CN2938120Y - 综合电力测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种综合电力测控装置，其特征在于：该测控装置的机箱高度为2U，宽度为19英寸，为现有测控装置机箱高度的一半；它可以采集被控现场交流电压信号和交流电流信号以及开关量信号，计算有功功率、无功功率，功能集成度高；本实用新型还设有CAN总线通讯接口和485总线通讯接口，可以通过CAN总线和485总线实现联网控制和数据的实时传输；并通过超大液晶显示屏和多个LED指示灯显示测控装置的工作状态和所测量的参数。本实用新型的优点是：能够采集多种信号，系统集成度高；体积小巧；通讯方式多，可实现联网控制，数据的实时传输，系统响应性能好，可靠性高；人机交互性能好。

Description

综合电力测控装置

技术领域

本实用新型涉及一种具有交流信号采集、开关量信号采集、开关量输出、通讯、人机交互等功能的综合电力测控装置。

背景技术

随着人民生活水平的提高，供电量的不断增大，在许多小区中都新建了很多小型的变电站、开闭所，安装了综合电力测控装置用于提高供电的可靠性。但是，目前现有的综合电力测控装置的设计思想不能满足现有小型变电站、开闭所的设计要求。其缺点是：

1、体积较大。目前，现有的综合电力测控装置在结构上都是使用4U高度19英寸宽度或4U高度1/219英寸宽度的机箱(“U”是一种结构设计上的标准，主要是指高度，1U＝45.4mm)，体积较大，势必会加大开关柜的高度，无法满足小型变电站、开闭所的设计要求。

2、能够采集的参数(数据量)比较少，系统集成度不高。目前，现有的综合电力测控装置只能采集模拟量和开关量，无法采集用于计算有功功率、无功功率、有功电能、无功电能的交流电压和交流电流信号；为了测量上述参数还需要外挂多功能电能表或有功电能表或无功电能表，系统集成度不高，能够采集的参数少。

3、对外通讯联系方式少，系统响应性能差，无法进行联网控制。目前，现有的综合电力测控装置只能通过安装在开关柜内的数据传输模块进行通讯，一旦数据传输模块发生故障，将无法进行数据传输。而且，无法进行联网控制。

4、人机交互性能差。目前，现有的综合电力测控装置使用简单的LED屏作为人机交互界面，或使用128点×64点的液晶屏作为人机交互界面，显示的信息量少，而且，屏幕小，在远处看不清。

发明内容

鉴于上述原因，为了满足小型变电站、开闭所等对安装尺寸要求比较严格以及需要测试足够多参量的设计要求，本实用新型的目的是提供一种体积小、结构简单、能够测量较多参数、便于数据传输、联网控制的综合电力测控装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种综合电力测控装置，它由机箱、设置在机箱表面的开关量输入端子、开关量输出端子和安装在机箱内的控制电路构成，其特征在于：

所述机箱的高度为2U，宽度为19英寸；

在所述机箱的表面还设有交流电压输入端子和交流电流输入端子；

所述控制电路为基于DSP微处理器芯片的控制电路，它由交流信号采集电路、模拟信号处理电路、A/D转换电路、开关量输入电路、开关量输出电路、基于DSP技术的微处理器芯片和电源电路构成；

交流信号采集电路的信号输入端与设置在机箱表面的交流电压输入端子和交流电流输入端子相连，交流信号采集电路的信号输出端与模拟信号处理电路的模拟信号输入端相连，模拟信号处理电路的模拟信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连，其数字信号输出端与微处理器芯片的一组I/O口相连；

开关量输入电路的信号输入端与设置在机箱表面的开关量输入端子相连，其信号输出端通过光耦隔离电路与基于DSP技术的微处理器的另一组I/O口相连；

基于DSP技术的微处理器的又一组I/O口通过光耦隔离电路与开关量输出电路的控制信号输入端相连，开关量输出电路的控制信号输出端与设置在机箱表面的开关量输出端子相连，输出控制信号。

