CN219871522U - 多路电流电压采集一体化装置及采集控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了多路电流电压采集一体化装置及采集控制系统，涉及工业自动化控制领域；其中，该装置包括：电流互感器组包括多个电流互感器，且多个电流互感器均与电流采集输出端连接；电压互感器组包括多个电压互感器，且多个电压互感器均与电压采集输出端连接；主电路进线端和主电路出线端均与待监测的目标设备连接；第一电源和第二电源分别对多个电流互感器和电压互感器提供工作电源；电流互感器和电压互感器分别用于采集目标设备的工作电流和工作电压；该装置不仅可以实现多路电气隔离的电压和电流采集，还具有电路逻辑结构简单，成本低，性能稳定、可靠，以及抗干扰能力强、精度高、可维护性好的优点，便于在实际应用中推广应用。

Description

多路电流电压采集一体化装置及采集控制系统

技术领域

本实用新型涉及工业自动化控制技术领域，尤其是涉及多路电流电压采集一体化装置及采集控制系统。

背景技术

目前，电机作为工业控制领域最常用的电驱动设备，在使用过程中常会出现无法预料的安全问题，随着物联网技术的发展，状态监控成了了解设备实时状态的较好手段。而在电机的状态监控中，电流和电压是一种非常直观和直接的数据，通过对多路电机运动的电流、电压进行实时采集监控，并可通过数据处理了解其电耗和负载情况以采取进一步安全措施，可以有效防止电机堵转、飞车等一系列突发情况，保证了电机的安全运行。

在实际应用中，由于小空间系统的安装空间有限，体型较大的集成式互感器并不适用；此外，即使目前某些领域有类似的焊接式互感器采集电流、电压的采集方式，但并不是集成与一块控制板，而是分散于不同的单元系统，不便于集中采集多路电流、电压，更不能实现进一步的安全联锁措施。因此，如何实现多路电流和电压的采集是亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供多路电流电压采集一体化装置及采集控制系统，以缓解上述问题，同时，该装置不仅可以实现多路电气隔离的电压和电流采集，还具有电路逻辑结构简单，成本低，性能稳定、可靠，以及抗干扰能力强、精度高、可维护性好的优点，便于在实际应用中推广应用。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种多路电流电压采集一体化装置，该装置包括：主电路进线端、第一电源、第二电源、主电路出线端、电流互感器组、电压互感器组、电压采集输出端和电流采集输出端；其中，电流互感器组包括多个电流互感器，且多个电流互感器均与电流采集输出端连接；电压互感器组包括多个电压互感器，且多个电压互感器均与电压采集输出端连接；主电路进线端和主电路出线端均与待监测的目标设备连接；第一电源，分别与多个电流互感器连接，用于对多个电流互感器提供工作电源；第二电源，分别与多个电压互感器连接，用于对多个电压互感器提供工作电源；电流互感器，用于采集目标设备的工作电流，并通过电流采集输出端输出工作电流；电压互感器用于采集目标设备的工作电压，并通过电压采集输出端输出工作电压。

优选地，电流互感器组包括第一电流互感器单元和第二电流互感器单元，电压互感器组包括第一电压互感器单元和第二电压互感器单元，主电路进线端包括第一主电路进线端和第二主电路进线端，主电路出线端包括第一主电路出线端和第二主电路出线端；其中，第一电流互感器单元和第一电压互感器单元分别与第一主电路进线端和第一主电路出线端连接；第二电流互感器单元和第二电压互感器单元分别与第二主电路进线端和第二主电路出线端连接。

优选地，第一电流互感器单元中电流互感器的数量和第二电流互感器单元中电流互感器的数量相同；和/或，第一电压互感器单元中电压互感器的数量和第二电压互感器单元中电压互感器的数量相同。

优选地，上述电流互感器输出的工作电流满足：0mA～20mA。

优选地，上述电压互感器输出的工作电压满足：0V～10V。

优选地，第一电源为±15V线性电源。

优选地，第二电源为5V线性电源。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种采集控制系统，该采集控制系统包括上述第一方面的多路电流电压采集一体化装置，以及目标设备和控制模块；其中，多路电流电压采集一体化装置的一侧与目标设备连接，另一侧与控制模块连接；用于采集目标设备的工作电流和工作电压，并将工作电流和工作电压发送至控制模块。

