专利名称：分布式交流采样装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属交流采样设备领域，尤其涉及一种对输配电线路的交流电压和电流进行数据采样并自行计算出功率、电度、功率因数、频率等参数，同时也具备常规远动装置 的遥信、遥测、遥控、遥调功能和数据交换功能的分布式交流采样装置。
背景技术：
随着电子产品越来越多地采用低功耗、高精度、高集成度的LSI电路而使得交流 采样设备比以往任何时候更容易受到电磁干扰的威胁。而与此同时，大功率的设备在不断 增多，又大大增加了电磁騷扰的发生源，这些变化迫使人们把电磁兼容作为重要的技术问 题加以关注。由于常规的交流测量电路温漂因素影响大，在小信号、非线性和相位角方面引起 的误差明显，使此类设备的测量精度受到一定的限制。系统的可靠性及稳定性很难得到保 证。

实用新型内容本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单，成本低，抗干扰 能力强，温漂小，在小信号、非线性及相位角方面精度高，功耗低，运行可靠性高的分布式交 流采样装置。为达到上述目的，本实用新型是这样实现的分布式交流采样装置，它包括中央处理模块、开关/脉冲量输入单元、开关量输出 单元、显示单元、接口电路及功能选择单元；所述中央处理模块的输出端依次与显示单元、 接口电路、开关量输出单元的输入端相接；所述功能选择单元及开关/脉冲量输入单元的 输出端接中央处理模块的输入端。作为一种优选方案，本实用新型还设有遥测电路及周波检测模块；所述遥测电路 及周波检测模块的输出端接中央处理模块的输入端。作为另一种优选方案，本实用新型所述中央处理模块采用N80C196KB单片机。进一步地，本实用新型所述开关量输出单元包括驱动芯片及继电器；所述驱动芯 片的端口与继电器串接；中央处理模块执行合或跳命令，首先将合、跳的闭锁电路打开，再下预动命令，然 后进行接点返校，成功后，启执行闭锁电路，再下执行命令，从而完成合、跳动作。 更进一步地，本实用新型所述接口电路包括RS-422接口电路，其主要由第一光电 耦合模块及接口芯片组成；所述第一光电耦合模块的端口接接口芯片的端口。另外，本实用新型所述接口电路还包括CAN接口电路，其主要由总线收发器及第 二光电耦合模块组成；所述总线收发器的端口接第二光电耦合模块的端口。其次，本实用新型所述遥测电路及周波检测模块包括互感器、A/D转换模块、模拟 开关及保护单元；所述互感器的输出端口接保护单元的输入端口 ；所述保护单元的输出端口接模拟开关的输入端口 ；所述模拟开关的输出端口接A/D转换模块的输入端口。再次，本实用新型所述开关/脉冲量输入单元包括第三光电耦合模块及滤波保护电路；所述第三光电耦合模块的端口接滤波保护电路的端口 ；外部开关状态经第三光电耦合模块光电隔离后，将状态反映到中央处理模块，读 操作将状态读入中央处理模块，完成遥信/脉冲计数功能。本实用新型所述显示单元包括输出锁存单元及LED显示灯板；所述输出锁存单元 的端口接LED显示灯板端口。本实用新型综合计算机、测量、通讯和电力自动化的专业技术为一体，通过对输配 电线路的交流电压和电流的采样数据，自行计算出功率、电度、功率因数、频率等参数，同时 也具备常规远动装置的遥信、遥测、遥控、遥调功能和数据交换功能。本实用新型的设计摆脱了原有远动装置设计思想的束缚，在国内首创性的采用了 松散型总线的分布式智能化系统结构和远动产品的仪表模块化形式。与常规产品相比其综 合性能有了突破性的改进，显著地提高了数据的实时性、准确性，提高了抗干扰冲击和运行 可靠性，显著地降低了安装、维护、扩充条件和难度，降低了场地环境的运行要求。本实用新型配有多种面向专业应用的功能模块，能以线路为对象，配置可达64条 线路的全远动功能，也能以测量参数为对象，配置成专向功能，其灵活、方便、简单程度已与 变送仪表相同。本实用新型交流测量电路有效的抑制了温漂，降低了小信号、非线性和相位角引 起的误差，使测量精度明显提高。由于交流测量与远动装置的紧配合形式，减少了中间电气 转换环节和连接环节，也增加了可靠性，降低了成本，方便了用户的安装维护。本实用新型在设计过程中，核心部分采用Intel公司的N80196KB16位单片计算 机，并辅以CPLD和微控制器监视芯片，使系统硬件配置严谨，功能完整，软件配置紧凑，灵 活，是组成馈线自动化及监控器的核心模块。本实用新型采用了微型交流电压互感器和微 型交流电流互感器，该互感器的采用克服了常规变送器温漂大，小电流信号误差大的缺点， 以及变送器、变压器的非线性与相角失真引起的可靠性差和精度低的不足，去掉了常规变 送器中间转换环节，降低了成本，减轻了用户在安装维护方面的负担。另外，全部CMOS芯 片和SMT技术的采用，拓宽了模块的温度范围，降低了功耗，并增强了系统的稳定性和可靠 性。