專利名稱：能源計量分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種計量分析系統(tǒng)，特別是涉及一種能源計量分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本條件之一，是保障國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn) 定可協(xié)調(diào)發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，我國能源資源儲量雖然豐 富但人均能源可采儲量遠低于世界平均水平，中國傳統(tǒng)的高投入高消耗重污染 低產(chǎn)出的發(fā)展己經(jīng)走到了盡頭，切實改變經(jīng)濟增長方式、緩解經(jīng)濟增長與能源 供給之間的矛盾是中國經(jīng)濟步入新一輪增長周期要解決的首要問題。
能源實時數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)內(nèi)部能源狀況進行監(jiān)控，能向企 業(yè)提供各種能源消耗情況的統(tǒng)計報表資料和各使用單位的消耗情況，同時在管 理上能對各種能源數(shù)據(jù)作進一步的分析，根據(jù)生產(chǎn)狀況和歷史數(shù)據(jù)進行分析決 策，確保企業(yè)對能源的合理使用和控制管理，以最低的能源消耗，換取最大的生 產(chǎn)能量和動力。
目前工業(yè)中應(yīng)用較多的能源采集設(shè)備功能普遍單一化，應(yīng)用領(lǐng)域比較專業(yè) 化。無法靈活的配置實現(xiàn)一種設(shè)備的多種應(yīng)用。
傳統(tǒng)能量采集設(shè)備，在數(shù)據(jù)采集手段上，部分產(chǎn)品采用手動抄表方式，部 分產(chǎn)品實現(xiàn)了無線抄表方式，通信距離較短的如紅外抄表方式仍然需要人工到
現(xiàn)場介入，通信距離較長的如借助GPRS，網(wǎng)絡(luò)等，其數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡(luò)具有較強 的依賴性，如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，則通信完全中斷。而且這類設(shè)備在條件惡劣大工業(yè)現(xiàn)場很容易受到電磁干擾的影響。
傳統(tǒng)能量采集設(shè)備，在功能上基本集中于數(shù)據(jù)的采集和傳輸，能對數(shù)據(jù)進 行分析處理的產(chǎn)品不多見而且成本較高。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是解決能源采集設(shè)備功能普遍單一、應(yīng)用 領(lǐng)域比較專業(yè)、無法靈活的配置實現(xiàn)一種設(shè)備的多種應(yīng)用的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是提供一種能源計 量分析系統(tǒng)，包括系統(tǒng)電源，中心處理單元，數(shù)據(jù)采集模塊，人機交互模塊， 輸入輸出模塊，存儲模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)有若干模擬 量輸入接口和若干數(shù)字量輸入接口，接收輸入信號并傳送至中心處理單元；所 述人機交互模塊包括輸入鍵盤和顯示屏，所述輸入鍵盤用于輸入指令；所述顯 示屏用于顯示輸出數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息；所述輸入輸出模塊接收輸入鍵盤輸入指命 令并傳送至中心處理單元，中心處理單元的輸出數(shù)據(jù)及系統(tǒng)信息通過顯示屏顯 示；所述存儲模塊與中心處理單元上的數(shù)據(jù)端口連接，用于存儲數(shù)據(jù)；所述網(wǎng) 絡(luò)通訊模塊，與中心處理單元上的數(shù)據(jù)端口連接，用于連接局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。
上述方案中，還包括實時時鐘模塊和備用電源，所述實時時鐘日歷芯片上 的Vccl和Vcc2管腳分別連接系統(tǒng)電源和備用電源。
所述輸入輸出模塊的信號輸入端連接有ADUM1400系列磁耦數(shù)字隔離器， 該磁耦數(shù)字隔離器的輸入端連接數(shù)據(jù)采集模塊上的數(shù)字量輸入接口。
所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的輸出端連接有ADM2483帶磁耦隔離的RS485驅(qū)動芯 片，用于連接網(wǎng)絡(luò)輸出接口。
本實用新型，因為數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)有若干模擬量輸入接口和若干數(shù)字量輸入接口，可以同時采集模擬量和數(shù)字量，因此具有很強的通用性，可以實現(xiàn)
一種設(shè)備的多種應(yīng)用。


圖1為本實用新型能源計量分析系統(tǒng)的示意圖2為能源計量分析系統(tǒng)的輸入鍵盤電路圖3為能源計量分析系統(tǒng)的液晶顯示屏接口電路圖4為數(shù)據(jù)采集模塊中的一路信號調(diào)理電路；
圖5為RS232電路；
圖6為RS485電路；
圖7為SD卡接口電路；
圖8為數(shù)字量輸入電路；
圖9為數(shù)字量輸出電路；
圖IO為繼電器電路；
圖11為時鐘日歷電路；
圖12為本實用新型組網(wǎng)使用時的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作出詳細的說明。
如圖1所示，本實用新型包括系統(tǒng)電源，中心處理單元，數(shù)據(jù)采集模塊， 人機交互模塊，輸入輸出模塊，存儲模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊 上設(shè)有若干模擬量輸入接口和若干數(shù)字量輸入接口 ，接收輸入信號并傳送至中
