專利名稱：配變監(jiān)測管理終端的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種配變監(jiān)測管理終端。
背景技術：
配電變壓器是將電能直接分配給專變用戶或低壓用戶的電力設備，其運行情況及 運行數(shù)據(jù)是整個配電網(wǎng)至關重要的組成部分，因此必須對配電網(wǎng)展開運行監(jiān)測、計量、電壓 統(tǒng)計、諧波監(jiān)測、無功控制等工作。由于變壓器的周圍都是高壓區(qū)，存在一定的危險性，而且變壓器普遍安裝在離社 區(qū)較遠的地方，在變壓器發(fā)生故障前工作人員和供電部門均不能了解其工作狀態(tài)，而現(xiàn)有 技術對變壓器運行狀態(tài)的監(jiān)控十分落后，監(jiān)測終端電路結構復雜，功能簡單，且穩(wěn)定性和抗 干擾性較差，有些變壓器監(jiān)測裝置雖然也使用了數(shù)字模塊或智能裝置，但安全性不高，功能 單一，成本高昂。當前正需要一種適用于公變和大用戶的監(jiān)控采集、適用于配電網(wǎng)從配電線路出線 開始的整體能效監(jiān)控和優(yōu)化的終端系統(tǒng)，對配電網(wǎng)展開運行監(jiān)測、計量、電壓統(tǒng)計、諧波監(jiān) 測、無功控制等工作，提供上述功能合一的能效監(jiān)控與優(yōu)化終端系統(tǒng)，用來替代前期多個單 一功能的產品。但是，若采用常規(guī)設計，上述五項功能合一終端的外圍電路將十分復雜，終 端的穩(wěn)定性和可靠性將降低。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種外圍電路簡單，并集成了配變監(jiān)測裝 置、多功能電能表、諧波表、統(tǒng)計型電壓表、無功補償控制器、遠傳通訊裝置等功能合一的能 效監(jiān)控與優(yōu)化的配變監(jiān)測管理終端。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為一種配變監(jiān)測管理終端，包 括CPU模塊，CPU模塊包括主控芯片和A/D轉換芯片，所述主控芯片為基于ARM7TDMI內核 的32位微控制器。所述A/D轉換芯片采用專用計量芯片CS5463，交流電壓電流經采樣后進入專用計 量芯片CS5463，專用計量芯片CSM63輸出的信號經接口進入主控芯片。所述主控制芯片采用飛利浦生產的LPC2378，LPC2378是基于ARM7TDMI內核的 32位微控制器，其簡化了外圍電路，降低了系統(tǒng)的硬件成本。程序和數(shù)據(jù)存儲RAM都在 LPC2378內部，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能、穩(wěn)定性能。所述配變監(jiān)測管理終端還包括通信模塊，通信模塊為GPRS通信模塊、RS232通信 模塊、RS485通信模塊或紅外通信模塊。本實用新型采用專用計量芯片CSM63和高集成的的32位的ARM處理器為 核心，采用的CSM63本身可以提供瞬時的采樣數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)類似普通 AD+MCU(CPU)的測量方式所具有靈活的擴展分析特性，減少MCU的計算量和MCU資源的消 耗，不需要對交流采樣、電能計量等算法進行設計、編碼、調試，節(jié)省開發(fā)時間，工序大大簡
3化，減小外圍電路的復雜程度，提高裝置的穩(wěn)定性和可靠性，大大方便現(xiàn)場的安裝與維護， 實現(xiàn)五項功能合一的能效監(jiān)控與優(yōu)化終端，替代多個單一功能的產品，減少硬件投資、降低 綜合線損、節(jié)約電量。
圖1為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型的原理框圖；圖3為本實用新型CPU模塊的A/D轉換芯片部分電路圖；圖4為本實用新型CPU模塊的主控芯片部分電路圖；具體實施方式
