專利名稱：一種分布式配網(wǎng)自動化監(jiān)控終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明配網(wǎng)自動化終端涉及的是電力系統(tǒng)的IOkV配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的一種分布式配網(wǎng)自動化監(jiān)控終端，適用于配網(wǎng)饋線電纜網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜，實現(xiàn)配網(wǎng)運行的數(shù)據(jù)監(jiān)測、開關(guān)控制和運行管理。
背景技術(shù)：
目前針對電纜網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜配網(wǎng)自動化終端常采用集中式設(shè)計，插板式結(jié)構(gòu)，單臺終端實現(xiàn)多回路采集監(jiān)控，該方案受機箱結(jié)構(gòu)限制，單臺最多實現(xiàn)8 12回路三遙采集監(jiān)控，終端擴展受最大容量限制，外形尺寸大占地多，施工、接線復(fù)雜、停電時間長，單個插件故障影響整個環(huán)網(wǎng)柜其他回路采集監(jiān)控。
隨著用電量的快速增長，舊的開關(guān)房和環(huán)網(wǎng)柜通過擴容增加回路，在一些用電密集地方一個站房回路數(shù)已達14，而且電房或環(huán)網(wǎng)柜空間有限，集中式配網(wǎng)自動化終端已不能滿足現(xiàn)場實際應(yīng)用需求。傳統(tǒng)“一遙”、“二遙”配網(wǎng)自動化終端通常采用GPRS無線通訊技術(shù)，解決方案通常為“監(jiān)控終端+GPRS通訊模塊”而外置GPRS模塊通常采用3線串口，不能監(jiān)測Monden是否在線，也缺乏處理“假在線”，“假連接”異常狀態(tài)的措施。國內(nèi)配網(wǎng)自動化終端裝置面板通常不具備清晰的就地操作開關(guān)和選擇開關(guān)，如果需要本地操作，則需要在終端機柜面板上增加復(fù)雜的控制回路和接線，成本高、接線復(fù)雜、另外需要較大的安裝空間。

發(fā)明內(nèi)容
為解決配電網(wǎng)自動化終端實際應(yīng)用中遇到的上述問題，本發(fā)明提供一種分布式配網(wǎng)自動化終端，該終端包括環(huán)網(wǎng)柜、主控單元，配電智能監(jiān)控單元、CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)；
所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元通過CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)與主控單元連接。所述主控單元包括數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作模塊、背板，所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作面板模塊分別與背板連接，電源管理模塊、獨立遙信操作模塊分別與數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊連接。主控單元負(fù)責(zé)所有配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的信息的采集、存儲、管理，與遠(yuǎn)方主站的信息交互，實現(xiàn)與主站控制中心的遠(yuǎn)程通訊，數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)，為配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元、外部通訊模塊、開關(guān)操作機構(gòu)提供工作電源和后備電源并對電源進行管理實現(xiàn)交直流自動切換、電池智能充電、激活等功能。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元包括監(jiān)控CPU、交流采樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號指示燈；所述交流采樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號指示燈分別與監(jiān)控CPU連接。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，實現(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜所有“三遙”和故障判別功能；配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元通過CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)與主控單元連接，保證通信的可靠性和速度。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元至少為I個，配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元最多為64個。當(dāng)擴展配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元時，主控單元無需進行任何升級，且由于配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元體積小可以直接安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，極大節(jié)省了材料成本和安裝空間。配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元分布安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，可就地完成環(huán)網(wǎng)柜到配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的二次接線，無需在各環(huán)網(wǎng)柜上敷設(shè)專用二次電纜到終端，二次接線簡單，停電施工可多人同步進行，只需4根線(2根電源線，2根CAN通訊總線)即可實現(xiàn)配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元監(jiān)控各環(huán)網(wǎng)柜。 所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊采用32位ARM中央處理器，采用6U插板式結(jié)構(gòu)； 所述32位ARM中央處理器包括2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接