在所述机箱表面还设有CAN总线通讯接口和485总线通讯接口；所述控制电路还包括CAN总线通讯接口电路和485总线通讯接口电路；CAN总线通讯接口电路的数据输入端(CAN TX、CAN RX)与控制电路中的微处理器的串口(MSCAN-TX、MSCAN-RX)相连，其数据输出端(CANH、CANL)与机箱表面的CAN总线通讯接口相连；485通讯接口电路的数据输入端(TX、RX)与控制电路中的微处理器芯片的另一串口(TXD0、RXD0)相连，其数据输出端(485A、485B)与机箱表面的485通讯接口相连。

在所述机箱表面安装有液晶显示屏、LED指示灯和键盘；所述液晶显示屏、LED指示灯和键盘的数据输入/输出口和控制端分别与微处理器芯片的I/O口相连。

所述电源电路由多路相互隔离/独立的电源电路构成，分别为微处理器芯片、开关量输入/输出电路、CAN总线通讯接口电路/485总线通讯接口电路、A/D转换电路和人机交互电路提供相互独立的电源。

所述交流信号采集电路由电流互感器、电压互感器和运算放大器构成；电流互感器的信号输入端与被控现场难以测量的数值很高的A、B、C三相交流电流信号相连，其信号输出端通过运算放大器与控制电路中的微处理器芯片的一组I/O相连；电压互感器的信号输入端与被控现场难以测量的数值很高的A、B、C三相交流电压信号相连，其信号输出端通过运算放大器与控制电路中的微处理器芯片的一组I/O相连。

所述A/D转换电路为逐次逼近寄存器型(SAR)A/D转换电路。

所述开关量输出电路为防误跳开关量输出电路。

本实用新型的优点是：

1、由于本实用新型控制电路中增加了交流电压信号、交流电流信号采集、处理电路，所以，本实用新型不仅可以采集开关量，还能采集用于计算有功功率、无功功率、有功电能、无功电能的交流电压信号和交流电流信号，能够采集的信号种类较多，系统集成度高。

2、由于本实用新型控制电路采用高速的DSP式微处理器芯片，其具有运算速度快，I/O口多，功能强劲的特点，所以，本实用新型可以实现采集多路开关量、多路交流量，输出多路开关量的目的，可以采集足够多的参数。

3、由于本实用新型采用功能强劲的、高速的DSP式微处理器芯片构成控制电路，所以，本实用新型的机箱设计可以做到2U高度，大大降低机箱高度，体积更小巧。

4、由于本实用新型增设了CAN总线通讯接口电路和485总线通讯接口电路，所以，本实用新型通讯方式多，可以实现联网控制，可以实现数据的实时传输，系统响应性能好，可靠性高。

5、由于本实用新型使用160×80点液晶屏作为主显示界面；使用多只LED指示灯发光管用于指示开关量输入、开关量输出的状态，使用LED指示灯作为CAN通讯、485通讯的指示，以及指示装置的运行状态，所以，显示的信息量大，可以在较远的地方很方便的观察到整个装置的各种状态，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型控制电路原理框图

图2为本实用新型具体实施例控制电路原理框图

图3为本实用新型交流信号采集电路和模拟信号处理电路具体电路图

图4为本实用新型A/D转换电路具体电路图

图5为本实用新型微处理器管脚连接图

图6为本实用新型开关量输入电路具体电路图

图7为本实用新型防误跳开关量输出电路具体电路图

图8为本实用新型隔离电源电路具体电路图

图9为本实用新型CAN总线通讯接口电路具体电路图

图10为本实用新型485通讯接口电路具体电路图

图11为本实用新型人机交互电路具体电路图。

具体实施方式

本实用新型提供的综合电力测控装置由机箱、设置在机箱表面的交流电压输入端子、交流电流输入端子、开关量输入端子、开关量输出端子、CAN总线通讯接口、485总线通讯接口、显示屏、键盘和安装在机箱内的基于DSP微处理器芯片的控制电路构成。本实用新型的核心是安装在机箱内的基于DSP微处理器芯片的控制电路，它不仅能够采集开关量，而且，还可以采集用于计算有功电能和无功电能的交流电压信号和交流电流信号，计算有功电能和无功电能，根据采集的被控现场的信号，进行分析、计算，输出控制信号，控制被控设备；将计算后的数据通过CAN总线通讯接口和485总线通讯接口进行数据传输，联网控制；而且，还可以通过液晶显示屏、超大规模的LED指示灯显示整个装置测量的各种参量、工作状态，实现人机交互。

