專利名稱:外置附加功能模塊的智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及電力測(cè)量?jī)x器儀表領(lǐng)域,特別涉及一種能提供多種外置附加功能 的標(biāo)準(zhǔn)化模塊的智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表。
技術(shù)背景目前電力測(cè)量?jī)x器儀表領(lǐng)域各種網(wǎng)絡(luò)電力儀表型號(hào)比較多,各種功能也比較多, 各種用戶以及在使用的領(lǐng)域不一樣的時(shí)候,在選型、功能擴(kuò)展和升級(jí)、以及與不同電氣設(shè)備 廠家設(shè)備組態(tài)時(shí)會(huì)有一定困擾;對(duì)于生產(chǎn)制造廠家在設(shè)計(jì)規(guī)劃產(chǎn)品時(shí)也要滿足各種用戶需 求,方便生產(chǎn)、組裝和產(chǎn)品升級(jí),也會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能和后續(xù)的應(yīng)用產(chǎn)生影響。此外,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,在設(shè)計(jì)上都選用強(qiáng)大處理器來支持各種功能和 大量的計(jì)算,硬件電路都做的復(fù)雜,導(dǎo)致電力儀表結(jié)構(gòu)往往體積龐大,產(chǎn)品維護(hù)和升級(jí)也會(huì) 存在一些缺陷。而大多用戶需要結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、安裝靈活、測(cè)量精確、功能齊全可選擇、價(jià)格低廉 的網(wǎng)絡(luò)電力儀表。所以需要一種能提供多種外置附加功能模塊的智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表,來解決不同用 戶需求、同時(shí)方便制造廠家設(shè)計(jì)規(guī)劃與生產(chǎn)
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種測(cè)量精確、結(jié)構(gòu)靈活可靠、各種功能可 選擇附加標(biāo)準(zhǔn)化模塊來擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)電力儀表。解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)方案如下這種智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表,由儀表本體和和外置附加功能模塊組成,儀表本體負(fù)責(zé) 測(cè)量、顯示、數(shù)據(jù)處理和與外置附加功能模塊通訊,還可根據(jù)用戶需要在出廠時(shí)設(shè)置為基本 型、分時(shí)電度型、電力品質(zhì)型,全功能型;所述儀表本體包括電壓電流輸入模塊、模擬信號(hào)處 理電路、處理器單元、顯示與按鍵模塊、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)電路、IO輸入輸出外擴(kuò)接口模塊、SCI 總線外擴(kuò)接口模塊、SPI總線外擴(kuò)接口模塊以及開關(guān)電源模塊;所述電壓電流輸入模塊與 模擬信號(hào)處理電路聯(lián)接;所述處理器單元分別聯(lián)接模擬信號(hào)處理電路、顯示與按鍵模塊、時(shí) 鐘電路、存儲(chǔ)電路、IO輸入輸出外擴(kuò)接口模塊、SCI總線外擴(kuò)接口模塊、SPI總線外擴(kuò)接口模 塊;所述開關(guān)電源模塊與其余各模塊聯(lián)接;其特征在于,所述外置附加功能模塊包括2路開 關(guān)量輸入和2路繼電器輸出模塊、6路開關(guān)量輸入模塊、2路模擬量輸出模塊、Profibus-DP 通訊模塊、Modbus通訊模塊和電度脈沖輸出模塊;所述IO輸入輸出外擴(kuò)接口模塊主要對(duì)外 置附加功能模塊進(jìn)行選擇控制,SCI總線外擴(kuò)接口模塊和SPI總線外擴(kuò)接口模塊與外置附 加功能模塊內(nèi)CPU通信。上述方案中,所述2路開關(guān)量輸入和2路繼電器輸出模塊、6路開關(guān)量輸入模塊、2 路模擬量輸出模塊和Profibus-DP通訊模塊為內(nèi)置處理模塊,能與儀表本體的處理器單元 通訊以及進(jìn)行獨(dú)立的事件和故障處理。由于該電力儀表采用純正的工業(yè)模塊化設(shè)計(jì),附加功能能自由組合,降低用戶使用成本。同時(shí)所有附加功能都能友好顯示在大屏幕LCD界面上,人性化的按鍵設(shè)置方便操 作。而且方便生產(chǎn)調(diào)試、根據(jù)不同用戶需求來安排庫(kù)存、減小生產(chǎn)周期和降低成本。另外。該儀表最終能實(shí)現(xiàn)全面的三相電量測(cè)量、能量累計(jì)、諧波測(cè)量、數(shù)字輸入/ 輸出與網(wǎng)絡(luò)通訊功能,而且更增強(qiáng)了四象限電能計(jì)量,分時(shí)段計(jì)費(fèi)(του),自動(dòng)抄表,需量統(tǒng) 計(jì)、可編程越限報(bào)警,事件順序記錄(SOE),電度脈沖輸出,模擬量輸出、并支持多協(xié)議雙通 訊等功能。