CN104269920A - 一种配电网自动化监控终端装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网自动化监控终端装置，该装置由模该装置包括MCU模块，以及与MCU分别连接的模拟信号采集模块、开关量信号处理模块、通信模块、按键数码显示模块和MCU模块，所述模拟信号采集模块包括互感器、运放调理电路和计量芯片，互感器采集到电压电流信号经过运放调理电路转换成-5V～+5V电压信号，供计量芯片进行采样计算，MCU模块读出计量芯片中寄存器的值。本发明实现64路遥信量的采集，可以更可靠的监视工业现场的控制量信息；同时本分能56路遥测量的采集，可以对现场的模拟信号进行更好的监视；而20路遥控量的输出，可以更有效的进行工业现场开关控制。

Description

一种配电网自动化监控终端装置

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及配电网的自动化监控，更具体的说涉及一种配电网自动化监控终端装置。

背景技术

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户对电能质量的要求愈来愈高。对用户电能质量的评价主要有以下几个指标：一是电压质量，它包括电压偏差、电压波动(即电压合格率)；二是频率；三是供电可靠率，它是配电网对用户持续供电能力的量度，主要指标是指年平均供电可靠率，即用户年平均供电时间的百分数；四是谐波含量，应不高于规定的含量。配电网供电可靠性已成为供电企业首先考虑的重要问题，为提高供电能力、保障供电质量，配电网自动化已成为一项十分紧迫的任务。

配电是电力系统发电、输电和配电(有时也称供电和用电)中直接面向电力用户的最后一个环节。由配电设备，包括馈线、配电变压器、断路器、补偿电容器、各种开关在内构成的配电网和继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制设备构成一个配电系统，按一定的规则运行，以高质量的电能持续地满足电力用户需求。就我国电力系统而言，配电网是指10KV及以下的电网，包括变电站10KV出线开关、柱上分段开关、环网柜、配电变压器、配电站、开闭所、小区配电、补偿电容器。在配电网中，通常把110KV，35KV级称为高压，10KV级称为中压，0.4KV级称为低压。

发明内容

针对相关技术领域文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本发明提出“一种配电网自动化监控终端装置”，实现“提高供电能力、保障供电质量，配电网自动化”的有益效果。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种配电网自动化监控终端装置，该装置包括MCU模块，以及与MCU分别连接的模拟信号采集模块、开关量信号处理模块、通信模块、按键数码显示模块和MCU模块。所述模拟信号采集模块包括互感器、运放调理电路和计量芯片，互感器采集到电压电流信号经过运放调理电路转换成-5V～+5V电压信号，供计量芯片进行采样计算，MCU模块读出计量芯片中寄存器的值。该装置可实现56路遥测量的通讯上传，遥测量包括Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、3U0、3I0、P、Q、Kwh、Kvh。所述开关量信号处理模块包括开入量采集单元和开出控制单元，开入量采集单元将采集到的开入量反馈到MCU模块中，开出控制单元根据MCU的遥控指令进行控制开关的闭合。所述的开关信号处理模块遥信量采集可实现64路采集。所述的通信模块包括RS485接口和以太网接口，RS485接口用于便携机调试使用，以太网接口用于与主站或子站的数据转发、信息上传，接收主站或子站下达的遥控命令。所述按键数码显示模块包括LED驱动电路、LED显示屏和按键信号采集单元。该装置可配置20路遥控输出。该装置还包括配置数据采集单元。所述控制模块与开关量信号处理模块之间设有去抖模块。

本发明具备的有益效果是：64路遥信量的采集，可以更可靠的监视工业现场的控制量信息。56路遥测量的采集，可以对现场的模拟信号进行更好的监视。20路遥控量的输出，可以更有效的进行工业现场开关控制。

