专利名称：外置附加功能模块的智能网络电力仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力测量仪器仪表领域，特别涉及一种能提供多种外置附加功能 的标准化模块的智能网络电力仪表。
技术背景目前电力测量仪器仪表领域各种网络电力仪表型号比较多，各种功能也比较多， 各种用户以及在使用的领域不一样的时候，在选型、功能扩展和升级、以及与不同电气设备 厂家设备组态时会有一定困扰；对于生产制造厂家在设计规划产品时也要满足各种用户需 求，方便生产、组装和产品升级，也会对产品性能和后续的应用产生影响。此外，随着电力电子技术的发展，在设计上都选用强大处理器来支持各种功能和 大量的计算，硬件电路都做的复杂，导致电力仪表结构往往体积庞大，产品维护和升级也会 存在一些缺陷。而大多用户需要结构精简、安装灵活、测量精确、功能齐全可选择、价格低廉 的网络电力仪表。所以需要一种能提供多种外置附加功能模块的智能网络电力仪表，来解决不同用 户需求、同时方便制造厂家设计规划与生产
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量精确、结构灵活可靠、各种功能可 选择附加标准化模块来扩展的网络电力仪表。解决上述技术问题的具体技术方案如下这种智能网络电力仪表，由仪表本体和和外置附加功能模块组成，仪表本体负责 测量、显示、数据处理和与外置附加功能模块通讯，还可根据用户需要在出厂时设置为基本 型、分时电度型、电力品质型，全功能型；所述仪表本体包括电压电流输入模块、模拟信号处 理电路、处理器单元、显示与按键模块、时钟电路、存储电路、IO输入输出外扩接口模块、SCI 总线外扩接口模块、SPI总线外扩接口模块以及开关电源模块；所述电压电流输入模块与 模拟信号处理电路联接；所述处理器单元分别联接模拟信号处理电路、显示与按键模块、时 钟电路、存储电路、IO输入输出外扩接口模块、SCI总线外扩接口模块、SPI总线外扩接口模 块；所述开关电源模块与其余各模块联接；其特征在于，所述外置附加功能模块包括2路开 关量输入和2路继电器输出模块、6路开关量输入模块、2路模拟量输出模块、Profibus-DP 通讯模块、Modbus通讯模块和电度脉冲输出模块；所述IO输入输出外扩接口模块主要对外 置附加功能模块进行选择控制，SCI总线外扩接口模块和SPI总线外扩接口模块与外置附 加功能模块内CPU通信。上述方案中，所述2路开关量输入和2路继电器输出模块、6路开关量输入模块、2 路模拟量输出模块和Profibus-DP通讯模块为内置处理模块，能与仪表本体的处理器单元 通讯以及进行独立的事件和故障处理。由于该电力仪表采用纯正的工业模块化设计，附加功能能自由组合，降低用户使用成本。同时所有附加功能都能友好显示在大屏幕LCD界面上，人性化的按键设置方便操 作。而且方便生产调试、根据不同用户需求来安排库存、减小生产周期和降低成本。另外。该仪表最终能实现全面的三相电量测量、能量累计、谐波测量、数字输入/ 输出与网络通讯功能，而且更增强了四象限电能计量，分时段计费(του)，自动抄表，需量统 计、可编程越限报警，事件顺序记录(SOE)，电度脉冲输出，模拟量输出、并支持多协议双通 讯等功能。


以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本实用新型。图1是实用新型智能多功能电力网络仪表电路原理示意图。图2是实用新型智能多功能电力网络仪表基本主体显示与按键图。图3是实用新型智能多功能电力网络仪表基本主体输入接口和外扩功能卡槽结 构示意图。图4(a) 图4(d)是实用新型智能多功能电力网络仪表外置功能扩展卡槽PXl PX4的接口定义图。图5(a) 图5(f)是实用新型智能多功能电力网络仪表中6个外置标准功能模块 的外部结构示意图。
具体实施方式
为了更加理解明白上述智能多功能电力网络仪表的技术手段，设计规划指导思 路，下面结合具体的框图和图示进一补阐明本实用新型，以及各附加功能模块与仪表本体 之间的关系。如图1所示，这种新型的网络电力仪表在制备时，其仪表本体采用意法半导体公 司32位微控制器STM32F103RB6为核心器件，该器件属Cortex_M3内核，内置大容量FLASH 和SRAM、12位高速AD (模数转换器)、2个SPI接口、2个I2C接口、3个SCI接口，适合对模 拟信号进行高速采样和与外部各扩展功能模块进行通讯。开关电源模块提供2路隔离的5V 电源，给基本主体和外部功能模块供电，模拟信号电路负责对输入电压电流信号进行量化， 然后送微控制器进行高速AD采样，并对相电压、线电压、电流、功率、功率因素、负载特性、 频率、谐波进行运算，再进行需量、分时电度、最值统计等。IO输入输出接口主要对外扩功能 附加模块进行选择控制，SCI和SPI接口外扩与附加功能模块内CPU通信。如图2所示，它是该仪表产品(型号PD810)的前置面板图，同时也是人机交换接 口界面。当中为背光IXD段码显示屏201。下面是按键区域202。其中，标识“I”按键显示 电流；按标识“U”按键显示电压与频率；标识“P/PF”按键显示有功功率、无功功率、视在功 率、以及功率因素和需量；标识“MAX/AVG”按键显示电流、功率的最大值和平均值；标识“H” 按键显示谐波及不平衡值，标识“E”按键显示电能和运行时间，同时各菜单按键还有设置功 能。