專利名稱：電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)過(guò)電壓包括電網(wǎng)內(nèi)外過(guò)電壓，它的存在對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備或線路的絕緣性能構(gòu)成威脅，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的供電可靠性和安全運(yùn)行；有效監(jiān)測(cè)電網(wǎng)內(nèi)外過(guò)電壓，是認(rèn)識(shí)電網(wǎng)過(guò)電壓以及采取有效方式方法預(yù)防電網(wǎng)過(guò)電壓的有力手段。中國(guó)專利申請(qǐng)200510057043. 4 公開(kāi)的是一種配電網(wǎng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置及方法，是監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓的在線監(jiān)測(cè)裝置和方法。該裝置包括高壓分壓器、信號(hào)預(yù)處理電路、觸發(fā)電路、數(shù)據(jù)采集卡、 工作電源、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及連接高壓分壓器與信號(hào)預(yù)處理電路、觸發(fā)電路的同軸電纜、 連接信號(hào)預(yù)處理電路、觸發(fā)電路與數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)電纜。該方法包括開(kāi)機(jī)進(jìn)入初始化，設(shè)定過(guò)電壓值，數(shù)據(jù)采集卡等待觸發(fā)電路發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)過(guò)電壓，將過(guò)電壓數(shù)據(jù)存入采集卡緩存，判斷采集卡緩存是否存滿，將采集卡緩存中的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)緩存，查詢是否有新的過(guò)電壓數(shù)據(jù)；將過(guò)電壓數(shù)據(jù)以文件形式存盤，判斷存盤是否結(jié)束。中國(guó)專利申請(qǐng)200610095191. X公開(kāi)的是一種高壓電網(wǎng)內(nèi)外過(guò)電壓綜合在線監(jiān)測(cè)裝置及方法， 涉及110 500kV高壓電網(wǎng)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置及方法。本發(fā)明裝置包括電壓傳感器、匹配及保護(hù)電路、信號(hào)預(yù)處理電路、觸發(fā)電路、數(shù)據(jù)采集卡、工作電源、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等?，F(xiàn)有的電網(wǎng)電壓的在線監(jiān)測(cè)裝置以及上述技術(shù)都只是監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)內(nèi)外過(guò)電壓， 它們都采用固定的采集方式，無(wú)現(xiàn)場(chǎng)波形顯示功能，操作不直觀，且不能根據(jù)用戶設(shè)定需要進(jìn)行采集，并受到采集卡采樣率和采樣深度的限制，不適宜采集時(shí)間長(zhǎng)、變化慢、頻率低的內(nèi)部過(guò)電壓，也不能記錄過(guò)電流及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的綜合分析。由于電網(wǎng)中除了過(guò)電壓之外，還存在過(guò)電流污染以及開(kāi)關(guān)不同的特殊設(shè)備而產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)量的對(duì)電網(wǎng)的沖擊，所以對(duì)電網(wǎng)電流或者開(kāi)關(guān)量的監(jiān)測(cè)也是非常必要的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用高、低速相結(jié)合采集電網(wǎng)過(guò)電壓、過(guò)電流、能滿足內(nèi)、外過(guò)電壓波形和過(guò)電流波形、開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集監(jiān)測(cè)的需要，還能記錄過(guò)電壓、過(guò)電流及開(kāi)關(guān)變位對(duì)系統(tǒng)的影響，增加顯示功能以增強(qiáng)用戶的可操作性的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，包括信號(hào)調(diào)理單元、采集單元、工控機(jī)，信號(hào)調(diào)理單元包括電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路、開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路；采集單元包括高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路；電壓信號(hào)調(diào)理電路分別和高速采集電路及低速采集電路連接，電流信號(hào)調(diào)理電路與低速采集電路連接，開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路與開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路連接；高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路分別與工控機(jī)互相連接，工控機(jī)上還連接有與高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路連接的時(shí)間同步模塊。