專利名稱：單相多回路監(jiān)測裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種監(jiān)控裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，特別地涉及一種單相多回路監(jiān)控裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)監(jiān)控多個單相回路有兩種方式，一種方式如圖1所示的監(jiān)控裝置使用電流表、電壓表、電能表、功率表等4個表，這樣對9個單相回路就需要36個表，另外還需1至2個遙信單元。安裝比較復(fù)雜，設(shè)備投資成本高，調(diào)試、檢修也不方便。
還有一種方式如圖2所示，每個回路使用一個單相多功能表，以此獲得回路的電流、電壓、功率、電能值。完成多個回路的監(jiān)測功能，需要多個多功能表，安裝也比較麻煩，設(shè)備投資成本也較高。
中國專利CN200520020920.6提供了一種網(wǎng)絡(luò)化智能電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其由電壓/電流變換與采樣電路、DSP/MPU中心控制電路、遙信/遙控電路、RS232通信接口電路、RS485通信接口電路、DeviceNet通信接口電路、EtherNet通信接口電路、通信接口復(fù)位電路組成；被測單相交流電壓/電流輸入到電壓/電流變換與采樣電路的檢測輸入端，電壓/電流變換與采樣電路的頻率信號輸出端連接DSP/MPU中心控制電路的頻率信號輸入端，電壓/電流變換與采樣電路的表示電壓電流的數(shù)字信號輸出端連接DSP/MPU中心控制電路的表示電壓電流的數(shù)字信號輸入端，電壓/電流變換與采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制信號輸入端連接DSP/MPU中心控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制信號輸出端，DSP/MPU中心控制電路的遙信/遙控信號輸出輸入端連接遙信/遙控電路的遙信/遙控信號輸出輸入端，DSP/MPU中心控制電路的RS232通信數(shù)據(jù)輸出輸入端連接RS232通信接口電路(4)的數(shù)據(jù)輸入輸出端，DSP/MPU中心控制電路的RS485通信數(shù)據(jù)輸出輸入端連接RS485通信接口電路的數(shù)據(jù)輸出輸入端，DSP/MPU中心控制電路的數(shù)據(jù)地址總線輸出輸入端、DeviceNet通信接口電路的數(shù)據(jù)地址總線輸入輸出端連接EtherNet通信接口電路的數(shù)據(jù)地址總線輸入輸出端，DSP/MPU中心控制電路的第一控制總線輸出端連接DeviceNet通信接口電路的控制總線輸入端，DSP/MPU中心控制電路的第二控制總線輸出端連接EtherNet通信接口電路的控制總線輸入端，DSP/MPU中心控制電路的復(fù)位數(shù)據(jù)輸出端連接通信接口復(fù)位電路的輸入端，通信接口復(fù)位電路的第一復(fù)位信號輸出端連接DeviceNet通信接口電路的復(fù)位信號輸入端，通信接口復(fù)位電路的第二復(fù)位信號輸出端連接EtherNet通信接口電路的復(fù)位信號輸入端。但其并未解決通過單一模塊式的裝置實(shí)現(xiàn)對多個回路的電量監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題第一方面提供一種高性能、低成本、簡潔實(shí)用的單相多回路監(jiān)控裝置，主要應(yīng)用于監(jiān)控要求較簡單的配電出線回路中。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題第二方面提供上述單相多回路監(jiān)控裝置的實(shí)現(xiàn)方法。
作為本發(fā)明第一方面的一種單相多回路監(jiān)控裝置，包括復(fù)數(shù)個回路電流輸入端、復(fù)數(shù)個高速信號切換開關(guān)、電能計量芯片和微處理器，其特征在于所述回路電流輸入端連接高速信號切換開關(guān)的信號輸入端，高速信號切換開關(guān)的控制腳連接微處理器的控制腳，其信號輸出端與電能計量芯片的電流通道相連，單相母線電壓進(jìn)入電能計量芯片的電壓通道端，電能計量芯片和微處理器的SPI通訊端口連接在一起。
本發(fā)明中，所述單相多回路監(jiān)控裝置設(shè)有一路可編程越限報警輸出接口，使用者可自由設(shè)置，對電網(wǎng)和負(fù)載中一些異常情況進(jìn)行監(jiān)測并可報警輸出。
所述單相多回路監(jiān)控裝置還有對9個回路開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測功能。
所述單相多回路監(jiān)控裝置具有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，采用MODBUS-RTU協(xié)議，完成配電回路中智能“遙測”、“遙信”、“遙控”功能和故障報警輸出的智能配電管理要求。
