專利名稱：低壓檢測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種低壓檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的意義，電網(wǎng)過(guò)高的諧波使電網(wǎng)中出現(xiàn)過(guò)高的電壓脈沖并影響電網(wǎng)的失衡，嚴(yán)重影響電力工業(yè)本身及電力用戶的電器安全。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，許多電力元件卻發(fā)展較慢，如電力參數(shù)儀表，目前市場(chǎng)上的電力儀表精度低、性能差，并且沒(méi)有基、諧波檢測(cè)功能的電力參數(shù)表，已不能滿足當(dāng)今電力事業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要和電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能的要求，如對(duì)電力監(jiān)控制和調(diào)度系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)。即使具有諧波檢測(cè)功能，也非常不完全，并不能真正地檢測(cè)到諧波。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN200990351，
公開(kāi)日2007_12_12， 記載了一種低壓斷路器智能控制儀表技術(shù)，該技術(shù)包括控制模塊和輸入模塊，所述控制模塊還包括兩路光耦輸入和兩路繼電器輸出，兩路光耦輸入端連接測(cè)量信號(hào)，將測(cè)量信號(hào)輸入至控制模塊；控制模塊通過(guò)兩路繼電器連接輸入模塊并通過(guò)輸入模塊對(duì)斷路器電操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合、分閘控制。該實(shí)用新型采用多點(diǎn)屏蔽的抗干擾措施，使微處理器技術(shù)能較好的控制斷路器的功能得以實(shí)，但是該技術(shù)無(wú)法采集到基、諧波檢測(cè)的電力參數(shù)，其只能與后臺(tái)相連，無(wú)法自己直接將電機(jī)的控制過(guò)程中通常需要觀測(cè)一些運(yùn)行參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、電流等，有時(shí)也需要外部給予電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、轉(zhuǎn)動(dòng)速度等控制參數(shù)進(jìn)行顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種低壓檢測(cè)系統(tǒng)及方法，采用RS485 串口連網(wǎng)通信，支持MODBUS通信規(guī)約，高精度測(cè)量電力參數(shù)如諧波電壓、諧波電流、電流電壓角度、電壓電流值、有功、無(wú)功、電度等功能的實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)用液晶顯示多功能儀表。 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)模塊化、大液晶顯示等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種低壓檢測(cè)系統(tǒng)，包括中央處理器以及分別與之相連接的繼電器輸出電路、時(shí)鐘電路、看門狗電路、液晶顯示及按鍵輸入電路、開(kāi)關(guān)量采集電路、電壓處理電路、電流處理電路、RS485串口處理電路以及電源電路，其中電流處理電路采集電流模擬信號(hào)并輸出增強(qiáng)抗干擾處理后的電流模擬信號(hào)至中央處理器，電壓處理電路采集電壓模擬信號(hào)并輸出增強(qiáng)抗干擾處理后的電壓模擬信號(hào)至中央處理器，繼電器輸出電路接收中央處理器發(fā)出的控制電平并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后輸出到空接點(diǎn)，RS485串口通信電路將中央處理器的發(fā)送信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出到通訊網(wǎng)絡(luò)中并接收通訊網(wǎng)絡(luò)的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)輸入至中央處理器，開(kāi)關(guān)量采集電路將外部的分合狀態(tài)通過(guò)光耦隔離轉(zhuǎn)換成高電平和低電平信號(hào)并輸入到中央處理器，時(shí)鐘電路由晶振產(chǎn)生的20MHz信號(hào)為基礎(chǔ)產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號(hào)并輸出到中央處理器，液晶顯示及按鍵輸入電路接收從中央處理器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出顯示電平至液晶顯示接口并將外部按鍵信號(hào)輸入至中央處理器，電源電路產(chǎn)生3. 3V的電壓并提供至中央處理器。所述的中央處理器的輸入端和輸出端均采用光電、磁電、繼電器隔離，同時(shí)去掉公共地。所述的中央處理器與電源電路之間設(shè)有電解電容及瓷片電容，用于去除高、低頻干擾信號(hào)。所述的電流處理電路包括電流濾波電路和電流采集電路，其中電流采集電路包括穿芯電流互感器和高精度金屬膜電阻，電流濾波電路包括單電源供電的運(yùn)算放大器 TLC2264和電阻、電容。所述的電壓處理電路包括電壓濾波電路和電壓采集電路，其中電壓采集電路采用IW的分壓電阻構(gòu)成，電壓濾波電路包括單電源供電的運(yùn)算放大器TLC2264和電阻、電容。所述的電流處理電路和電壓處理電路的輸入端設(shè)有濾波電感和濾波電容，用于去除高頻低頻干擾脈沖。