[0006]工控機(jī)配置有鍵盤接口、USB接口及網(wǎng)線接口，外接硬盤、液晶顯示器、觸摸屏等設(shè)備，并裝有控制裝置運(yùn)行的軟件。本實(shí)用新型的電壓信號(hào)調(diào)理電路的具體結(jié)構(gòu)為母線上的電壓信號(hào)經(jīng)分壓器或電壓互感器等設(shè)備分壓后通過(guò)電纜輸入電壓信號(hào)調(diào)理電路中，電壓信號(hào)調(diào)理電路包括電阻 Rl、R2、R3、R4、電容Cl、瞬態(tài)抑制器TVSl、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD，電壓信號(hào)輸入端分別接電阻Rl、 R3和瞬態(tài)抑制器TVSl，瞬態(tài)抑制器TVSl另一端接地，電阻Rl另一端與電容Cl串聯(lián)后接地， 電阻R 3另一端接R2以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的負(fù)極，模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的正極通過(guò)電阻R4接地； R2的另一端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD輸出端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD輸出端分別與高速采集電路和低速采集電路連接。輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓調(diào)理電路的電阻Rl和電容Cl進(jìn)行阻抗匹配后，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換分別送給高速采集電路和低速采集電路。本實(shí)用新型的電流信號(hào)調(diào)理電路的具體結(jié)構(gòu)為電流信號(hào)經(jīng)電流互感器等設(shè)備輸入到電流信號(hào)調(diào)理電路，電流信號(hào)調(diào)理電路包括磁珠CZH1、CS12、電容C2、C3、C4、精密變換器Tl和瞬態(tài)抑制器TVS2。輸入的電流信號(hào)分別接磁珠(^Hl、CZH2后經(jīng)電容C2、C3接地， 兩個(gè)磁珠(^Hl、CZH2的輸出端之間還連接電容C4 ；精密變換器Tl的輸入端接磁珠CZH1、 CZH2的兩個(gè)輸出端，精密變換器Tl的兩輸出端之間連接瞬態(tài)抑制器TVS2。電流調(diào)理電路利用磁珠CZH1、CS12、電容C2、C3、C4對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理后，通過(guò)精密變換器T1將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再輸出到低速采集電路。本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路的具體結(jié)構(gòu)為輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)依次經(jīng)過(guò)電阻R5、R6、R7進(jìn)入光耦TLP521，電容C5 —端接電阻R5、R6的連接端且其另一端接地， 瞬態(tài)抑制器TVS3 —端接電阻R6、R7的連接端且另一端接地，在光耦TLP521兩輸入端之間連接有并聯(lián)的電阻R8、電容C6、二極管D1，光耦TLP521及并聯(lián)的電阻R8、電容C6、二極管 Dl的一端接地；光耦TLP521的一輸出端連接開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路，另一輸出端接地，在光耦TLP521兩輸出端之間連接電容C7。開(kāi)關(guān)量調(diào)理電路對(duì)輸入的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行濾波、分壓、隔離等處理后將信號(hào)送到開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路。本實(shí)用新型的高速采集電路的具體結(jié)構(gòu)為高速采集電路以FPGA芯片為控制核心，還包括FPGA配置芯片、AS模式配置接口、串行存儲(chǔ)器、JTAG配置接口、SDRAM芯片組，它他們都與FPGA芯片連接，SDRAM芯片組連接在AD芯片組和FPGA芯片之間，F(xiàn)PGA配置芯片與AS模式配置接口連接后與FPGA芯片連接。FPGA芯片還與AD芯片組、同步總線、PC104總線、時(shí)間同步模塊、卡號(hào)地址設(shè)置接
口連接。本實(shí)用新型的低速采集電路的具體結(jié)構(gòu)為低速采集電路以FPGA芯片為核心，模擬開(kāi)關(guān)輸入的信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD芯片組)輸入FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片連接有FPGA配置芯片、工控機(jī)的EPP并口以及時(shí)間同步模塊。低速采集電路采用FPGA器件實(shí)現(xiàn)，按主機(jī)設(shè)置的采樣率采集電壓、電流信號(hào)，通過(guò)EPP并口與工控機(jī)通信，定時(shí)將采集的數(shù)據(jù)上傳。本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路的具體結(jié)構(gòu)為調(diào)理后的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入到 CPLD芯片，CPLD芯片與開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路、時(shí)間同步模塊和PC104總線連接。