CN101800443B - 电力现场监控设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力现场监控设备，其采用可插拔分布式结构，包括：一个或多个机箱及机箱背板电路板，和机箱间通讯连接口；并且每个机箱包括：一个基于ARM处理器的通讯处理板，一个或多个基于DSP的模拟量处理板，一个或多个基于DSP的状态量和开关量处理板，一个或多个配合模拟量处理板的电流信号或者电压信号转换和隔离的接口板，一个或多个配合状态量和开关量处理板隔离状态和开关的接口板，一个给机箱设备供电的可以为蓄电池充放电的电源板。根据本发明的电力现场监控设备，充分满足了我国铁路建设的需要；多CPU分布式计算，高密度采集，满足现场容量需求；具备故障录波功能，有效甄别故障性质；多级隔离接入，满足现场强电磁场环境需要，安全可靠。

Description

电力现场监控设备

技术领域

本发明涉及电力监控领域，特别涉及一种电力现场监控设备，所述电力现场监控设备具备电力参数高精度采集和录波、电力设备可靠控制、标准以太网通讯和路由、远程维护和更新、设备板件即插即用等功能。

背景技术

为了响应国家增大内需的政策需要和国家客运快速铁路发展的需要，需要对铁路沿线和火车站房内的电力设备进行远方监控和当地自动化控制。在传统的技术中，通常是在就地安装一个电力信号监控的设备，并且该设备具备通讯功能。然而，现有的国内外的产品中的RTU(远程终端单元)设备现已经不能或者不能很好的支持我国铁路建设的需要。在这些设备中，有的设备体积庞大安装不方便；有的设备可靠性低

，精度不够，没有故障录波功能，无法准确判断故障性质；有的设备容量不足，不能满足铁路需求；有的设备不能接入现场的电子仪表之类的设备等。因而，当前急需一种可满足我国铁路建设需要的电力现场监控设备。

发明内容

为解决背景技术中所存在的问题以及其他技术问题，设计了本发明。

本发明提供一种电力现场监控设备，其采用可插拔分布式结构，所述电力现场监控设备包括：一个或多个机箱及机箱背板电路板，和机箱间通讯连接口；并且每个机箱包括：一个基于ARM处理器的通讯处理板，一个或多个基于DSP的模拟量处理板，一个或多个基于DSP的状态量和开关量处理板，一个或多个配合模拟量处理板的电流信号或者电压信号转换和隔离的接口板，一个或多个配合状态量和开关量处理板隔离状态和开关的接口板，一个给机箱设备供电的可以为蓄电池充放电的电源板；所述通讯处理板、模拟量处理板和状态量开关量处理板分别都是含有一个CPU处理器的智能板，其中所述通讯处理板通过机箱背板电路以及机箱间通讯连接口和其他智能板连接，以使多个CPU之间协同工作，所述基于DSP的模拟量处理板和/或状态量和开关量处理板通过机箱背板电路监控就近的所述接口板采集的电力状态；所述电力现场监控设备包括物理层、采集处理层、核心业务层和综合业务层等四层技术架构；其中，第一层为物理层，包括各种物理硬件接口，主要接入和调理外部信号；第二层为采集处理层，主要是各个物理接口的采集驱动和通讯接口驱动，经过本层处理，测控装置获得外部物理信号的数字化数据；第三层为核心业务层，主要对采集数据相应处理并用数据库进行管理，对各个通讯接口的通讯过程进行控制，对采集和控制任务进行调度；第四层为综合业务层，主要针对测控装置的应用环境进行相应的数据映射和图形显示，使得最终显示和提供的数据符合应用的需求，同时提供远方和当地进行测控装置的***管理。

可选的，所述机箱及机箱背板电路板为配套使用，能够根据现场需要定制外形尺寸。

可选的，所述电力现场监控设备机箱内部电路采用模块化设计，各模块独立成一个功能单元，机箱提供模块接口，并将各模块连接成一个***。

可选的，所述电力现场监控设备机箱内部的模块包括：通信主模块，电压电流采集模块，遥测处理模块，遥信采集模块，遥信遥控处理模块，遥控输出模块及电源模块，所述各模块分别布置在各个相应电路板上。

