專(zhuān)利名稱(chēng)：一種分布式配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明配網(wǎng)自動(dòng)化終端涉及的是電力系統(tǒng)的IOkV配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一種分布式配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控終端，適用于配網(wǎng)饋線電纜網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、開(kāi)關(guān)控制和運(yùn)行管理。
背景技術(shù)：
目前針對(duì)電纜網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜配網(wǎng)自動(dòng)化終端常采用集中式設(shè)計(jì)，插板式結(jié)構(gòu)，單臺(tái)終端實(shí)現(xiàn)多回路采集監(jiān)控，該方案受機(jī)箱結(jié)構(gòu)限制，單臺(tái)最多實(shí)現(xiàn)8 12回路三遙采集監(jiān)控，終端擴(kuò)展受最大容量限制，外形尺寸大占地多，施工、接線復(fù)雜、停電時(shí)間長(zhǎng)，單個(gè)插件故障影響整個(gè)環(huán)網(wǎng)柜其他回路采集監(jiān)控。
隨著用電量的快速增長(zhǎng)，舊的開(kāi)關(guān)房和環(huán)網(wǎng)柜通過(guò)擴(kuò)容增加回路，在一些用電密集地方一個(gè)站房回路數(shù)已達(dá)14，而且電房或環(huán)網(wǎng)柜空間有限，集中式配網(wǎng)自動(dòng)化終端已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用需求。傳統(tǒng)“一遙”、“二遙”配網(wǎng)自動(dòng)化終端通常采用GPRS無(wú)線通訊技術(shù)，解決方案通常為“監(jiān)控終端+GPRS通訊模塊”而外置GPRS模塊通常采用3線串口，不能監(jiān)測(cè)Monden是否在線，也缺乏處理“假在線”，“假連接”異常狀態(tài)的措施。國(guó)內(nèi)配網(wǎng)自動(dòng)化終端裝置面板通常不具備清晰的就地操作開(kāi)關(guān)和選擇開(kāi)關(guān)，如果需要本地操作，則需要在終端機(jī)柜面板上增加復(fù)雜的控制回路和接線，成本高、接線復(fù)雜、另外需要較大的安裝空間。

發(fā)明內(nèi)容
為解決配電網(wǎng)自動(dòng)化終端實(shí)際應(yīng)用中遇到的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，該終端包括環(huán)網(wǎng)柜、主控單元，配電智能監(jiān)控單元、CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)；
所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元通過(guò)CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)與主控單元連接。所述主控單元包括數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨(dú)立遙信操作模塊、背板，所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨(dú)立遙信操作面板模塊分別與背板連接，電源管理模塊、獨(dú)立遙信操作模塊分別與數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊連接。主控單元負(fù)責(zé)所有配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的信息的采集、存儲(chǔ)、管理，與遠(yuǎn)方主站的信息交互，實(shí)現(xiàn)與主站控制中心的遠(yuǎn)程通訊，數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)，為配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元、外部通訊模塊、開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)提供工作電源和后備電源并對(duì)電源進(jìn)行管理實(shí)現(xiàn)交直流自動(dòng)切換、電池智能充電、激活等功能。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元包括監(jiān)控CPU、交流采樣電路、信號(hào)放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號(hào)指示燈；所述交流采樣電路、信號(hào)放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號(hào)指示燈分別與監(jiān)控CPU連接。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜所有“三遙”和故障判別功能；配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元通過(guò)CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)與主控單元連接，保證通信的可靠性和速度。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元至少為I個(gè)，配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元最多為64個(gè)。當(dāng)擴(kuò)展配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元時(shí)，主控單元無(wú)需進(jìn)行任何升級(jí)，且由于配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元體積小可以直接安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，極大節(jié)省了材料成本和安裝空間。配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元分布安裝在環(huán)網(wǎng)柜上，可就地完成環(huán)網(wǎng)柜到配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的二次接線，無(wú)需在各環(huán)網(wǎng)柜上敷設(shè)專(zhuān)用二次電纜到終端，二次接線簡(jiǎn)單，停電施工可多人同步進(jìn)行，只需4根線(2根電源線，2根CAN通訊總線)即可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元監(jiān)控各環(huán)網(wǎng)柜。 所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊采用32位ARM中央處理器，采用6U插板式結(jié)構(gòu)； 所述32位ARM中央處理器包括2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接