所述的中央處理器內(nèi)置定時(shí)計(jì)數(shù)器、全波傅里葉變換單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括48kB閃存和10240B隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器為 12bit。所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用隔離放大器或采用現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)以減少誤差。本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括以下步驟第一步、初始化中央處理器的定時(shí)計(jì)數(shù)器，以625us間隔中斷一次。第二步、每次定時(shí)中斷后，中央處理器檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位是否置位，當(dāng)未置位時(shí)則啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬量瞬時(shí)值的采集，并將采集到的模擬量瞬時(shí)值存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的空間填滿時(shí)則對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位進(jìn)行置位，否則直接執(zhí)行第三步；第三步、中央處理器檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位是否置位，當(dāng)置位時(shí)則啟動(dòng)全波傅里葉變換單元對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的模擬量瞬時(shí)值進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，然后將變換得到的結(jié)果乘以比例系數(shù)，得到電氣量有效值。所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位是指數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)其內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是否已滿進(jìn)行表示的標(biāo)志位。所述的比例系數(shù)是指電壓和電流的模擬量瞬時(shí)值與有效值之間的變化系數(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量元件，集測(cè)量、電度、諧波、簡(jiǎn)單控制于一體，功能齊全，能更準(zhǔn)確的測(cè)量電流電壓，兩路220V交流開(kāi)關(guān)量采集使開(kāi)關(guān)量的采集更加簡(jiǎn)單，兩路繼電器輸出可以靈活的定義，本發(fā)明支持串口通信MODBUS規(guī)約。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括測(cè)量精度高(精度要詳細(xì)描述)；體積小，大部分芯片采用貼片式；便于監(jiān)控，與電腦連接后可以通過(guò)后臺(tái)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控；采用斷碼大液晶，讓工作人員觀察數(shù)據(jù)更方便。串口通信電路接收微處理器輸出的差分信號(hào)并輸出來(lái)自電網(wǎng)中的差分信號(hào)，電流處理電路輸入來(lái)自電流采集電路采集到的電流模擬信號(hào)，輸出來(lái)自電流濾波電路經(jīng)運(yùn)算放大器增強(qiáng)抗干擾性后的電流模擬信號(hào)，并進(jìn)入中央處理器中自帶的Α/D轉(zhuǎn)換模塊(傅立葉算法計(jì)算根據(jù)客戶設(shè)定值分析出諧波)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，電壓處理電路輸入來(lái)自電壓采集電路采集到的電壓模擬信號(hào)，輸出來(lái)自電壓濾波電路經(jīng)運(yùn)算放大器增強(qiáng)抗干擾性后的電壓模擬信號(hào)，并進(jìn)入中央處理器中自帶的Α/D轉(zhuǎn)換模塊(傅立葉算法計(jì)算根據(jù)客戶設(shè)定值分析出諧波)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后得到的電壓、電流測(cè)量精度為O. 2 級(jí)，功率與能量測(cè)量精度為O. 5級(jí)。本發(fā)明可以采集到來(lái)自電容器組或電網(wǎng)的電流或電壓的模擬量信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器增強(qiáng)抗干擾能力后，再由電流濾波電路濾波、電壓濾波電路濾波后，將其傳給 MSP430F1611單片機(jī)通過(guò)FFT (傅立葉算法)測(cè)出諧波。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖I所示，本實(shí)施例包括繼電器輸出電路I、時(shí)鐘電路2、看門狗電路3、液晶顯示及鍵盤輸入電路4、開(kāi)關(guān)量采集電路5、中央處理器6、電壓處理電路7、RS485串口處理電路8、電源電路9和電流處理電路10，其中繼電器輸出電路I通過(guò)三極管與中央處理器6 進(jìn)行電氣連接，時(shí)鐘電路2直接與中央處理器I進(jìn)行電氣連接，看門狗電路3直接與中央處理器6進(jìn)行電氣連接液晶輸出電路4直接與中央處理器6進(jìn)行電氣連接，開(kāi)關(guān)量采集電路5 通過(guò)光電隔離電路與中央處理器6進(jìn)行電氣連接，電壓處理電路7直接與中央處理器6進(jìn)行電氣連接，電壓處理電路10直接與中央處理器6進(jìn)行電氣連接，RS485串口處理電路8直接與中央處理器6進(jìn)行電氣連接，電源電路9分別與中央處理器6、看門狗電路3、電壓處理電路7、電流處理電路10、RS485串口處理電路8、開(kāi)關(guān)量采集電路5以及繼電器輸出電路I 電氣連接。