提高了系统的抗干扰能力。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范 围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型的电路整体原理框图；图2为本实用新型一种实施方式电路原理框图；图3为本实用新型中央处理部分具体电路原理图；图4为本实用新型显示电路具体电路原理图；图5为本实用新型遥测电路及周波检测部分具体电路原理图；图6为本实用新型开关/脉冲量输入单元具体电路原理图；图7为本实用新型开关量输出单元具体电路原理图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种分布式交流采样装置，它包括中央处理模块、开关/脉冲量输入单元、开关量输出单元、显示单元、接口电路及功能选择单元；所述中央处理模块的输出 端依次与显示单元、接口电路、开关量输出单元的输入端相接；所述功能选择单元及开关/ 脉冲量输入单元的输出端接中央处理模块的输入端。本实用新型还设有遥测电路及周波检测模块；所述遥测电路及周波检测模块的输 出端接中央处理模块的输入端。如图3所示，本实用新型所述中央处理模块采用N80C196KB单片机。如图7所示，本实用新型所述开关量输出单元包括驱动芯片D15及继电器K1、K2、 Κ3 ；所述驱动芯片D15的端口与继电器Κ1、Κ2、Κ3串接；本实用新型中央处理模块执行合或跳命令，首先将合、跳的闭锁电路打开再下预 动命令，然后进行接点返校，成功后，启执行闭锁电路，再下执行命令，从而完成合、跳动作。如图7所示，本实用新型所述接口电路包括RS-422接口电路，其主要由第一光电 耦合模块D19、D20、D21及接口芯片D17、D18组成；所述第一光电耦合模块D19、D20、D21的 端口接接口芯片D17、D18的端口。如图7所示，本实用新型所述接口电路还包括CAN接口电路，其主要由总线收发器 D30及第二光电耦合模块D31、D32组成；所述总线收发器D30的端口接第二光电耦合模块 D3UD32 的端口。如图5所示，本实用新型所述遥测电路及周波检测模块包括互感器T1、T2、T3、T4、 T5、A/D转换模块D11、模拟开关D9及保护单元Dl，D2，D3，D4，D5 ；所述互感器Tl、T2、T3、 T4、T5的输出端口接保护单元01，02，03，04，05的输入端口 ；所述保护单元Dl，D2，D3，D4， D5的输出端口接模拟开关D9的输入端口 ；所述模拟开关D9的输出端口接A/D转换模块Dll 的输入端口。如图6所示，本实用新型所述开关/脉冲量输入单元包括第三光电耦合模块D12、 D13、D14及滤波保护电路；所述第三光电耦合模块D12、D13、D14的端口接滤波保护电路的
端□；本实用新型外部开关状态经第三光电耦合模块D12、D13、D14光电隔离后，将状态 反映到中央处理模块，读操作将状态读入中央处理模块，完成遥信/脉冲计数功能。如图4所示，本实用新型所述显示单元包括输出锁存单元D17、D18、D19及LED显 示灯板；所述输出锁存单元D17、D18、D19的端口接LED显示灯板。技术指标1.1 功能1. 1. 1基本功能a)采集计算并向远方发送线电压Uab、Ucb ；b)采集计算并向远方发送相电流1a、lb、Ic ；c)采集并向远方发送六路状态量信息(开关量输入)，遥信变位优先传送；d)采集并向远方发送两路电度量信息或数字量信息；e)接收并执行2路遥控命令(开关量输出)，及返送校验；f)采集交流电量频率，即周波检测；并向远方发送；[0049]g)计算并向远方发送一条线路的有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数；h)具有程序自恢复功能；i)作为子站通过RS-485通讯接口同上位机交换数据；j)具有采集事件顺序记录并向远方发送的功能；k)具有接受并执行复归命令的功能。1. 1. 2其它功能a)工作状态由显示窗口指示；b)可插拔式端子排；c)具有系统电压监视功能；d)具有硬件看门狗功能；e)具有手动复位功能。1. 2技术参数a)端子通流量20A;绝缘强度2500V ；b)交流电压输入标称值0 100V，最大允许输入120V ；c)交流电流输入标称值0 5A，最大允许输入6A ；d)遥信输入直流电压12V、24V ；输入端采用光电隔离，隔离电压1500V ；事件分辨率彡4ms ；e)脉冲量输入脉冲电压5V、12V、24V ；输入端采用光电隔离，隔离电压1500V ；脉冲宽度彡IOms ；f)遥控输出带返校功能；接点分三种合、跳、执行；继电器接点容量24V DC IA ；g)模数转换分辨率12位；转换时间IOys;线性误差士 0.5LSB;h)工作电源+24V (300mA)；功率-J. 2W ；i)环境条件1)工作大气条件环境温度-25°C +55 °C ；相对湿度5 % 95 % ；大气压力66kPa 108kPa ；2)周围环境要求无爆炸危险、无腐蚀性气体及导电尘埃、无严重霉菌存在，无剧烈震动冲击源。