为了满足小型变电站、开闭所等对安装尺寸的要求，本实用新型将机箱设计为高度为2U、宽度为19英寸的标准尺寸，其高度只有现有综合电力测控装置的一半。

如图1所示，本实用新型安装在机箱内的基于DSP微处理器芯片的控制电路主要由交流信号采集电路、模拟信号处理电路、A/D转换电路、开关量输入电路、开关量输出电路、CAN总线通讯接口电路、485总线通讯接口电路、基于DSP技术的微处理器芯片、电源电路和人机交互电路构成。

交流信号采集电路的信号输入端与设置在机箱表面的交流电压输入端子和交流电流输入端子相连，交流信号采集电路的信号输出端与模拟信号处理电路的模拟信号输入端相连，模拟信号处理电路的模拟信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连，其数字信号输出端与微处理器芯片的一组I/O口相连。交流信号采集电路主要用于采集被控现场用于计算有功电能和无功电能的较高数值的交流电压信号和交流电流信号，再通过模拟信号处理电路处理，由A/D转换电路转换成数字信号，传输给微处理器芯片进行处理。

开关量输入电路的信号输入端与设置在机箱表面的开关量输入端子相连，其信号输出端通过光耦隔离电路与基于DSP技术的微处理器的另一组I/O口相连。开关量输入电路主要是采集被控现场被控节点的状态，并将被控节点的状态通过光耦隔离电路传输给微处理器进行处理。

基于DSP技术的微处理器的又一组I/O口通过光耦隔离电路与开关量输出电路的控制信号输入端相连，开关量输出电路的控制信号输出端与设置在机箱表面的开关量输出端子相连，输出控制信号。开关量输出端子与被控现场被控设备的控制端相连，控制被控现场的设备。

基于DSP技术的微处理器接收到被控现场的交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、温度、湿度、被控节点状态等信号后，对其进行计算、分析，输出控制信号，通过开关量输出电路控制被控节点的动作。

如图1所示，本实用新型安装在机箱内的基于DSP微处理器芯片的控制电路还包括CAN总线通讯接口电路和485总线通讯接口电路，它们分别与基于DSP微处理器芯片的通讯口1(串口1)和通讯口2(串口2)相连，使本实用新型同时具有双工业网络通讯功能，以及联网控制功能。微处理器计算后的被控现场有功电能、无功电能、各种数据通过CAN总线通讯口或485总线通讯口与控制中心的计算机进行通讯、数据传输，同时多个综合电力测控装置还可以通过CAN总线或485总线与控制机联网，实现联网控制。

为了实现人机交互，本实用新型控制电路还包括人机交互电路，它由160X80点液晶显示屏、77个LED指示灯和7键键盘构成，其数据输入/输出口和控制端分别与微处理器的I/O口相连。微处理器通过键盘接收操作者输入的指令，通过液晶显示屏和LED指示灯显示各种参量和工作状态。

图2为本实用新型具体实施例控制电路原理框图。由于被控现场交流电压和交流电流信号数据很高，难以测量，为了安全、准确地测量/采集其数值，如图所示，本实用新型通过电压互感器PT测量被控现场数值很高的交流电压信号，通过电流互感器CT测量被控现场数值很高的交流电流信号。

为了将交流信号采集电路采集的交流信号转换成数字信号，本实用新型采用SAR(逐次逼近寄存器型)结构的A/D转换电路，将模拟量转换成数字量。SAR结构的A/D转换电路的主要优点是低功耗、高分辨率、高精度、输出数据不存在延迟。

为了准确地控制被控设备，本实用新型采用防误跳开关量输出电路，输出控制信号，控制被控设备。

为了保证综合电力测控装置可靠工作，本实用新型采用隔离电源电路分别为微处理器芯片、开关量输入/输出电路、CAN总线通讯接口电路/485总线通讯接口电路、A/D转换电路和人机交互电路提供相互隔离的电源。

