在線式電能綜合質(zhì)量分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量分析儀器。一種在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，包括信號采樣電路，核心CPU模塊，can總線接口電路，信號采樣電路從外電網(wǎng)輸入端采集兩路三相電的電壓、電流信號，所述電壓、電流信號通過隔離轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為電壓信號，再輸入到核心CPU模塊；電壓信號采集是在采樣位置與所述隔離轉(zhuǎn)換板之間連接一采樣線，并通過一保險(xiǎn)裝置連接到隔離轉(zhuǎn)換板輸入端，所述核心CPU模塊通過通訊端口與can總線接口電路連接。本發(fā)明在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，用于鐵路信號機(jī)械室內(nèi)對外電網(wǎng)輸入的電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測、分析，能連續(xù)、實(shí)時(shí)、高分辨率地監(jiān)測外電網(wǎng)的電能質(zhì)量，滿足了電務(wù)段對于供電結(jié)合部管理的實(shí)際需要。
【專利說明】在線式電能綜合質(zhì)量分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量分析儀器，用于鐵路信號機(jī)械室內(nèi)對外電網(wǎng)輸入的電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測、分析。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，尤其是高速鐵路的大面積開通運(yùn)行，在推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也對鐵路信號設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。高鐵站的信號設(shè)備多數(shù)為基于計(jì)算機(jī)、微處理器控制的精密電子儀器，對供電質(zhì)量的敏感度很高，所以對電能質(zhì)量提出了更高的要求。
[0003]目前的鐵路信號外電網(wǎng)監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)分辨率較低，不能滿足電務(wù)段對電能質(zhì)量的實(shí)際需求。而一些電能質(zhì)量分析儀器則由于自身設(shè)計(jì)缺陷，對高分辨率實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能長期存儲，且通訊方式多采用RS485/232有線通訊、無線通訊，因RS485/232、無線通訊方式數(shù)據(jù)傳輸速率較低、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)，不能滿足高實(shí)時(shí)性、高分辨率數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?br> [0004]因此，為了提高鐵路信號監(jiān)測的質(zhì)量，滿足電務(wù)段對于供電結(jié)合部管理的實(shí)際需要，研發(fā)出一種性能先進(jìn)、功能多樣的在線電能綜合質(zhì)量分析儀器，對保障鐵路機(jī)車的運(yùn)行安全是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種能夠滿足高實(shí)時(shí)性、高分辨率數(shù)據(jù)傳輸要求的在線式電能綜合質(zhì)量分析儀。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，包括信號采樣電路，核心CPU模塊，can總線接口電路，從外電網(wǎng)輸入端采集兩路三相電的電壓、電流信號，電流信號采集采用開口的電流互感器，電流互感器輸出信號通過隔離轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為電壓信號，再輸入到核心CPU模塊；電壓信號采集是在采樣位置與所述隔離轉(zhuǎn)換板之間連接一采樣線，并通過一保險(xiǎn)裝置連接到隔離轉(zhuǎn)換板輸入端，電壓信號經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換后輸出到核心CPU模塊，所述核心CPU模塊通過通訊端口與can總線接口電路連接。
[0007]保險(xiǎn)管是防止電壓采樣線在電能質(zhì)量分析儀內(nèi)短路，影響到外電網(wǎng)正常運(yùn)行。采集的電壓、電流信號經(jīng)過隔離防護(hù)后接入CPU模塊，不會(huì)因?yàn)樵诰€電能質(zhì)量分析儀采集外電網(wǎng)信號，對外電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。
[0008]所述的在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，所述核心CPU模塊的中央處理器采用以DSP芯片TMS320F2812，外圍電路包括電源電路、晶振、外擴(kuò)RAM，電源采用DSP專用電源芯片PS73HD301，為TMS320F2812提供所需工作電源；晶振采用30M有源晶振和中央處理器的時(shí)鐘端口連接；外擴(kuò)RAM選用CY7C1041V33芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)暫存。
[0009]所述的在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，Can總線接口電路采用can收發(fā)器82C250，所述can收發(fā)器82C250和核心CPU模塊的中央處理器自帶的can接口通訊連接，在can收發(fā)器82C250的串行輸入和輸出端口設(shè)有光耦隔離電路及can防護(hù)電路；從所述can收發(fā)器82C250引出與外部can總線連接的Can總線接口。