本實用新型的配變監(jiān)測管理終端，如圖1所示，由CPU模塊1、采樣模塊2、控制模 塊3、顯示模塊4、通信模塊5連接而成，采樣模塊2的輸出端子連接到CPU模塊1的輸入端 子，CPU模塊1的輸出端子連接到顯示模塊4的輸入端子，CPU模塊1的輸出端子連接到控 制模塊3的輸入端子，CPU模塊1的輸出端子可以通過GPRS通信模塊、RS232、RS485通信 模塊等通信模塊5，通過有線或無線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到配變監(jiān)測后臺管理系統(tǒng)。如圖2所示，配變監(jiān)測管理終端的CPU模塊1主要有主控制芯片、RS232/RS485部 分、存儲部分、按鍵部分、RTC部分組成。配變監(jiān)測管理終端的主控制芯片采用飛利浦生產的LPC2378(如圖4所示)， LPC2378是基于ARM7TDMI內核的32位微控制器，其功能強大且成本效率高，其片內集成了 大容量的程序FLASH、集成了各種通信端口如串口、網(wǎng)口、SPI 口等，大大簡化了外圍電路， 降低了系統(tǒng)的硬件成本。程序和數(shù)據(jù)存儲RAM都在LPC2378內部，提高了系統(tǒng)的抗干擾性 能、穩(wěn)定性能。按鍵采用1*4鍵盤，方便終端的操作。時鐘采用高精度的時鐘芯片作為時鐘源，產 生精確的秒脈沖，并有備用電源給時鐘供電，保證時鐘精確不間斷的運行。終端采用大容量的FLASH存儲芯片及網(wǎng)絡口，使終端功能更強大。采樣模塊電壓及電流采樣通過采樣模塊上的PT，CT回路將其轉換成弱電信號送 到CPU模塊1上進行A/D采樣處理。如圖3A/D轉換芯片部分電路圖所示，計量部分采用了專用計量芯片CSM63，內部 自動完成電能的計量、電流有效值、電壓有效值、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)的測 量與計算。這種方式與采用普通AD+MCU(CPU)的測量方式相比較，首先大大減少MCU的計 算量和MCU資源的消耗；其次我們不需要對交流采樣、電能計量等算法進行設計、編碼、調 試，節(jié)省開發(fā)時間，同時提高了裝置的穩(wěn)定性。CSM63本身可以提供瞬時的采樣數(shù)據(jù)，對于 諧波的測量、不平衡度、零序量的測量采用fft變換的方法計算出來，零序量也可以通過直 接采集的方式，不用計算。脈沖輸出部分是將終端計算出的有功電能和無功電能通過脈沖輸出給計量校表 臺做為測試配變終端的計量精度使用。遙信量采集部分是將外部開關量通過光隔離進行采 集，可根據(jù)開關量的信號判別變壓器的運行方式，計量門的開閉，斷路器的狀態(tài)等信息?？刂颇K3電路上采用多重設計，防止誤動作，提高了裝置的可靠性。所有控制部 分和遙信部分都采用了強電和弱電的隔離措施，都設計了相應的保護電路，保證了設備和 人身的安全。[0026]顯示模塊4可以采用128*64的點陣式液晶顯示器，字體清晰，美觀，同時液晶模 塊上有4個指示燈，分別是運行指示燈、有功脈沖輸出指示燈、無功脈沖指示燈和事件指示 燈，實時指示裝置的運行情況。GPRS通訊以單獨模塊插件形式安裝，主板提供與GPRS模塊對接的統(tǒng)一接口。裝置 可根據(jù)需要靈活搭載不同型號的通訊模塊5。LPC2378自帶網(wǎng)絡接口，裝置需要相應的TCP/ IP協(xié)議棧與之相配合。在此基礎上增加PPP協(xié)議就可以使用自身不帶協(xié)議棧的GPRS模塊， 也就是說可以使用更為經濟的GPRS模塊以節(jié)省成本。配變監(jiān)測管理終端裝置主要用于配電變壓器的電氣量和非電氣量的測量，變壓器 能量計量等，CPU模塊1主要完成對采集模塊輸入的三相電壓、三相電流、有功功率、無功 功率、功率因數(shù)、電網(wǎng)頻率、電壓電流相角、電壓電流2-19次諧波，電壓電流的畸變率、三相 不平衡度、變壓器的油溫等進行分析，并對超線參數(shù)進行分析后產生報警信號，如過壓、過 流報警，失壓失流報警、過負荷報警、逆相序報警、反極性報警、斷相報警、不平衡越線報警 等。CPU模塊還進行各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計記錄，如電壓合格率的統(tǒng)計統(tǒng)計電壓最大最小值及出 現(xiàn)時刻、電壓平均值、電壓超上下線值及出現(xiàn)時刻、電壓合格時間、電壓總統(tǒng)計時間及超上 下線時間；功率極值及出現(xiàn)時刻的統(tǒng)計，最大最小需量及出現(xiàn)時刻的的統(tǒng)計等。