优选地，该系统还包括转换处理模块；其中，转换处理模块的一端与多路电流电压采集一体化装置连接，另一端与控制模块连接；用于对多路电流电压采集一体化装置采集的工作电流和工作电压进行处理，并将处理后的工作电流和工作电压发送至控制模块。

优选地，该系统还包括与控制模块连接的显示模块；控制模块，还用于将工作电流和工作电压发送至显示模块进行显示。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供了多路电流电压采集一体化装置及采集控制系统；其中，多路电流电压采集一体化装置包括：电流互感器组包括多个电流互感器，且多个电流互感器均与电流采集输出端连接；电压互感器组包括多个电压互感器，且多个电压互感器均与电压采集输出端连接；主电路进线端和主电路出线端均与待监测的目标设备连接；第一电源和第二电源分别对多个电流互感器和电压互感器提供工作电源；电流互感器和电压互感器分别用于采集目标设备的工作电流和工作电压；该装置不仅可以实现多路电气隔离的电压和电流采集，还具有电路逻辑结构简单，成本低，性能稳定、可靠，以及抗干扰能力强、精度高、可维护性好的优点，便于在实际应用中推广应用。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种多路电流电压采集一体化装置的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种多路电流电压采集一体化装置的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本实用新型实施例进行详细介绍。

本实用新型实施例提供了一种多路电流电压采集一体化装置，该装置包括：主电路进线端、第一电源、第二电源、主电路出线端、电流互感器组、电压互感器组、电压采集输出端和电流采集输出端；其中，电流互感器组包括多个电流互感器，且多个电流互感器均与电流采集输出端连接；电压互感器组包括多个电压互感器，且多个电压互感器均与电压采集输出端连接；主电路进线端和主电路出线端均与待监测的目标设备连接；这里待监测的目标设备包括但不仅限于电机等，以及电流互感器和电压互感器的数量均可以根据实际情况设置。

具体地，第一电源分别与多个电流互感器连接，用于对多个电流互感器提供工作电源；第二电源分别与多个电压互感器连接，用于对多个电压互感器提供工作电源；多个电流互感器用于采集目标设备的工作电流，并通过电流采集输出端输出工作电流；多个电压互感器则用于采集目标设备的工作电压，并通过电压采集输出端输出工作电压；从而通过多个电流互感器和电压互感器分别采集目标设备的工作电流和工作电流，实现了多路电气隔离的小信号电流和电流的同时采集。

优选地，上述电流互感器组包括第一电流互感器单元和第二电流互感器单元，电压互感器组包括第一电压互感器单元和第二电压互感器单元；主电路进线端包括第一主电路进线端和第二主电路进线端，主电路出线端包括第一主电路出线端和第二主电路出线端；其中，第一电流互感器单元和第一电压互感器单元分别与第一主电路进线端和第一主电路出线端连接；第二电流互感器单元和第二电压互感器单元分别与第二主电路进线端和第二主电路出线端连接。

其中，第一电流互感器单元中电流互感器的数量和第二电流互感器单元中电流互感器的数量可能相同，也可能不同，部分情况下第二电流互感器单元中电流互感器的数量也可能为0，即电流互感器组中的多个电流互感器组成一个单元；同理，第一电压互感器单元中电压互感器的数量和第二电压互感器单元中电压互感器的可能数量相同，也可能不同，部分情况下第二电压互感器单元中电压互感器的数量也可能为0，即电压互感器组中的多个电压互感器组成一个单元，具体可以根据实际情况进行设置。

为了便于理解，这里以电流互感器和电压互感器的数量均为六个为例说明。如图1所示，电流互感器包括第一电流互感器5、第二电流互感器7、第三电流互感器10、第四电流互感器20、第五电流互感器17和第六电流互感器15；电压互感器包括第一电压互感器6、第二电压互感器9、第三电压互感器11、第四电压互感器19、第五电压互感器16和第六电压互感器14；主电路进线端包括第一主电路进线端1和第二主电路进线端4，主电路出线端包括第一主电路出线端12和第二主电路出线端13。此外，该多路电流电压采集一体化装置还包括电压采集输出端8、电流采集输出端18、第一电源2和第二电源3，以及部分稳压滤波电路(未示出)等，这里稳压滤波电路可以参考现有部分稳压滤波电路，本实用新型实施例在此不再详细赘述。