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。圖1是實(shí)用新型智能多功能電力網(wǎng)絡(luò)儀表電路原理示意圖。圖2是實(shí)用新型智能多功能電力網(wǎng)絡(luò)儀表基本主體顯示與按鍵圖。圖3是實(shí)用新型智能多功能電力網(wǎng)絡(luò)儀表基本主體輸入接口和外擴(kuò)功能卡槽結(jié) 構(gòu)示意圖。圖4(a) 圖4(d)是實(shí)用新型智能多功能電力網(wǎng)絡(luò)儀表外置功能擴(kuò)展卡槽PXl PX4的接口定義圖。圖5(a) 圖5(f)是實(shí)用新型智能多功能電力網(wǎng)絡(luò)儀表中6個(gè)外置標(biāo)準(zhǔn)功能模塊 的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更加理解明白上述智能多功能電力網(wǎng)絡(luò)儀表的技術(shù)手段,設(shè)計(jì)規(guī)劃指導(dǎo)思 路,下面結(jié)合具體的框圖和圖示進(jìn)一補(bǔ)闡明本實(shí)用新型,以及各附加功能模塊與儀表本體 之間的關(guān)系。如圖1所示,這種新型的網(wǎng)絡(luò)電力儀表在制備時(shí),其儀表本體采用意法半導(dǎo)體公 司32位微控制器STM32F103RB6為核心器件,該器件屬Cortex_M3內(nèi)核,內(nèi)置大容量FLASH 和SRAM、12位高速AD (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、2個(gè)SPI接口、2個(gè)I2C接口、3個(gè)SCI接口,適合對(duì)模 擬信號(hào)進(jìn)行高速采樣和與外部各擴(kuò)展功能模塊進(jìn)行通訊。開關(guān)電源模塊提供2路隔離的5V 電源,給基本主體和外部功能模塊供電,模擬信號(hào)電路負(fù)責(zé)對(duì)輸入電壓電流信號(hào)進(jìn)行量化, 然后送微控制器進(jìn)行高速AD采樣,并對(duì)相電壓、線電壓、電流、功率、功率因素、負(fù)載特性、 頻率、諧波進(jìn)行運(yùn)算,再進(jìn)行需量、分時(shí)電度、最值統(tǒng)計(jì)等。IO輸入輸出接口主要對(duì)外擴(kuò)功能 附加模塊進(jìn)行選擇控制,SCI和SPI接口外擴(kuò)與附加功能模塊內(nèi)CPU通信。如圖2所示,它是該儀表產(chǎn)品(型號(hào)PD810)的前置面板圖,同時(shí)也是人機(jī)交換接 口界面。當(dāng)中為背光IXD段碼顯示屏201。下面是按鍵區(qū)域202。其中,標(biāo)識(shí)“I”按鍵顯示 電流;按標(biāo)識(shí)“U”按鍵顯示電壓與頻率;標(biāo)識(shí)“P/PF”按鍵顯示有功功率、無功功率、視在功 率、以及功率因素和需量;標(biāo)識(shí)“MAX/AVG”按鍵顯示電流、功率的最大值和平均值;標(biāo)識(shí)“H” 按鍵顯示諧波及不平衡值,標(biāo)識(shí)“E”按鍵顯示電能和運(yùn)行時(shí)間,同時(shí)各菜單按鍵還有設(shè)置功 能。參見圖3,圖底下為帶有PXl PX4接口的擴(kuò)展卡槽的實(shí)物結(jié)構(gòu)。參見圖4(a) 圖4(d)中PXl PX4擴(kuò)展卡槽的接口定義,其中每個(gè)插槽都擴(kuò)展 有一路SPI總線接口和一路SCI總線接口,其中PX4插槽擴(kuò)展有JTAG接口,方便外置調(diào)試和軟件的升級(jí),而不需要打開基本主體的外殼。參見圖5(a) 圖5(f)為六個(gè)外置標(biāo)準(zhǔn)功能模塊的外觀圖,以下為各功能模塊的 具體參數(shù)1、圖5(a)的模塊名稱2DI/2R0模塊(2路開關(guān)量輸入和2路繼電器輸出模塊), 模塊編號(hào)PD8M1。1)2路開關(guān)量輸入類型光藕隔離輸入,內(nèi)置24VDC電源功能干節(jié)點(diǎn)輸入,帶SOE事件記錄功能 隔離耐壓2KV最小脈沖寬度50mS響應(yīng)時(shí)間彡20mS2路繼電器輸出類型機(jī)械觸點(diǎn)功能報(bào)警輸出或遠(yuǎn)程遙控輸出方式電平或脈沖響應(yīng)時(shí)間彡40mS輸出節(jié)點(diǎn)容量阻性負(fù)載250VAC 3A ;30VDC 3A隔離耐壓2· 5KV2)安裝數(shù)量最多3個(gè)3)安裝位置PX1-PX4,任意位置4)端子說明開關(guān)量輸入為DI1,DI2,DIcom(DI輸入公共端)5)繼電器輸出為ROl (R011, R012),R02 (R021,R022)6)編號(hào)說明如果安裝多個(gè)2DI/2R0模塊,安裝在PX位置最小號(hào)碼的被識(shí)別為 DI1、DI2、R01、R02,其他的模塊按照PX安裝位置順序被識(shí)別為DI3、DI4、DI5、DI6等2、圖5(b)的模塊名稱6DI模塊(6路開關(guān)量輸入模塊),模塊編號(hào)PD8M2。1)功能描述6路開關(guān)量輸入類型光藕隔離輸入,內(nèi)置24VDC電源功能干節(jié)點(diǎn)輸入,帶SOE事件記錄功能2)安裝數(shù)量最多2個(gè)3)安裝位置PX1-PX4,任意位置4)端子說明=DIl, DI2, DI3, DI4,DI5, DI6, DIcom(DI 輸入公共端)5)編號(hào)說明同2DI/2D0模塊3、圖5 (c)的模塊名稱2A0模塊(2路模擬量輸出模塊),模塊編號(hào)PD8M3。