[0018]開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路采用大規(guī)模CPLD芯片，監(jiān)視并記錄開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路所發(fā)出的開(kāi)關(guān)量的輸入狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)變化時(shí)，鎖存開(kāi)關(guān)量狀態(tài)并通過(guò)PC104 總線向工控機(jī)提供變位信號(hào)，并向高速采集電路提供外部觸發(fā)信號(hào)。本實(shí)用新型的時(shí)間同步模塊的具體結(jié)構(gòu)為時(shí)間同步模塊以CPU為核心，CUP通過(guò)串口與工控機(jī)相互連接，CPU還與高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路連接，CPU上還連接為系統(tǒng)提供時(shí)間同步的晶振，CPU還通過(guò)串型接口連接有GPS模塊和GPS 天線，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程時(shí)間同步。這樣時(shí)間同步模塊就構(gòu)成同時(shí)由GPS和晶振組成的時(shí)間同步模塊，GPS時(shí)間同步模塊采用ARM技術(shù)實(shí)現(xiàn)，為高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路提供統(tǒng)一的觸發(fā)時(shí)標(biāo)，為三種信號(hào)同步和匹配提供時(shí)間依據(jù)。本實(shí)用新型具有下述優(yōu)點(diǎn)針對(duì)電網(wǎng)過(guò)電壓、過(guò)電流波形的特性及電力系統(tǒng)綜合分析的需要，本實(shí)用新型能夠?qū)﹄娋W(wǎng)過(guò)電壓、過(guò)電流、開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，它采用高、低速采集相結(jié)合的方式，同時(shí)滿足內(nèi)、外過(guò)電壓波形和過(guò)電流波形采集的需要，并同步記錄開(kāi)關(guān)變位信號(hào)，并將這些信息顯示在顯示器上，這樣豐富了人機(jī)交互功能，為電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合分析提供了一種有效工具。本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)并顯示相同和不同電壓等級(jí)的母線電壓、電流以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，判斷電網(wǎng)中有無(wú)過(guò)電壓、過(guò)電流發(fā)生及開(kāi)關(guān)變位，并可根據(jù)用戶設(shè)定參數(shù)記錄過(guò)電壓、過(guò)電流發(fā)生前后的實(shí)際變化過(guò)程及開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)母線電壓的影響。 本實(shí)用新型的高速采集電路的采樣率高，適于記錄雷擊等短時(shí)、高頻、變化快的外部過(guò)電壓；低速采集電路的采樣率低，但采樣時(shí)間長(zhǎng)，適于記錄時(shí)間長(zhǎng)、頻率低、變化慢的內(nèi)部過(guò)電壓及過(guò)電流。用戶可根據(jù)高、低速采集波形及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)對(duì)電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度、檢修周期進(jìn)行判斷，對(duì)設(shè)備改進(jìn)和系統(tǒng)改造進(jìn)行研究，本實(shí)用新型對(duì)研究電力系統(tǒng)過(guò)電壓、過(guò)電流對(duì)系統(tǒng)的影響方式和程度，以及怎樣對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流進(jìn)行防范等都具有重要的指導(dǎo)意義。本實(shí)用新型的信號(hào)調(diào)理單元能對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，將輸入的電流信號(hào)經(jīng)濾波處理后，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，對(duì)輸入的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離等處理。本實(shí)用新型的高速采集電路能按設(shè)定的采樣率對(duì)調(diào)理后的電壓信號(hào)連續(xù)采樣，當(dāng)采集的信號(hào)超過(guò)設(shè)定的界值或接收到外觸發(fā)信號(hào)時(shí)，通過(guò)PC104總線將采集的信號(hào)傳送至工控機(jī)，工控機(jī)將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以文件方式保存下來(lái)，有利于日后分析處理。本實(shí)用新型的低速采集電路能按主機(jī)設(shè)置的采樣率對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集， 通過(guò)EPP并口與工控機(jī)通信，定時(shí)將采集的數(shù)據(jù)上傳，采樣信號(hào)未超過(guò)設(shè)定的界值時(shí)供裝置界面實(shí)時(shí)顯示，采樣信號(hào)超過(guò)設(shè)定的界值時(shí)，裝置將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)，以便分析處理。