其中，第一电流互感器5、第二电流互感器7、第三电流互感器10、第一电压互感器6、第二电压互感器9和第三电压互感器11分别与第一主电路进线端1和第一主电路出线端12连接；第四电流互感器20、第五电流互感器17、第六电流互感器15、第四电压互感器19、第五电压互感器16和第六电压互感器14分别与第二主电路进线端4和第二主电路出线端13连接。

具体地，上述第一电源2为±15V线性电源，用于为第一电流互感器5、第二电流互感器7、第三电流互感器10、第四电流互感器20、第五电流互感器17以及第六电流互感器15提供工作电源。上述第二电源为5V线性电源，用于为第一电压互感器6、第二电压互感器9、第三电压互感器11、第四电压互感器19、第五电压互感器16以及第六电压互感器14提供工作电源。

上述多路电流电压采集一体化装置的工作原理如下：在选定的额定工作电流、额定工作电压下，分别将所采集的多路主回路中的电流一次侧正极端串入所选电流互感器对应管脚I_in，经其内部1:2000的变比关系转换成二次侧0mA～20mA(即电流互感器输出的工作电流满足0mA～20mA)范围内的输出小电流I_out，并实时将采集到的多路常规小电流信号提供给后端的多通道高精度数据采集处理模块如AD模块进行处理；同理，将多路主回路中的工作电压一次侧正负极并入所选电压互感器对应管脚V_in+和V_in-，由其内部电路转化对应关系V_基准+V_工作*1.333/V_额定(其中V_基准为电压互感器自身基准电压2.5V，V_工作为电路中实际工作电压，1.333为电压转换系数，V_额定为电压互感器额定电压)将大电压转换成二次侧0V～10V(即电压互感器输出的工作电压满足0V～10V)范围内的输出小电压V_out，并实时将采集到的多路常规小电压信号经由电压采集输出端提供给后端的多通道高精度数据采集处理模块进行处理，从而实现了对多路主回路电流、电压进行实时采集。

因此，进入第一主电路进线端1的三路工作电流分别接入第一电流互感器5、第二电流互感器7和第三电流互感器10，分别经过三路电流互感器内部比例关系转化成常规0mA～20mA信号，并提供为电流采集输出端18，而进入第一主电路进线端1的三路工作电压则由第一电压互感器6、第二电压互感器9和第三电压互感器11通过内部电压转化比例关系变成0V～10V常规小电压信号，并提供给电压采集输出端8。同理，当需要采集电流、电压达到六路时，则启用第二主电路进线端4，工作电流分别经由第四电流互感器20、第五电流互感器17、第六电流互感器15转化成常规0mA～20mA小信号，并提供给电流采集输出端18，工作电压则分别经由第四电压互感器19、第五电压互感器16和第六电压互感器14转化成常规0V～10V小电压信号提供给电压采集输出端8。因此，上述该多路电流电压采集一体化装置可同时实现多路电气隔离的小信号电流和电流采集。

在实际应用中，上述多路电流电压采集一体化装置也可称为多路电流电压采集一体化采集器，不但可以实现将多路交/直流电流电压采集归纳于同一电路，更是可以减小采集电路所占用的空间，电路核心采用莱姆电子的可焊PCB(Printed Circuit Board，印制线路板)板式电流、电压互感器，此互感器经实际测试分析具有精度高、零漂小、线性度好以及响应时间短等特点，配合电路滤波以及稳压功能，因而采集转化后的电流、电压信号干扰小、失真度比较好，整个采集电路逻辑结构简单，成本低，性能稳定、可靠，抗干扰能力强，精度高，可维护性好。以及，由于对PCB板结构和铺铜厚度根据流过的电流载荷进行了设计计算，多路电流电压采集一体化采集器不但可应用到弱电领域，还可以用于采集强电大电流。

