配电变压器监测终端装置制作方法

刘洋, 林莘, 王博, 王益涛

2012年7月25日

2011年11月17日

2011年11月17日

南京因泰莱配电自动化设备有限公司

G01R31/00GK202351347SQ2011204589

终端装置 配电 变压器 监测

1.一种配电变压器监测终端装置，包括电路部分和结构部分，电路部分安装在结构部分上，其特征是电路部分包括高速数据采集模块、中央主控模块、通讯模块、开入开出模块、 人机交互模块、时钟模块、电源模块以及存储器模块；电源模块为本配变变压器监测终端装置供电；所述中央主控模块包括DSP、双口 RAM和单片机，单片机和DSP通过双口 RAM通信；高速数据采集模块采集变压器信号，高速数据采集模块的输出端经A/D转换器件连接DSP ；所述通讯模块包括CAN总线模块、485接口模块，GPRS无线模块；所述单片机连接485接口模块、人机交互模块和时钟模块；所述GPRS无线模块通过所述485接口模块连接单片机；所述DSP连接开入开出模块和CAN总线模块；所述存储器模块包括两部分，一部分连接DSP，另一部分连接单片机2.根据权利要求I所述的配电变压器监测终端装置，其特征是所述高速数据采集模块包括互感器单元和信号调理电路，互感器单元的输出端连接信号调理电路的输入端；所述 A/D转换器件包括测量通道A/D转换器和保护通道A/D转换器，所述信号调理电路的输出端分别连接测量通道A/D转换器和保护通道A/D转换器的信号输入端，测量通道A/D转换器和保护通道A/D转换器的输出端都连接DSP的信号输入端；所述DSP还连接有PWM模块， PWM模块的输出端连接测量通道A/D转换器控制端3.根据权利要求2所述的配电变压器监测终端装置，其特征是所述信号调理电路包括依次连接的巴特沃兹二阶滤波电路和放大/限幅电路4.根据权利要求I所述的配电变压器监测终端装置，其特征是所述的开入开出模块包括8路开入和16路开出，每路开入/开出都连接有硬件光电隔离器件5.根据权利要求I所述的配电变压器监测终端装置，其特征是所述的人机交互模块包括液晶显示模块和按键，按键的输出端连接单片机的输入端，液晶显示模块的输入端连接单片机的输出端6.根据权利要求I所述的配电变压器监测终端装置，其特征是所述存储器模块包括 SRAM和E2PR0M，SRAM与DSP连接，E2PR0M与单片机连接7.根据权利要求I所述的配电变压器监测终端装置，其特征是所述结构部分包括数据采集板、开入开出板、中央主控板、电源板和面板；高速数据采集模块装在数据采集板上，开入开出模块装在开入开出板上，时钟模块、通讯模块、存储器模块和中央主控模块装在中央主控板上，电源模块装在电源板上，人机交互模块装在面板上，所述数据采集板、开入开出板、中央主控板和电源板通过接插槽或排线连接在面板上