j)结构尺寸250mmX IlOmmX 83mm ；[0087]k)重量1.8kg。1. 3交流电量测量的技术指标a)测量内容单相或三相系统的电压，电流，有功功率，无功功率，有功电度，无功电度，频率，功率因数；b)准确度电压，电流0. 2级；有功功率0. 5级；无功功率0. 5级；有功电度，无功电度0. 5级；功率因数0. 5级;频率0. 1 级；c)标称范围交流电压 0 100V(最大120V)；交流电流0 5A (最大6A)；频率 45 55Hz;功率因数0 1 0超前或滞后；环境温度-25°C +55°C;d)负载功耗电压回路功耗< 0. 50VA电流回路功耗< 0. 75VAe)过载输入连续过载输入交流电压120V交流电流6A短期过载输入交流电压200V IOS交流电流100A ISf)绝缘强度交流工频输入信号端对机壳> 2000V遥信输入回路对机壳 > 500V非电连接两个独立电路之间> 500Vg)绝缘电阻彡 20ΜΩ (500V ΜΩ 表)。2. 2硬件工作原理本模块包括如下功能电路a) N80C196KB 单片机系统；b) LED显示电路；c)开关量，脉冲量输入电路；d)开关量输出电路；e)遥测电路及周波检测电路；[0125]f)通讯接口电路。现将各功能电路的工作原理分别详述如下2. 2. 1N80C196KB 单片机系统如图3所示，本系统由主板的D13(N80C196KB)单片机、D14 (27C256) EPR0M、 D16(61C256)SRAM、D7 (74HC373)、D8 (74HC373)地址锁存器、D15 (MACH211SP)译码电路、 D11(DS1232L)微控制器监视芯片，及Gl(16MHZ)系统时钟组成。2. 2. 2LED 显示电路如图4所示，本电路由主板的D13(N80C196KB)单片机、D17(74HC273)、 D18 (74HC273)、D19 (74HC273)输出锁存单元及LED显示灯板组成。2. 2. 3开关量，脉冲量输入电路(遥信)如图6所示，本电路由主板的D13(N80C196KB)单片机和底板的D12 (TLP521-4)、 D13(TLP521-2)光耦合器以及滤波和保护电路组成。外部开关状态经底板D12、D13(TLP521_4/2)光电隔离后，把状态反映到CPU，读操 作把状态读入CPU，完成遥信/脉冲计数功能。2. 2. 4开关量输出电路(遥控)如图7所示，本电路由主板的D13(N80C196KB)单片机及底板的D15(ULN2003)驱 动电路、K1、K2、K3继电器组成。CPU执行合或跳命令，首先把合、跳的闭锁电路打开，再下预动命令，然后进行接点 返校，成功后，启执行闭锁电路，再下执行命令，从而完成合、跳动作。2. 2. 5遥测电路及周波检测电路如图5所示，本电路由主板的D13(N80C196KB)单片机及底板的Dll (AD774) A/D转 换器、D10(LF411)、D9 (MPC508A)、Dl，D2, D3, D4, D5 (LF398)，2 个 PT，3 个 CT 组成。0 120V交流电压和0 6Α交流电流，经PT和CT互感器变成0 5V的交流电 压，由CPU控制底板的采样保持电路进行采样保持，然后经过D9(MPC508A)模拟开关把每路 信号送到Dll (ADS774)进行转换、CPU读取转换值，再利用交流算法完成有关电力参数的计 笪弁。2. 2. 6通讯接口电路如图7所示，RS-422接口本电路由主板的D13 (N80C196KB)，电源板的 D13 (DCP010505)，D19、D20 (6N137)，D21 (6N137)，D17, D18 (75LBC184)等组成。CAN 接口 本电路由主板的 D13(N80C196KB)、CAN 总线收发器 D30 (PCA82C250)、 D31(6N137),D32(6N137)等组成。2. 3系统地址分配表0000H-1FFFH R/ffN80C196KB 单片机片内地址；2000H-2011H R中断向量地址；2012H-207FH保留地址；2080H-7FFFH R单片机片外 ROM 地址；8000H-FEFFH R/W单片机片内 RAM 地址；FF00H-FF07H R/W8250 地址；FF08H-FF0AH W显示灯地址；[0151]FFOBHW bO-b4模拟开关选通b5_b7增益选择；FFOCH R b0_b3 遥测高 4 位数据；b4 A/D转换结束标志位；b5遥控0执行当前状态；b6遥控0合当前状态；b7遥控0跳当前状态；FFODH R遥测低8位数据；FFOE WbO 遥控 0 执行；Bl 遥控 0 合；B2遥控0跳；B3遥控1执行；B4 遥控 1合；B5 遥控 1跳；B6 灯 11;B7 灯 14;FFOF R bO遥控0执行外返校；bl遥控0合外返校；b2遥控0跳外返校；b3遥控1执行外返校；b4遥控1合外返校；b5遥控1跳外返校；b6遥控1执行当前状态；FFlOH R b0_b5 6 路遥信地址；b6遥控1合当前状态；b7遥控1跳当前状态；FFllH R/W CAN 口地址 。