[0010]發(fā)明的有益積極效果:
1、本發(fā)明在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，能連續(xù)、實(shí)時(shí)、高分辨率地監(jiān)測外電網(wǎng)的電能質(zhì)量，并將高分辨率的錄波數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障波形、故障報(bào)警等信息，通過獨(dú)立CAN總線上傳給站機(jī)工控機(jī)，由站機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲。利用鐵路信號微機(jī)監(jiān)測的聯(lián)網(wǎng)功能，可以將外電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，使得通過遠(yuǎn)程終端可以查看各個(gè)車站外電網(wǎng)的實(shí)時(shí)高分辨率錄波數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率、功率因數(shù)等)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、瞬間突變波形等信息，滿足了電務(wù)段對于供電結(jié)合部管理的實(shí)際需要。
[0011]2、本發(fā)明在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，設(shè)計(jì)科學(xué)，電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)。采用DSP芯片的高速采樣、高速處理數(shù)據(jù)功能，實(shí)現(xiàn)了高分辨率的外電網(wǎng)突變波形監(jiān)測，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明在線電能綜合質(zhì)量分析儀結(jié)構(gòu)方框圖。
[0013]圖2是本發(fā)明在線電能綜合質(zhì)量分析儀can接口電路原理圖。
[0014]圖3是采用本發(fā)明構(gòu)建的電能綜合質(zhì)量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0016]實(shí)施例1
參見圖1，本發(fā)明在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，包括信號采樣電路，核心CPU模塊，can總線接口電路，從外電網(wǎng)輸入端采集兩路三相電的電壓、電流信號，電流信號采集采用開口的電流互感器，電流互感器輸出信號通過隔離轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為電壓信號，再輸入到核心CPU模塊；電壓信號采集是在采樣位置與所述隔離轉(zhuǎn)換板之間連接一采樣線，采樣線的另一端通過保險(xiǎn)裝置連接到隔離轉(zhuǎn)換板輸入端，電壓信號經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換后輸出到核心CPU模塊，所述核心CPU模塊通過通訊端口與can總線接口電路連接。
[0017]采用保險(xiǎn)裝置是為了避免電壓采樣線在電能質(zhì)量分析儀內(nèi)短路，影響到外電網(wǎng)正常運(yùn)行。電壓、電流信號采樣電路采集的電壓、電流信號經(jīng)過隔離轉(zhuǎn)換板隔離防護(hù)后接入(PU模塊，不會(huì)因?yàn)樵诰€電能質(zhì)量分析儀采集外電網(wǎng)信號，對外電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。
[0018]實(shí)施例2
參見圖1，圖2。本實(shí)施例的在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，與實(shí)施例1的不同之處在于:所述核心CPU模塊的中央處理器采用以DSP芯片TMS320F2812，外圍電路包括電源電路、晶振、外擴(kuò)RAM，電源采用DSP專用電源芯片PS73HD301，為TMS320F2812提供所需工作電源；晶振采用30M有源晶振和中央處理器的時(shí)鐘端口連接，在TMS320F2812系統(tǒng)初始化時(shí)，將主頻倍頻為150M。外擴(kuò)RAM選用CY7C1041V33芯片，作為高分辨率數(shù)據(jù)的暫存空間。Can總線接口設(shè)計(jì)采用TMS320F2812自帶的can接口，在外圍增加高速光耦6N137、can收發(fā)器82C250以及can防護(hù)電路后與外部can總線連接。
[0019]can收發(fā)器82C250和核心CPU模塊的中央處理器自帶的can接口通訊連接，在can收發(fā)器82C250的串行輸入和輸出端口設(shè)有光耦隔離電路及can防護(hù)電路；從所述can收發(fā)器82C250引出與外部can總線連接的Can總線接口。Can通訊線需采用雙絞屏蔽線，且屏蔽層接地。
[0020]因在線式電能綜合質(zhì)量分析儀具有高分辨率數(shù)據(jù)采樣，且具有較高的實(shí)時(shí)性，所以在TMS320F2812滿足高分辨率數(shù)據(jù)采樣的前提下，必須具有足夠高帶寬的通訊總線將數(shù)據(jù)及時(shí)地傳送出去，且具有足夠長的通訊距離。Can總線具有IM帶寬，且在速率500k時(shí)，通訊最大距離可達(dá)130m，可以滿足高分辨率數(shù)據(jù)的傳輸帶寬以及現(xiàn)場通訊距離的實(shí)際需求。
[0021]本發(fā)明在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，信號采集、隔離防護(hù)措施:
