CN210431020U - 综合测控通信终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型所公开的一种综合测控通信终端设备，包括通信单元、开关量输入单元、开关量输出单元、交流采样单元、A/D转换单元、中央处理单元、电源单元和显示操作单元；通信单元、开关量输入单元、开关量输出单元、A/D转换单元、电源单元和显示操作单元分别与中央处理单元相连，交流采样单元与A/D转换单元相连。提高配电网进行供电的可靠性，改善电能质量，节能降损，优化运行，提高系统经济运行水平，提高配网现代化管理水平。

Description

综合测控通信终端设备

技术领域

本实用新型涉及一种微机保护技术领域，具体涉及一种综合测控通信终端设备。

背景技术

由于近年来国家在配网改造方面投入大量的资金，各电力公司对配网的进一步重视以及新的用电需求的出现，从功能上来看，现有装置存在的欠缺正逐步显露出来，如精度低，不能进行谐波分析计算以及电压质量统计等功能；更多的问题是，设计时算法的选择不完善、没有断路器在线监测、故障诊断功能、以及不具备与配网自动化多种通讯设备相连的接口，并且预留通讯接口不够等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种提高供电可靠性，改善电能质量，节能降损，优化运行，提高系统经济运行水平，提高配网现代化管理水平的综合测控通信终端设备。

本实用新型所设计的综合测控通信终端设备，包括：

通信单元，用于信号传输；

开关量输入单元，用于输入强电控制部分的开关量；

开关量输出单元，用于输出控制指令来控制继电器发生动作；

交流采样单元，对电流和电压的模拟量进行采集；

A/D转换单元，将模拟量信号转换为数字量信号；

中央处理单元，将接收到的数据进行处理；

电源单元，对各模块进行供电；

显示操作单元，显示处理后的数据；

通信单元、开关量输入单元、开关量输出单元、A/D转换单元、电源单元和显示操作单元分别与中央处理单元相连，交流采样单元与A/D转换单元相连。

进一步优选，通讯模块由以太网数据采集模块、RS-232通信模块和RS-485通信模块构成；以太网数据采集模块是由数据采集器与以太网接口构成

进一步优选，开关量输入单元包括电阻R018、电阻R019、二极管D014、光耦合器U05和电阻R020，电阻R018的一端分别与二极管D014的负极和光耦合器U05的引脚二相连，电阻R019的一端分别与二极管D014的正极和光耦合器U05的引脚三相连；光耦合器U05的引脚五接电阻R020，其引脚六接地。

进一步优选，开关量输出单元包括电阻R23、三极管Q22、电阻R24、二极管DIODE和电压端VCC，电阻R23的一端与三极管的基极相连，三极管的集电极分别与电阻R24的一端、二极管DIODE的正极和继电器的管脚一相连，二极管DIODE的负极分别与继电器的电压端VCC、管脚八和管脚七相连，三极管的发射极与电阻R24的另一端接地连接。

进一步优选，交流采样单元包括由若干个电压、电流互感器组成的模拟量采集模块、RC滤波模块一、RC滤波模块二、稳压模块和运算放大器，模拟量采集模块与RC滤波模块一相连，RC滤波模块一和RC滤波模块二相互串联，且稳压模块接在RC滤波模块二上，RC滤波模块二还与运算放大器的同相输入端+相连，运算放大器的同相输入端-与其输出端相连，运算放大器的同相输入端+还连接有接地电阻。

本实用新型所设计的综合测控通信终端设备，遥信有多路开关量输入，测控开关的位置。遥测按一条线路需要测量的电流、电压进行交流采样，经数字滤波及运算后，得到要求的各运行参数，数据保存在有备用电源的存储器内，掉电不会丢失，也可能有数条线路遥测。遥控收到遥控命令后进入命令校验，当命令检验为正确时，通过出口继电器执行命令(跳闸或合闸)。保护功能采用交流采样并能判断故障电流。还具有故障录波功能，将故障前后若干周波波形数据与对应时刻存储到专用存储区。

另外，根据硬件结构设置，进行设定多套保护定值。事件顺序记录状态量发生变化的时刻及顺序。事故记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间(一般为1min)的负荷,以便分析事故,并作为确定故障区段及恢复供电时重新分配负荷的依据。定值远方修改功能，自检及自恢复功能。远方控制闭锁与手动操作功能。装置经串口可与多种通信设备接口对接。提高供电可靠性，改善电能质量，节能降损，优化运行，提高系统经济运行水平，提高配网现代化管理水平。

同时，综合测控通信终端是针对智能配电网系统开发的一种具有通信及规约转换功能的装置，用于解决配电网中不同厂家、不同接口、不同规约的产品之间相互通信，可以以串口、以太网口等方式与配电终端类产品实现通信互联，以以太网或配合使用GPRS模块等形式与配网主站(或远程调度后台)实现信息传送，实现配电自动化终端的信息管理及信息中转。

