CN216387350U - 一种电能表弱电接口故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电能表弱电接口故障诊断装置，包括：主控模块、弱电接口检测模块以及通信模块，弱电接口检测模块以及通信模块分别与主控模块连接，弱电接口检测模块包括多路分设的接口检测支路，每路接口检测支路的输入端对应与待测电能表的一个弱电接口连接，以用于检测对应弱电接口处的电压信号状态，每路接口检测支路的输出端连接至主控模块，主控模块通过通信模块进行数据通信。本实用新型具有结构简单、成本低、诊断效率及可靠性高等优点。

Description

一种电能表弱电接口故障诊断装置

技术领域

本实用新型涉及电能表故障诊断，尤其涉及一种电能表弱电接口故障诊断装置。

背景技术

电能表即为测量电能的各类仪表，又称电度表、火表或千瓦小时表。针对电能表的检测和维护，目前通常是采用检测装备现场检测的方式，即使用检测装备在现场对电能表进行检测，但是该类方式一般只能检测电能表RS485接口、红外接口等几种简单的通信接口是否正常，而无法对电能表的载波通信模块的弱电接口进行检测。电能表载波通信模块的弱电接口在电能表的运行过程中可能会发生故障，而一旦弱电接口发生故障，会造成HPLC载波模块数据传输异常甚至损坏模块，给网络调试和后期的维护带来很大的不便，甚至影响网络的稳定和整体性能。因此快速、准确的诊断电能表弱电接口故障，对于确定相对应的解决措施、确保网络调试维护等的可靠性都具有重要的意义。

现有技术中，针对电能表PLC模块的故障状态智能监测，通常是通过实时监测通信接口处信号的电平变化，以实现PLC模块的通信接口的监测，但是该类方式仍然是仅能实现PCL模块的通信接口状态监测，而无法实现电源接口、TXD接口、RXD接口等的监测，即便监测到通信接口存在故障时也难以定位到具体的故障点。且上述PLC的模块的故障状态智能监测方式中，通常是直接将接口的信号输出端连接至监测端，或者通过同一个采集电路同时采集多路的信号给监测端，而直接传输接口信号会存在较大的干扰信息，致使采集信号存在误差而影响故障诊断精度，采用一个采集电同时采集多路接口信号的方式，不仅实现复杂，且还易于造成信号间干扰，同样会影响故障诊断精度，同时不便于快速实现故障诊断，因而上述方式的故障监测可靠性以及效率并不高。因此，亟需提供一种针对电能表载波模块的弱电接口的故障诊断装置，以使得能够实现弱电接口的故障监测，同时能够提高故障监测的可靠性以及效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、诊断效率及可靠性高的电能表弱电接口故障诊断装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，主控模块、弱电接口检测模块以及通信模块，所述弱电接口检测模块以及通信模块分别与所述主控模块连接，所述弱电接口检测模块包括多路分设的接口检测支路，每路所述接口检测支路的输入端对应与待测电能表的一个弱电接口连接，以用于检测对应弱电接口处的电压状态信号和/或通信状态信号，每路所述接口检测支路的输出端连接至所述主控模块，所述主控模块通过所述通信模块进行数据通信。

进一步的，所述接口检测支路包括电源接口检测支路、TXD接口检测支路、RXD接口检测支路，还包括GND接口检测支路、RST接口检测支路、STA接口检测支路和Eventout接口检测支路中任意一种或多种。

进一步的，所述接口检测支路包括用于进行分压的分压电路、用于进行去耦处理的去耦电路，所述分压电路的输入端连接所述弱电接口，输出端通过所述去耦电路连接所述主控模块。

进一步的，所述弱电接口检测模块还包括TXD开漏电路，以用于为TXD接口检测支路提供大于预设阈值的驱动电流，当所述接口检测支路还包括所述STA接口检测支路时，所述弱电接口检测模块还包括STA开漏电路。

进一步的，还包括电源供电性能检测模块，所述电源供电性能检测模块的一端连接电能表中的电源接口，另一端与所述主控模块连接，所述电源供电性能检测模块包括两个以上的负载开关使能电路，各所述负载开关使能电路接收所述主控模块发送的使能控制信号，使能输出不同的模拟负载给电能表的电源接口。