本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路能監(jiān)視并記錄開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)，開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)有變化時(shí)，鎖存開(kāi)關(guān)量狀態(tài)向工控機(jī)提供變位信號(hào)，向高速采集單元提供外部觸發(fā)信號(hào)。本實(shí)用新型的GPS時(shí)間同步模塊能為高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路提供統(tǒng)一的觸發(fā)時(shí)標(biāo)，為信號(hào)同步和匹配提供時(shí)間依據(jù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。工控機(jī)及控制軟件、液晶觸摸屏等的設(shè)置能夠通過(guò)程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，對(duì)裝置運(yùn)行進(jìn)行控制，將數(shù)據(jù)以文件方式保存下來(lái)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可通過(guò)USB或網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)出，以便進(jìn)行管理和綜合分析。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的組織結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電壓信號(hào)調(diào)理電路；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的電流信號(hào)調(diào)理電路；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的高速采集電路框圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的低速采集電路框圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路框圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的GPS時(shí)間同步模塊框圖；圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀包括工控機(jī)、電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路、開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路、高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路、GPS時(shí)間同步模塊、以及工控機(jī)外接的液晶顯示器、觸摸屏、硬盤等外部設(shè)備，工控機(jī)內(nèi)部的裝有控制裝置運(yùn)行的軟件。電壓信號(hào)調(diào)理電路分別和高速采集電路及低速采集電路連接，電流信號(hào)調(diào)理電路與低速采集電路連接，開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路與開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路連接；高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路分別與工控機(jī)互相連接，工控機(jī)上還連接GPS時(shí)間同步模塊，GPS時(shí)間同步模塊還與高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路分別連接；工控機(jī)配置有鍵盤接口、USB接口及網(wǎng)線接口、外接液晶顯示器、觸摸屏和硬盤等設(shè)備。本實(shí)用新型實(shí)施例中將從電網(wǎng)中采集到的電壓進(jìn)行調(diào)理后分別輸入高、低速采集電路，將采集到的電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后輸入低速采集電路，將采集到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入到開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路。高速采集電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)信號(hào)超過(guò)限值或接收到外觸發(fā)信號(hào)時(shí)，通過(guò)PC104總線將采集的信號(hào)送到工控機(jī)；低速采集電路按設(shè)定采樣率對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)EPP并口與工控機(jī)通信，定時(shí)將采集的數(shù)據(jù)上傳；開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路對(duì)輸入開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后，將信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路，開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)有變化時(shí)，鎖存開(kāi)關(guān)量狀態(tài)并向工控機(jī)提供變位信號(hào)，同時(shí)向高速采集電路提供外部觸發(fā)信號(hào)；GPS時(shí)間同步模塊為高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路提供統(tǒng)一的觸發(fā)時(shí)標(biāo)。