附图说明

图1是实施例的整体结构示意图；

图2是实施例的以太网MAC控制器所采用48引脚的DM9000AEP芯片结构示意图；

图3是实施例的以太网接口电路结构示意图。

图4是实施例的RS-232通信模块结构示意图；

图5是实施例的RS-485通信模块结构示意图；

图6是实施例的开关量输入单元结构示意图；

图7是实施例的开关量输出单元结构示意图；

图8是实施例的交流采样单元结构示意图；

图9是实施例的中央处理器结构示意图；

图10是实施例的A/D转换模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1-图8所示，本实施例所描述的综合测控通信终端设备，包括通信单元1、开关量输入单元2、开关量输出单元3、交流采样单元5、采用AD7606芯片的A/D转换4、中央处理单元6、电源单元7和显示操作单元8；通信单元、开关量输入单元、开关量输出单元、A/D转换单元、电源单元和显示操作单元分别与中央处理单元相连，交流采样单元与A/D转换单元相连。其中显示操作单元可以是液晶显示屏与按钮组成或者直接由触摸屏构成；电源单元可以是24V电源或者48V电源；其中中央处理器为单片机STM。

工作原理：电源单元各模块进行供电；通讯单元与配电网的子站层相连进行通信传输，提供配网系统运行控制及管理所需的数据，并执行主站发出的控制命令，交流采样单元进行检测配网及配电设备中的电流和电压模拟量数据，从而经A/D转换单元将模拟量信号转换为数字量信号后在显示模块上，从而根据数据中央处理模块进行识别、故障检测和电能质量测量处理，并且根据检测、识别和测量后得出的数据发出自诊断报告以及自恢复指令；从而实现代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的效果；同时强电控制部分的开关量经开关量输入单元输入至中央处理器，中央处理器将开关量进行信号处理从而得出控制指令，该控制指令经开关量输出单元进行控制配电及配网设备中的继电器(告警或跳闸)。

本实施例中，通讯模块由以太网数据采集模块、RS-232通信模块和RS-485通信模块构成。其相互配合工作的设计如下：

如图2和图3所示，以太网数据采集模块是数据采集器与以太网接口构成，其电路如图所示。以太网MAC控制器采用48引脚的DM9000AEP芯片，以太网接口采用HR911105A。DM9000AEP是一款完全集成和符合成本效益的单芯片快速以太网MAC控制器，它有一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM，提供了介质无关的接口，能够连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发器。它支持8位、16位和32位接口访问内部存储器，能够支持不同的处理器。

如图4所示，RS-232模块为数据采集器进行软硬件的调试而设计，通过它可以在PC上观察数据采集器的运行情况。RS-232-C接口是目前最常用的一种串行通讯接口，能够使不同的设备方便地连接起来进行通讯。由于通讯板设计中使用的S3C6410处理器(通讯板的核心处理器)引脚输出的TTL电平与RS-232-C标准所定义的电平有所不同，因此，它们之间需要对电平信号进行转换。本设计中采用SP3232作为电平转换芯片。

如图5所示，RS-485通信模块实现数据采集器与计量表计之间的数据通信，数据采集器通过RS-485网络发送读数据请求给各个计量表计，同时接收它们的应答数据。RS-485模块包含3路RS-485接口电路，各个电路基本相同，区别在于与主控器相连的引脚不同，其中一路RS-485接口电路如图所示。RS-485接口电路采用B0505S和TLP521芯片分别对电源和信号进行光电隔离。S3C6410芯片输出的485_CTRL1信号通过光电隔离器件TLP521控制SP485R芯片的发送器/接收器使能：485_CTRL1信号为“1”，则SP485R芯片的DE和RE引脚为“1”，发送器有效，接收器禁止，此时S3C6410芯片可以向RS-485总线发送数据；485_CTRL1信号为“0”，则SP485R芯片的和RE引脚为“0”，发送器禁止，接收器有效，此时S3C6410芯片可以接收来自RS-485总线的数据。钳位于6.8V的BZX55-C6V8是用来保护RS-485总线的，避免RS-485总线在受外界干扰时产生的高压损坏RS-485收发器。

本实施例中，开关量输入单元包括电阻R018、电阻R019、二极管D014、光耦合器U05和电阻R020，电阻R018的一端分别与二极管D014的负极和光耦合器U05的引脚二相连，电阻R019的一端分别与二极管D014的正极和光耦合器U05的引脚三相连；光耦合器U05的引脚五接电阻R020，其引脚六接地。因为保护装置是弱电控制部分，而开关量的输入是强电控制部分，因此，开关量要经过光电隔离电路，目的是从电路上把干扰源和容易干扰的部分隔离开来，使微机保护装置和现场仅仅保持光信号的联系，而不产生电信号的联系。开关量输入电路接入光电耦合器之后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧，除此之外，它还能起到很好的安全保障作用，因为在光电耦合器的输入回路和输出回路之间有很高的耐压值，可以达到上千伏，正是由于光电耦合器是以光为媒介进行间接耦合，才使它具有很高的电气隔离和抗干扰能力。光电隔离电路图如图所示。在图中可以看出，在光耦器件的输入端并联了一个二极管，目的是为了防止光耦中发光二极管的反向击穿，将发光二极管的两端电压钳位在0.7V左右。

