CN103424649A - 一种能效采集终端 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种能效采集终端，其包括中央处理器CPU模块(10)，以及分别与所述CPU模块双向电连接的A/D采集模块(201)，电量采集模块(202)，开关量模块(203)，人机交互模块(204)，上行通信模块(205)，下行通信模块(206)，就地通信模块(207)，电源模块(208)，时钟模块(209)和存储器模块(210)。本发明通过对设备用电数据和设备出力能量数据的实时采集，通过CPU模块实现能效数据的实时计算，大大提高了数据的处理效率，同时标准的数据可上传至云数据中心进行更进一步的处理，使得能量规范处理成为可能。
Description
技术领域
本发明属于信息采集技术领域，特别地涉及一种能效采集终端。
背景技术
对于国家***一直推进的合同能源管理模式进行节能技改、余热发电项目，长期以来存在节能率标定问题，用能方和投资方异议很大，一旦要求节能仲裁也非常困难，原因是缺乏技术和设备进行实际节能量标定。实际节能率标定是复杂的，因为工况在变，例如锅炉的蒸汽产量可以是从30t/h到75t/h，通常情况负荷越重节能率越低，纯粹知道节能技改后的用能量不能说明节能了多少，而必须知道不同负荷分别运行了多少时间，再对照双方标定的不同负荷的节能率，才有办法相对准确计算出节能总量。
目前国内的能源采集终端主要分三类：
第一类：电力部用于远程自动抄表的电能量数据采集终端，包括有功、无功电量、负荷曲线，还可以兼采集谐波信号等，其功能齐全，但用途单一，只能采集电能量信号。通迅方式包括低压电力载波、网络、485、232、红外、GPRS等，但低压电力载波因国内电网污染严重，通信成功率一直未能突破95％。
第二类：基于数据采集RTU(远程终端装置，Remote Terminal Unit)，只能采集信号量的瞬时信号，如电压、电流、温度、压力、流量等，不能形成累积信号和负荷曲线，这不是一种能源信号的数据采集终端。能源信号必须有累积量信号，所以基于这类方案的能源数据累积只能通过上位机软件解决，因为数据传输失败等原因会导致数据丢失，上位机的安全性也可能导致数据丢失，形成的能源格式五花八门，不便于职能部门获取和管理。
第三类：数据中转终端，借助智能仪表采集好的能量等任何信号，采集终端仅仅通过485等规约进行转发、收集作用。
由于控制器、监测***、控制***等品牌繁多，各自的定义和结构差距极大，尽管其数据均可以通过各种信道送往远程的监测***和云平台，但数据定义、格式***，数据各有标准、互不通用，远程监测***和云平台必须个性化的处理，有资格的职能部门要适应不同的***和数据格式，造成数据处理的效率不高，成本较大。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，避免造成现有技术中能效采集终端提供的数据类型不统一，数据需上传至上位机进行处理后才成为标准的能源数据，造成***数据不合理，处理效率不高的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能效采集终端，用于实现能耗设备的能量数据的自动采集，传输和处理，实现耗能设备能效的实时在线监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种能效采集终端，包括中央处理器CPU模块，以及分别与所述CPU模块双向电连接的A/D采集模块，电量采集模块，开关量模块，人机交互模块，上行通信模块，下行通信模块，就地通信模块，电源模块，时钟模块和存储器模块，
所述A/D采集模块的一路用于对水泵、风机、空压机等设备采集设备做功介质的流量A1，其中水泵是水等流体，风机是风，空压机是空气等流体；A/D采集模块的一路采集设备做功介质的出口压力A2；A/D采集模块的再一路采集设备做功介质的进口压力A3；
所述电量采集模块用于采集三相电或单相电的电量，其中采集实时的电压和对应的电流信息，电压信号乘以电流信号，再对时间积分，即为电量的电度数Q；
所述CPU模块用于接收所述A/D采集模块输出的标准信号和所述电量采集模块输出的电量进行处理输出能量数据，其中，在CPU模块中将设备做功介质的出口与进口的压力差A2-A3乘以设备做功介质的流量A1，再对时间积分，得到设备的做功出力能量信号P；
所述CPU模块通过设备用电数据Q除以设备出力的能量数据P，计算出设备能效η，所述电源模块用于通过CPU模块控制电源模块的电源电压的输出与断开，同时提供AC220V和AC110V两种规格的交流电压输出；通过CPU模块控制电源模块电源输出的方式：如三相四线电，三相三线电中的其中某一相；通过CPU模块控制电源模块电流的输出与否；同时通过电源模块控制电源模块的两路直流电平的输出；所述时钟模块用于为CPU模块及外设提供可编程的时钟信号；所述存储器模块用于存放程序，原始数据，程序运行中间产生的结果和最终运行结果，并根据用户指令或程序指令输出相应位置的信息；所述人机交互模块用于供操作者通过各种指令传输工具发出指令让工装设备完成相应的功能；所述开关量模块用于支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