工控機(jī)及控制軟件對(duì)裝置運(yùn)行進(jìn)行控制，采樣信號(hào)未超過(guò)設(shè)定的界值時(shí)裝置對(duì)電壓、電流信號(hào)及開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行顯示，當(dāng)采樣信號(hào)超過(guò)設(shè)定的界值或滿足其他觸發(fā)條件時(shí)，裝置將采集的數(shù)據(jù)以文件方式存儲(chǔ)下來(lái)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或USB 口傳輸?shù)狡渌O(shè)備。如圖2所示，電壓信號(hào)調(diào)理電路包括電阻R1、R2、R3、R4、電容Cl、瞬態(tài)抑制器TVS1、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD ；電壓信號(hào)輸入端分別接瞬態(tài)抑制器TVSl和電阻Rl、R3，瞬態(tài)抑制器TVSl另一端接地，電阻Rl另一端與電容Cl串聯(lián)后接地，電阻R3另一端接R2和模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的負(fù)極；R2的另一端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD輸出端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的正極通過(guò)電阻R4接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD輸出端分別與高速采集電路和低速采集電路連接。母線上的電壓信號(hào)經(jīng)分壓器或電壓互感器等設(shè)備分壓后通過(guò)電纜輸入到電壓信號(hào)調(diào)理電路，電壓調(diào)理電路通過(guò)電阻Rl和電容Cl對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配，通過(guò)AD 轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬型號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到高速采集電路和低速采集電路。如圖3所示，電流信號(hào)調(diào)理電路包括磁珠CZH1、CS12、電容C2、C3、C4、精密變換器 Tl和瞬態(tài)抑制器TVS2。輸入的電流信號(hào)分別接磁珠call、CZH2后經(jīng)電容C2、C3接地，磁珠Call、CZH2的輸出端之間還接有電容C4，磁珠Call、CZH2的輸出端接精密變換器Tl的輸入端，精密變換器Tl輸出端連接瞬態(tài)抑制器TVS2。電流信號(hào)經(jīng)電流互感器等設(shè)備輸入到電流信號(hào)調(diào)理電路，電流調(diào)理電路利用磁珠 CZHl、CZH2、電容C2、C3、C4對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理后，通過(guò)精密變換器Tl將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再輸出到低速采集電路。如圖4所示，輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)依次經(jīng)過(guò)電阻R5、R6、R7進(jìn)入光耦TLP521，電阻 R5、R6相連接的一端接有接地的電容C5，電阻R6、R7的連接端之間接有瞬態(tài)抑制器TVS3， 瞬態(tài)抑制器TVS3另一端接地；在光耦TLP521的兩輸入端之間還接有并聯(lián)的電阻R8、電容 C6及二極管D1，并聯(lián)的電阻R8、電容C6、二極管Dl及光耦TLP521的一輸入端接地；光耦 TLP521的一輸出端連接開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路，另一輸出端接地，在光耦TLP521兩輸出端之間連接有電容C7。開(kāi)關(guān)量隔離調(diào)理電路通過(guò)電阻R5、電容C5對(duì)輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行分壓、阻容濾波，再經(jīng)電阻R6、R7分壓后輸入光耦TLP521進(jìn)行隔離，電容C6對(duì)輸入光耦TLP521前的信號(hào)進(jìn)行濾波，光耦TLP521輸出的信號(hào)通過(guò)電容C7濾波后輸出到開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路。如圖5所示，高速采集電路采用FPGA芯片作為控制核心，采用AS和JTAG配置方式，實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)的PC104總線接口控制、高速采集電路之間的同步控制、SDRAM的讀寫控制、AD轉(zhuǎn)換器的控制、存儲(chǔ)校準(zhǔn)控制以及校準(zhǔn)AD轉(zhuǎn)換器控制等。高速采集電路包括FPGA 芯片及其配置芯片、AS模式配置接口、串行存儲(chǔ)器、JTAG配置接口、SDRAM芯片組，它們都與 FPGA芯片連接；SDRAM芯片組連接在AD芯片組和FPGA芯片之間，F(xiàn)PGA配置芯片與AS模式配置接口連接后與FPGA芯片連接。FPGA芯片上還連接有AD芯片組、同步總線、PC104總線、晶振和卡號(hào)地址設(shè)置接口。如圖6所示，低速采集電路以FPGA芯片為核心，模擬開(kāi)關(guān)輸入的信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD芯片組)后輸入FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片連接有FPGA配置芯片、工控機(jī)的EPP并口以及GPS時(shí)間同步模塊。