采集兩路三相電的電壓、電流，采樣位置均在機(jī)械室配電箱的外電網(wǎng)輸入端，經(jīng)過閘刀后的位置。電流采樣采用開口的電流互感器CT53C104b-100A/50mA，將采樣線從電流互感器中間穿過,通過電磁感應(yīng)采集采樣線中通過的電流,并輸出最大50mA的電流，電流互感器輸出的電流信號先在隔離轉(zhuǎn)換板上轉(zhuǎn)換為低于1.5V的電壓信號,再輸出到CPU板。電壓米樣是在采樣位置與信號隔離轉(zhuǎn)換板之間連接采樣線，在隔離轉(zhuǎn)換板上，先經(jīng)過保險(xiǎn)管，再經(jīng)YXY300-1.06V進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，輸出到CPU板，電壓電流的采集經(jīng)過以上隔離防護(hù)后，不會(huì)因?yàn)樵诰€電能質(zhì)量分析儀采集外電網(wǎng)信號，對外電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。
[0022]本發(fā)明電能綜合質(zhì)量分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測鐵路信號機(jī)械室兩路三相電的相電壓(基波、諧波)、線電壓、電流(基波、諧波)、頻率、相位角、功率、功率因數(shù)等信息，并將實(shí)時(shí)采集的高分辨率實(shí)時(shí)電壓/電流波形、瞬間波形突變等信息通過CAN總線上送給站機(jī)；同時(shí)，對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出每相電壓電流的有效值(基波、諧波)，定時(shí)上送給站機(jī)。根據(jù)計(jì)算出的有效值，作為判斷外電網(wǎng)斷電/瞬間斷電的依據(jù)。并根據(jù)采集的高分辨率原始數(shù)據(jù)，判斷是否有瞬間突變(突變時(shí)間> 2ms)，如果有瞬間突變波形，則截取突變前后幾個(gè)周期的高分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并記錄突變時(shí)間、置位突變開關(guān)量，將突變時(shí)間、突變開關(guān)量、突變波形，依次上送給站機(jī)。
[0023]站機(jī)軟件對每秒定時(shí)上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲，并形成日報(bào)表、日曲線、月曲線、年曲線，對突變波形進(jìn)行存儲，可通過菜單查看，并根據(jù)突變開關(guān)量和突變時(shí)間，在報(bào)警窗口中提示用戶本次的報(bào)警信息，用戶可根據(jù)報(bào)警的時(shí)間和類型，到相應(yīng)的菜單下查看本次報(bào)警的突變曲線。
[0024]站機(jī)通過具有2M帶寬的專網(wǎng)，與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行連接，可以設(shè)置多個(gè)終端與服務(wù)器相連，通過終端程序，遠(yuǎn)程查看各個(gè)車站外電網(wǎng)的實(shí)時(shí)高分辨率錄波數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率、功率因數(shù)等)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、瞬間突變波形等信息。前述由本發(fā)明電能綜合質(zhì)量分析儀、站機(jī)、遠(yuǎn)程服務(wù)器等構(gòu)建的電能綜合質(zhì)量分析系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，包括信號采樣電路，核心CPU模塊，can總線接口電路，其特征在于:從外電網(wǎng)輸入端采集兩路三相電的電壓、電流信號，電流信號采集采用開口的電流互感器，電流互感器輸出信號通過隔離轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為電壓信號，再輸入到核心CPU模塊；電壓信號采集是在采樣位置與所述隔離轉(zhuǎn)換板之間連接一采樣線，并通過一保險(xiǎn)裝置連接到隔離轉(zhuǎn)換板輸入端，電壓信號經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換后輸出到核心CPU模塊，所述核心CPU模塊通過通訊端口與can總線接口電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，其特征在于:所述核心CPU模塊的中央處理器采用以DSP芯片TMS320F2812，外圍電路包括電源電路、晶振、外擴(kuò)RAM，電源采用集成電路芯片PS73HD301，為TMS320F2812提供所需工作電源；晶振采用30M有源晶振和中央處理器的時(shí)鐘端口連接；外擴(kuò)RAM選用CY7C1041V33芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)暫存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線式電能綜合質(zhì)量分析儀，其特征在于:Can總線接口電路采用can收發(fā)器82C250，所述can收發(fā)器82C250和核心CPU模塊的中央處理器自帶的can接口通訊連接，在can收發(fā)器82C250的串行輸入和輸出端口設(shè)有光耦隔離電路及can防護(hù)電路；從所述can收發(fā)器82C250引出與外部can總線連接的Can總線接口。
【文檔編號】G01R31/00GK103616587SQ201310613659
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】解豪杰, 劉偉, 郁勝峰 申請人:河南輝煌科技股份有限公司