口、I個(gè)USB接口、I個(gè)調(diào)試串口、4個(gè)10/100M以太網(wǎng)接口、一個(gè)GPRS模塊；
GPRS模塊與32位ARM中央處理器采用全串口通訊方式，支持在線狀態(tài)檢測(cè)、流控制，GPRS模塊的電源由32位ARM中央處理器管理，32位ARM中央處理器通過(guò)撥號(hào)指令，復(fù)位指令、電源控制，避免GPRS模塊“假在線”、“假連接”異常狀態(tài)。所述電源管理模塊采用CPU控制，6U插板式結(jié)構(gòu)。所述獨(dú)立遙信操作面板模塊采用獨(dú)立CPU系統(tǒng)的集成電纜涉及遙控邏輯操作，面板嵌入“選擇”、“預(yù)控”、“分閘”、“合閘”按鍵，“遠(yuǎn)方/就地”轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)合、分位指示燈，開(kāi)關(guān)選擇回路指示燈、數(shù)碼管，通過(guò)CPU系統(tǒng)進(jìn)行操作邏輯處理和信號(hào)指示，通過(guò)內(nèi)部CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)將操作命令下發(fā)到配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的就地分、合閘操作，操作回路不需二次接線，極大的節(jié)省了材料成本和安裝空間。所述交流采樣電路中的電壓電流信號(hào)由外部的電壓互感器和電流互感器提供。所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的寬*高*深為15*55*96。配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元采用16位DSP處理器，所述16位DSP處理器內(nèi)部集成12位ADC,2路CAN總線、8路輸入捕捉。有益效果分布式擴(kuò)展配電智能監(jiān)控單元的容量，節(jié)約空間，接線簡(jiǎn)單，故障率低；內(nèi)置式GPRS模塊使得監(jiān)控可信度更高。


圖I為本發(fā)明分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端框 圖2為本發(fā)明配網(wǎng)自動(dòng)化終端主控單元框 圖3為本發(fā)明配電智能監(jiān)控單元框 圖4為本發(fā)明配電智能監(jiān)控單元電源原理圖。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端框圖主控單元機(jī)采用壁掛式機(jī)箱設(shè)計(jì)，主控單元包含在壁掛式機(jī)箱內(nèi)，配電智能監(jiān)控單元通過(guò)CAN通信總線與主控單元連接，電源通過(guò)電源線向主控單元與配電智能監(jiān)控單元同時(shí)供電。其中主控單元采用6U前插板式設(shè)計(jì)，后端子出線，包括一塊數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊插板、一塊獨(dú)立遙信操作模塊插板、一塊電源管理模塊插板、一塊背板，各插板通過(guò)歐式插件與背板連接，其框圖如圖2所示
電源管理模塊為6U插板式結(jié)構(gòu)，交流220V輸入，采用大功率器件，輸出電壓24V，輸出功率500W，采用智能充電算法對(duì)電池進(jìn)行充、放電管理和激活維護(hù)，具備輸出短路、過(guò)載、輸入過(guò)壓、電池欠壓保護(hù)，可測(cè)量電池電壓防止電池過(guò)充、過(guò)放，電源管理模塊通過(guò)RS485總線與數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊的中央處理器通訊，可上傳電池電壓，事故告警信息，也可接受上級(jí)命令進(jìn)行電池激活維護(hù)，滿足鉛酸蓄電池和鋰電池應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊采用6U插板式結(jié)構(gòu)，以32位處理器S3C2440AL作為中央處理器，采用嵌入式Linux軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接口、I個(gè)USB接口、I個(gè)調(diào)試串口、4個(gè)10/100M以太網(wǎng)接口、內(nèi)嵌一個(gè)GPRS模塊，數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊插板上引出GPRS天線、通訊狀態(tài)指示燈、電源指示燈、運(yùn)行指 示燈、復(fù)位按鈕，其中支持USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)備份、軟件升級(jí)，支持以太網(wǎng)遠(yuǎn)程升級(jí)維護(hù)。所有通信接口均采用光電隔離，提高硬件的抗干擾能力。內(nèi)嵌的GPRS模塊采用全串口通訊方式，支持在線狀態(tài)檢測(cè)、流控制，GPRS模塊的電源由中央處理器管理，中央處理器通過(guò)撥號(hào)指令、復(fù)位命令、電源控制，避免GPRS模塊“假在線”、“假連接”異常狀態(tài)。GPRS模塊電源芯片為SP29302。獨(dú)立遙信操作模塊采用單片機(jī)控制，外接12回路遙控選擇按鈕、預(yù)控按鈕、合閘按鈕、分閘按鈕，遠(yuǎn)方/就地選擇開(kāi)關(guān)，遙控選擇指示燈，開(kāi)關(guān)合位、分位指示燈，遙控選擇指示燈、遙控選擇指示數(shù)碼管，采用程序控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作邏輯。獨(dú)立遙信操作模塊單片機(jī)掃描各按鍵后經(jīng)過(guò)邏輯判斷和處理后將操作命令通過(guò)內(nèi)部CAN總線發(fā)送給數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊的中央處理器進(jìn)行統(tǒng)一處理。獨(dú)立遙信操作模塊采用PCB布線方式、焊接工藝極大的簡(jiǎn)化了本地遙控操作復(fù)雜的二次接線和加工工藝。配電智能監(jiān)控單元采用高性能16位DSP處理器作為中央處理器CPU2，在本實(shí)施例中采用的16位DSP處理器具體型號(hào)為dsPIC33FJ64GP706。該DSP處理器內(nèi)置2路增強(qiáng)型CAN總線、18路12位ADC, 2路SPI,2路UART、2路I2C, ADC轉(zhuǎn)換接口、看門(mén)狗，能夠滿足外形115*55*96 (寬*高*深)條件下實(shí)現(xiàn)“三遙”功能和故障判斷。智能單元設(shè)計(jì)充分利用片內(nèi)資源，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控和通訊功能，主要由電源部分電路、遙信電路、遙控電路、遙測(cè)電路、通訊電路、輸出顯示電路等部分電路組成，具體框圖如圖3所示。