由于本实用新型控制电路采集、处理的数据量大，要求具有较快的数据处理速度，以及较多的I/O口，所以，本实用新型选用高速的基于DSP技术的Motorola公司生产的16位微处理器，结合先进的FFT算法对接收的交流电压信号和交流电流信号进行处理，计算有功功率、无功功率、有功电能、无功电能，并根据设定的电压/电流值进行越限判断，确定是否在交流线路上有故障产生，并且结合n路开关量的状态，输出n路开关量，实现变电站中的电压电流的测量，各种信号的控制。由于本实用新型具有多种通讯接口，可以实现变电站自动化联网控制。

图3为本实用新型控制电路板上的交流信号采集电路和模拟信号处理电路具体电路图。如图所示，交流信号采集电路包括电流互感器CT1、CT2……CTn、电压互感器PT1、PT2……PTn和运算放大器LM224，可以采集N路交流信号。它通过电流互感器CT1、CT2……CTn采集被控现场难以测量的数值很高的交流电流信号，并通过模拟信号处理电路LM224将其变换成方便处理的0～5V模拟信号传输给图4所示A/D转换电路转换成数字信号。它通过电压互感器PT1、PT2……PTn采集被控现场难以测量的数值很高的交流电压信号，并通过模拟信号处理电路LM224将其变换成方便处理的0～5V模拟信号传输给图4所示A/D转换电路转换成数字信号。

图4为本实用新型控制电路板上的A/D转换电路具体电路图。如图所示，它由两块SAR结构的A/D转换芯片N109、N110(型号MAX125)构成。其中一块A/D转换芯片N109的模拟信号输入端与处理后的电流互感器CT1、CT2……CTn采集的交流电流信号相连，其数字信号输出端与图5所示微处理器(型号DSP56F807)芯片的管脚D0～D13相连。另一块A/D转换芯片N110的模拟信号输入端与处理后的电压互感器PT1、PT2……PTn采集的交流电压信号相连，其数字信号输出端与图5所示微处理器(型号DSP56F807)的管脚D0～D13相连。

图6为本实用新型控制电路板上的开关量输入电路和开关量指示电路。它由N路结构相同的开关量输入电路构成，每路均由电阻、二极管、光耦和发光二极管组成，其输入端DI1、DI2……DIn与开关信号相连，其光耦输出端DI′1、DI′2……DI′n分别与图5所示微处理器(型号DSP56F807)的管脚FAULTB3～FAULTB0、ISB2、ISB1、FAULTA0～FAULTA3相连进行开关量数据的采集和处理，并通过指示灯LED指示各路开关量输入电路的工作状态。

图7为本实用新型控制电路板上的开关量输出电路。它由N路开关量输出电路构成，每路均由电阻、光耦P127和继电器构成，图5所示微处理器(型号DSP56F807)的开关量输出管脚PWMB0～PWMB5通过电阻与光耦输入端二极管的阴极相连，二极管的阳极与+3.3VD2电源相连，光耦的控制信号输出端与继电器线圈的一端相连，继电器线圈的另一端与地相连，继电器的常开触点与被控设备相连。为了防止开关量输出电路误动作，该开关量输出电路还增加了防误跳电路，该电路由三极管V333和电阻R317、R319组成。三极管V333的集电极与+3.3VD1电源相连，其基极通过电阻R317与图5所示微处理器(型号DSP56F807)的管脚PWMA0相连，其发射极与上述开关量输出电路的工作电源+3.3VD2相连。只有当微处理器的管脚PWMA0输出高电平，三极管V333导通，上述开关量输出电路才与+3.3VD2电源相连、上电。

图8为本实用新型电源电路。它由5路相互隔离的电源电路组成，分别为微处理器芯片、开关量输入/输出电路、CAN总线通讯接口电路/485总线通讯接口电路、A/D转换电路和人机交互电路提供相互独立的电源，提高抗干扰能力，提高系统可靠性。

图9为本实用新型CAN总线通讯接口电路。它是一个典型的CAN总线通讯接口电路，其数据输入端CAN TX、CAN RX与图5所示微处理器(型号DSP56F807)的串口1MSCAN-TX、MSCAN-RX相连，其数据输出端CANH、CANL与机箱表面的CAN总线通讯接口相连。