进一步的，所述负载开关使能电路包括第一负载开关使能电路、第二负载开关使能电路，当使能所述第一负载开关使能电路时，输出第一模拟负载，当使能所述第二负载开关使能电路时，输出第二模拟负载，当同时使能所述第一负载开关使能电路、所述第二负载开关使能电路时，输出第三模拟负载，所述第一模拟负载、第二模拟负载与第三模拟负载的大小不同，当同时关闭所述第一负载开关使能电路、所述第二负载开关使能电路时，模拟负载关闭。

进一步的，所述第一负载开关使能电路和/或所述第二负载开关使能电路包括依次连接的稳压电路、分压电路、开关MOS管、模拟负载，还包括与所述开关MOS管连接的使能三极管，所述使能三极管接入所述使能控制信号，通过控制所述开关MOS管的开断使能或关闭所述模拟负载。

进一步的，还包括与所述主控模块连接的报警模块，用于当接收所述主控模块的控制信号时，发送故障报警信号。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型电能表弱电接口故障诊断装置故障诊断装，基于硬件电路可以独立的监测电能表中各路弱电接口的电压、通信状态，实现电能表中各弱电接口的故障诊断，同时由于各路接口检测支路相互独立，每路接口检测支路仅需要进行一种信号的采集，因而实现简单、成本低，不仅可以避免各路接口信号间的相互干扰，还可以实现不同弱电接口信号的快速传输，有效提高故障监测诊断的可靠性以及效率。

附图说明

图1是本实施例电能表弱电接口故障诊断装置的结构示意图。

图2是在具体应用实施例中弱电接口检测模块的电路结构示意图。

图3是在具体应用实施例中电源供电性能检测模块的电路结构示意图。

图4是在具体应用实施例通信模块的电路结构示意图。

图5是在具体应用实施例中主控模块的电路结构示意图。

图例说明：1、主控模块；2、电接口检测模块；201、接口检测支路；3、通信模块；4、电源供电性能检测模块；401、第一负载开关使能电路；402、第二负载开关使能电路；5、报警模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例电能表弱电接口故障诊断装置包括：主控模块1、弱电接口检测模块2以及通信模块3，弱电接口检测模块2以及通信模块3分别与主控模块1连接，弱电接口检测模块2包括多路分设的接口检测支路201，每路接口检测支路201的输入端对应与待测电能表的一个弱电接口连接，以用于检测对应弱电接口处的电压状态信号和通信状态信号，每路接口检测支路2的输出端连接至主控模块1，主控模块1通过通信模块3进行数据通信。

本实施例通过设置多路接口检测支路201，由每一路接口检测支路201独立的监测待测电能表中一个弱电接口的电压状态信号和通信状态信号，各路接口检测支路201检测到的信号再统一传输给主控模块1，由主控模块1将各路接口检测支路201检测到的信号大小于预设状态进行比较，如判断RXD接口是否为开漏输出状态，如果与预设状态相同，则判断存在故障，通过通信模块3将故障结果上传，主控模块1也可以通过通信模块3接收来自外部控制设备的控制命令，启动对所需监测弱电接口的故障判别。

本实施例通过上述装置，基于硬件电路可以独立的监测电能表中各路弱电接口的电压、通信状态，实现电能表中各弱电接口的故障诊断，同时由于各路接口检测支路相互独立，每路接口检测支路仅需要进行一种信号的采集，因而实现简单、成本低，不仅可以避免各路接口信号间的相互干扰，还可以实现不同弱电接口信号的快速传输，有效提高故障监测诊断的可靠性以及效率。

本实施例中，接口检测支路201包括用于监测电能表中电源接口的电源接口检测支路、用于监测电能表中载波模块的TXD接口的TXD接口检测支路、用于监测电能表中载波模块的RXD接口的RXD接口检测支路，以使得可以实现对电能表中关键的电源接口、TXD接口、RXD接口进行监测。上述电源接口具体为12V接口，即通过设置12V电源接口检测支路，以监测12V电源接口的故障状态。