所述的繼電器輸出電路I采用松下DSPl高靈敏繼電器，接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間快，并且可以根據(jù)需要提供常開(kāi)或者常閉方式的接點(diǎn)輸出。所述的時(shí)鐘電路2包括外部晶振和中央處理器內(nèi)部時(shí)鐘電路，該時(shí)鐘電路10由外部提供20MHz的晶振為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件設(shè)置在中央處理器6內(nèi)部產(chǎn)生60MHz的頻率，提供給中央處理器6工作。所述的看門狗電路3采用集成芯片SP706實(shí)現(xiàn)，通過(guò)定時(shí)給該芯片復(fù)位引腳提供脈沖保證程序可靠工作，同時(shí)該芯片給中央處理器6提供可靠的復(fù)位電平。所述的液晶顯示及按鍵輸入電路4液晶從上向下共5行“8”段碼顯示數(shù)據(jù)，其中前4行顯示電氣量，第5行顯示電度和時(shí)間。配合負(fù)號(hào)可以顯示負(fù)的電氣量。按鍵輸入采用四個(gè)為能按鍵，用來(lái)操作液晶顯示。所述的中央處理器6采用M430F1161。
所述的電壓處理電路7包括電壓濾波電路11和電壓采集電路12，其中電壓采集電路24采用IW的分壓電阻，將外部輸入的高電壓轉(zhuǎn)換成弱電壓信號(hào)。電壓濾波電路11 包括單電源供電的運(yùn)算放大器TLC2264和電阻、電容；由電壓采集回路來(lái)的弱電壓信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的低通濾波后，輸出到中央處理器6的 AD引腳上。所述的電流處理電路10包括電流濾波電路13和電流采集電路14，其中電流采集電路22包括穿芯電流互感器和高精度金屬膜電阻，穿芯電流互感器將外部的大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電流信號(hào)，然后通過(guò)電阻變換成小電壓信號(hào)；電流濾波電路13包括單電源供電的運(yùn)算放大器TLC2264和電阻、電容。由電流采集電路14來(lái)的弱電壓信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器反向跟隨后，在經(jīng)過(guò)一級(jí)RC濾波輸出到中央處理器 6的AD引腳上。所述的電源電路9采用AMSl117穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生3. 3V/660mA的電源，提供給中央處理器6和相關(guān)的外部芯片工作使用。所述的RS485串口處理電路14采用PCA82C250作為RS-485信號(hào)收發(fā)器，配合TVS
管，保證提供給通訊線路可靠的差分信號(hào)。本實(shí)施例基于MSP430F1611單片機(jī)技術(shù)的低壓多功能儀表，采用高速數(shù)字信號(hào)處理器MSP430F1611系列單片機(jī)。硬件設(shè)計(jì)精煉，配備工業(yè)級(jí)原件，保障裝置穩(wěn)定可靠運(yùn)行。其中中央處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，它將交流采樣優(yōu)化全波FFT Fast Fourier Transform快速傅立葉變換技術(shù)、諧波及其它高次分量，并完成邏輯運(yùn)算、控制、通信，其中通信為RS485串口通信，M0DBUS-RTU通信協(xié)議，配合各種自動(dòng)化組態(tài)軟件，輕松組建功能強(qiáng)大的智能監(jiān)控系統(tǒng)，可與SIEMENS、SCHNEIDER、GE、AB等多品牌的PLC聯(lián)網(wǎng)。本實(shí)施例中電壓、電流通過(guò)電壓采集電路和電流采集電路，經(jīng)過(guò)濾波電路進(jìn)入 MSP430F1611單片機(jī)自帶的12為Α/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，MSP430F1611單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，并將結(jié)果存放數(shù)據(jù)區(qū)，MSP430F1611單片機(jī)將數(shù)據(jù)區(qū)的結(jié)果送到液晶進(jìn)行顯示，也可通過(guò)串口傳到相應(yīng)到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括中央處理器以及分別與之相連接的繼電器輸出電路、時(shí)鐘電路、看門狗電路、液晶顯示及按鍵輸入電路、開(kāi)關(guān)量采集電路、電壓處理電路、電流處理電路、RS485串口處理電路以及電源電路，其中電流處理電路采集電流模擬信號(hào)并輸出增強(qiáng)抗干擾處理后的電流模擬信號(hào)至中央處理器，電壓處理電路采集電壓模擬信號(hào)并輸出增強(qiáng)抗干擾處理后的電壓模擬信號(hào)至中央處理器，繼電器輸出電路接收中央處理器發(fā)出的控制電平并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后輸出到空接點(diǎn)，RS485串口通信電路將中央處理器的發(fā)送信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出到通訊網(wǎng)絡(luò)中并接收通訊網(wǎng)絡(luò)的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)輸入至中央處理器，開(kāi)關(guān)量采集電路將外部的分合狀態(tài)通過(guò)光耦隔離轉(zhuǎn)換成高電平和低電平信號(hào)并輸入到中央處理器，時(shí)鐘電路由晶振產(chǎn)生的20MHz信號(hào)為基礎(chǔ)產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號(hào)并輸出到中央處理器，液晶顯示及按鍵輸入電路接收從中央處理器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出顯示電平至液晶顯示接口并將外部按鍵信號(hào)輸入至中央處理器，電源電路產(chǎn)生3. 