块安装在各个需要监控的低压配电柜中，通信方面，主控模块与监控室的电脑之间以普通网线相连，主控模块与子模块不需要连接任何通信电缆，就利用电力线进行数据通信。

布置完毕之后开始进行测试，在监控室主机的监控软件上设置高低温度阈值，并且可以远程打开或关闭配电柜中的风扇和加热器。当温度在阈值之间时，风扇和加热器均不工作；当配电柜中温度人为升高到阈值以上时，风扇自动打开；当配电柜中温度人为降低到阈值以下时，加热器自动打开。

通过以上的测试，新研制的智能温控器及其系统按照预定的设置正常工作，满足设想的要求，得到了现场专家的一致认可，认为新装置能够克服传统方式的弊端，方便可靠，具备推广的意义。

实施例2、

以在一个变电站中设置该温控器计算。

该变电站有220kV开关12组，36个开关机构箱。66kV开关35组，35个开关机构箱。原来温控器设置为-5℃启动，+155℃停止。11月1日至次年3月31日，去掉高温天气，投入时间约为3200小时。以每个机构箱内配置1kW计算，变电站开关机构箱耗电：3200×(35+36)×1000＝227200千瓦时。

新型温控器的数据为，11月1日至次年3月31日，去掉温度高于55℃天气，投入时间约为1600小时。其耗电量为。1600×(35+36)×1000＝113600千瓦时。

更换新型温控器后可节省电量：113600千瓦时，以每千瓦时电量0.5元计算，可节省电费56800元。

Claims (8)

1.应用于配电柜温度监控的智能温控器，其特征在于，包括主控模块和多个子模块，主控模块包括第二主控芯片，以及分别与第二主控芯片双向连接的第二以太网通讯模块、第二载波通讯模块和第二串口通讯模块；

每个子模块包括第一主控芯片、直流量检测电路、线性光耦、计量模块、光电隔离电路、电平转换电路、第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块和继电器，直流量检测电路、线性光耦、第一主控芯片依次连接用于接收温湿度信号，计量模块与第一主控芯片双向连接用来接收电流、电压信号，光电隔离电路、电平转换电路、第一主控芯片依次连接用来接收开关量信号，第一主控芯片连接继电器，且第一主控芯片分别与第一以太网通讯模块、第一载波通讯模块、第一串口通讯模块双向连接；

主控模块的第二载波通讯模块与子模块的第一载波通讯模块通过电力线连接。

2.按照权利要求1所述的应用于配电柜温度监控的智能温控器，其特征在于，所述计量模块包括电阻分压电路、电压互感器、电流互感器、信号调理模块和单相计量芯片，电阻分压电路、电压互感器、信号调理模块依次连接，电流互感器与信号调理模块连接，信号调理模块与单相计量芯片连接，单相计量芯片与所述第一主控芯片双向连接。

3.按照权利要求2所述的应用于配电柜温度监控的智能温控器，其特征在于，所述单相计量芯片型号为HT7017。

4.按照权利要求1所述的应用于配电柜温度监控的智能温控器，其特征在于，所述线性光耦与所述第一主控芯片的ADC模块连接，所述计量模块与所述第一主控芯片的SPI模块连接，所述继电器与所述第一主控芯片的GPIO模块连接，所述第一载波通讯模块与所述第一主控芯片的USART模块连接，所述第一串口通讯模块与所述第一主控芯片的SCI模块连接；

所述第二载波通讯模块与所述第二主控芯片的USART模块连接，所述第二串口通讯模块与所述第二主控芯片的SCI模块连接。

5.按照权利要求1所述的应用于配电柜温度监控的智能温控器，其特征在于，所述第一主控芯片型号为STM32F103VE，所述第二主控芯片型号为AT89C51。

6.一种利用如权利要求1所述的智能温控器进行配电柜温度监控的系统，其特征在于，包括系统主站和所述智能温控器，系统主站与所述智能温控器主控模块通过以太网通讯，主控模块与多个所述子模块分别通过电力载波通道通讯，并且每个子模块的第一载波通讯模块与主控模块的第二载波通讯模块连接，每个子模块的继电器分别与加热器和排风机连接。

7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统主站设有webservice接口，通过webservice接口接收实时天气湿温度；所述主控模块第二以太网通讯模块上设RJ45网口，通过RJ45网口与所述系统主站连接。

8.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主控模块的第二载波通讯模块能够与1-255个所述子模块的第一载波通讯模块连接。