可选的，所述通信主模块负责所述电力现场监控设备与主站及其他设备之间的通讯，与DSP芯片的数据传输以及所述电力现场监控设备内部***数据的处理，该通信主模块配置多种通信接口；所述电压电流采集模块负责现场工程数据的采集；所述遥测处理模块内含一块DSP中央处理器芯片与两块A/D转换芯片，该模块用于处理采集的遥测数据，将所采集的遥测数据处理运算，得到相/线电流、相/线电压、有功功率、无功功率、相序、相角；所述遥信采集模块负责状态量的监视；所述遥信遥控处理模块，内含一块DSP中央处理器芯片，该遥信遥控模块用于处理遥信模块的输入和控制遥控模块的输出；所述遥控输出模块执行主站下发的遥控操作命令，遥控开关的分与合；所述电源模块为供电装置。

可选的，所述电压电流采集模块采集12或24路交流电压、12或24路交流电流，以及4路直流电量，在采集交流电量时，该模块通过互感器隔离方式将采集调理数据传输到DSP的A/D模块进行内部处理运算；所述遥信采集模块具有32路遥信接线端子，从而实现32个状态量的监视功能；所述遥控输出模块实现16路遥控输出；所述电源模块的输入为AC/DC 220V或110V，输出为DC27V。

可选的，所述通信主模块配置有2个CAN现场总线口，3个RS232通讯串口以及3个RS485通讯串口，2个10/100M以太网RJ45网络接口，并且相应于所述CAN现场总线口、RS232通讯串口以及RS485通讯串口分别配置有用于显示通信状态的通信状态灯；所述电压电流采集模块包括有交流采集进线出线、电流端子、电压端子、直流采集端子、直流公共接线端子；所述遥测处理模块配置两个CAN BUS现场总线接口、以及两个232/485串行通信接口，并且相应于各接口配置相应的通信状态灯；所述遥信采集模块具有直流24V输出端子，其输出直流24V电压，作为内部遥信母线，每个遥信模块的直流24V输出端子与其他遥信模块的直流24V输出端子相互独立，所述遥信采集模块包括32路遥信接线端子、遥信母线端子、以及直流24V输出端子；所述遥信遥控处理模块配置有两个CAN BUS现场总线接口、两个232/485串行通信接口，并且配置有运行状态灯、通信状态灯、以及相应于所述遥信遥控处理模块各接口的通信状态灯；所述遥控输出模块的输出端子独立使用，或组成合/分闸对使用，所述遥控输出模块包括遥控进线出线端子、16路遥控输出端子、以及24V直流输出端子。

可选的，所述电源模块采用交流电源/蓄电池供电方式，该模块实现原副边隔离，具有充电功能，能够对蓄电池充电，在交流断电时电池不间断的对装置供电，此外还具有对蓄电池的保护功能，装置正常运行时，电源模块在交流有电时可对蓄电池进行充电，同时为本装置供电；当交流失电时，蓄电池对电源模块供电，零切换时间，使电源模块正常运行；当蓄电池放电到关断点时，电源模块切断蓄电池的输出，从而断电；当交流重新上电时，电源模块重复为蓄电池充电；所述电源模块包括交直流220V输入端子、失电告警端子、蓄电池放电告警端子、直流24V输出端子、以及蓄电池接线端子。

可选的，所述电压电流采集模块所包含端子的数量能够根据需要设置。

可选的，所述电力现场监控设备所述四层技术架构包括：第一层为物理层，包括各种物理硬件接口，主要接入和调理外部信号；第二层为采集处理层，主要是各个物理接口的采集驱动和通讯接口驱动，经过本层处理，测控装置获得外部物理信号的数字化数据；第三层为核心业务层，主要对采集数据相应处理并用数据库进行管理，对各个通讯接口的通讯过程进行控制，对采集和控制任务进行调度；第四层为综合业务层，主要针对测控装置的应用环境进行相应的数据映射和图形显示，使得最终显示和提供的\据符合应用的需求；同时提供远方和当地进行测控装置的***管理。根据本发明的电力现场监控设备，充分满足了我国铁路建设的需要，并具有这些特点：模块化配置，根据现场需求配置板件；机架式安装，各种尺寸都有，满足现场各种情况；多CPU分布式计算，满足对监控实效性的需求；多通道，高密度采集，满足现场容量需求；具备故障录波功能，有效甄别故障性质；多级隔离接入，满足现场强电磁场环境需要，安全可靠。