综上，上述多路电流电压采集一体化装置具有以下优点：①通过选用的电流互感器和电压互感器将多路采集集成在一块PCB板上，实现了交直流电信号采集集成化，同时使逻辑电路结构简单紧凑，减小布置所需的空间；②电路布局合理，各布线铺铜经过特殊处理，可流过较大的主线电流；③电路中加入了稳压滤波功能，保证整个电路性能稳定、可靠，抗干扰能力强，精度高；④该电路进线以及出线端子均采用插拔式，方便布线、接线。

示例地，如图2所示的多路电流电压采集一体化装置，这里以设置在现场采集的6路电流信号和6路电压信号的具体实施作进一步的详细阐明。其中，所选定的多个电流互感器(即第一电流互感器5、第二电流互感器7、第三电流互感器10、第四电流互感器20、第五电流互感器17和第六电流互感器15)均为50A额定电流，多个电压互感器(即第一电压互感器6、第二电压互感器9、第三电压互感器11、第四电压互感器19、第五电压互感器16和第六电压互感器14)均为1000V额定电压，需要对6路主回路电流、电压进行实时采集监测，3路主线路分别通I_Uin＝2.5A，I_Vin＝5A，I_Win＝7.5A的电流，负载为4Ω的平面电机，则电路中各工作电压计算理论值分别为V_Uin＝10V，V_Vin＝20V，V_Win＝30V，根据多路电流电压采集一体化装置的工作运行原理可知，3路主线路二次侧采集转换理论值电流分别为：I_Uout＝2.5A/2000＝1.25mA，I_Vout＝5A/2000＝2.5mA，I_Wout＝7.5A/2000＝3.75mA。

3路主线路二次侧采集转换理论值电压分别为：

V_Uout＝2.5V+10V*1.333/1000V＝2.51333V；

V_Vout＝2.5V+20V*1.333/1000V＝2.52666V；

V_Wout＝2.5V+30V*1.333/1000V＝2.53999V。

以及，另外3路主线路分别通I_U＝10A，I_V＝12.5A，I_W＝15A的电流，负载为4Ω的平面电机，则电路中各工作电压计算理论值分别为V_Uin＝40V，V_Vin＝50V，V_Win＝60V，根据多路电流电压采集一体化装置的工作运行原理可知，3路主线路二次侧采集转换理论值电流分别为：I_Uout＝10A/2000＝5mA，I_Vout＝12.5A/2000＝6.25mA，I_Wout＝15A/2000＝7.5mA。

另外3路主线路二次侧采集转换理论值电压分别为：

V_Uout＝2.5V+40V*1.333/1000V＝2.55332V；

V_Vout＝2.5V+50V*1.333/1000V＝2.56665V；

V_Wout＝2.5V+60V*1.333/1000V＝2.57998V。

因此，采用多路电流电压采集一体化装置对电机的电流和电压进行采集，可以得到实际采集值，具体的采集值和计算理论值如下表1所示：

表1

因此，对上述多路电流电压采集一体化装置进行实际测试的结果表明，该装置完全满足对多路电流、电压的采集，整个采集电路逻辑结构简单，成本低，性能稳定、可靠，抗干扰能力强，精度高，可维护性好。

综上，本实用新型实施例提供了一种多路电流电压采集一体化装置，此采集装置对于交直流电路电流、电压采集均适用。其特点是该装置由多个电流互感器、多个电压互感器、供互感器工作的线性电源、主线路进线以及出线端、电流和电压采集输出端、以及部分稳压滤波电路组成，电流互感器和电压互感器分别将多路主线路上的电流、电压利用其自身的比例关系转化成后端采集系统数据处理模块可接受的小信号电流、电压常规信号，并进行存储以及趋势分析，与现有采集器相比，上述多路电流电压采集一体化装置具有电路逻辑结构简单，成本低，性能稳定、可靠，抗干扰能力强，精度高，可维护性好，便于在实际应用中推广应用。

在上述多路电流电压采集一体化装置的基础上，本实用新型实施例还提供了一种采集控制系统，该采集控制系统包括但不仅限于上述多路电流电压采集一体化装置，以及目标设备和控制模块；其中，多路电流电压采集一体化装置的一侧与目标设备连接，另一侧与控制模块连接；用于采集目标设备的工作电流和工作电压，并将工作电流和工作电压发送至控制模块。