電源部分電路采用DC24V電源輸入，經(jīng)過(guò)安全防護(hù)濾波電路后接入兩個(gè)DC/DC模塊,一個(gè)DC/DC模塊輸出5V用于通訊隔離電源和輸出繼電器控制電源,一個(gè)DC/DC模塊輸出5V后經(jīng)LDO穩(wěn)壓輸出3. 3V給CPU部分電路供電。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示。圖4中R2為壓敏電阻,作為輸入過(guò)壓、浪涌保護(hù)；L2、L3為磁珠,用于抗干擾；D6為二極管，用于防電源輸入極性接反；F1為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲；DC1、DC2為隔離DC/DC將CPU部分和通訊和繼電器等隔離。遙信電路采用硬件濾波經(jīng)光電隔離后接入CPU2 ;遙控電路將CPU2的I/O腳經(jīng)邏輯器件后通過(guò)光電隔離驅(qū)動(dòng)繼電器。設(shè)置一總控繼電器防止干擾誤動(dòng)；通訊電路選用片內(nèi)CAN 口經(jīng)光電隔離驅(qū)動(dòng)CAN收發(fā)器MCP2551實(shí)現(xiàn)通信；顯示電路采用SPI總線接口擴(kuò)展I/O芯片MCP23S17驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和LED顯示。
遙測(cè)電路中電壓、電流信號(hào)均來(lái)自外部電壓互感器和電流互感器，通過(guò)單元內(nèi)部電壓電流互感器將輸入的2路電壓、3路電流轉(zhuǎn)換為(Γ2. 5V的交流信號(hào)，直接接入CPU2的 5個(gè)ADC 口，另外將3路電流信號(hào)經(jīng)放大電路放大5倍后接入CPU2的另外3個(gè)ADC 口，通過(guò)對(duì)電流的分級(jí)處理提高電流在小信號(hào)時(shí)的精度。
權(quán)利要求
1.一種分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，適用于環(huán)網(wǎng)柜配網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)用，包括主控單元，配電智能監(jiān)控單元、CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)三部分； 其特征在于配電智能監(jiān)控單元分布安裝于各環(huán)網(wǎng)柜單元，通過(guò)CAN總線與主控單元連接，構(gòu)成一主多副的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述主控單元包括數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨(dú)立遙信操作模塊、背板，所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨(dú)立遙信操作面板模塊分別與背板連接，電源管理模塊、獨(dú)立遙信操作模塊分別與數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元包括監(jiān)控CPU、交流采樣電路、信號(hào)放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號(hào)指示燈；所述交流采樣電路、信號(hào)放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數(shù)碼管、信號(hào)指示燈分別與監(jiān)控CPU連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元為1-64個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理和通訊管理模塊采用32位ARM中央處理器，采用6U插板式結(jié)構(gòu)； 所述32位ARM中央處理器包括2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接口、I個(gè)USB接口、I個(gè)調(diào)試串口、4個(gè)10/100M以太網(wǎng)接口、一個(gè)GPRS模塊； GPRS模塊與32位ARM中央處理器采用全串口通訊方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述電源管理模塊采用CPU控制，6U插板式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述獨(dú)立遙信操作模塊采用獨(dú)立CPU系統(tǒng)，通過(guò)CPU系統(tǒng)進(jìn)行操作邏輯處理和信號(hào)指示，通過(guò)內(nèi)部CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)將操作命令下發(fā)到配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述交流采樣電路中的電壓電流信號(hào)由外部的電壓互感器和電流互感器提供。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其特征在于所述配電網(wǎng)智能監(jiān)控單元的寬*高*深為:15*55*96。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式配網(wǎng)自動(dòng)化終端，該終端是面向開(kāi)關(guān)柜對(duì)象，由配電智能監(jiān)控單元、主控單元、CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)三部分組成。配電智能監(jiān)控單元體積小，可直接安裝在各開(kāi)關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)對(duì)本開(kāi)關(guān)柜所有“三遙”和故障判別功能。主控單元負(fù)責(zé)整個(gè)所有智能監(jiān)控單元信息的采集、存儲(chǔ)、管理，與遠(yuǎn)方主站的信息交互，實(shí)現(xiàn)與主站控制中心的遠(yuǎn)程通訊，數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)，為配電智能監(jiān)控單元、外部通訊模塊、開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)提供工作電源和后備電源并對(duì)電源進(jìn)行管理實(shí)現(xiàn)交直流自動(dòng)切換、電池智能充電、激活等功能。主控單元與配電智能監(jiān)控單元之間采用CAN總線連接，保證通信可靠性和速度。
文檔編號(hào)H02J13/00GK102946149SQ201210518788
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者霍錦強(qiáng), 白海濤, 李家添 申請(qǐng)人:廣州南方電力集團(tuán)科技發(fā)展有限公司