本实施例中，接口检测支路201还包括用于监测电能表中GND接地接口的GND接口检测支路、用于监测电能表中复位输入信号接口RST的RST接口检测支路、用于监测电能表中载波模块的状态指示输出信号接口STA的STA接口检测支路、用于监测电能表中载波模块的事件上报输入信号接口Event的Eventout接口检测支路，以使得可对弱电接口的12V、GND、TXD、RXD、RST、STA、Eventout接口进行电平和通信检测，检测支路的设置具体可依据所需要监测的弱电接口进行配置。

可以理解的是，除电源接口检测支路、TXD接口检测支路以及RXD接口检测支路外，其余接口检测支路可以实际需求配置，甚至还可以根据实际需求对电能表中载波模块的其他弱电接口进行监测，如设置SET接口检测支路以用于监测电能表中载波模块的设置输入信号接口SET。

本实施例中，接口检测支路201具体包括用于进行分压的分压电路211、用于进行去耦处理的去耦电路212，分压电路211的输入端连接弱电接口，输出端通过去耦电路212连接主控模块1。上述分压电路211具体可采用分压电阻或分压网络等实现，去耦电路212具体可采用去耦电容现，以去除芯片电源管脚上的噪声，当然也可以采用其他类型电路结构实现。

在具体应用实施例中，分别设置12V、GND、TXD、RXD、RST、STA、Eventout接口接口检测支路时，如图2所示，弱电接口标识定义如XS1器件所示，其中1和2引脚为12V，3和4引脚为GND，5引脚为TXD，7引脚为SET，8引脚为RXD，9引脚为RST，11引脚为EVENTOUT。R81、R85、R87、R88分别为RXD、SET、RST、EVENTOUT的限流电阻，R82、R84、R86、R89分别为RXD、SET、RST、EVENTOUT的上拉电阻，SET引脚接入MCU的17引脚，由MCU对SET引脚电平进行采集，判断是否为SET接口对应的预设状态，即检测是否为开漏方式，常态为高阻态；EVENTOUT引脚接入MCU的10引脚，由MCU对SET引脚电平进行采集，判断是否为EVENTOUT接口对应的预设状态，即检测是否为开漏方式，常态为低电平；RST引脚接入MCU的14引脚，由MCU对SET引脚电平进行采集，判断是否为RST接口的预设状态，即检测是否为开漏方式，常态为高阻态。

如图2所示，RXD接口检测支路由分压电阻R174和分压电阻R120对RXD信号进行分压通过去耦电容C206后将分压后的信号ADC_RXD接入到MCU的16引脚，对RXD的电平信号进行采集分析，判断是否为RXD接口对应的预设状态，即检测是否为通信模块输出为开漏输出方式，常态为高阻态。TXD接口检测支路由分压电阻R173和分压电阻R176对TXD信号进行分压，通过去耦电容C206后将分压后的信号ADC_TXD接入到MCU的18引脚，MCU对TXD的电平信号进行采集，判断是否为TXD接口对应的预设状态，即检测是否为TXD为开漏方式，常态为高阻态。12V接口检测支路由分压电阻R170和分压电阻R172对12V进行分压，通过去耦电容C212和C213后将分压后的信号ADC4_V接入到MCU的19引脚，由MCU对12V电压进行采集，判断是否在预设输出电压范围(如+12V±1V)的范围内。

电能表中通信模块要求低电平电流驱动能力不低于2mA，本实施例中，弱电接口检测模块2还包括TXD开漏电路、STA开漏电路，以用于分别为TXD接口检测支路、STA接口检测支路提供大于预设阈值(具体为2mA)的驱动电流，以使得能够符合通信要求。在具体应用实施例中，如图2所示，由电阻R91、R92、R93、V10、V1构成TXD开漏电路，以提供大于2mA的驱动电流，以及由电阻R95、R96、V2构成STA开漏电路，以提供大于2mA的驱动电流。