进一步地，该系统还包括转换处理模块；其中，转换处理模块的一端与多路电流电压采集一体化装置连接，另一端与控制模块连接；用于对多路电流电压采集一体化装置采集的工作电流和工作电压进行处理，并将处理后的工作电流和工作电压发送至控制模块。在实际应用中，转换处理模块优选为AD模块，具体可以根据实际情况进行设置。

优选地，该系统还包括与控制模块连接的显示模块(如示波器等)；控制模块，还用于将工作电流和工作电压发送至显示模块进行显示，以便操作人员及时掌握电机的工作电压和工作电流，并根据工作电压和工作电流进一步采取安全措施，以保证电机的安全运行。

本实用新型实施例提供的采集控制系统，与上述实施例提供的多路电流电压采集一体化装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述装置包括：主电路进线端、第一电源、第二电源、主电路出线端、电流互感器组、电压互感器组、电压采集输出端和电流采集输出端；其中，所述电流互感器组包括多个电流互感器，且多个所述电流互感器均与所述电流采集输出端连接；所述电压互感器组包括多个电压互感器，且多个所述电压互感器均与所述电压采集输出端连接；所述主电路进线端和所述主电路出线端均与待监测的目标设备连接；

所述第一电源，分别与多个所述电流互感器连接，用于对多个所述电流互感器提供工作电源；所述第二电源，分别与多个所述电压互感器连接，用于对多个所述电压互感器提供工作电源；

所述电流互感器，用于采集所述目标设备的工作电流，并通过所述电流采集输出端输出所述工作电流；所述电压互感器用于采集所述目标设备的工作电压，并通过所述电压采集输出端输出所述工作电压。

2.根据权利要求1所述的多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述电流互感器组包括第一电流互感器单元和第二电流互感器单元，所述电压互感器组包括第一电压互感器单元和第二电压互感器单元，所述主电路进线端包括第一主电路进线端和第二主电路进线端，所述主电路出线端包括第一主电路出线端和第二主电路出线端；

其中，所述第一电流互感器单元和所述第一电压互感器单元分别与所述第一主电路进线端和所述第一主电路出线端连接；所述第二电流互感器单元和所述第二电压互感器单元分别与所述第二主电路进线端和所述第二主电路出线端连接。

3.根据权利要求2所述的多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述第一电流互感器单元中所述电流互感器的数量和所述第二电流互感器单元中所述电流互感器的数量相同；和/或，所述第一电压互感器单元中所述电压互感器的数量和所述第二电压互感器单元中所述电压互感器的数量相同。

4.根据权利要求1～3任一项所述的多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述电流互感器输出的工作电流满足：0mA～20mA。

5.根据权利要求1～3任一项所述的多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述电压互感器输出的工作电压满足：0V～10V。

6.根据权利要求1所述的多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述第一电源为±15V线性电源。

7.根据权利要求1所述的多路电流电压采集一体化装置，其特征在于，所述第二电源为5V线性电源。

8.一种采集控制系统，其特征在于，所述采集控制系统包括上述权利要求1～7任一项所述的多路电流电压采集一体化装置，以及目标设备和控制模块；

其中，所述多路电流电压采集一体化装置的一侧与所述目标设备连接，另一侧与所述控制模块连接；用于采集所述目标设备的工作电流和工作电压，并将所述工作电流和所述工作电压发送至所述控制模块。

9.根据权利要求8所述的采集控制系统，其特征在于，所述系统还包括转换处理模块；其中，所述转换处理模块的一端与所述多路电流电压采集一体化装置连接，另一端与所述控制模块连接；用于对所述多路电流电压采集一体化装置采集的所述工作电流和所述工作电压进行处理，并将处理后的所述工作电流和所述工作电压发送至所述控制模块。

10.根据权利要求8所述的采集控制系统，其特征在于，所述系统还包括与所述控制模块连接的显示模块；

所述控制模块，还用于将所述工作电流和所述工作电压发送至所述显示模块进行显示。