帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置制造方法
【專利摘要】帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，包括蓄電池組、電源輸入采集電路、CPU接口電路、非隔離輸出電路、隔離供電電源DC/DC；電源輸入采集電路包括依次連接的電源輸入過壓過流保護電路、電池隔離采樣電路、AD采集電路；蓄電池組連接到電源輸入過壓過流保護電路；電源輸入過壓過流保護電路連接非隔離輸出電路；CPU接口電路包括復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路、CPU；AD采集電路連接到CPU；CPU和非隔離輸出電路分別連接到隔離供電電源DC/DC。本實用新型實現(xiàn)對自動化直流設(shè)備進行不間斷的電源供給和對鉛酸蓄電池實時運行參數(shù)及運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。
【專利說明】帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及一種水電站自動化系統(tǒng)儀器，具體涉及一種帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，用于中小水電站自動化控制中備用電源12V-48V鉛酸蓄電池組監(jiān)測，同時對直流自動化設(shè)備進行集中電源供給。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在中小水電站自動化改造中，許多自動控制設(shè)備均需要提供直流電源。正常的做法是通過交流適配器將交流電壓直接轉(zhuǎn)換成該設(shè)備的供電電壓，但是，在交流電壓消失的情況下，無法對設(shè)備進行供電。而有些自動化設(shè)備例如監(jiān)控設(shè)備和直流機組開關(guān)機機構(gòu)都要求不間斷的電源供給。通用自動化電源配置的做法是采用UPS后備電源，但是一般后備電源的UPS的容量都比較小，一方面供電時間較短，另一方面也無法提供直流開關(guān)機機構(gòu)動作時候大電流供應(yīng)。采用容量較大的UPS或直流系統(tǒng)方案成本較高，一般中小型水電站無法提供。于是引進了大容量的鉛酸蓄電池組，做為設(shè)備供電的簡單直流系統(tǒng)后備電源。由于鉛酸蓄電池存在記憶效應(yīng)，如果沒有對蓄電池的運行參數(shù)及狀態(tài)進行監(jiān)測，如果蓄電池出現(xiàn)過充或過放的情況，將會縮短蓄電池組使用壽命，在嚴(yán)重的情況下可能造成蓄電池組永久損壞，所以電池的監(jiān)控對提高后備電源的可靠性十分重要。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，實現(xiàn)對自動化直流設(shè)備進行不間斷的電源供給和對鉛酸蓄電池實時運行參數(shù)及運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0005]帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，包括蓄電池組、電源輸入采集電路、CPU接口電路、非隔離輸出電路、隔離供電電源DC/DC ；
[0006]所述電源輸入采集電路包括電源輸入過壓過流保護電路、電池隔離采樣電路、AD采集電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接所述電池隔離采樣電路、所述電池隔離采樣電路連接所述AD采集電路；
[0007]所述蓄電池組連接到所述電源輸入過壓過流保護電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接所述非隔離輸出電路；
[0008]所述CPU接口電路包括復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路、CPU ;所述CPU分別連接所述復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路；
[0009]所述AD采集電路連接到所述CPU ;所述CPU和所述非隔離輸出電路分別連接到所述隔離供電電源DC/DC。
[0010]進一步地，所述非隔離輸出電路包括五路非隔離DC/DC電源，所述五路非隔離輸出DC/DC電源包括兩路可控可調(diào)輸出DC/DC電源，和三路固定輸出DC/DC電源，此五路電源為一個并聯(lián)輸出電路，五路電源負(fù)端全部接地。
[0011]本實用新型的優(yōu)點在于:1、本實用新型可對電池的運行參數(shù)及運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，為判斷是蓄電池大電流沖擊電壓跌落或蓄電池?fù)p壞提供依據(jù)；2、在監(jiān)測到外邊充電裝置出現(xiàn)問題時，可以通過開入開出電路及時斷開外邊充電裝置，避免進一步充電對電池組產(chǎn)生損傷，提高電池的使用壽命及可靠性；3、在監(jiān)測到電池電壓過低，可以通過開入開出電路及時斷開大負(fù)載裝置或及時投入充電設(shè)備避免電池過放，對電池產(chǎn)生損傷，提高電池的使用壽命及可靠性；4、通過實時監(jiān)控電池電量使用情況以及電池狀態(tài)，在機組全部停機情況下，自動化可控制直接進入省電工作方式，只供給需要不間斷供電設(shè)備電源；同時切除220V廠用電變壓器，只有在電池下降到需要充電的情況下，才投入廠用電對電池進行充電，達(dá)到極好的節(jié)能效果；5、提供多組電源輸出，對中小電站的多種自動化設(shè)備集中到一個裝置進行集中供電，電源變換電路設(shè)計簡單、提高了整個自動化系統(tǒng)的可靠性、同時方便系統(tǒng)維護；6、PLC顯示裝置與上位機蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)之間，采用無線通信和光纖通信兩種通信方式同時進行通信，兩種通信方式互為備用，提高了整個系統(tǒng)通信的可靠性。