本發(fā)明中，所述回路電流輸入端包括一個電流互感器、兩個取樣電阻和RC濾波電路，電流互感器的信號輸出端通過取樣電阻和RC濾波后接高速信號切換開關(guān)的信號輸入端。
本發(fā)明中，單相母線電壓通過電流型電壓互感器、取樣電阻和RC濾波電路接入電能計量芯片的電壓監(jiān)測端。
作為本發(fā)明第二方面的單相多回路監(jiān)控裝置的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟1、微處理器按順序定時控制不同的高速信號切換開關(guān)開啟，以獲取不同回路的電流信號；2、不同的高速信號切換開關(guān)將獲取的不同回路電流信號輸送至電能計量芯片；3、電能計量芯片同步獲取母線電壓信號值，與獲取的不同回路的電流信號值進(jìn)行計算并將計算所得的多個回路的功率、電能、電壓、電流值輸送至微處理器進(jìn)行處理并予以顯示。
本發(fā)明的單相多回路監(jiān)控裝置可監(jiān)控母線電壓和多個配出回路中的回路電流，同時還可以對每個配出回路的功率、電能進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)電能計量管理，配出回路中的開關(guān)狀態(tài)信號也可以輸入到該監(jiān)控制裝置中，并可本地監(jiān)測和遠(yuǎn)程遙信負(fù)載回路的開關(guān)信號，將眾多配出回路的測量、計量、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、控制和數(shù)字通訊等功能集于一體，大大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計、降低了設(shè)備成本、減少了使用者投資，方便了使用者的使用和檢修，必將引領(lǐng)國內(nèi)外智能配電領(lǐng)域的發(fā)展方向，成為智能配電中出線回路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展主流。


圖1為現(xiàn)有一種監(jiān)控裝置的原理示意圖。
圖2為現(xiàn)有另一種監(jiān)控裝置的原理示意圖。
圖3為本發(fā)明監(jiān)控多回路負(fù)載的電參量方法的原理圖。
圖4為本發(fā)明的接線圖。
圖5為本發(fā)明的電路原理圖。
圖6為開關(guān)量輸入原理圖。
圖7為開關(guān)量越限輸出原理圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
如圖3所示，本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控多回路負(fù)載電參量采用了多個電子切換開關(guān)、一個電能計量芯片和一個控制CPU，多路負(fù)載的電流信號流入電子開關(guān)，電子開關(guān)在CPU的控制下，按順序控制導(dǎo)通，信號流入電能芯片，由電能芯片計算出各路負(fù)載的電參量，再傳給CPU，由CPU對信號進(jìn)行處理。本發(fā)明解決了成本高和軟件開發(fā)周期長的缺點(diǎn)；并保證了相當(dāng)?shù)挠嬃烤?，特別適合對計量精度要求不高，實(shí)時性要求不高的一般配電出線回路。下面結(jié)合附圖，詳細(xì)闡述本發(fā)明。
如圖4所示，一種單相多回路監(jiān)控裝置，本實(shí)施例中設(shè)有9個回路電流輸入端，因此可以監(jiān)測母線電壓UL和9個回路電流，本監(jiān)控裝置還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，可采用MODBUS-RTU協(xié)議，完成配電回路中智能“遙測”、“遙信”、“遙控”功能和故障報警輸出的智能配電管理；設(shè)置開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出接口，對9個回路開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。
參見圖5，回路電流輸入端包含電流互感器，監(jiān)測的回路電流通過電流互感器、取樣電阻和RC濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入監(jiān)控裝置，電流互感器、兩個取樣電阻和兩個濾波電容為常規(guī)接法。