附图说明

图1为根据本发明的电力现场监控设备机箱正面组成图；

图2为根据本发明的电力现场监控设备的通信主模块面板图；

图3为根据本发明的电力现场监控设备的电压电流采集模块面板图；

图4为根据本发明的电力现场监控设备的遥测处理模块面板图；

图5为根据本发明的电力现场监控设备的遥信采集模块面板图；

图6为根据本发明的电力现场监控设备的遥信遥控处理模块面板图；

图7为根据本发明的电力现场监控设备的遥控输出模块面板图；

图8为根据本发明的电力现场监控设备的电源模块面板图；

图9为根据本发明的电力现场监控设备的技术架构层次图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明所提供的一种电力现场监控设备，采用了可插拔分布式结构，内部板件可配置。所述电力现场监控设备包括：机箱及机箱背板电路板，和机箱间通讯连接口，并且每个机箱包括：一个基于ARM处理器的通讯处理板；一个或多个基于DSP的模拟量处理板；一个或多个基于DSP的状态量和开关量处理板；

一个或多个配合模拟量处理板的电流信号或者电压信号转换和隔离的接口板；

一个或多个配合状态量和开关量处理板隔离状态和开关的接口板；一个给机箱设备供电的可以为蓄电池充放电的电源板。所述机箱及机箱背板电路板为配套使用，可以根据现场需要定制外形尺寸，所述通讯处理板、模拟量处理板和状态量开关量处理板都是含有一个CPU处理器的智能板。其中所述通讯处理板通过所述机箱背板电路以及机箱间通讯连接口和其他智能板连接，达到多CPU之间协同工作的目的。所述基于DSP的模拟量处理板和/或状态量和开关量处理板通过机箱背板电路监控就近的所述接口板采集的电力状态。

为使本发明的特点及优点更加明显，以下对本发明所涉及电力现场监控设备的模块进行更详细的说明。

本发明所涉及的电力现场监控设备采用模块化设计，各模块独立成一个功能单元，机箱提供模块接口，并将各模块连接成一个***。在该实施例中，标准的功能模块有7种，如图1所示，它们按图顺序从左至右分别是：通信主模块，电压电流采集模块，遥测处理模块，遥信采集模块，遥信遥控处理模块，遥控输出模块以及电源模块。

对于以上各模块，将结合图2-8进行详细描述。

所述通信主模块如图2所示，负责所述电力现场监控设备与主站及其他设备之间的通讯，与DSP芯片的数据传输以及所述电力现场监控设备内部***数据的处理。该通信主模块配置多种通信接口，其中有2个CAN现场总线口，3个RS232通讯串口以及3个RS485通讯串口。另配有2个10/100M以太网RJ45网络接口。并且相应于所述CAN现场总线口、RS232通讯串口以及RS485通讯串口分别配置有用于显示通信状态的通信状态灯。

所述电压电流采集模块如图3所示，负责现场工程数据的采集，即遥测，该模块可以采集12路交流电压、12路交流电流(或24路交流电压/24路交流电流)以及4路直流电量(电压或电流)，在采集交流电量时，该模块通过互感器隔离方式将采集调理数据传输到DSP的A/D模块进行内部处理运算。所述电压电流采集模块包括有交流采集进线出线、电流端子、电压端子、直流采集端子、直流公共接线端子，并且这些端子的数量可根据需要设置。

所述遥测处理模块如图4所示，内含一块DSP中央处理器芯片与两块A/D转换芯片，该模块用于处理采集的遥测数据，将所采集的遥测数据经过内部程序的处理运算，得到相/线电流、相/线电压、有功功率、无功功率、相序、相角以及其他参数等。所述遥测处理模块配置两个CAN BUS现场总线接口、以及两个232/485串行通信接口，并且相应于各接口配置相应的通信状态灯。

所述遥信采集模块如图5所示，负责状态量的监视，例如开关的变位与状态。该模块可以实现32个状态量的监视功能。该模块的具有直流24V输出端子，其输出直流24V电压，作为内部遥信母线。每个遥信模块的直流24V输出端子与其他遥信模块的“DI24V”相互独立。所述遥信采集模块包括32路遥信接线端子、遥信母线端子、以及直流24V输出端子。

所述遥信遥控处理模块如图6所示，内含一块DSP中央处理器芯片，该模块用于处理遥信模块的输入和控制遥控模块的输出。所述遥信遥控处理模块配置两个CAN BUS现场总线接口、两个232/485串行通信接口，并且配置有运行状态灯、通信状态灯、以及相应于所述遥信遥控处理模块各接口的通信状态灯。

所述遥控输出模块如图7所示，执行主站下发的遥控操作命令，遥控开关的分与合，该模块可以实现16路遥控输出。遥控模块的输出端子可以独立使用，也可以组成合/分闸对使用。所述遥控输出模块包括遥控进线出线端子、16路遥控输出端子、以及24V直流输出端子。

