CN111510360A - 电气设施远程多路信号综合采集*** - Google Patents

电气设施远程多路信号综合采集*** Download PDF

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CN111510360A CN202010282055.1A CN202010282055A CN111510360A CN 111510360 A CN111510360 A CN 111510360A CN 202010282055 A CN202010282055 A CN 202010282055A CN 111510360 A CN111510360 A CN 111510360A
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electrical
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席建成
刘哲
魏光雷
王伟
廖正良
刘国峰
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Abstract

本发明公开了一种电气设施远程多路信号综合采集***，传感器安装在电气设施上并获取各项参数；总线通信模块各项参数给主机模块；主机模块采用轮询的方式与总线通信模块挂载的所有设备进行通信，发送执行指令，接收来自传感器的数据，打包帧数据并上传至***平台，控制多路通信模块的工作模式；多路通信模块至少同时使用两种通信电路模块作为并行信道；***平台用于注册、接收、数据处理、规则判断、存储及数据综合显示、数据报表导出、控制指令下发以及后台管理功能，完成远程目标数据监测和报警处置。在电气设施上安装传感器，获取各电气设施的各项参数，实时显现远程目标多数据汇总，进行设备巡检、故障主动报警处置。

Description

电气设施远程多路信号综合采集***
技术领域
本发明涉及电气技术领域，特别是指一种电气设施远程多路信号综合采集***。
背景技术
管理部门对其电气设施管理，需要知悉其运行状态(包括动态运行参数、环境参数)，如对高低压配电柜，供电中继、变电站、移动商基站(铁塔公司)，冷链车辆等市场上早期生产的产品或部位进行监测，因其存在智能化程度不高、集成度不高，基本是依靠人工管理，需要携带仪器仪表到现场进行采集数据，包括目视，接入式测试等，实时性程度也不高，效率也低，还同时存在着一定的安全危险性，采集数据较为困难及时效性不强。
发明内容
本发明提出一种电气设施远程多路信号综合采集***，市场上早期生产的产品或部位监测依靠人工管理，需要携带仪器仪表到现场进行采集数据，包括目视，接入式测试等，实时性程度也不高，效率也低，还同时存在着一定的安全危险性，采集数据较为困难及时效性不强的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电气设施远程多路信号综合采集***，包括***平台、多路通信模块、主机模块、总线通信模块和若干种类的传感器，所述***平台、多路通信模块、主机模块、总线通信模块和传感器依次连接，
所述传感器用于安装在电气设施上，获取电气设施的各项参数；
所述总线通信模块用于汇总接收所述传感器返回的各项参数给所述主机模块；
所述主机模块采用轮询的方式与总线通信模块挂载的所有设备进行通信，发送执行指令，接收来自传感器的数据，打包帧数据，控制多路通信模块的工作模式，将打包后的数据上传至所述***平台；还用于解析并执行所述***平台下发的控制命令；
所述多路通信模块包括多种通信电路模块，至少同时使用其中两种通信电路模块作为并行信道；
所述***平台用于注册、接收、数据处理、规则判断、存储及数据综合显示、数据报表导出、控制指令下发以及后台管理功能，完成远程目标数据监测和报警处置。
作为本发明的一个优选实施例，所述***平台由依次连接的数据前置机、WEB服务器、数据库服务器组成，所述数据前置机包括人机交互界面，所述WEB服务器用于解析、运行和处理数据，所述数据库服务器用于存储数据，为所述WEB服务器提供数据支持。
作为本发明的一个优选实施例，所述多路通信模块包括但不限于NB通信模块、4G/5G通信模块、RS232通信模块、RS485通信模块和网络通信模块。
作为本发明的一个优选实施例，所述主机模块还用于将自身工作状态、多路通信模块的工作状态、总线通信模块的工作状态、传感器的工作状态和电源模块的工作状态转换为数据并打包上传至***平台，并选择性对电源模块的电能使用进行控制。
作为本发明的一个优选实施例，所述总线通信模块为Modbus通信模块。
作为本发明的一个优选实施例，所述传感器包括Modbus传感器和开关量传感器，所述Modbus设备通过所述总线通信模块与所述主机模块连接，所述开关量传感器通过协议转换模块与所述总线通信模块、所述主机模块依次连接。
作为本发明的一个优选实施例，所述传感器固定在上盖、下盖合体结构内，上盖、下盖通过螺丝固定。
作为本发明的一个优选实施例，所述上盖和下盖之间设有密封垫圈。