1)功能描述2路模擬量輸出類型4 20mA 或 0 20mA負(fù)載0 600歐姆響應(yīng)時(shí)間50mS隔離耐壓2KV精度0· 5%2)安裝數(shù)量最多2個(gè)3)安裝位置PX1-PX4,任意位置4)端子說明A01 (A01+, A01-),A02 (A02+,A02-)[0057]5)編號(hào)說明同2DI/2D0模塊4、圖5 (d)的模塊名稱=Modbus通訊模塊,模塊編號(hào)PD8M4。1)功能描述擴(kuò)展第二路Modbus RTU通訊物理協(xié)議RS4852/3線制半雙工 協(xié)議Modbus協(xié)議RTU模式通訊速率2400 38400bps隔離耐壓2· 5KV2)安裝數(shù)量最多1個(gè)3)安裝位置PX4固定位置 5、圖5(e)的模塊名稱電度脈沖輸出模塊,模塊編號(hào)PD8M5。1)功能描述2路電度脈沖輸出類型光藕隔離輸出輸出容量10mA,最大反向電壓5V隔離耐壓2KV2)安裝數(shù)量最多1個(gè)3)安裝位置PX1-PX3,三位置任意6、圖5 (f)的模塊名稱Profibus_DP通訊模塊,模塊編號(hào)PD8M6。1)功能描述=Profibus-DP通訊,支持DPV0、DPV1,內(nèi)置可選擇式終端電阻通訊速率9. 6K 12Mbps自適應(yīng)物理協(xié)議RS4852線制半雙工2)安裝數(shù)量最多1個(gè)3)安裝位置PX4固定位置以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解,本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制,上述實(shí)施例和說明書中描述 的只是說明本實(shí)用新型的原理,在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下,本實(shí)用新型還 會(huì)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)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 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)利要求外置附加功能模塊的智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表,由儀表本體和和外置附加功能模塊組成;所述儀表本體包括電壓電流輸入模塊、模擬信號(hào)處理電路、處理器單元、顯示與按鍵模塊、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)電路、IO輸入輸出外擴(kuò)接口模塊、SCI總線外擴(kuò)接口模塊、SPI總線外擴(kuò)接口模塊以及開關(guān)電源模塊;所述電壓電流輸入模塊與模擬信號(hào)處理電路聯(lián)接;所述處理器單元分別聯(lián)接模擬信號(hào)處理電路、顯示與按鍵模塊、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)電路、IO輸入輸出外擴(kuò)接口模塊、SCI總線外擴(kuò)接口模塊、SPI總線外擴(kuò)接口模塊;所述開關(guān)電源模塊與其余各模塊聯(lián)接;其特征在于,所述外置附加功能模塊包括2路開關(guān)量輸入和2路繼電器輸出模塊、6路開關(guān)量輸入模塊、2路模擬量輸出模塊、Profibus-DP通訊模塊、Modbus通訊模塊和電度脈沖輸出模塊;所述IO輸入輸出外擴(kuò)接口模塊主要對(duì)外置附加功能模塊進(jìn)行選擇控制,SCI總線外擴(kuò)接口模塊和SPI總線外擴(kuò)接口模塊與外置附加功能模塊內(nèi)CPU通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的外置附加功能模塊的智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表,其特征在于,所述2路開 關(guān)量輸入和2路繼電器輸出模塊、6路開關(guān)量輸入模塊、2路模擬量輸出模塊和Profibus-DP 通訊模塊為內(nèi)置處理模塊,能與儀表本體的處理器單元通訊以及進(jìn)行獨(dú)立的事件和故障處 理。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種外置附加功能的標(biāo)準(zhǔn)化模塊智能網(wǎng)絡(luò)電力儀表,它包括基本主體,能提供測(cè)量電參數(shù)和顯示功能,大多數(shù)情況下能滿足用戶的基本需求;此外還提供有六種按功能標(biāo)準(zhǔn)化的附加模塊按功能分為2DI/2RO模塊、6DI模塊、2AO模塊、電度脈沖輸出模塊、Modbus模塊、Profibus-DP通訊模塊??筛鶕?jù)用戶具體需求來選擇。附加模塊與基本主體采用插針加穿孔螺柱固定。方便生產(chǎn)和用戶需求以及使用,實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的目的。
文檔編號(hào)G01R15/12GK201611357SQ20102010449
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者王文治, 王樹平 申請(qǐng)人:上海納宇電氣有限公司