所述电源模块如图8所示，为整个装置供电，电源模块的输入为AC/DC220V或110V，输出为DC 27V。本装置采用交流电源/蓄电池供电方式。该模块实现原副边隔离，隔离强度高，抗干扰能力强，具有充电功能，可对蓄电池充电，在交流断电时电池可不间断的对装置供电，此外还具有对蓄电池的保护功能。装置正常运行时，电源模块在交流有电时可对蓄电池进行充电，同时为本装置供电；当交流失电时，蓄电池对电源模块供电，零切换时间，使本装置正常运行。当蓄电池放电到关断点时，电源模块切断蓄电池的输出，装置断电。当交流重新上电时，电源模块重复为蓄电池充电。所述电源模块包括交直流220V输入端子、失电告警端子、蓄电池放电告警端子、直流24V输出端子、以及蓄电池接线端子。

在技术架构上，根据本发明的电力现场监控设备按四层构建和实施，如图9所示，所述四层分别是：

第一层为物理层，包括各种物理硬件接口，主要接入和调理外部信号；

第二层为采集处理层，主要是各个物理接口的采集驱动和通讯接口驱动，经过本层处理，测控装置获得外部物理信号的数字化数据；

第三层为核心业务层，主要对采集数据相应处理并用数据库进行管理，对各个通讯接口的通讯过程进行控制，对采集和控制任务进行调度；

第四层为综合业务层，主要针对测控装置的应用环境进行相应的数据映射和图形显示，使得最终显示和提供的数据符合应用的需求；同时提供远方和当地进行测控装置的***管理。

所述电力现场监控设备，通过程序设计可完成复杂的数据采集、逻辑和过程控制等功能，选择适宜的通讯方式和协议可实现远程测控。在制造中，采用工业质量标准，能适应地理环境恶劣无人值守的应用方式，可广泛用于工业自动化领域。模块化的组装方便了实际应用。

所述电力现场监控设备内部ARM嵌入式的操作***，既可实现ARM处理器与DSP芯片之间的通讯，又可实现远动终端与主站的通讯，并自动完成运行管理工作。同时，提供实时看门狗定时器和现场数据掉电保护等丰富实用的控制功能。所述电力现场监控设备执行的任务流程取决于下载到ARM处理器与DSP芯片中的程序。

设备具有多个输入输出接口，实现所述电力现场监控设备与现场信号的连接。这些输入输出接口在符合工业标准的基础上有多种样式，满足多种信号类型。如：模拟量、数字量、脉冲量等信号。可用于测量电压、电流等信号。

所述电力现场监控设备可在工业标准供电的环境下应用。电源模块具有多项保护措施，可选用220V/110V交直流电、24V直流电源、蓄电池方式供电。在一般条件下，可组成无人值守工作站或数据转发站。

所述电力现场监控设备具有性能稳定、功能全面、配置灵活、安装方便等优点，可在铁路、水利、电力等自动化控制领域广泛应用。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，所述仅为本发明的较佳实施例而已，其说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并非用于限定本发明的保护范围。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电力现场监控设备，采用可插拔分布式结构，其特征在于：

所述电力现场监控设备包括：一个或多个机箱及机箱背板电路板，和机箱间通讯连接口；

并且每个机箱包括：一个基于ARM处理器的通讯处理板，一个或多个基于DSP的模拟量处理板，一个或多个基于DSP的状态量和开关量处理板，一个或多个配合模拟量处理板的电流信号或者电压信号转换和隔离的接口板，一个或多个配合状态量和开关量处理板隔离状态和开关的接口板，一个给机箱设备供电的为蓄电池充放电的电源板；

所述通讯处理板、模拟量处理板和状态量和开关量处理板分别都是含有一个CPU处理器的智能板，其中所述通讯处理板通过机箱背板电路板以及机箱间通讯连接口和其他智能板连接，以使多个CPU之间协同工作，所述基于DSP的模拟量处理板和/或状态量和开关量处理板通过机箱背板电路板监控就近的所述接口板采集的电力状态；