本实施例中，还包括电源供电性能检测模块4，电源供电性能检测模块4的一端连接电能表中的电源接口，另一端与主控模块1连接，电源供电性能检测模块4包括两个以上的负载开关使能电路，各负载开关使能电路接收主控模块1发送的使能控制信号，使能输出不同的模拟负载给电能表的电源接口，以使得电能表连接不同的模拟负载，从而测试电能表电源带载能力。本实施例上述电源接口具体为12V接口，即为通过模拟不同负载提供给电能表的12V接口，以测试电能表12V带载能力，是否满足输出电压范围在预设范围(如+12V±1)内。通过设置电源供电性能检测模块4可以进一步测试电能表的电源带载能力，由于电源带载能力是电能表能够可靠运行的前提，当判断到电源带载能力不符合要求时(输出电压范围不在预设范围内)，则可以中止执行其余弱电接口的故障诊断，以及时处理故障，同时还可以减少不必要的接口检测及故障诊断。

本实施例中，负载开关使能电路包括第一负载开关使能电路401、第二负载开关使能电路402，当使能第一负载开关使能电路401时，输出第一模拟负载，当使能第二负载开关使能电路402时，输出第二模拟负载，当同时使能第一负载开关使能电路401、第二负载开关使能电路402时，输出第三模拟负载，第一模拟负载、第二模拟负载与第三模拟负载的大小不同，当同时关闭第一负载开关使能电路401、第二负载开关使能电402时，模拟负载关闭。上述通过使用两个不同的负载开关使能电路，结合使能控制，可以实现三种不同模拟负载输出，从而可满足对电能表电源带载能力的充分测试需求。

本实施例中，第一负载开关使能电路401、第二负载开关使能电路402均包括依次连接的稳压电路、分压电路、开关MOS管、模拟负载，还包括与开关MOS管连接的使能三极管，使能三极管接入使能控制信号，通过控制开关MOS管的开断使能或关闭模拟负载。上述稳压电路具体可采用稳压二级管实现，或者可以采用稳压二级管与储能电容并联实现，上述分压电路具体可采用分压电阻或分压网络实现，上述模拟负载具体采用电阻实现。

在具体应用实施例中，如图3所示，第一负载开关使能电路401具体包括稳压二极管VD71、储能电容C161、分压电阻R108、分压电阻R109、开关MOS管V81、模拟负载R20、使能三极管V71、使能下拉电阻R111、限流电阻R110，以实现模拟120mA负载开关使能电路，稳压二极管VD71、储能电容C161、分压电阻R108并联在开关MOS管V81的两端(G、S极)，开关MOS管V81的D极通过模拟负载R20接地，MOS管V81的G极通过分压电阻R109连接至使能三极管V71的C极连接，使能三极管V71的E极接地，使能三极管V71的B极通过限流电路R110接入PWR_100R信号。由PWR_100R信号控制开关，其中当PWR_100R为高电平时，模拟120mA负载开关使能电路打开，当PWR_100R为低电平时，模拟120mA负载开关使能电路关闭。

在具体应用实施例中，如图3所示，第二负载开关使能电路402具体包括稳压二极管VD14、储能电容C167、分压电阻R114、分压电阻R115、开关MOS管V3、模拟负载R21、使能三极管V6、使能下拉电阻R117、限流电阻R116，连接方式与上述第一负载开关使能电路401类似，实现模拟80mA负载开关使能电路，由PWR_150R信号控制开关，其中当PWR_150R为高电平时，模拟80mA负载开关使能电路打开；当PWR_150R为低电平时，模拟80mA负载开关使能电路关闭。

当上述PWR_100R信号和PWR_150R信号控制均为高电平时，模拟80mA负载开关和，模拟120mA负载开关同时打开，即可实现模拟200mA负载电流；当PWR_100R信号和PWR_150R信号控制均为低电平时，模拟80mA负载开关使能电路、模拟120mA负载开关使能电路同时关闭，模拟负载关闭，可以分别模拟80mA、120mA和200mA的负载，从而可以有效的测试电能表12V带载能力是否满足预设输出电压范围的要求。

本实施例中，通信单元3采用RS485电路，以实现与外部设备之间命令控制和数据通信交互。在具体应用实施例中，如图4所示，RS485电路具体包括控制使能三极管V231、限流电阻R236、上拉电阻R44、限流电阻R239、上拉电阻R53、RS485芯片D231、分压电阻R234、分压电阻、分压电阻R233、去耦电容C235、去耦电容C234、滤波电感L231、滤波电感L232和钳位TVS F8、钳位TVS F9，其中X1为SMA接头。