优选地，所述CPU模块为8位单片机、ARM系列32位CPU，或16位或32位的DSP芯片。
优选地，所述上行通信模块为GPRS模块、网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
优选地，所述下行通信模块为网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
优选地，所述就地通信模块为232模块、485模块或红外通信模块中的至少一个。
优选地，所述人机交互模块为LCD模块、LED模块和键盘模块。
优选地，所述开关量模块为常规的开关量输入模块和开关量输出模块。
与现有技术采用的智能采集终端相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明实施例实现的能效采集终端既有电量采集模块，也有A/D采集模块，A/D采集模块输入的是与设备出力的能量有关的标准信号，通过内部CPU模块对这些标准信号进行乘积并对时间积分等处理计算出设备出力的能量数据，实现标准数据的输出；
(2)电量采集模块用于采集三相电或单相电的电量，内部程序将采集的电压信号乘以电流信号，再对时间积分，即为电量的电度数，电量采集模块用于采集设备的用电数据；
(3)通过对设备用电数据和设备出力能量数据的实时采集，通过CPU模块实现能效数据的实时计算，大大提高了数据的处理效率，同时标准的数据可上传至云数据中心进行更进一步的处理，使得能量规范处理成为可能。
附图说明
图1为本发明实施例的能效采集终端的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参考图1，所示为本发明实施例的能效采集终端的结构框图，其包括中央处理器CPU模块10，以及分别与所述CPU模块双向电连接的A/D采集模块201，电量采集模块202，开关量模块203，人机交互模块204，上行通信模块205，下行通信模块206，就地通信模块207，电源模块208，时钟模块209和存储器模块210，A/D采集模块201的一路用于对水泵、风机、空压机等设备采集设备做功介质的流量A1，其中水泵是水等流体，风机是风，空压机是空气等流体；A/D采集模块201的一路采集设备做功介质的出口压力A2；A/D采集模块201的再一路采集设备做功介质的进口压力A3；电量采集模块202用于采集三相电或单相电的电量，其中采集实时的电压和对应的电流信息，电压信号乘以电流信号，再对时间积分，即为电量的电度数Q；CPU模块10用于接收A/D采集模块201输出的标准信号和电量采集模块202输出的电量进行处理输出能量数据，其中，在CPU模块10中将设备做功介质的出口与进口的压力差A2-A3乘以设备做功介质的流量A1，再对时间积分，得到设备的做功出力能量信号P；CPU模块通过设备用电数据Q除以设备出力的能量数据P，计算出设备能效η，电源模块208用于通过CPU模块10控制电源模块208的电源电压的输出与断开，同时提供AC220V和AC110V两种规格的交流电压输出；通过CPU模块10控制电源模块208电源输出的方式：如三相四线电，三相三线电中的其中某一相；通过CPU模块10控制电源模块208电流的输出与否；同时通过电源模块208控制电源模块208的两路直流电平的输出；时钟模块209用于为CPU模块10及外设提供可编程的时钟信号；存储器模块210用于存放程序，原始数据，程序运行中间产生的结果和最终运行结果，并根据用户指令或程序指令输出相应位置的信息；人机交互模块204用于供操作者通过各种指令传输工具发出指令让工装设备完成相应的功能；开关量模块203用于支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
通过以上实施例的能效采集终端，其具体工作过程如下：
(1)A/D采集模块201输入的是与能量有关的标准信号，通过CPU模块10对这些标准信号进行乘积并对时间积分等处理计算出能量数据，可实现能量采集终端直接的能量计算，避免了不同类型数据上传至上位机处理带来的不稳定性原因，提高了能量采集的可靠性。
(2)对水泵、风机、空压机等设备，A/D采集模块的一路采集设备做功介质(水泵是水等流体、风机是风、空压机是空气等流体)的流量C1、一路采集设备做功介质的出口压力C2、再一路采集设备做功介质的进口压力C3，在采集终端的内部程序中将设备做功介质的出口与进口的压力差(C2-C3)乘以设备做功介质的流量C1，再对时间积分，就是设备的做功出力能量信号：
P＝∫(C2-C3)*C1*dt。