所述电力现场监控设备包括物理层、采集处理层、核心业务层和综合业务层四层技术架构；其中，第一层为物理层，包括各种物理硬件接口，主要接入和调理外部信号；第二层为采集处理层，主要是各个物理硬件接口的采集驱动和通讯接口驱动，经过本层处理，测控装置获得外部物理信号的数字化数据；第三层为核心业务层，主要对采集数据相应处理并用数据库进行管理，对各个通讯连接口的通讯过程进行控制，对采集和控制任务进行调度；第四层为综合业务层，主要针对测控装置的应用环境进行相应的数据映射和图形显示，使得最终显示和提供的数据符合应用的需求，同时提供远方和当地进行测控装置的***管理。

2.如权利要求1所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述机箱及机箱背板电路板为配套使用，能够根据现场需要定制外形尺寸。

3.如权利要求1所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述电力现场监控设备机箱内部电路采用模块化设计，各模块独立成一个功能单元，机箱提供模块接口，并将各模块连接成一个***。

4.如权利要求3所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述电力现场监控设备机箱内部的模块包括：通信主模块，电压电流采集模块，遥测处理模块，遥信采集模块，遥信遥控处理模块，遥控输出模块及电源模块，所述各模块分别布置在各个相应电路板上。

5.如权利要求4所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述通信主模块负责所述电力现场监控设备与主站及其他设备之间的通讯，与DSP芯片的数据传输以及所述电力现场监控设备内部***数据的处理，该通信主模块配置多种通信接口；

所述电压电流采集模块负责现场工程数据的采集；

所述遥测处理模块内含一块DSP中央处理器芯片与两块A/D转换芯片，该遥测处理模块用于处理采集的遥测数据，将所采集的遥测数据处理运算，得到相/线电流、相/线电压、有功功率、无功功率、相序、相角；

所述遥信采集模块负责状态量的监视；

所述遥信遥控处理模块，内含一块DSP中央处理器芯片，该遥信遥控处理模块用于处理遥信模块的输入和控制遥控模块的输出；

所述遥控输出模块执行主站下发的遥控操作命令，遥控开关的分与合；

所述电源模块为供电装置。

6.如权利要求5所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述电压电流采集模块采集12或24路交流电压、12或24路交流电流，以及4路直流电量，在采集交流电量时，该模块通过互感器隔离方式将采集调理数据传输到DSP的A/D模块进行内部处理运算；

所述遥信采集模块具有32路遥信接线端子，从而实现32个状态量的监视功能；

所述遥控输出模块实现16路遥控输出；

所述电源模块的输入为AC/DC 220V或110V，输出为DC 27V。

7.如权利要求5或6所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述通信主模块配置有2个CAN现场总线口，3个RS232通讯串口以及3个RS485通讯串口，2个10/100M以太网RJ45网络接口，并且相应于所述CAN现场总线口、RS232通讯串口以及RS485通讯串口分别配置有用于显示通信状态的通信状态灯；

所述电压电流采集模块包括有交流采集进线出线、电流端子、电压端子、直流采集端子、直流公共接线端子；

所述遥测处理模块配置两个CAN BUS现场总线接口、以及两个232/485串行通信接口，并且相应于各接口配置相应的通信状态灯；

所述遥信采集模块具有直流24V输出端子，其输出直流24V电压，作为内部遥信母线，每个遥信采集模块的直流24V输出端子与其他遥信采集模块的直流24V输出端子相互独立，所述遥信采集模块包括32路遥信接线端子、遥信母线端子、以及直流24V输出端子；

所述遥信遥控处理模块配置有两个CAN BUS现场总线接口、两个232/485串行通信接口，并且配置有运行状态灯、通信状态灯、以及相应于所述遥信遥控处理模块各接口的通信状态灯；

所述遥控输出模块的输出端子独立使用，或组成合/分闸对使用，所述遥控输出模块包括遥控进线出线端子、16路遥控输出端子、以及24V直流输出端子。

8.如权利要求5或6所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述电源模块采用交流电源/蓄电池供电方式，该模块实现原副边隔离，具有充电功能，能够对蓄电池充电，在交流断电时电池不间断的对装置供电，此外还具有对蓄电池的保护功能，装置正常运行时，电源模块在交流有电时可对蓄电池进行充电，同时为本装置供电；当交流失电时，蓄电池对电源模块供电，零切换时间，使电源模块正常运行；当蓄电池放电到关断点时，电源模块切断蓄电池的输出，从而断电；当交流重新上电时，电源模块重复为蓄电池充电；所述电源模块包括交直流220V输入端子、失电告警端子、蓄电池放电告警端子、直流24V输出端子、以及蓄电池接线端子。

9.如权利要求7所述的电力现场监控设备，其特征在于：

所述电压电流采集模块所包含端子的数量能够根据需要设置。

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