本发明的有益效果在于：在电气设施上安装传感器，获取各电气设施的各项参数，掌控远程多目标的实际运行情况，并可根据大数据判断，下发给指定人员，或由中心指挥人员下单派送对，对运行维护以及应急处置。实时显现远程目标多数据汇总，进行设备巡检、故障主动报警处置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种电气设施远程多路信号综合采集***的原理框图；
图2为电源模块一个实施例的原理框图；
图3为上盖的结构示意图；
图4为下盖的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提出了一种电气设施远程多路信号综合采集***，包括***平台、多路通信模块、主机模块、总线通信模块和若干种类的传感器，***平台、多路通信模块、主机模块、总线通信模块和传感器依次连接，
传感器用于安装在电气设施上，获取电气设施的各项参数；
总线通信模块用于汇总接收传感器返回的各项参数给主机模块；
主机模块采用轮询的方式与总线通信模块挂载的所有设备进行通信，发送执行指令，接收来自传感器的数据，打包帧数据，控制多路通信模块的工作模式，将打包后的数据上传至***平台；还用于解析并执行***平台下发的控制命令；主机模块还用于将自身工作状态、多路通信模块的工作状态、总线通信模块的工作状态、传感器的工作状态和电源模块的工作状态转换为数据并打包上传至***平台，并选择性对电源模块的电能使用进行控制。主机模块以32位微处理器为核心，实现多量纲数据转换、协议控制、数据综合、通信信道控制、工作状态分析、接口参数查询、远程指令解析等功能。
多路通信模块包括多种通信电路模块，至少同时使用其中两种通信电路模块作为并行信道；多路通信模块包括但不限于NB通信模块、4G/5G通信模块、RS232通信模块、RS485通信模块和网络通信模块。
***平台由依次连接的数据前置机、WEB服务器、数据库服务器组成，数据前置机包括人机交互界面，WEB服务器用于解析、运行和处理数据，数据库服务器用于存储数据，为WEB服务器提供数据支持。***平台用于注册、接收、数据处理、规则判断、存储及数据综合显示、数据报表导出、控制指令下发以及后台管理功能，完成远程目标数据监测和报警处置，使巡检人员摆脱手工记录、现场抄表、远离危险场合下作业，提高了安全性，实时性，便利快捷，管理高效。
总线通信模块为Modbus通信模块。主机模块与各传感器的通信控制通过一对RS-485通信线实现，为除数字电表和综合保护器之外的传感器提供电源由一对直流电源线实现，电源线电压12V，电流不小于500mA。内部总线采用Modbus协议通信，主机模块是每一次通信的发起者。总线上的所有设备采用统一的9600bps的传输速率。
传感器包括Modbus传感器和开关量传感器，Modbus设备通过总线通信模块与主机模块连接，开关量传感器通过协议转换模块与总线通信模块、主机模块依次连接。
本发明可用于配电柜、配电设施、中继站、移动基站、配电机房、油机发电***以及需要进行环境、电气参数、安全监控等所要监控的目标等。数字电表和综合保护器都是整机设备可直接连接Modbus总线，其它传感器则是采用无源器件，因此需要研制专门的协议转换器，比如振动、弧光、温度、噪音、红外5种传感器即为非Modbus传感器。
协议转换器采用8位单片机实现，解释转换各种传感器的模拟量或数字量，每个协议转换器一般只能连接一个传感器，具备二进制拨码开关设置Modbus地址，并根据需要设计LED灯显示状态或模拟量调节旋钮。Modbus地址为1--255，每连续4个地址为一节，对应相同的设备。
Figure BDA0002446983560000051
如图2所示，电源模块包括220V/AC开关电源、线性直流模块、锂电池充电器、锂电池、电源隔离装置。连接配电设施内部提供的220V单相交流电源，为整个***提供直流电源，并具备在市电断电后持续工作的能力。具有电池记忆功能，通过大电容充放电保证12秒，保证有用信息上报给中心，正常进行主机关机。
如图3和图4所示，传感器固定在上盖、下盖合体结构内，上盖、下盖通过螺丝固定。上盖和下盖之间设有密封垫圈。所有壳体结构以及电路设计，采用搞盐雾、电磁兼容、牢固性、防尘、防水等结构上进行防护措施。同时内部电路采取冗余设计原则，在***、信道、采集等诸多方面预留至少50％以上的载荷裕量，保证***健壮性，同时为将来可能的扩容建设预先打好基础。
主机模块内嵌程序功能如下：
数据采集：数据采集通过RS-485/Modbus总线完成，采集对象包括数字电表、振动传感器等，最多12个Modbus终端设备。
形成数据帧：至少需要形成两种数据帧，一种是正常工作时的大数据帧，另一种是无市电时的小数据帧。
上传数据：根据ROM设置和指令，NB-iot、4G、RJ-45网口、RS-232接口中的一个或多个上传数据，其中前三种信道的目标地址和端口可以设置，4G和RJ-45网口的协议(TCP或UDP)可以设置。
节能：检测当前电源是市电还是电池，如果是电池供电则进入节能状态，在节能状态下，每隔一定时间开机并上传必要的数据。
主机模块的工作流程如下：
2.1首先需要在flash设置好主要参数包括：
*基本参数ID、版本号等
*通信参数
NB目标地址、端口
4G目标地址、端口、协议(TCP/UDP)，是否建立连接
RJ-45网口目标地址、端口、协议(TCP/UDP)，是否建立连接
*控制参数