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0012]下面參照附圖結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0013]圖1是本實用新型的硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2與本實用新型通信相連接的PLC顯示裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖3是本實用新型與PLC顯示裝置及上位軟件構(gòu)成通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【【具體實施方式】】
[0016]如圖1所示，是帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置硬件結(jié)構(gòu)圖。帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，包括蓄電池組、電源輸入采集電路、CPU接口電路、非隔離輸出電路、隔離供電電源DC/DC ；
[0017]所述電源輸入采集電路包括電源輸入過壓過流保護電路、電池隔離采樣電路、AD采集電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接所述電池隔離采樣電路、所述電池隔離采樣電路連接所述AD采集電路。
[0018]所述蓄電池組連接到所述電源輸入過壓過流保護電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接所述非隔離輸出電路。
[0019]所述CPU接口電路包括復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路、CPU ;所述CPU分別連接所述復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路。所述RS485接口電路外接PLC顯示裝置。
[0020]所述AD采集電路連接到所述CPU ;所述CPU和所述非隔離輸出電路分別連接到所述隔離供電電源DC/DC。
[0021]所述非隔離輸出電路包括五路非隔離DC/DC電源，所述五路非隔離輸出DC/DC電源包括兩路可控可調(diào)輸出DC/DC電源，和三路固定輸出DC/DC電源，此五路電源為一個并聯(lián)輸出電路，五路電源負(fù)端全部接地。
[0022]外部輸入的電池電壓通過電源輸入過壓過流保護電路，由電池隔離采樣電路進行隔離和線性變換后，輸入到AD采集電路進行AD數(shù)據(jù)采集，AD采集電路與CPU相連接；所述電源輸入過壓過流保護電路主要起到對后端電路如所述五路非隔離輸出DC/DC電源和所述隔離供電電源DC/DC起到防雷、過電壓及短路保護；電池隔離采樣電路，采用線性光耦對電池輸入的電壓進行隔離，以減少由于外部干擾對CPU及CPU接口模塊影響，提高設(shè)備的可靠性；在實際電池監(jiān)控中，為區(qū)分電池?fù)p壞和大電流供電造成電池電壓大幅波動狀態(tài)，需要CPU處理軟件上加入延時濾波和電池電量計算算法，蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置在出廠時候可設(shè)定相應(yīng)濾波參數(shù)，也可通過上位機進行遠(yuǎn)程配置。
[0023]所述隔離供電電源DC/DC，主要與CPU接口電路及電壓輸入采集電路相連；所述的CPU接口電路、電壓輸入采集電路供電光耦隔離一端的電源均連接到所述的隔離供電電源DC/DC上；所述非隔離DC/DC輸出固定5V電源輸出提供所述隔離供電電壓DC/DC電源電壓輸入。
[0024]請參閱圖2所述的PLC顯示裝置，主要包括供電電壓、RS485接口、液晶觸摸屏，與上位機蓄電池組監(jiān)測系統(tǒng)通過無線通信模塊和光纖通道進行通信。
[0025]請閱圖3，本實用新型與所述PLC顯示裝置及上位軟件構(gòu)成通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括復(fù)數(shù)個PLC顯示裝置，復(fù)數(shù)個蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置和上位機蓄電池監(jiān)測管理系統(tǒng)；所述蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置，通過RS485接口電路與所述PLC顯示裝置相連接，所述PLC顯示裝置與上位機蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)相連接有兩個通道，一個通道是無線通信模塊方式進行連接，還有一個通道是通過以太網(wǎng)、光纖終端后以光纖方式進行數(shù)據(jù)連接；在單個電站中，只有單個所述蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置和單個所述PLC顯示裝置；整個水電站蓄電池組監(jiān)測及多電源