本实用新型涉及一种变压器监控设备，属于配电网监控技术领域，尤其涉及一种配电变压器监测终端装置

一种配电变压器监测终端装置，包括高速数据采集模块、中央主控模块、通讯模块、开入开出模块、人机交互模块、时钟模块、电源模块以及存储器模块；电源模块为本配变变压器监测终端装置供电；所述中央主控模块包括DSP、双口RAM和单片机，单片机和DSP通过双口RAM通信；高速数据采集模块采集变压器信号，高速数据采集模块的输出端经A/D转换器件连接DSP；所述通讯模块包括CAN总线模块、485接口模块；所述单片机连接485接口模块、人机交互模块和时钟模块；所述DSP连接开入开出模块和CAN总线模块；所述存储器模块连接DSP和单片机。本装置结构简单、通讯功能齐全、适应性强的配电变压器监测终端装置。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、通讯功能齐全、 适应性强的配电变压器监测终端装置采用工业级芯片，大大提高了系统的可靠性，利用 DSP和单片机作为主控单元，可以实现对配电变压的运行数据进行有效采集和处理，并实现数据上传及故障诊断等功能本实用新型的技术方案一种配电变压器监测终端装置，包括电路部分和结构部分，电路部分安装在结构部分上；电路部分包括高速数据采集模块、中央主控模块、通讯模块、开入开出模块、人机交互模块、时钟模块、电源模块以及存储器模块；电源模块为本配变变压器监测终端装置供电；所述中央主控模块包括DSP、双口 RAM和单片机，单片机和DSP通过双口 RAM通信；高速数据采集模块采集变压器信号，高速数据采集模块的输出端经A/D转换器件连接DSP ;所述通讯模块包括CAN总线模块、485接口模块；所述单片机连接485接口模块、人机交互模块和时钟模块；所述DSP连接开入开出模块和CAN总线模块；所述存储器模块包括两部分，一部分连接DSP，另一部分连接单片机所述高速数据采集模块包括互感器单元和信号调理电路，互感器单元的输出端连接信号调理电路的输入端；所述A/D转换器件包括测量通道A/D转换器和保护通道A/D转换器，所述信号调理电路的输出端分别连接测量通道A/D转换器和保护通道A/D转换器的信号输入端，测量通道A/D转换器和保护通道A/D转换器的输出端都连接DSP的信号输入端；所述DSP内部集成了 PWM模块，PWM模块的输出端连接测量通道A/D转换器控制端所述信号调理电路包括依次连接的巴特沃兹二阶滤波电路和放大/限幅电路所述通讯模块还包括GPRS无线模块；所述GPRS无线模块通过所述485接口模块连接单片机所述的开入开出模块包括8路开入和16路开出，每路开入/开出都连接有硬件光电隔离器件所述的人机交互模块包括液晶显示模块和按键，按键的输出端连接单片机的输入端，液晶显示模块的输入端连接单片机的输出端所述存储器模块包括SRAM和E2PR0M，SRAM与DSP连接，E2PR0M与单片机连接所述结构部分包括数据采集板、开入开出板、中央主控板、电源板和面板；高速数据采集模块装在数据采集板上，开入开出模块装在开入开出板上，时钟模块、通讯模块、存储器模块和中央主控模块装在中央主控板上，电源模块装在电源板上，人机交互模块装在面板上，所述数据采集板、开入开出板、中央主控板和电源板通过接插槽或排线连接在面板上本技术方案的原理说明如下一种配变变压器监测终端装置，主要包括高速数据采集模块、中央主控模块、通讯模块、开入开出模块、人机交互模块、时钟模块、电源模块以及存储器模块等变压器信号由互感器单元采集，经过滤波电路、放大和限幅保护电路，进行模数转换，将转换后的数字量传给中央主控模块，由于变压器监测对数据处理的实时性要求很高而且数据量较大，所以中央主控模块采用双CPU系统，由DSP和单片机组成，可以充分发挥DSP快速强大的运算能力和单片机丰富的硬件资源，主要负责运行参数的处理、电能计量、异常告警以及运行状况的分析和预测等，可以计算电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、谐波分量等， 并且中央主控模块的各种输出分别与开入开出模块、通讯模块、人机交互模块、时钟模块和存储器模块等相连，通讯模块包括多种通信方式，可以进行远方通信，存储器模块与CPU相连接负责数据的临时存储以及定值的存储，电源模块提供装置各部分的电源供给所述的高速数据采集模块由高精度互感器、滤波电路、放大电路以及A/D转换器等构成，主要负责信号的采集、滤波、放大和A/D转换滤波电路采用巴特沃兹二阶滤波电路，可以有效滤除工频杂波；放大电路选用0P07高精度运算放大器，主要负责对互感器的微弱信号进行放大和限幅保护，以得到满足模数转换器输入范围的信号；由于测量和保护所需的精度范围和精度等级不同，采用不同精度的A/D转换器，为了满足系统精度需求并节省一定费用，测量通道采用2片TI公司ADS8364模数转换芯片，它是一种高速低功耗的 16位并行模数转换器，有6个模拟量输入通道，转换速率高达250kHz，可以实现6通道同时采集，可以从外部引入最大5MHz的时钟频率，采用全差分的输入方式可以很好的抑制共模干扰；保护通道利用DSP内部集成的12位A/D转换模块，可以满足保护精度的需要，又简化了硬件电路设计所述的中央主控模块采用DSP+MCU的双CPU系统结构，主要包括DSP、双口 