心處理單元；所述人機交互模塊包括輸入鍵盤和顯示屏，所述輸入鍵盤用于輸 入指令；所述顯示屏用于顯示輸出數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息；所述輸入輸出模塊接收輸入鍵盤輸入指命令并傳送至中心處理單元，中心處理單元的輸出數(shù)據(jù)及系統(tǒng)信 息通過顯示屏顯示；所述存儲模塊與中心處理單元上的數(shù)據(jù)端口連接，用于存 儲數(shù)據(jù)；所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，與中心處理單元上的數(shù)據(jù)端口連接，用于連接局 域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。
如圖2所示，人機交互模塊中的輸入鍵盤設(shè)置有6個功能輸入鍵，分別為 ①功能選擇、②確定、◎上、④下、⑤左、 右，按"功能選擇" 可進入第一級菜單，在需要選擇設(shè)置的功能間切換；在選擇需要的功能項后，
按"左"，"右"可在該功能對應(yīng)的不同子項間切換，"左"為前一子項，"右"
為后一子項；在選擇需要的功能子項后，按"上"，"下"可對功能子項參數(shù)進 行設(shè)置，"上"為增加，"下"為減少；參數(shù)設(shè)置完成后，按"確定"完成參數(shù)
更新。該鍵盤為通用六鍵鍵盤，其輸出端連至輸入輸出模塊的鍵盤輸入接口。
如圖3所示，本實用新型的液晶顯示屏接口電路可支持多種規(guī)格液晶顯示 屏，支持到128X64及更大的顯示界面及多級中文菜單，背光可控制，對比度 可調(diào)節(jié)，便捷的人機界面使得在工業(yè)現(xiàn)場能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，參數(shù)設(shè)置 等功能。液晶驅(qū)動模塊由MCU的通用10 口模擬輸入輸出時序來進行控制。
數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)模擬信號采集調(diào)理，本實用新型支持支持多達8路模 擬信號的采集分析，支持4路數(shù)字量輸入，3路數(shù)字量輸出，輸入輸出邏輯可 由用戶靈活指定，每一路釆集電路的結(jié)構(gòu)如圖4所示。采用高精度的rail — to 一mil儀用運算放大器調(diào)理信號，改變輸入電阻的設(shè)置即可與不同輸入信號如 0 — 5V信號，4一25mA信號相匹配。對MCU內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器，使用2. 5V參考 轉(zhuǎn)換電壓，對0 — 5V輸入信號，釆用如圖4的精密電阻Rl和R3分壓為0 — 2. 5V; 對4一25mA電流輸入信號，采用如圖4精密電阻Rl和R3轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸入輸出模塊中的數(shù)字量輸入采用了 ADUM1400系列磁耦數(shù)字隔離器，基 于人機界面實現(xiàn)了輸入輸出量的用戶可編程，讓用戶根據(jù)輸入的數(shù)字量按照一 定的邏輯運算靈活的配置輸出量。輸出部分考慮到驅(qū)動能力，使用MC1413驅(qū) 動芯片，設(shè)計成可直接驅(qū)動繼電器的電路，可直接驅(qū)動直流30V/5A,交流 250V/5A，如圖8、圖9、圖10所示。
網(wǎng)絡(luò)通訊模塊包括在一個串行通訊口上實現(xiàn)的可配置的RS232網(wǎng)絡(luò)和 RS485網(wǎng)絡(luò)，如圖5、圖6所示，RS485網(wǎng)絡(luò)輸出采用了最先進的帶磁耦隔離的 ADM2483 RS-485收發(fā)器。響應(yīng)速度較傳統(tǒng)的光耦器件大為提高，隔離電壓也 相應(yīng)提高。
傳統(tǒng)遠程終端控制RTU記錄數(shù)據(jù)的方式有的局限于網(wǎng)絡(luò)，有的局限于離線 大容量存儲設(shè)備，本實用新型將二者結(jié)合起來，實現(xiàn)了更優(yōu)化的數(shù)據(jù)存儲解決 方案，對于網(wǎng)絡(luò)不便安裝的現(xiàn)場，離線存儲設(shè)備成為大批量數(shù)據(jù)的可靠選擇， 在網(wǎng)絡(luò)處于檢修或者忙狀態(tài)，離線存儲設(shè)備為實時數(shù)據(jù)記錄備份，二者結(jié)合的 另一特殊優(yōu)點在于系統(tǒng)可對離線存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)實施加密，讀取時解密并可與 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)比對，確保數(shù)據(jù)的真實性并為能源檢測機構(gòu)提供準確可信的數(shù) 據(jù)，采用基于SPI方式的SD卡的FAT16文件系統(tǒng)，其記錄的文件可方便的與 主機進行交互，圖7是原理圖。
與傳統(tǒng)遠程終端控制RTU比較，本實用新型在信號采集中對數(shù)據(jù)加入實時 了時間戳，因而系統(tǒng)中設(shè)計了實時時鐘日歷芯片DS1302，實時時鐘日歷芯片上 的Vccl和Vcc2管腳分別連接系統(tǒng)電源和備用電源，在系統(tǒng)斷電時時鐘日歷芯 片使用后備電池工作，確保時間信息的準確性，如圖11所示。 在本實用新型的軟件部分中(1) 中心處理單元采用16位高速低功耗MSP430處理器，充分利用了該 處理器豐富的外設(shè)接口，以及內(nèi)置高速16bit乘法器。
(2) 整個系統(tǒng)實現(xiàn)在源碼公開的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)上。
(3) LCD顯示模塊由軟件模擬讀寫時序，在處理器內(nèi)部的FLASH中生成 漢字字庫，構(gòu)建中文菜單。