权利要求一种分布式交流采样装置，其特征在于，包括中央处理模块、开关/脉冲量输入单元、开关量输出单元、显示单元、接口电路及功能选择单元；所述中央处理模块的输出端依次与显示单元、接口电路、开关量输出单元的输入端相接；所述功能选择单元及开关/脉冲量输入单元的输出端接中央处理模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的分布式交流采样装置，其特征在于还设有遥测电路及周波 检测模块；所述遥测电路及周波检测模块的输出端接中央处理模块的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述中央处理模块 采用N80C196KB单片机。
4.根据权利要求3所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述开关量输出单元包 括驱动芯片(D15)及继电器(K1、K2、K3)；所述驱动芯片(D15)的端口与继电器(Κ1、Κ2、Κ3) 串接；中央处理模块执行合或跳命令，首先将合、跳的闭锁电路打开，再下预动命令，然后进 行接点返校，成功后，启执行闭锁电路，再下执行命令，从而完成合、跳动作。
5.根据权利要求4所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述接口电路包括 RS-422接口电路，其主要由第一光电耦合模块(D19、D20、D21)及接口芯片(D17、D18)组 成；所述第一光电耦合模块(D19、D20、D21)的端口接接口芯片(D17、D18)的端口。
6.根据权利要求5所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述接口电路还包括CAN 接口电路，其主要由总线收发器(D30)及第二光电耦合模块(D31、D32)组成；所述总线收发 器(D30)的端口接第二光电耦合模块(D31、D32)的端口。
7.根据权利要求2所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述遥测电路及周波检 测模块包括互感器(Tl、T2、T3、T4、T5)、A/D转换模块(Dll)、模拟开关(D9)及保护单元 (D1，D2，D3，D4，D5)；所述互感器(Tl、T2、T3、T4、T5)的输出端口接保护单元(D1，D2，D3， D4，D5)的输入端口 ；所述保护单元(Dl，D2，D3，D4，D5)的输出端口接模拟开关(D9)的输 入端口 ；所述模拟开关(D9)的输出端口接A/D转换模块(Dll)的输入端口。
8.根据权利要求6所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述开关/脉冲量输 入单元包括第三光电耦合模块(D12、D13、D14)及滤波保护电路；所述第三光电耦合模块 (D12、D13、D14)的端口接滤波保护电路的端口 ；外部开关状态经第三光电耦合模块(D12、D13、D14)光电隔离后，将状态反映到中央处 理模块，读操作将状态读入中央处理模块，完成遥信/脉冲计数功能。
9.根据权利要求8所述的分布式交流采样装置，其特征在于所述显示单元包括输出 锁存单元(D17、D18、D19)及LED显示灯板；所述输出锁存单元(D17、D18、D19)的端口接 LED显示灯板端口。
专利摘要本实用新型属交流采样设备领域，尤其涉及一种分布式交流采样装置，它包括中央处理模块、开关/脉冲量输入单元、开关量输出单元、显示单元、接口电路及功能选择单元；所述中央处理模块的输出端依次与显示单元、接口电路、开关量输出单元的输入端相接；所述功能选择单元及开关/脉冲量输入单元的输出端接中央处理模块的输入端。本实用新型还设有遥测电路及周波检测模块；所述遥测电路及周波检测模块的输出端接中央处理模块的输入端。本实用新型结构简单，成本低，抗干扰能力强，温漂小，在小信号、非线性及相位角方面精度高，功耗低，运行可靠性高。
文档编号G01R19/25GK201555893SQ20092001518
公开日2010年8月18日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者刘君宏, 单维锦, 姜立丹 申请人:沈阳博来德滋电子科技有限公司