(3)可实时获取做功出力设备的能效，大大提高了数据的处理效率，同时标准的数据可上传至云数据中心进行更进一步的处理，使得能量规范处理成为可能。
设备能效采集终端的CPU模块根据设备用电数据Q、设备出力的能量数据P，计算出设备能效：
η＝P/Q
同时设备能效采集终端同时可以记录P、Q、η的负荷曲线。
在具体应用实例中，CPU模块10可采用8位单片机、ARM系列32位CPU，或16位或32位的DSP芯片。上行通信模块205为GPRS(General Packet RadioService，通用无线分组服务)模块、网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。下行通信模块206为网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。就地通信模块207为232模块、485模块或红外通信模块中的至少一个，用于CPU模块与人机交互模块之间的数据通信。人机交互模块204为LCD模块、LED模块和键盘模块，用于显示相关参数，显示设备状态或输入参数。开关量模块为常规的开关量输入模块和开关量输出模块。
通过以上实施例实现的能效采集终端安装在用能设备现场，采集到的能量数据通过网络、GPRS信道等送到云平台，用户和有资格的职能部门可以从云平台获得规范的能源数据，便于实现能源数据的统一化、规范化和标准化处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种能效采集终端，其特征在于，包括中央处理器CPU模块(10)，以及分别与所述CPU模块双向电连接的A/D采集模块(201)，电量采集模块(202)，开关量模块(203)，人机交互模块(204)，上行通信模块(205)，下行通信模块(206)，就地通信模块(207)，电源模块(208)，时钟模块(209)和存储器模块(210)，
所述A/D采集模块(201)的一路用于对水泵、风机、空压机等设备采集设备做功介质的流量A1，其中水泵是水等流体，风机是风，空压机是空气等流体；A/D采集模块(201)的一路采集设备做功介质的出口压力A2；A/D采集模块(201)的再一路采集设备做功介质的进口压力A3；
所述电量采集模块(202)用于采集三相电或单相电的电量，其中采集实时的电压和对应的电流信息，电压信号乘以电流信号，再对时间积分，即为电量的电度数Q；
所述CPU模块(10)用于接收所述A/D采集模块(201)输出的标准信号和所述电量采集模块(202)输出的电量进行处理输出能量数据，其中，在CPU模块(10)中将设备做功介质的出口与进口的压力差(A2-A3)乘以设备做功介质的流量A1，再对时间积分，得到设备的做功出力能量信号P；
所述CPU模块通过设备用电数据Q除以设备出力的能量数据P，计算出设备能效η，所述电源模块(208)用于通过CPU模块(10)控制电源模块(208)的电源电压的输出与断开，同时提供AC220V和AC110V两种规格的交流电压输出；通过CPU模块(10)控制电源模块(208)电源输出的方式：如三相四线电，三相三线电中的其中某一相；通过CPU模块(10)控制电源模块(208)电流的输出与否；同时通过电源模块(208)控制电源模块(208)的两路直流电平的输出；所述时钟模块(209)用于为CPU模块(10)及外设提供可编程的时钟信号；所述存储器模块(210)用于存放程序，原始数据，程序运行中间产生的结果和最终运行结果，并根据用户指令或程序指令输出相应位置的信息；所述人机交互模块(204)用于供操作者通过各种指令传输工具发出指令让工装设备完成相应的功能；所述开关量模块(203)用于支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
2.根据权利要求1所述的能效采集终端，其特征在于，所述CPU模块(10)为8位单片机、ARM系列32位CPU，或16位或32位的DSP芯片。
3.根据权利要求1所述的能效采集终端，其特征在于，所述上行通信模块(205)为GPRS模块、网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的能效采集终端，其特征在于，所述下行通信模块(206)为网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的能效采集终端，其特征在于，所述就地通信模块(207)为232模块、485模块或红外通信模块中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的能效采集终端，其特征在于，所述人机交互模块(204)为LCD模块、LED模块和键盘模块。
7.根据权利要求1所述的能效采集终端，其特征在于，所述开关量模块为常规的开关量输入模块和开关量输出模块。
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