低速采集電路以FPGA芯片為核心，按主機(jī)設(shè)置的采樣率對(duì)AD芯片組輸入的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采樣，通過(guò)EPP并口與工控機(jī)通信，定時(shí)將采集的數(shù)據(jù)上傳。當(dāng)電壓、電流信號(hào)超過(guò)設(shè)定的界值時(shí)，向GPS時(shí)間同步模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。如圖7所示，開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路采用大規(guī)模CPLD芯片實(shí)現(xiàn)，CPLD芯片與開(kāi)關(guān)量隔離調(diào)理電路、PC104總線、GPS時(shí)間同步模塊、高速采集電路連接，調(diào)理后的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入CPLD芯片，CPLD芯片對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄，同時(shí)讀取開(kāi)關(guān)量隔離調(diào)理電路所監(jiān)測(cè)到的系統(tǒng)狀態(tài)，當(dāng)輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變化時(shí)，鎖存開(kāi)關(guān)量狀態(tài)并通過(guò)PC104總線向工控機(jī)提供變位信號(hào)，并向高速采集電路提供外部觸發(fā)信號(hào)。如圖8所示，時(shí)間同步模塊以CPU為核心，工控機(jī)的串口與CUP相互連接，CPU上連接為系統(tǒng)提供時(shí)間同步的晶振，CPU上還通過(guò)串型接口連接有GPS模塊和GPS天線。這樣時(shí)間同步模塊就構(gòu)成同時(shí)由GPS和晶振組成的時(shí)間同步模塊。GPS時(shí)間同步模塊采用ARM技術(shù)實(shí)現(xiàn)，GPS天線和GPS模塊接收到的GPS信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送到CPU，晶振輸出信號(hào)到CPU，高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路向CPU提供觸發(fā)信號(hào)，CPU通過(guò)工控機(jī)串口與工控機(jī)進(jìn)行通訊。用戶可根據(jù)實(shí)際需要選擇是否接GPS信號(hào)，未接入GPS信號(hào)的GPS時(shí)間同步模塊仍具備為高速采集電路、低速采集電路和開(kāi)關(guān)量監(jiān)視電路提供統(tǒng)一的觸發(fā)時(shí)標(biāo)功能。如圖9所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的詳細(xì)控制步驟如下(1)初始化程序進(jìn)入VGA模式運(yùn)行；初始化采集單元、GPS時(shí)間同步模塊，設(shè)置各種中斷，檢測(cè)并配置其它接口。(2)檢測(cè)用戶是否選擇退出運(yùn)行，“是”執(zhí)行第(6)步退出運(yùn)行，“否”執(zhí)行第(3)步ο(3)讀取采集單元的狀態(tài)，查看是否需要把采集的數(shù)據(jù)保存下來(lái)。(4)檢測(cè)用戶是否對(duì)界面進(jìn)行操作，更新界面顯示。(5)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、USB狀態(tài)，查看是否需要把文件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或USB轉(zhuǎn)存，而后返回執(zhí)行第⑵步。(6)釋放資源，恢復(fù)環(huán)境，退出運(yùn)行。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅限于上述實(shí)施方式，凡是屬于本實(shí)用新型原理的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型的原理的前提下進(jìn)行的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，包括信號(hào)調(diào)理單元、采集單元、裝有控制裝置運(yùn)行軟件的工控機(jī)，其特征在于信號(hào)調(diào)理單元包括電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路、開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路；采集單元包括高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路；電壓信號(hào)調(diào)理電路分別和高速采集電路及低速采集電路連接，電流信號(hào)調(diào)理電路與低速采集電路連接，開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路與開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路連接；高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路分別與工控機(jī)互相連接，工控機(jī)上還連接有與高速采集電路、低速采集電路及開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路連接的時(shí)間同步模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述工控機(jī)配置有鍵盤接口、 USB接口及網(wǎng)線接口，外接硬盤、顯示器或者觸摸屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述電壓信號(hào)調(diào)理電路包括電阻Rl、R2、R 