参见图3，图底下为带有PXl PX4接口的扩展卡槽的实物结构。参见图4(a) 图4(d)中PXl PX4扩展卡槽的接口定义，其中每个插槽都扩展 有一路SPI总线接口和一路SCI总线接口，其中PX4插槽扩展有JTAG接口，方便外置调试和软件的升级，而不需要打开基本主体的外壳。参见图5(a) 图5(f)为六个外置标准功能模块的外观图，以下为各功能模块的 具体参数1、图5(a)的模块名称2DI/2R0模块(2路开关量输入和2路继电器输出模块)， 模块编号PD8M1。1)2路开关量输入类型光藕隔离输入，内置24VDC电源功能干节点输入，带SOE事件记录功能 隔离耐压2KV最小脉冲宽度50mS响应时间彡20mS2路继电器输出类型机械触点功能报警输出或远程遥控输出方式电平或脉冲响应时间彡40mS输出节点容量阻性负载250VAC 3A ；30VDC 3A隔离耐压2· 5KV2)安装数量最多3个3)安装位置PX1-PX4，任意位置4)端子说明开关量输入为DI1，DI2，DIcom(DI输入公共端)5)继电器输出为ROl (R011, R012)，R02 (R021，R022)6)编号说明如果安装多个2DI/2R0模块，安装在PX位置最小号码的被识别为 DI1、DI2、R01、R02，其他的模块按照PX安装位置顺序被识别为DI3、DI4、DI5、DI6等2、图5(b)的模块名称6DI模块(6路开关量输入模块)，模块编号PD8M2。1)功能描述6路开关量输入类型光藕隔离输入，内置24VDC电源功能干节点输入，带SOE事件记录功能2)安装数量最多2个3)安装位置PX1-PX4，任意位置4)端子说明=DIl, DI2, DI3, DI4，DI5, DI6, DIcom(DI 输入公共端)5)编号说明同2DI/2D0模块3、图5 (c)的模块名称2A0模块(2路模拟量输出模块)，模块编号PD8M3。1)功能描述2路模拟量输出类型4 20mA 或 0 20mA负载0 600欧姆响应时间50mS隔离耐压2KV精度0· 5%2)安装数量最多2个3)安装位置PX1-PX4，任意位置4)端子说明A01 (A01+, A01-)，A02 (A02+，A02-)[0057]5)编号说明同2DI/2D0模块4、图5 (d)的模块名称=Modbus通讯模块，模块编号PD8M4。1)功能描述扩展第二路Modbus RTU通讯物理协议RS4852/3线制半双工 协议Modbus协议RTU模式通讯速率2400 38400bps隔离耐压2· 5KV2)安装数量最多1个3)安装位置PX4固定位置 5、图5(e)的模块名称电度脉冲输出模块，模块编号PD8M5。1)功能描述2路电度脉冲输出类型光藕隔离输出输出容量10mA，最大反向电压5V隔离耐压2KV2)安装数量最多1个3)安装位置PX1-PX3，三位置任意6、图5 (f)的模块名称Profibus_DP通讯模块，模块编号PD8M6。1)功能描述=Profibus-DP通讯，支持DPV0、DPV1，内置可选择式终端电阻通讯速率9. 6K 12Mbps自适应物理协议RS4852线制半双工2)安装数量最多1个3)安装位置PX4固定位置以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求外置附加功能模块的智能网络电力仪表，由仪表本体和和外置附加功能模块组成；所述仪表本体包括电压电流输入模块、模拟信号处理电路、处理器单元、显示与按键模块、时钟电路、存储电路、IO输入输出外扩接口模块、SCI总线外扩接口模块、SPI总线外扩接口模块以及开关电源模块；所述电压电流输入模块与模拟信号处理电路联接；所述处理器单元分别联接模拟信号处理电路、显示与按键模块、时钟电路、存储电路、IO输入输出外扩接口模块、SCI总线外扩接口模块、SPI总线外扩接口模块；所述开关电源模块与其余各模块联接；其特征在于，所述外置附加功能模块包括2路开关量输入和2路继电器输出模块、6路开关量输入模块、2路模拟量输出模块、Profibus-DP通讯模块、Modbus通讯模块和电度脉冲输出模块；所述IO输入输出外扩接口模块主要对外置附加功能模块进行选择控制，SCI总线外扩接口模块和SPI总线外扩接口模块与外置附加功能模块内CPU通信。
2.根据权利要求1的外置附加功能模块的智能网络电力仪表，其特征在于，所述2路开 关量输入和2路继电器输出模块、6路开关量输入模块、2路模拟量输出模块和Profibus-DP 通讯模块为内置处理模块，能与仪表本体的处理器单元通讯以及进行独立的事件和故障处 理。
专利摘要本实用新型公开了一种外置附加功能的标准化模块智能网络电力仪表，它包括基本主体，能提供测量电参数和显示功能，大多数情况下能满足用户的基本需求；此外还提供有六种按功能标准化的附加模块按功能分为2DI/2RO模块、6DI模块、2AO模块、电度脉冲输出模块、Modbus模块、Profibus-DP通讯模块。可根据用户具体需求来选择。附加模块与基本主体采用插针加穿孔螺柱固定。方便生产和用户需求以及使用，实现了本实用新型的目的。
文档编号G01R15/12GK201611357SQ20102010449
公开日2010年10月20日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者王文治, 王树平 申请人:上海纳宇电气有限公司