對于電量 的計量可以分時段計量，時間的設定以年為大周期，年分為幾個時區(qū)，每個時區(qū)以天為小周 期，一天分為幾個時段，每個時段對應一種費率。12個時區(qū)、10個日時段，6個時段表，支持 周休日、節(jié)假日時段；每天可以分為尖、鋒、平、谷時段。終端對功率因數(shù)進行分析，對無功補 償裝置進行控制，實現(xiàn)無功補償控制器的功能。終端還具有抄表功能，通過485 口，采用645 規(guī)約完成，可以設置抄表時間、抄表間隔進行實時抄表，抄表后可通過GPRS或RS232/485上 傳此采集量到配變監(jiān)測計量后臺系統(tǒng)。配變監(jiān)測管理終端具有紅外口，通過紅外設備可以實現(xiàn)遠距離對終端的參數(shù)設 置，數(shù)據(jù)瀏覽，終端還具有一個232 口，兩個484 口，一個網(wǎng)絡口，規(guī)約符合國家和行業(yè)標準。配變監(jiān)測管理終端采用模塊化設計，即插即用，便于現(xiàn)場維護和安裝調試，并可以 根據(jù)現(xiàn)場需要裁減終端上的模塊，進一步降低了成本。配變監(jiān)測管理終端采用uCOS-II嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)。uCOS-II與其它嵌 入式操作系統(tǒng)相比而言，具有內核小、占用很小的程序空間和內存空間；固定且極短的任務 切換時間等優(yōu)勢，非常適合高實時性的中小型嵌入式系統(tǒng)使用。配變監(jiān)測管理終端電能計量精度應能滿足有功電度0. 5級、無功電度1. 0級的要 求。工作電源終端使用三相四線交流供電方式，在任意二線斷線的情況下，終端能在額定 電壓-10% +30%的偏差下正常工作。抗接地故障能力終端的電源由非有效接地系統(tǒng)或 中性點不接地系統(tǒng)的三相四線配電網(wǎng)供電時，在接地故障及相對地產生10%過電壓的情況 下，沒有接地的兩相對地電壓將會達到1. 9倍的標稱電壓，維持4小時，終端不出現(xiàn)損壞，供 電恢復正常后終端正常工作，保存數(shù)據(jù)應不丟失。數(shù)據(jù)存儲提供32M儲存空間，掉電數(shù)據(jù) 保存可達10年。本實用新型提供一個五項功能合一的能效監(jiān)控與優(yōu)化終端，替代前期多個單一功 能的產品，產生巨大的經濟效益。
權利要求1.一種配變監(jiān)測管理終端，包括CPU模塊，CPU模塊包括主控芯片和A/D轉換芯片，其 特征在于所述主控芯片為基于ARM7TDMI內核的32位微控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的配變監(jiān)測管理終端，其特征在于所述A/D轉換芯片采用 專用計量芯片CS5463，交流電壓電流經采樣后進入專用計量芯片CS5463，專用計量芯片 CS5463輸出的信號經接口進入主控芯片。
3.根據(jù)權利要求1所述的配變監(jiān)測管理終端，其特征在于所述主控芯片為ARM LPC2378。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的配變監(jiān)測管理終端，其特征在于所述配變監(jiān)測管理 終端還包括通信模塊，所述通信模塊為GPRS通信模塊、RS232通信模塊、RS485通信模塊或 紅外通信模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種配變監(jiān)測管理終端，包括CPU模塊，CPU模塊包括主控芯片和A/D轉換芯片，所述主控芯片為基于ARM7TDMI內核的32位微控制器，A/D轉換芯片采用專用計量芯片CS5463，交流電壓電流經采樣后進入專用計量芯片CS5463，專用計量芯片CS5463輸出的信號經接口進入主控芯片。本實用新型的配變監(jiān)測管理終端將多項功能合一，替代多個單一功能的產品，減少硬件投資、降低綜合線損、節(jié)約電量，產生較大的經濟效益。
文檔編號G01R23/02GK201893606SQ20102020577
公開日2011年7月6日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權日2010年5月12日
發(fā)明者張高峰 申請人:江蘇谷峰電力科技有限公司