附图说明

图1本发明具体实施例的系统结构图；

图2本发明具体实施例的模拟信号采集及调理电路；

图3本发明具体实施例的开入量采集电路；

图4本发明具体实施例的开出控制电路；

图5本发明具体实施例的485通讯接口电路；

图6本发明具体实施例的以太网通讯接口电路；

图7本发明具体实施例的系统通信流程图；

图8本发明具体实施例的开入量采集以及按键信号采集去抖系统结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的控制系统，相互间的连接关系，及实施方法，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种配电网自动化监控终端装置如图1所示，该装置由模拟信号采集模块、开关量信号处理模块、通信模块、按键数码显示模块和MCU模块；所述模拟信号采集模块是由互感器和运放电路以及计量芯片组成，主要的作用是将互感器采集到电压电流信号经过运放调理电路转换成-5V～+5V电压信号，供计量芯片进行采样计算，MCU模块只需读出相应寄存器的值即可；开关量信号处理模块是将采集到的开入量反馈到MCU中，同时将MCU的遥控指令，通过开出部分来实现；通信模块用于装置与上位机之间通信；按键数码显示模块用于采集按键信息以及装置菜单内容的显示,MCU模块主要整个装置系统的中央核心，它对模拟信号进行采样计算，对开出开入信号进行控制，对按键信号以及显示界面进行处理，MUC模块中控制相关的软件程序均为现有技术。所述模拟信号的采样计算将模拟信号采集模块采集到的电压电流信号，通过合理的采样以及计算，得到实时的电压电流值，同时根据相应的电量运算公式，得到3U0、3I0、P、Q、Kwh、Kvh值。通讯中所涉及的遥测量包括Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、3U0、3I0、P、Q、Kwh、Kvh，装置系统一共可实现56路遥测量的通讯上传。所述开关量信号处理模块包括开入量采集单元和开出控制单元。所述的开关信号处理模块遥信量采集可实现64路采集。所述的通信模块包括RS485接口和以太网接口，RS485接口用于便携机调试使用，以太网接口用于与主站或子站的数据转发、信息上传，接收主站或子站下达的遥控命令。所述按键数码显示模块包括LED驱动电路、LED显示屏和按键信号采集单元。该装置可配置20路遥控。该装置还包括配置数据采集单元。所述控制模块与开关量信号处理模块之间设有去抖模块。

一种配电网自动化监控终端装置，一种分布式多CPU多功能的网络型测量控制装置。它吸收了现代流行的分布式系统结构的设计思想，采用当代先进的DSP数字信号处理技术和高速工业网络技术研制的一种集遥测、遥信、遥控、保护和通讯等功能于一体的新一代微机型配网监控采集终端。该装置包括模拟信号采集模块、开关量信号处理模块、通信模块、数码显示模块和控制模块；所述信号采集模块采集的电压电流信号输入到控制模块，开关量信号处理模块采集开入量并与控制模块配合进行开出控制，所述的通信模块用于与上位机之间通信，数码显示模块用于显示信息显示，控制模块控制继电器进行开关柜分和操作和接地电动操作。下面通过对本发明具体实施方式一种DPX-5100配电自动化监控终端装置进行介绍。

1、DPX-5100配电自动化监控终端装置的基本功能

(a)遥测量采集：Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、3U0、3I0、P、Q、Kwh、Kvh等。最多可配置56路遥测；(b)遥信量采集：保护事件信号，保护动作信号，开关柜各信号，现场其它信号。最多可配置64路遥信；(c)遥控量：开关柜分/合操作，接地电动操作。最多可配置20路遥控；(d)遥脉量：脉冲表或智能表数据的读取。最多可配置4路遥脉；(e)远方参数：远方维护功能。(f)对时。(g)数据加工、处理、远传等。

2、DPX-5100配电自动化监控终端装置的性能指标

(a)交流采样：电压输入标称值：100V50Hz；电流输入标称值：1A/5A50Hz；电压电流采样精度：0.5级；有功无功采样精度：1.0级；回路的功率消耗小于0.25VA；支持48路遥测

(b)遥信：遥信分辨率小于10毫秒；防抖动时间通过软件可设置0-10000毫秒；支持64路遥信

(c)遥控量：输出方式：继电器常开接点；接点容量：DC110V5A\DC220V5A；配置10路遥控

(c)通讯：1个光电隔离RS485口，供便携机当地调试使用；1个以太网接口，可实现与主站或子站的数据转发、信息上送，接受并执行主战或子站下达的遥控命令；具有丰富的通信规约，如IEC600807-5-104规约、IEC600807-5-101规约、DNP3.0规约

3、DPX-5100配电自动化监控终端装置的装置原理介绍

整个硬件系统由模拟信号采集模块、开关量信号处理模块、通信模块、键数码显示模块、MCU模块组成。模拟信号采集模块将采集到的电量信号经过计量芯片的计算，供MCU模块进行读取；开关量信号处理模块是将采集到的开入量反馈到MCU中，同时将MCU的遥控指令，通过开出部分来实现；通信模块用于装置与上位机之间通信；按键数码显示模块用于采集按键信息以及装置菜单内容的显示,MCU模块主要整个装置系统的中央核心，它对模拟信号进行采样计算，对开出开入信号进行控制，对按键信号以及显示界面进行处理。MCU模块包括EEPROM和CT过流报警输出两部分。EEPROM主要是对MCU模块中的一些配置信息进行存储；CT过流报警输出，是利用MCU的I/O引脚，当采样的电流值高于一个临界点时，I/O引脚输出状态1。图1为本发明具体是实施方式的硬件设计框架图。