RAM和单片机三部分本装置涉及大量数据的采集和运算，为保证可靠性，因而采用了双CPU系统TI公司的TMS320F2812型DSP具有快速的数字信号处理能力，具有强大的事件管理能力和控制功能，同时集成了 A/D转换模块和CAN控制器模块等外设，简化了 A/D转换和CAN 总线通信的电路设计，不仅节省了费用，更提高了系统的可靠性单片机选用工业级51单片机STC12LE5A60S2，它是一款高速、低功耗的单片机，具有双串口以及丰富的外设接口双口 RAM采用CY7C026芯片，它是CYPRESS公司生产的16kX16B高速双口静态RAM，存取速度小于25ns他具有真正的双端口，可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度具有两个独立的控制总线、地址总线和I/O总线接口，可以实现CPU间大量数据的快速交换，并且允许 (PU独立访问内部的任何存储单元利用DSP超强的数据处理能力，实现多通道数据采集、 参数计算，与单片机进行数据交换，用PWM对采样周期控制，并发挥自身内部集成A/D和CAN 控制器模块的作用；利用单片机丰富的硬件资源，管理人机交互、时钟模块、定值存储和数据上传，及部分通讯功能，双CPU系统的搭配可以完全满足变压器监测装置的数据采集、处理、传输、控制以及各种算法的需求所述的通讯模块集成了多种通讯接口，包括232串行接口、485总线接口、GPRS无线通信接口、CAN总线接口多种通讯接口方便接入到相应的通信网络，适合多种监测场合，也可以节省开销232接口主要用于测试使用；485总线通信广泛应用于各种监测场合， 利用差分传输方式，工业环境抗干扰能力强；GPRS无线通信利用485接口连接GPRS无线模块，直接接入中国移动网络，可以与软件后台进行可靠的数据传输，实现“四遥”功能，不仅能够节省新建通信网络和维护的费用，而且可以保证通信的可靠性CAN总线采用DSP集成的CAN控制器模块，只需经简单的硬件电路搭建就可以实现CAN通信，采用CAN2. 0通信协议，节省了 CAN控制器芯片，而且CAN总线传输速度快，抗干扰强，非常适合数据量很大的测控场合设计中，利用单片机双串口的特点，一个用作232通讯使用，一个通过485电平转换芯片输出作为485接口，485总线和GPRS无线通信复用485接口，利用短接帽可以选择通信方式，以简化电路所述的开入开出模块主要负责开关量的开入和开出，为了满足保护功能需要，一共由8路开入和16路开出组成，每路开入开出量均进行硬件光电隔离，提高了系统的可靠性和抗干扰能力所述的人机交互模块包括液晶电路和按键，液晶模块选用240*128的ZLG240128F 大屏幕液晶显示器，RA8806控制器，全中文显示，可实现系统时间、测量数据、装置运行状态等显示功能，通过按键可进行时间调整以及系统定值修改存储器模块包括SRAM IS61LV6416 和 E2PR0M AT24C512IS61LV6416 是静态随寄存器，具有16根数据总线和16根地址总线，最大存储空间为65535*16b，存取时间为8ns， 与DSP的Zone6相连；AT24C512是ATMEL公司推出的具有12C总线容量达512bit (64K*8) 的E2PR0M，具有掉电不丢失性，数据可保存40年，用于连接单片机进行定值的存储本实用新型采用插板式结构，分为数据采集板、开入开出板、中央主控板、电源板、 液晶和面板等，数据采集板、开入开出板、中央主控板、电源板、液晶通过接插槽或排线连接在面板上，在面板上实现各模块的连接本实用新型主要具有以下功能I、可以实时测量变压器高压侧和低压侧的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、多次谐波等2、可以通过开入开出模块检测和控制各类可控开关设备3、具有人机交互功能，能够方便工作人员对变压器的运行状态快速了解，做出迅速决策4、装置集成了 232接口、485接口、GPRS无线接口、CAN总线接口多种通信接口，可实现信息的远方传送和交换，保证数据传输的实时性和可靠性5、利用配网自动化软件后台可以实现数据显示、故障录波、系统评估、数据库操作，以及遥控、遥信、遥调、遥测、远方修改定值、下行修改采样点数指令等同现有配电变压器监测装置相比，本实用新型具有以下积极效果或优点I、装置采用DSP+MCU的双CPU系统，可以实时监测变压器的运行参数，对参数进行处理，实现电能质量分析、变压器运行状态监测与评估、故障告警等功能2、通讯采用有线和无线多种通信方式，完成数据的远传，实现监控中心远程监控3、针对测量和保护所需采样精度的不同，测量部分选用专用的高精度模数转换器 ADS8364，保护部分采用DSP集成的ADC模块，如此设计不仅能够很好的满足系统的精度要求，又简化了电路，节省一定的成本4、针对现有监测装置采样点数不可修改的状况，本装置利用DSP的捕获单元进行信号过零点检测，通过计算信号频率，进而修改DSP的PWM的定时器定值，而PWM输出进行 A/D采样时钟控制，同时，可以利用远程下行指令进行周期采样点数的整定修改，以应对不同监测场合对采样点数的需求5、采用独立的自检系统，DSP和单片机采用相互独立的自检程序模块，提高系统可靠性6、装置采用插板式结构，具有方便的扩展升级能力，所有部件都选用工业级芯片， 电路设计时充分考虑到电磁兼容性，提高抗干扰能力，箱体设计结构紧凑，装置小巧