3、R4、電容Cl、瞬態(tài)抑制器TVSl、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD ；與分壓器或電壓互感器連接的電壓信號(hào)輸入端分別接瞬態(tài)抑制器TVSl和電阻R1、R3，瞬態(tài)抑制器TVSl另一端接地， 電阻Rl與電容Cl串聯(lián)后接地，電阻R 3另一端接R2并和模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的負(fù)極連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的正極通過(guò)電阻R4接地；R2的另一端與分別連接高速采集電路和低速采集電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述電流信號(hào)調(diào)理電路包括磁珠CZH1、CS12、電容C2、C3、C4、精密變換器Tl和瞬態(tài)抑制器TVS2 ；與電流互感器連接的兩個(gè)信號(hào)輸入端分別接磁珠CZH1、CZH2后經(jīng)電容C2、C3接地，兩磁珠CZH1、CZH2的輸出端之間還接有電容C4 ；精密變換器Tl的輸入端接磁珠CZH1、CZH2的輸出端，精密變換器Tl 的輸出端連接瞬態(tài)抑制器TVS2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)為光耦TLP521的輸入端經(jīng)電阻R7、R6、R5與開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入端連接，電阻R5、R6 之間連接有接地的電容C5，電阻R6、R7之間連接有接地的瞬態(tài)抑制器TVS 3 ；光耦TLP521 兩個(gè)輸入端之間還連接有并聯(lián)的電阻R8、電容C6、二極管D1，光耦TLP521 —個(gè)輸入端及并聯(lián)的電阻R8、電容C6、二極管Dl的一端接地；光耦TLP521的一輸出端連接開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路，另一輸出端接地，光耦TLP521兩輸出端之間連接電容C7。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述高速采集電路以FPGA芯片為控制核心，還包括FPGA配置芯片、AS模式配置接口、串行存儲(chǔ)器、JTAG配置接口、SDRAM 芯片組、AD芯片組，它們分別與FPGA芯片連接，SDRAM芯片組連接在AD芯片組和FPGA芯片之間，F(xiàn)PGA配置芯片與AS模式配置接口連接后與FPGA芯片連接；FPGA芯片還與同步總線、PC104總線、時(shí)間同步模塊、卡號(hào)地址設(shè)置接口連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述低速采集電路以FPGA芯片為核心，F(xiàn)PGA芯片與FPGA配置芯片、工控機(jī)的EPP并口以及時(shí)間同步模塊連接；FPGA芯片的輸入端與模擬開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路采用大規(guī)模CPLD芯片，CPLD芯片分別與開(kāi)關(guān)量隔離調(diào)理電路、時(shí)間同步模塊連接，CPLD芯片連接有與工控機(jī)相連的PC104總線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述時(shí)間同步模塊以CPU為核心，CUP與各采集電路、為系統(tǒng)提供時(shí)間同步的晶振、以及通過(guò)串口與工控機(jī)連接，CPU上還通過(guò)串型接口連接有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程時(shí)間同步的GPS模塊和GPS天線。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)儀，包括工控機(jī)以及電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路、開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路、高速采集電路、低速采集電路、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路、GPS時(shí)間同步模塊、觸摸屏、網(wǎng)絡(luò)或USB接口。電壓信號(hào)調(diào)理電路連接高、低速采集電路，電流信號(hào)調(diào)理電路連接低速采集電路，開(kāi)關(guān)量信號(hào)隔離調(diào)理電路連接開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)及采集電路，然后它們?cè)倥c工控機(jī)連接，時(shí)間同步模塊與工控機(jī)及各采集電路連接。本實(shí)用新型能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)并顯示電網(wǎng)電壓、電流波形及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，將過(guò)限電壓、電流波形及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)記錄，對(duì)雷擊等短時(shí)、高頻、變化快的外過(guò)電壓、開(kāi)關(guān)變位過(guò)電壓以及時(shí)間長(zhǎng)、頻率低、變化慢的內(nèi)過(guò)電壓過(guò)電流都能記錄。
文檔編號(hào)G01R31/08GK201966692SQ201020667008
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者張文偉 申請(qǐng)人:上海巍翔電氣控制有限公司