(1)模拟信号采集模块：所述模拟信号采集模块包括电压、电流互感器、信号调理电路和计量芯片，互感器将采集到的电压电流信号经过调理电流送到计量芯片中，电压电流信号在计量芯片中进行计算，计算的信息包括电压、电流、功率、电量等信息。装置系统的MCU只要根据ATT7022B的寄存器列表将相应的值读出即可。图2为模拟信号采集及调理电路。

(2)开关量信号处理模块包括开入量采集单元和开出控制单元，所述的开关信号处理模块遥信量采集可实现64路采集。图3为开入量采集电路；图4为开出控制电路。

(3)通信模块包括RS485接口和以太网接口，RS485接口用于便携机调试使用，以太网接口用于与主站或子站的数据转发、信息上传，接收主站或子站下达的遥控命令。图5为485通讯接口电路；图6为以太网通讯接口电路。RS485接口的通讯协议使用MODBUS_RTU协议。以太网接口的通讯协议使用MODBUS_TCP协议。

(4)所述按键数码显示模块包括LED驱动电路、LED显示屏和按键信号采集单元。码管显示部分主要利用ZLG7289驱动三排4位LED进行信息显示。

4、装置系统的通信流程如图7所示，主要分为电量信号读取、通讯控制、按键信息采集、数码显示控制、开入信号采集、开出信号控制这几个部分。这些模块都有MCU统一调度调节。电量信号读取部分主要是从计量芯片中将电量信号的值读取进系统的RAM中，供系统进行显示和保护判断用。通讯控制主要是系统和上级平台的数据交互，通过通讯将一些电量信息(遥测信号)、开入信息(遥信信息)上传给上级平台，同时上级平台的遥控命令也通过通讯下发给系统装置。按键信息采集主要就是采集装置的按键信息。数码显示控制主要就是控制菜单以及相关信息的显示。开入信号采集就是将外部开入信息进行去抖采集，采集的信息放入RAM中，供上级平台采集以及开出信号控制使用。开出信号控制主要是根据上级平台的遥控命令以及开入信号的状态进行开出控制。

本装置设计一个去抖模块，对系统的开入量采集以及按键信号采集的进行去抖处理，模块有效时间20MS，利用MCU系统定时器进行计数，每次计算周期1.25MS，计数16次，进行信号的去抖。当计数16次之后，此时采集的信号还保持不变，表示此信号有效，否则代表信号无效。具体如图8所示。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的执行步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，同时本发明的创新点在系统的结构上，控制方面的程序均才有现有技术。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本发明并不局限于上述特定实施例，在不脱离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明做出各种相应改变和变形，这些相应对本发明进行的修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护的范围当中。

Claims (10)

1.一种配电网自动化监控终端装置，其特征在于：该装置包括MCU模块，以及与MCU分别连接的模拟信号采集模块、开关量信号处理模块、通信模块、按键数码显示模块和MCU模块。

2.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：所述模拟信号采集模块包括互感器、运放调理电路和计量芯片，互感器采集到电压电流信号经过运放调理电路转换成-5V～+5V电压信号，供计量芯片进行采样计算，MCU模块读出计量芯片中寄存器的值。

3.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：该装置可实现56路遥测量的通讯上传，遥测量包括Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、3U0、3I0、P、Q、Kwh、Kvh。

4.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：所述开关量信号处理模块包括开入量采集单元和开出控制单元，开入量采集单元将采集到的开入量反馈到MCU模块中，开出控制单元根据MCU的遥控指令进行控制开关的闭合。

5.根据权利要求4所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：所述的开关信号处理模块遥信量采集可实现64路采集。

6.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：所述的通信模块包括RS485接口和以太网接口，RS485接口用于便携机调试使用，以太网接口用于与主站或子站的数据转发、信息上传，接收主站或子站下达的遥控命令。

7.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：所述按键数码显示模块包括LED驱动电路、LED显示屏和按键信号采集单元。

8.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：该装置可配置20路遥控输出。

9.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：该装置还包括配置数据采集单元。

10.根据权利要求1所述的配电网自动化监控终端装置，其特征在于：所述控制模块与开关量信号处理模块之间设有去抖模块。