系統(tǒng)，是由N個電站加上單個的所述上位機水電站蓄電池組監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成的；所述蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置，監(jiān)測到電池參數(shù)以及電池運行狀態(tài)后，通過RS485接口電路發(fā)送給所述的PLC顯示裝置，所述PLC顯示裝置在所述觸摸屏上顯示電池運行參數(shù)及運行狀態(tài)，同時把數(shù)據(jù)打包通過無線通信模塊與光纖通道發(fā)送給上位機蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)，由上位機進行相應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲及處理。
[0026]本實用新型的工作原理是:
[0027]電池電壓首先經(jīng)過過壓過流保護模塊后，由線性光耦隔離產(chǎn)生線性的比例電壓輸出，CPU通過AD進行數(shù)據(jù)采集，通過計算后得到電池電壓數(shù)值，通過設(shè)定的參數(shù)來判斷蓄電池電壓過低或過高繼電器是否需要開出；通過一系列濾波和計算電池電量算法，得到當(dāng)前電池的電量狀態(tài)，判斷出當(dāng)前電池運行狀態(tài)以及運行過程錯誤信息，包括充電器充電損壞，電池?fù)p壞；同時在LED指示電路上輸出當(dāng)前電池電量信息，以及錯誤信息指示，開出開入動作情況。
[0028]電池輸入電壓，通過過壓過流保護電路后，并聯(lián)輸出五組DC/DC不同的工作電壓電源；其中三組電源為固定電壓輸出，其他兩組為可控可調(diào)電壓輸出；在自動化中，各路的工作電源的供給對象，請參閱圖2。
[0029]PLC通過RS485總線定時查詢電池參數(shù)及電池狀態(tài)，在觸摸液晶屏上顯示相關(guān)的運行參數(shù)及狀態(tài)，同時將查詢的數(shù)據(jù)打包后通過無線通信模塊與光纖通信通道反饋給上位機。
[0030]上位機接收到相關(guān)的電池參數(shù)及狀態(tài)后，進行數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計和分析，實時對后備電源進行監(jiān)測。
[0031]綜上所述，帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，優(yōu)勢在于所述的蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置是一個完全獨立的嵌入式模塊，通過軟件設(shè)置可以實現(xiàn)多種場合下的電池組監(jiān)測及自動化設(shè)備電源集中供電；蓄電池監(jiān)測及多組電源裝置、PLC顯示裝置及上位機，數(shù)據(jù)通信均采用通用《Modbus協(xié)議》通信規(guī)約，實用性強。
[0032]本實用新型帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，作為中小水電站自動化中重要的一環(huán)，具有對外部直流設(shè)備提供直流工作電源，實時監(jiān)測鉛酸蓄電池組的運行參數(shù)及運行狀態(tài)，可輸出自動投入及切斷交流對電池充電等功能；備用電源在機組停機及市電外網(wǎng)無法提供電源的情況下，可以實現(xiàn)機組的自動開機；所以要提高中小水電站中的自動化運行的穩(wěn)定性，后備電源和設(shè)備供電的可靠性極為重要。
[0033]上述實施例和圖式并非限定本實用新型的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實用新型的專利范疇。
【權(quán)利要求】
1.帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，其特征在于:包括蓄電池組、電源輸入采集電路、CPU接口電路、非隔離輸出電路、隔離供電電源DC/DC ； 所述電源輸入采集電路包括電源輸入過壓過流保護電路、電池隔離采樣電路、AD采集電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接所述電池隔離采樣電路、所述電池隔離采樣電路連接所述AD采集電路； 所述蓄電池組連接到所述電源輸入過壓過流保護電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接所述非隔離輸出電路； 所述CPU接口電路包括復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路、CPU ；所述CPU分別連接所述復(fù)位芯片、開入開出電路、LED指示電路、RS485接口電路； 所述AD采集電路連接到所述CPU ;所述CPU和所述非隔離輸出電路分別連接到所述隔離供電電源DC/DC。
2.如權(quán)利要求1所述的帶通信接口的水電站自動化系統(tǒng)多路直流供電裝置，其特征在于:所述非隔離輸出電路包括五路非隔離DC/DC電源，所述五路非隔離輸出DC/DC電源包括兩路可控可調(diào)輸出DC/DC電源，和三路固定輸出DC/DC電源，此五路電源為一個并聯(lián)輸出電路，五路電源負(fù)端全部接地。
【文檔編號】H02J7/34GK204103580SQ201420529145
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】林澤峰, 李水珠, 郭謀發(fā) 申請人:福建億華源能源管理有限公司