口、I個USB接口、I個調(diào)試串口、4個10/100M以太網(wǎng)接口、一個GPRS模塊；
GPRS模塊與32位ARM中央處理器采用全串口通訊方式，支持在線狀態(tài)檢測、流控制，GPRS模塊的電源由32位ARM中央處理器管理，32位ARM中央處理器通過撥號指令，復(fù)位指令、電源控制，避免GPRS模塊“假在線”、“假連接”異常狀態(tài)。所述電源管理模塊采用CPU控制，6U插板式結(jié)構(gòu)。所述獨立遙信操作面板模塊采用獨立CPU系統(tǒng)的集成電纜涉及遙控邏輯操作，面板嵌入“選擇”、“預(yù)控”、“分閘”、“合閘”按鍵，“遠(yuǎn)方/就地”轉(zhuǎn)化開關(guān)，開關(guān)合、分位指示燈，開關(guān)選擇回路指示燈、數(shù)碼管，通過CPU系統(tǒng)進行操作邏輯處理和信號指示，通過內(nèi)部CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)將操作命令下發(fā)到配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元實現(xiàn)對開關(guān)的就地分、合閘操作，操作回路不需二次接線，極大的節(jié)省了材料成本和安裝空間。所述交流采樣電路中的電壓電流信號由外部的電壓互感器和電流互感器提供。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的寬*高*深為15*55*96。配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元采用16位DSP處理器，所述16位DSP處理器內(nèi)部集成12位ADC,2路CAN總線、8路輸入捕捉。有益效果分布式擴展配電智能監(jiān)控單元的容量，節(jié)約空間，接線簡單，故障率低；內(nèi)置式GPRS模塊使得監(jiān)控可信度更高。


圖I為本發(fā)明分布式配網(wǎng)自動化終端框 圖2為本發(fā)明配網(wǎng)自動化終端主控單元框 圖3為本發(fā)明配電智能監(jiān)控單元框 圖4為本發(fā)明配電智能監(jiān)控單元電源原理圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明分布式配網(wǎng)自動化終端框圖主控單元機采用壁掛式機箱設(shè)計，主控單元包含在壁掛式機箱內(nèi)，配電智能監(jiān)控單元通過CAN通信總線與主控單元連接，電源通過電源線向主控單元與配電智能監(jiān)控單元同時供電。其中主控單元采用6U前插板式設(shè)計，后端子出線，包括一塊數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊插板、一塊獨立遙信操作模塊插板、一塊電源管理模塊插板、一塊背板，各插板通過歐式插件與背板連接，其框圖如圖2所示
電源管理模塊為6U插板式結(jié)構(gòu)，交流220V輸入，采用大功率器件，輸出電壓24V，輸出功率500W，采用智能充電算法對電池進行充、放電管理和激活維護，具備輸出短路、過載、輸入過壓、電池欠壓保護，可測量電池電壓防止電池過充、過放，電源管理模塊通過RS485總線與數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊的中央處理器通訊，可上傳電池電壓，事故告警信息，也可接受上級命令進行電池激活維護，滿足鉛酸蓄電池和鋰電池應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊采用6U插板式結(jié)構(gòu)，以32位處理器S3C2440AL作為中央處理器，采用嵌入式Linux軟件設(shè)計，硬件設(shè)計2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接口、I個USB接口、I個調(diào)試串口、4個10/100M以太網(wǎng)接口、內(nèi)嵌一個GPRS模塊，數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊插板上引出GPRS天線、通訊狀態(tài)指示燈、電源指示燈、運行指 示燈、復(fù)位按鈕，其中支持USB接口進行數(shù)據(jù)備份、軟件升級，支持以太網(wǎng)遠(yuǎn)程升級維護。所有通信接口均采用光電隔離，提高硬件的抗干擾能力。內(nèi)嵌的GPRS模塊采用全串口通訊方式，支持在線狀態(tài)檢測、流控制，GPRS模塊的電源由中央處理器管理，中央處理器通過撥號指令、復(fù)位命令、電源控制，避免GPRS模塊“假在線”、“假連接”異常狀態(tài)。GPRS模塊電源芯片為SP29302。獨立遙信操作模塊采用單片機控制，外接12回路遙控選擇按鈕、預(yù)控按鈕、合閘按鈕、分閘按鈕，遠(yuǎn)方/就地選擇開關(guān)，遙控選擇指示燈，開關(guān)合位、分位指示燈，遙控選擇指示燈、遙控選擇指示數(shù)碼管，采用程序控制實現(xiàn)復(fù)雜的操作邏輯。獨立遙信操作模塊單片機掃描各按鍵后經(jīng)過邏輯判斷和處理后將操作命令通過內(nèi)部CAN總線發(fā)送給數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊的中央處理器進行統(tǒng)一處理。獨立遙信操作模塊采用PCB布線方式、焊接工藝極大的簡化了本地遙控操作復(fù)雜的二次接線和加工工藝。配電智能監(jiān)控單元采用高性能16位DSP處理器作為中央處理器CPU2，在本實施例中采用的16位DSP處理器具體型號為dsPIC33FJ64GP706。