本实施例中，主控模块1具体采用主控MCU，如图5所示，主控MCU及外围电路包括主控MCU芯片U1、晶振G2、起振电容C203、起振电容C204、复位电阻R146、复位电容C189、去耦电容C215、去耦电容C216、去耦电容C217、去耦电容C218、去耦电容C220以及去耦电容C221。主控模块1通过将采集到的弱电接口的检测信号与对应的预设状态进行比较，即可判断是否存在故障，即对于RXD、TXD等接口，如果与预设状态(开漏输出)不同即可判断发生故障，如果为12V电源接口，则将信号与预设输出范围进行比较，如果不在预设输出范围即可判断存在故障。上述故障诊断逻辑实际也可以采用简单的比较电路等电路结构实现。

本实施例中，还包括与主控模块1连接的报警模块5，用于当接收主控模块1的控制信号时，发送故障报警信号。具体如当主控模块1判断到存在弱电接口故障时，控制点亮指示灯或者发生报警音等方式进行报警提示，以使得能够及时观测到故障的发生。

上述只是本实用新型的较佳实施例，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。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，包括：主控模块(1)、弱电接口检测模块(2)以及通信模块(3)，所述弱电接口检测模块(2)以及通信模块(3)分别与所述主控模块(1)连接，所述弱电接口检测模块(2)包括多路分设的接口检测支路(201)，每路所述接口检测支路(201)的输入端对应与待测电能表的一个弱电接口连接，以用于检测对应弱电接口处的电压状态信号和/或通信状态信号，每路所述接口检测支路(201)的输出端连接至所述主控模块(1)，所述主控模块(1)通过所述通信模块(3)进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，所述接口检测支路(201)包括电源接口检测支路、TXD接口检测支路、RXD接口检测支路，还包括GND接口检测支路、RST接口检测支路、STA接口检测支路和Eventout接口检测支路中任意一种或多种。

3.根据权利要求2所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，所述接口检测支路(201)包括用于进行分压的分压电路(211)、用于进行去耦处理的去耦电路(212)，所述分压电路(211)的输入端连接所述弱电接口，输出端通过所述去耦电路(212)连接所述主控模块(1)。

4.根据权利要求2所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，所述弱电接口检测模块(2)还包括TXD开漏电路，以用于为TXD接口检测支路提供大于预设阈值的驱动电流，当所述接口检测支路(201)还包括所述STA接口检测支路时，所述弱电接口检测模块(2)还包括STA开漏电路。

5.根据权利要求1所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，还包括电源供电性能检测模块(4)，所述电源供电性能检测模块(4)的一端连接电能表中的电源接口，另一端与所述主控模块(1)连接，所述电源供电性能检测模块(4)包括两个以上的负载开关使能电路，各所述负载开关使能电路接收所述主控模块(1)发送的使能控制信号，使能输出不同的模拟负载给电能表的电源接口。

6.根据权利要求5所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，所述负载开关使能电路包括第一负载开关使能电路(401)、第二负载开关使能电路(402)，当使能所述第一负载开关使能电路(401)时，输出第一模拟负载，当使能所述第二负载开关使能电路(402)时，输出第二模拟负载，当同时使能所述第一负载开关使能电路(401)、所述第二负载开关使能电路(402)时，输出第三模拟负载，所述第一模拟负载、第二模拟负载与第三模拟负载的大小不同，当同时关闭所述第一负载开关使能电路(401)、所述第二负载开关使能电路(402)时，模拟负载关闭。

7.根据权利要求6所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，所述第一负载开关使能电路(401)和/或所述第二负载开关使能电路(402)包括依次连接的稳压电路、分压电路、开关MOS管、模拟负载，还包括与所述开关MOS管连接的使能三极管，所述使能三极管接入所述使能控制信号，通过控制所述开关MOS管的开断使能或关闭所述模拟负载。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的电能表弱电接口故障诊断装置，其特征在于，还包括与所述主控模块(1)连接的报警模块(5)，用于当接收所述主控模块(1)的控制信号时，发送故障报警信号。

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