(4) SD卡實現(xiàn)通用的FAT16文件系統(tǒng)格式，其中存儲的數(shù)據(jù)文件格式可 靈活選擇，基于windows等支持FAT16格式的操作系統(tǒng)可直接對文件 進行讀取，不用自己定義，編碼文件格式。FAT16最大可支持到2GB SD卡?？商峁┏浞侄嗟拇鎯臻g。
(5) 在RS232或者RS485的串行網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)了工業(yè)標準Modbus協(xié)議的 一個子集，與中央控制中心實現(xiàn)通訊。
(6) 對于輸入模擬信號，每次采樣周期的間隔可根據(jù)用戶的現(xiàn)場需求通過 鍵盤進行配置，信號諧波分析點數(shù)同樣可配置，在信息量與處理器負 載之間取得平衡，對三相交流電能，每個50Hz工頻內(nèi)，可進行16點， 32點，64點采樣，由FFT分析分析采樣數(shù)據(jù)后給出能量質(zhì)量參數(shù)。 本實用新型可以采用設(shè)備組網(wǎng)的方式使用，如圖12所示，在硬件上
實現(xiàn)RS485傳輸介質(zhì)，軟件上實現(xiàn)Modbus標準協(xié)議，以一臺中央控制主 機為中心，理論上可以實現(xiàn)最多247個節(jié)點的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，充分體現(xiàn)"測 控分散、管理集中"思路，中央控制主機為核心，按設(shè)備地址輪詢各設(shè)備， 設(shè)備響應(yīng)主機的查詢命令，將主機需要的數(shù)據(jù)打包成Modbus幀并傳輸?shù)?主機，主機進行統(tǒng)計分析并寫入企業(yè)能源審計數(shù)據(jù)庫，為形成企業(yè)的能源 消耗分析數(shù)據(jù)做好充分準備。本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本實用新型的 啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本實用新型具有相同或相近的技術(shù)方案，均落 入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、能源計量分析系統(tǒng)，包括系統(tǒng)電源，為能源計量分析系統(tǒng)提供工作電力；中心處理單元；數(shù)據(jù)采集模塊，接收模擬輸入信號并傳送至中心處理單元；人機交互模塊，包括輸入鍵盤和顯示屏，所述輸入鍵盤用于輸入指令；所述顯示屏用于顯示輸出數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息；輸入輸出模塊，接收輸入鍵盤的輸入指命令并傳送至中心處理單元，中心處理單元的輸出數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息經(jīng)輸入輸出模塊傳送至顯示屏顯示；存儲模塊，與中心處理單元上的數(shù)據(jù)端口連接，用于存儲數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，與中心處理單元上的數(shù)據(jù)端口連接，用于連接局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)；其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)有若干模擬量輸入接口和若干數(shù)字量輸入接口。
2、 如權(quán)利要求1所述的能源計量分析系統(tǒng)，其特征在于還包括實時時鐘 模塊和備用電源，所述實時時鐘日歷芯片上的Vccl和Vcc2管腳分別連接系統(tǒng) 電源和備用電源。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的能源計量分析系統(tǒng)，其特征在于所述輸入輸 出模塊的信號輸入端連接有ADUM1400系列磁耦數(shù)字隔離器，該磁耦數(shù)字隔離 器的輸入端連接數(shù)據(jù)采集模塊上的數(shù)字量輸入接口 。
4、 如權(quán)利要求3所述的能源計量分析系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)通訊模 塊的輸出端連接有ADM2483帶磁耦隔離的RS485驅(qū)動芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種能源計量分析系統(tǒng)，包括系統(tǒng)電源，中心處理單元，數(shù)據(jù)采集模塊，人機交互模塊，輸入輸出模塊，存儲模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)有若干模擬量輸入接口和若干數(shù)字量輸入接口，接收輸入信號并傳送至中心處理單元，人機交互模塊包括輸入鍵盤和顯示屏；輸入輸出模塊接收輸入鍵盤輸入指命令并傳送至中心處理單元，中心處理單元的輸出數(shù)據(jù)及系統(tǒng)信息通過顯示屏顯示；存儲模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊分別用于存儲數(shù)據(jù)和連接局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。本實用新型，因為數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)有若干模擬量輸入接口和若干數(shù)字量輸入接口，可以同時采集模擬量和數(shù)字量，因此具有很強的通用性，可實現(xiàn)一種設(shè)備的多種應(yīng)用。
文檔編號G01R11/00GK201340435SQ200920000189
公開日2009年11月4日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者濤 蔡 申請人:武漢任馳能源科技開發(fā)有限公司