配合單相回路的9個電流，設(shè)置了3個高速信號切換開關(guān)IC3、IC4和IC5，9個電流輸入端分別與高速信號切換開關(guān)的輸入端連接在一起。9個電流輸入端(為標(biāo)識清晰，9個電流分為A、B、C三組，每組3路)，自上而下分別為第1組的第1路電流IA1+、IA1-分別流入高速信號切換開關(guān)IC3的Y0、X0腳，第1組的第2路電流IB1+、IB1-分別流入高速信號切換開關(guān)IC4的Y0、X0腳，第1組的第3路電流IC1+、IC1-分別流入高速信號切換開關(guān)IC5的Y0、X0腳；第2組的第1路電流IA2+、IA2-分別流入高速信號切換開關(guān)IC3的Y1、X1腳，第2組的第2路電流IB2+、IB2-分別流入高速信號切換開關(guān)IC4的Y1、X1腳，第2組的第3路電流IC2+、IC2-分別流入高速信號切換開關(guān)IC5的Y1、X1腳；第3組的第1路電流IA3+、IA3-分別流入高速信號切換開關(guān)IC3的Y2、X2腳，第3組的第2路電流IB3+、IB3-分別流入高速信號切換開關(guān)IC4的Y2、X2腳，第3組的第3路電流IC3+、IC3-分別流入高速信號切換開關(guān)IC5的Y2、X2腳。
高速信號切換開關(guān)IC3、IC4、IC5開關(guān)控制腳A連接在一起并與微處理器IC6/MC9S08AW32的IO口PTC2口相連、控制腳B連接在一起并與微處理器IC6/MC9S08AW32的IO口PTC4口相連，高速信號切換開關(guān)IC3的輸出口YOUT、XOUT分別與電能計量芯片IC1/ADE7758的IAP、IAN口連接，高速信號切換開關(guān)IC4的輸出口YOUT、XOUT分別與電能計量芯片IC1/ADE7758的IBP、IBN口連接，高速信號切換開關(guān)IC5的輸出口YOUT、XOUT分別與電能計量芯片IC1/ADE7758的ICP、ICN口連接。
單相母線電壓UL、UN通過電壓互感器、取樣電阻和RC濾波電路采樣進(jìn)入電能計量芯片IC1/ADE7758的VAP腳、VN腳，VBP腳、VCP腳與VAP腳連一起；電能計量芯片IC1/ADE7758的IQR腳、CS腳、DIN腳、SCK腳和DOUT腳接成總線連接微處理器IC6/MC9S08AW32的PTE5/MISO腳、PTE6/MOSI腳和PTE7/SPSCK腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
微處理器IC6/MC9S08AW32的PTC1/SDA腳和PTC0/SCL腳連接非易失性鐵電隨機(jī)存儲器IC2/FM24C16A，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。
參見圖6，以U2那一路為例，輸入端為DI-1，即外部的開關(guān)量信號由DI-1輸入。當(dāng)外部的開關(guān)信號為合閘，則DI-1與地連通，電流信號經(jīng)限流電阻R4(R22為分流電阻)后流入光耦U2，此時光耦內(nèi)部的A、K腳導(dǎo)通發(fā)光，使光耦內(nèi)部的C、E腳也導(dǎo)通，使輸入DI1為低電平，DI1與微處理器IC6/MC9S08AW32的開關(guān)量輸入接口相連，微處理器IC6/MC9S08AW32通過讀取DI1的低電平來判斷輸入開關(guān)量為合閘狀態(tài)。
若當(dāng)外部的開關(guān)信號為分閘，則DI-1與地不連通，光耦內(nèi)部也未導(dǎo)通，則DI1為高電平，單片機(jī)通過讀取DI1的高電平來判斷輸入開關(guān)量為分閘狀態(tài)。微處理器IC6/MC9S08AW32上的PTD0/AD8腳、PTD1/AD9腳、PTD2/KBI5腳、PTD3/KBI6腳、PTD4/AD12腳、PTD5/AD13腳、PTD6/AD14腳、PTD7/KBI7/AD15腳、PTF0/TP12腳、PTF1/TP13腳、PTF2/TP14腳、PTF3/TP15腳、PTF4/TP20腳、PTF5/TP21腳、PTF6腳、PTF7腳、PTE3/TP11腳、PTE2/TP10腳皆為開關(guān)量輸入接口。
微處理器IC6/MC9S08AW32的PTG4/KBI4為可編程越限報警輸出接口，進(jìn)行開關(guān)量輸出；其原理如圖7所示。當(dāng)檢測到外部某種設(shè)定的信號超過允許范圍時，微處理器IC6/MC9S08AW32輸出一個高電平信號，此高電平信號經(jīng)DO1傳給三極管Q1，此時三極管Q1導(dǎo)通，繼電器U1內(nèi)部線圈有電流經(jīng)過，使觸點(diǎn)吸合，由DO1+、DO1-輸出一個報警的信號。當(dāng)外部未超限，則DO1輸出低電平信號，繼電器U1斷開，沒有報警信號輸出。
微處理器IC6/MC9S08AW32的PTE1/RXD1和PTE0/TXD1腳為RS485通信接口，可對外進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
工作時，微處理器IC6/MC9S08AW32同時控制高速信號切換開關(guān)IC3、IC4、IC5的輸入信號，使不同回路的電流分時切換輸入到電能計量芯片IC1/ADE7758的電流通道，這樣電能計量芯片IC1/ADE7758監(jiān)測的電壓、電流、功率和電能就是對應(yīng)的母線電壓、開關(guān)選擇的回路電流、功率和電能，微處理器IC6/MC9S08AW32不斷切換不同回路的電流就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測所有的不同回路的多電量參數(shù)。