图10为本实用新型485通讯接口电路。它是一个典型的485通讯接口电路，其数据输入端TX、RX与图5所示微处理器(型号DSP56F807)的串口2TXD0、RXD0相连，其数据输出端485A、485B与机箱表面的485通讯接口相连。

图11为本实用新型人机交互电路具体电路图。如图所示，人机交互电路由160×80点液晶显示器H301、7键键盘、LED指示灯和时钟芯片(型号DS1302)构成。160×80点液晶显示器的信号输入端和控制端与图5所示微处理器芯片的GPIOB0～GPIOB7管脚相连；7键键盘的信号输出端与图5所示微处理器芯片的ANA0～ANA6管脚相连；LED指示灯的控制端与图5所示微处理器芯片的TD1、TD2管脚相连。

以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1、一种综合电力测控装置，它由机箱、设置在机箱表面的开关量输入端子、开关量输出端子和安装在机箱内的控制电路构成，其特征在于：

所述机箱的高度为2U，宽度为19英寸；

在所述机箱的表面还设有交流电压输入端子和交流电流输入端子；

所述控制电路为基于DSP微处理器芯片的控制电路，它由交流信号采集电路、模拟信号处理电路、A/D转换电路、开关量输入电路、开关量输出电路、基于DSP技术的微处理器芯片和电源电路构成；

交流信号采集电路的信号输入端与设置在机箱表面的交流电压输入端子和交流电流输入端子相连，交流信号采集电路的信号输出端与模拟信号处理电路的模拟信号输入端相连，模拟信号处理电路的模拟信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连，其数字信号输出端与微处理器芯片的一组I/O口相连；

开关量输入电路的信号输入端与设置在机箱表面的开关量输入端子相连，其信号输出端通过光耦隔离电路与基于DSP技术的微处理器的另一组I/O口相连；

基于DSP技术的微处理器的又一组I/O口通过光耦隔离电路与开关量输出电路的控制信号输入端相连，开关量输出电路的控制信号输出端与设置在机箱表面的开关量输出端子相连，输出控制信号。

2、根据权利要求1所述的综合电力测控装置，其特征在于：在所述机箱表面还设有CAN总线通讯接口和485总线通讯接口；

所述控制电路还包括CAN总线通讯接口电路和485总线通讯接口电路；CAN总线通讯接口电路的数据输入端(CAN TX、CAN RX)与控制电路中的微处理器的串口(MSCAN-TX、MSCAN-RX)相连，其数据输出端(CANH、CANL)与机箱表面的CAN总线通讯接口相连；485通讯接口电路的数据输入端(TX、RX)与控制电路中的微处理器芯片的另一串口(TXD0、RXD0)相连，其数据输出端(485A、485B)与机箱表面的485通讯接口相连。

3、根据权利要求2所述的综合电力测控装置，其特征在于：在所述机箱表面安装有液晶显示屏、LED指示灯和键盘；

所述液晶显示屏、LED指示灯和键盘的数据输入/输出口和控制端分别与微处理器芯片的I/O口相连。

4、根据权利要求3所述的综合电力测控装置，其特征在于：所述电源电路由多路相互隔离/独立的电源电路构成，分别为微处理器芯片、开关量输入/输出电路、CAN总线通讯接口电路/485总线通讯接口电路、A/D转换电路和人机交互电路提供相互独立的电源。

5、根据权利要求4所述的综合电力测控装置，其特征在于：所述交流信号采集电路由电流互感器、电压互感器和运算放大器构成；

电流互感器的信号输入端与被控现场难以测量的数值很高的A、B、C三相交流电流信号相连，其信号输出端通过运算放大器与控制电路中的微处理器芯片的一组I/O相连；

电压互感器的信号输入端与被控现场难以测量的数值很高的A、B、C三相交流电压信号相连，其信号输出端通过运算放大器与控制电路中的微处理器芯片的一组I/O相连。

6、根据权利要求5所述的综合电力测控装置，其特征在于：所述A/D转换电路为逐次逼近寄存器型(SAR)A/D转换电路。

7、根据权利要求6所述的综合电力测控装置，其特征在于：所述开关量输出电路为防误跳开关量输出电路。

Images