本实施例中，开关量输出单元包括电阻R23、三极管Q22、电阻R24、二极管DIODE和电压端VCC，电阻R23的一端与三极管的基极相连，三极管的集电极分别与电阻R24的一端、二极管DIODE的正极和继电器的管脚一相连，二极管DIODE的负极分别与继电器的电压端VCC、管脚八和管脚七相连，三极管的发射极与电阻R24的另一端接地连接。从单片机STM(中央处理器)中PE口的任意～个管脚都可以驱动继电器，当输出管脚为高电平时，三极管导通，这时发射极电平与继电器管脚l电平都为低，而继电器管脚8电平始终为高，这样就使继电器线圈吸合；如果输出管脚为低电平，三极管截止，三极管的发射极悬空，相当于高电平，这样，继电器的线圈断开，继电器并不动作。

本实施例中，交流采样单元包括由若干个电压、电流互感器组成的模拟量采集模块、RC滤波模块一、RC滤波模块二、稳压模块和运算放大器，模拟量采集模块与RC滤波模块一相连，RC滤波模块一和RC滤波模块二相互串联，且稳压模块接在RC滤波模块二上，RC滤波模块二还与运算放大器的同相输入端+相连，运算放大器的同相输入端-与其输出端相连，运算放大器的同相输入端+还连接有接地电阻。

其中PT二次侧电压、CT二次侧电流的模拟量首先进入电流电压变换模件进行交流变换，变成适合与AD转换的0—5V电压；再经低通滤波器送入保护模件中微处理器模块进行AD转换。因为装置采集的模拟量主要是电压和电流，而电压和电流在发生故障时会产生高次谐波，所以在设计中采用了一个二级RC低通滤波电路用来滤除三次及三次以上的谐波分量，装置的采样频率为600Hz，根据奈奎斯特采样定理，RC滤波图低通滤波电路图电路截止频率选择为130HZ，并由此可以确定RC滤波电路的参数R；4.7x，C＝0.1l|F。后面加上一个运算放大器TLC2254作为电压跟随器，输出的电压就是经过滤波后的电压，当输入端断线时，运算放大器的同相输入端有可能发生零点漂移，在运放的同相输入端加入一个接地电阻，可以有效的抑制零点漂移。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种综合测控通信终端设备，其特征在于，包括：

通信单元，用于信号传输；

开关量输入单元，用于输入强电控制部分的开关量；

开关量输出单元，用于输出控制指令来控制继电器发生动作；

交流采样单元，对电流和电压的模拟量进行采集；

A/D转换单元，将模拟量信号转换为数字量信号；

中央处理单元，将接收到的数据进行处理；

电源单元，对各模块进行供电；

显示操作单元，显示处理后的数据；

通信单元、开关量输入单元、开关量输出单元、A/D转换单元、电源单元和显示操作单元分别与中央处理单元相连，交流采样单元与A/D转换单元相连。

2.根据权利要求1所述的综合测控通信终端设备，其特征在于，通讯模块由以太网数据采集模块、RS-232通信模块和RS-485通信模块构成。

3.根据权利要求2所述的综合测控通信终端设备，其特征在于，以太网数据采集模块是由数据采集器与以太网接口构成。

4.根据权利要求1所述的综合测控通信终端设备，其特征在于，开关量输入单元包括电阻R018、电阻R019、二极管D014、光耦合器U05和电阻R020，电阻R018的一端分别与二极管D014的负极和光耦合器U05的引脚二相连，电阻R019的一端分别与二极管D014的正极和光耦合器U05的引脚三相连；光耦合器U05的引脚五接电阻R020，其引脚六接地。

5.根据权利要求1所述的综合测控通信终端设备，其特征在于，开关量输出单元包括电阻R23、三极管Q22、电阻R24、二极管DIODE和电压端VCC，电阻R23的一端与三极管的基极相连，三极管的集电极分别与电阻R24的一端、二极管DIODE的正极和继电器的管脚一相连，二极管DIODE的负极分别与继电器的电压端VCC、管脚八和管脚七相连，三极管的发射极与电阻R24的另一端接地连接。

6.根据权利要求1所述的综合测控通信终端设备，其特征在于，交流采样单元包括RC滤波模块一、RC滤波模块二、稳压模块和运算放大器，RC滤波模块一和RC滤波模块二相互串联，且稳压模块接在RC滤波模块二上，RC滤波模块二还与运算放大器的同相输入端+相连，运算放大器的同相输入端-与其输出端相连，运算放大器的同相输入端+还连接有接地电阻。

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