采集上传数据帧的周期，包括市电正常时的周期和无市电时的周期
*另外，需要在ram设置好默认的modbus指令
2.2主要的函数方法
*对通信模块操作的函数
建立连接，发送数据，通过中断的方式接收指令，采集模块工作状态等。
*数据处理函数
拼接发送数据帧，处理接收到的指令
*时间函数
通过RTC走时，时间函数主要处理时差，以及各种定时器。
2.3流程
2.3.1主要状态
供电状态
信道状态
中断状态
2.3.2初始化
定义灯号
GPIO、端口初始化--自动生成
模块初始化--参数设置，建立连接
中断、DMA相关初始化
时钟初始化
2.3.3while循环
当条件触发或有数据时，进行重复性的接收，打包，发送等。
本发明中的接收及处理信号的主机模块，接入各种传感器或原设施仪表接口进行数据通信采集，将采集到模拟或数字信号，经过主机模块接收、处理、打包，通过传输协议，利用无线网络通道、将信息传递给中继或直接传到中心服务器，这些模拟或数字信息间接或直接反应其设施的电力、环境、安防、附属设施(如空调、电池组、UPS等)的电气性能参数，上传至中心并转化成可读信息，供管理人员掌控远程多目标的实际运行情况，并可根据大数据判断，下发给指定人员，或由中心指挥人员下单派送对，对运行维护以及应急处置。实时显现远程目标多数据汇总，进行设备巡检、故障主动报警处置。实时性的数据，帮助管理人员进行决策分析，可根据监控平台指令决定采集的内容和频度，按照约定格式向平台上传数据，或向其它部门或单位进行相关数据推送，实现数据共享。
本发明具有多路数据并发采集的功能，通过Modbus工业总线，提供多种数据采集。目前开发的具有位置定位(GPS或基站定位)、移动报警、震动报警、电气参数(电压、电流、功率)，环境(温湿度、PM2.5灰尘、危险进水预警)参数，开关状态(工作及未工作，正常与不正常，故障状态等)，供电电池组优劣(监测电压、内阻、电流触点温度数据判别)检测、危险(弧光、跳闸声响、异常声响)检测、动物进入、视频监控，实现无人值守远程式巡检。
上盖下盖通用或改进结构适合种类电气环境监测。仅改变其内部程序或接口，实现更多种类数据采集及传输，根据用户需要，订制生产提供全套或部分传感设备。
以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电气设施远程多路信号综合采集***，包括***平台、多路通信模块、主机模块、总线通信模块和若干种类的传感器，所述***平台、多路通信模块、主机模块、总线通信模块和传感器依次连接，其特征在于：
所述传感器用于安装在电气设施上，获取电气设施的各项参数；
所述总线通信模块用于汇总接收所述传感器返回的各项参数给所述主机模块；
所述主机模块采用轮询的方式与总线通信模块挂载的所有设备进行通信，发送执行指令，接收来自传感器的数据，打包帧数据，控制多路通信模块的工作模式，将打包后的数据上传至所述***平台；还用于解析并执行所述***平台下发的控制命令；
所述多路通信模块包括多种通信电路模块，至少同时使用其中两种通信电路模块作为并行信道；
所述***平台用于注册、接收、数据处理、规则判断、存储及数据综合显示、数据报表导出、控制指令下发以及后台管理功能，完成远程目标数据监测和报警处置。
2.根据权利要求1所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述***平台由依次连接的数据前置机、WEB服务器、数据库服务器组成，所述数据前置机包括人机交互界面，所述WEB服务器用于解析、运行和处理数据，所述数据库服务器用于存储数据，为所述WEB服务器提供数据支持。
3.根据权利要求1所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述多路通信模块包括但不限于NB通信模块、4G/5G通信模块、RS232通信模块、RS485通信模块和网络通信模块。
4.根据权利要求1所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述主机模块还用于将自身工作状态、多路通信模块的工作状态、总线通信模块的工作状态、传感器的工作状态和电源模块的工作状态转换为数据并打包上传至***平台，并选择性对电源模块的电能使用进行控制。
5.根据权利要求1所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述总线通信模块为Modbus通信模块。
6.根据权利要求1或5所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述传感器包括Modbus传感器和开关量传感器，所述Modbus设备通过所述总线通信模块与所述主机模块连接，所述开关量传感器通过协议转换模块与所述总线通信模块、所述主机模块依次连接。
7.根据权利要求6所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述传感器固定在上盖、下盖合体结构内，上盖、下盖通过螺丝固定。
8.根据权利要求7所述的电气设施远程多路信号综合采集***，其特征在于：所述上盖和下盖之间设有密封垫圈。
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