如本實(shí)施例中，高速信號切換開關(guān)IC3、IC4、IC5同時由IC6控制選通，使9路負(fù)載的電流分3組同時流入電能計量芯片IC1/ADE7758，這樣通過一個專用模塊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測多個回路的電流，也就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測多個回路的多電量參數(shù)以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種單相多回路監(jiān)控裝置，包括復(fù)數(shù)個回路電流輸入端、復(fù)數(shù)個高速信號切換開關(guān)、電能計量芯片和微處理器，其特征在于所述回路電流輸入端連接高速信號切換開關(guān)的信號輸入端，高速信號切換開關(guān)的控制腳連接微處理器的控制腳，其信號輸出端與電能計量芯片的電流通道相連，單相母線電壓進(jìn)入電能計量芯片的電壓通道端，電能計量芯片和微處理器的SPI通訊端口連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多回路監(jiān)控裝置，其特征在于，該監(jiān)控裝置設(shè)有監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)狀態(tài)輸入接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多回路監(jiān)控裝置，其特征在于，該監(jiān)控裝置設(shè)有一路開關(guān)量可編程越限報警輸出接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多回路監(jiān)控裝置，其特征在于，該監(jiān)控裝置具有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，采用MODBUS-RTU協(xié)議對外進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多回路監(jiān)控裝置，其特征在于，該監(jiān)控裝置設(shè)有保證存儲安全的非易失性鐵電隨機(jī)存儲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多回路監(jiān)控裝置，其特征在于，所述回路電流輸入端包括一個電流互感器、兩個取樣電阻和RC濾波電路，電流互感器的信號輸出端通過取樣電阻和RC濾波后接高速信號切換開關(guān)的信號輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多回路監(jiān)控裝置，其特征在于，單相母線電壓通過電流型電壓互感器、取樣電阻和RC濾波電路接入電能計量芯片的電壓監(jiān)測端。
8.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控裝置，其特征在于所述高速信號切換開關(guān)的輸出端連接成總線連接電能計量芯片的電流通道。
9.一種如權(quán)利要求1所述單相多回路監(jiān)控裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟1)、微處理器按順序定時控制不同的高速信號切換開關(guān)開啟，以獲取不同回路的電流信號；2)、不同的高速信號切換開關(guān)將獲取的不同回路電流信號輸送至電能計量芯片；3)、電能計量芯片同步獲取母線電壓信號值，與獲取的不同回路的電流信號值進(jìn)行計算并將計算所得的多個回路的功率、電能、電壓、電流值輸送至微處理器進(jìn)行處理并予以顯示。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種主要應(yīng)用于監(jiān)控要求較簡單的配電出線回路中的單相多回路監(jiān)控裝置，其包括復(fù)數(shù)個電流輸入端、復(fù)數(shù)個高速信號切換開關(guān)(簡稱切換開關(guān))、電能計量芯片和微處理器，其特征在于所述電流輸入端連接切換開關(guān)的信號輸入端，切換開關(guān)的控制腳連接微處理器的控制腳，其信號輸出端與電能計量芯片的電流通道相連，單相母線電壓進(jìn)入電能計量芯片的電壓通道端，電能計量芯片和微處理器的SPI通訊端口連接在一起；微處理器定時控制復(fù)數(shù)個切換開關(guān)的開關(guān)切換順序，實(shí)現(xiàn)對單相多回路電量如電壓、電流、功率、電能、復(fù)數(shù)個開關(guān)狀態(tài)等的監(jiān)測，并具有一路可編程報警輸出。本發(fā)明大大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計、降低了設(shè)備成本，方便了使用者的使用和檢修。
文檔編號G01R11/00GK101055284SQ20071003797
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者周中, 姜龍 申請人:上海安科瑞電氣有限公司