該DSP處理器內(nèi)置2路增強型CAN總線、18路12位ADC, 2路SPI,2路UART、2路I2C, ADC轉(zhuǎn)換接口、看門狗，能夠滿足外形115*55*96 (寬*高*深)條件下實現(xiàn)“三遙”功能和故障判斷。智能單元設(shè)計充分利用片內(nèi)資源，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控和通訊功能，主要由電源部分電路、遙信電路、遙控電路、遙測電路、通訊電路、輸出顯示電路等部分電路組成，具體框圖如圖3所示。電源部分電路采用DC24V電源輸入，經(jīng)過安全防護濾波電路后接入兩個DC/DC模塊,一個DC/DC模塊輸出5V用于通訊隔離電源和輸出繼電器控制電源,一個DC/DC模塊輸出5V后經(jīng)LDO穩(wěn)壓輸出3. 3V給CPU部分電路供電。具體實現(xiàn)電路如圖4所示。圖4中R2為壓敏電阻,作為輸入過壓、浪涌保護；L2、L3為磁珠,用于抗干擾；D6為二極管，用于防電源輸入極性接反；F1為自恢復(fù)保險絲；DC1、DC2為隔離DC/DC將CPU部分和通訊和繼電器等隔離。遙信電路采用硬件濾波經(jīng)光電隔離后接入CPU2 ;遙控電路將CPU2的I/O腳經(jīng)邏輯器件后通過光電隔離驅(qū)動繼電器。設(shè)置一總控繼電器防止干擾誤動；通訊電路選用片內(nèi)CAN 口經(jīng)光電隔離驅(qū)動CAN收發(fā)器MCP2551實現(xiàn)通信；顯示電路采用SPI總線接口擴展I/O芯片MCP23S17驅(qū)動數(shù)碼管和LED顯示。
遙測電路中電壓、電流信號均來自外部電壓互感器和電流互感器，通過單元內(nèi)部電壓電流互感器將輸入的2路電壓、3路電流轉(zhuǎn)換為(Γ2. 5V的交流信號，直接接入CPU2的 5個ADC 口，另外將3路電流信號經(jīng)放大電路放大5倍后接入CPU2的另外3個ADC 口，通過對電流的分級處理提高電流在小信號時的精度。
權(quán)利要求
1.一種分布式配網(wǎng)自動化終端，適用于環(huán)網(wǎng)柜配網(wǎng)自動化應(yīng)用，包括主控單元，配電智能監(jiān)控單元、CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)三部分； 其特征在于配電智能監(jiān)控單元分布安裝于各環(huán)網(wǎng)柜單元，通過CAN總線與主控單元連接，構(gòu)成一主多副的分布式配網(wǎng)自動化終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述主控單元包括數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作模塊、背板，所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作面板模塊分別與背板連接，電源管理模塊、獨立遙信操作模塊分別與數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元包括監(jiān)控CPU、交流采樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號指示燈；所述交流采樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號指示燈分別與監(jiān)控CPU連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元為1-64個。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊采用32位ARM中央處理器，采用6U插板式結(jié)構(gòu)； 所述32位ARM中央處理器包括2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接口、I個USB接口、I個調(diào)試串口、4個10/100M以太網(wǎng)接口、一個GPRS模塊； GPRS模塊與32位ARM中央處理器采用全串口通訊方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述電源管理模塊采用CPU控制，6U插板式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述獨立遙信操作模塊采用獨立CPU系統(tǒng)，通過CPU系統(tǒng)進行操作邏輯處理和信號指示，通過內(nèi)部CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)將操作命令下發(fā)到配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述交流采樣電路中的電壓電流信號由外部的電壓互感器和電流互感器提供。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的寬*高*深為:15*55*96。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式配網(wǎng)自動化終端，該終端是面向開關(guān)柜對象，由配電智能監(jiān)控單元、主控單元、CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)三部分組成。配電智能監(jiān)控單元體積小，可直接安裝在各開關(guān)柜上，實現(xiàn)對本開關(guān)柜所有“三遙”和故障判別功能。主控單元負(fù)責(zé)整個所有智能監(jiān)控單元信息的采集、存儲、管理，與遠(yuǎn)方主站的信息交互，實現(xiàn)與主站控制中心的遠(yuǎn)程通訊，數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)，為配電智能監(jiān)控單元、外部通訊模塊、開關(guān)操作機構(gòu)提供工作電源和后備電源并對電源進行管理實現(xiàn)交直流自動切換、電池智能充電、激活等功能。主控單元與配電智能監(jiān)控單元之間采用CAN總線連接，保證通信可靠性和速度。
文檔編號H02J13/00GK102946149SQ201210518788
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者霍錦強, 白海濤, 李家添 申請人:廣州南方電力集團科技發(fā)展有限公司