3V的電壓并提供至中央處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的中央處理器的輸入端和輸出端均采用光電、磁電、繼電器隔離，同時(shí)去掉公共地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的中央處理器與電源電路之間設(shè)有電解電容及瓷片電容，用于去除高、低頻干擾信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的電流處理電路包括電流濾波電路和電流采集電路，其中電流采集電路包括穿芯電流互感器和高精度金屬膜電阻，電流濾波電路包括單電源供電的運(yùn)算放大器TLC2264和電阻、電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的電壓處理電路包括電壓濾波電路和電壓采集電路，其中電壓采集電路采用IW的分壓電阻構(gòu)成，電壓濾波電路包括單電源供電的運(yùn)算放大器TLC2264和電阻、電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4或5所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的電流處理電路和電壓處理電路的輸入端設(shè)有濾波電感和濾波電容，用于去除高頻低頻干擾脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的中央處理器內(nèi)置定時(shí)計(jì)數(shù)器、全波傅里葉變換單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括48kB閃存和10240B隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12bit。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低壓檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用隔離放大器或采用現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)以減少誤差。
9.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、初始化中央處理器的定時(shí)計(jì)數(shù)器，以625us間隔中斷一次；第二步、每次定時(shí)中斷后，中央處理器檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位是否置位，當(dāng)未置位時(shí)則啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬量瞬時(shí)值的采集，并將采集到的模擬量瞬時(shí)值存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的空間填滿時(shí)則對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位進(jìn)行置位，否則直接執(zhí)行第二步；第三步、中央處理器檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位是否置位，當(dāng)置位時(shí)則啟動(dòng)全波傅里葉變換單元對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的模擬量瞬時(shí)值進(jìn)行快速傅里葉變換，然后將變換得到的結(jié)果乘以比例系數(shù)，得到電氣量有效值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間滿標(biāo)志位是指數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)其內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是否已滿進(jìn)行表示的標(biāo)志位。
全文摘要
一種電力監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域的低壓檢測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括中央處理器以及分別與之相連接的繼電器輸出電路、時(shí)鐘電路、看門狗電路、液晶顯示及按鍵輸入電路、開(kāi)關(guān)量采集電路、電壓處理電路、電流處理電路、RS485串口處理電路以及電源電路。本裝置采用RS485串口連網(wǎng)通信，支持MODBUS通信規(guī)約，高精度測(cè)量電力參數(shù)如諧波電壓、諧波電流、電流電壓角度、電壓電流值、有功、無(wú)功、電度等功能的實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)用液晶顯示多功能儀表。具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)模塊化、大液晶顯示等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102590649SQ201110298038
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者周冠軍, 孔祥宗, 孫建華, 王雪清, 魯成偉 申請(qǐng)人:上海久創(chuàng)電氣自動(dòng)化設(shè)備有限公司