專利名稱：智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表
一、 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及的IDM30系列智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表可廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)、石油化 工、鋼鐵冶金、軌道交通、智能建筑等自動化水平要求較高的應(yīng)用場合。
二、 背景技術(shù)
電工儀器儀表工業(yè)的主要特點(diǎn)是技術(shù)高度密集、各種技術(shù)綜合發(fā)展、對新技術(shù)敏 感、產(chǎn)品更新周期短，因而電工儀器儀表行業(yè)面臨著更好的機(jī)遇和更大的挑戰(zhàn)。電工 儀器儀表新產(chǎn)品層出不窮，用戶對產(chǎn)品水平的要求也越來越高。
用戶對主要產(chǎn)品的技術(shù)水平要求
(1) 電能計量儀器儀表與系統(tǒng)目前用戶需求以86系列感應(yīng)式電能表為主，電 子式電能表(主要是單相)的需求呈快速上升趨勢。"十五"期間，用戶需求的感應(yīng)式 電能表將逐步過渡到25~30年長壽命，6倍以上的過載能力；電子式電能表的需求將進(jìn)
一步加強(qiáng)，單相電子式電能表、電卡式預(yù)付費(fèi)電子式電能表、三相電子式多功能電能 表及多費(fèi)率電能表將是主要需要目
(2) 安裝式電表需求主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和精度，提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系 列化、通用化水平，補(bǔ)齊品種和規(guī)格，是當(dāng)務(wù)之急的工作。對變換器式儀表的需求將 逐步增加，對數(shù)字式安裝式電表的需求亦將逐步上升。
(3) 實(shí)驗室及便攜式電表對精密電表的需求將進(jìn)一步萎縮，由于數(shù)字儀表與 精密電表相比在精度、性能價格比等方面已處于絕對優(yōu)勢，因而用戶對精密電表產(chǎn)品 的技術(shù)水平，無進(jìn)一步提高的需求。便攜式電表整個需求也將減小，對該產(chǎn)品的要求 主要集中在儀表外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計、擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域和提高可靠性上。
(4) 數(shù)字儀表重點(diǎn)是可靠性方面，髙精度表(U/2l7/2位)要具備IEEE488接 口，易用于自動測試系統(tǒng)中；低精度表(7/2~9/2位)重點(diǎn)需求。
(5) 交直流電工儀器我國直流電工儀器生產(chǎn)水平、質(zhì)量、系列、品種、規(guī)格 都比較完善，產(chǎn)品達(dá)到了一定水平，有的已接近世界先進(jìn)水平，可以滿足用戶需求。交流電工儀器總體上與國外先進(jìn)水平相比有一定差距，主要是品種不齊、成套性差、 產(chǎn)品未形成系列，特別是數(shù)字化儀器還很少，不能完全滿足用戶需求。
(6)自動測試系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)實(shí)驗和生產(chǎn)過程都在對電 磁測量儀器提出更高的自動測試要求。國內(nèi)一些單位一直致力于自動測試系統(tǒng)的技術(shù) 研究和開發(fā)，如開發(fā)的計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)CAT、標(biāo)準(zhǔn)接口總線系統(tǒng)IEEE488及CAMAC， 目前正在進(jìn)行研制和生產(chǎn)的虛擬儀器和VXI系統(tǒng)，但大多停留在科研和樣機(jī)水平，沒 有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 一些大型科研工程、軍事和宇航工程 中的測試也完全依靠自動測試系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，因而對自動測試系統(tǒng)不斷提出更高的要 求，從完全獨(dú)立的自動測試系統(tǒng)到靈活多變的組合式、模塊式自動測試系統(tǒng)都是未來 需求的對象。 三
實(shí)用新型內(nèi)容
計算機(jī)、通訊、數(shù)字處理等新技術(shù)，為新型電器元器件發(fā)展提供條件；國外同類 產(chǎn)品的價格昂貴且并不適合我國電力系統(tǒng)使用，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新 型提出了這樣一種低壓智能測控儀表裝置，其技術(shù)方案為
一種智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，包括主控板、模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊、液晶鍵盤和顯示器， 還有其他附加的擴(kuò)展模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量輸出，繼電器出口，輸入輸出等功能。其特
征在于，主控板通過人機(jī)接口板與顯示器相連，外部模擬量輸入端子通過互感器板與 主控板相連，液晶鍵盤通過操作面板控制板與主控板相連，附屬擴(kuò)展模塊與主控板相 連。
所述主控板是由MCU、 RAM、 EPR0M、 EEPR0M、采樣電路組成；所述模擬量變換模 塊是一種電流電壓變換器板；所述人機(jī)接口板是由LCD液晶和控制按鈕組成，所述擴(kuò) 展模塊可由以下三種模塊構(gòu)成繼電器輸出板，光電隔離的開入量輸入板，與測量模 擬量相關(guān)連的4一20mA電流輸出板。本產(chǎn)品最重要的特征為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)小巧緊湊，精度 高。
上述的微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置，其更進(jìn)一步特征在于，它還具有與主控板相連的 通訊板，通過光電隔離的通訊接口可進(jìn)行遠(yuǎn)方通訊。
IDM30智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表具有高性價比，采用微處理器內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器，并 采用同步過采樣技術(shù)來提高采樣精度，采用短數(shù)據(jù)窗移相技術(shù)來改善因采樣時間不同 步造成的相角偏差問題。最終實(shí)現(xiàn)測量參數(shù)多，能涵蓋目前所有的電參數(shù)，測量精度
4高，達(dá)02級的要求。
IDM30智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表利用微處理器內(nèi)嵌的控制器來構(gòu)造CAN和RS485雙現(xiàn) 場總線，而不用外加協(xié)議芯片，省去外置式通信模塊。兩種現(xiàn)場總線并存不僅可以滿 足高端用戶對CAN現(xiàn)場總線的要求,同時簡單易用的RS485總線可以方便系統(tǒng)集成。 兩種總線可以并行工作，也可以一主一備工作，將大大提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和網(wǎng)絡(luò) 適應(yīng)能力。內(nèi)嵌CAN2.0通訊功能部件，可直接與現(xiàn)場總線連接，實(shí)現(xiàn)較高層次的通 信功能——數(shù)據(jù)鏈路層以上。而國外產(chǎn)品均需通過外置式通信模塊與現(xiàn)場總線相連 接；而現(xiàn)有國內(nèi)產(chǎn)品僅支持物理層次的通信功能，如RS232、 RS485等。
本實(shí)用新型的有益效果
IDM30是響應(yīng)以上技術(shù)要求研制而成，與傳統(tǒng)儀表相比具有很多優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)儀 表相比，IDM30由于引入了數(shù)字信號處理技術(shù)，使得在線式的電力質(zhì)量分析成為了可 能。各相電壓、電流的總諧波畸變率(THD),各次諧波分量(2-31次)和電壓、電流 不平衡度均可實(shí)時測量。
獨(dú)有的CAN2. 0B、 RS485雙現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場通訊及組網(wǎng)提供了更加靈活和便捷
的方案，雙現(xiàn)場總線大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力，輕松實(shí)現(xiàn)"四遙"功 能。
IDM30可以進(jìn)行雙向四象限有功電度、無功電度的能量累計，精度符合IEC60687 0.5級，能夠提供關(guān)口級別計量數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌最大值/最小值記錄功能和需量測量功能， 配合上位監(jiān)控軟件可以幫助用戶統(tǒng)計各線路的能量消耗狀況與負(fù)荷趨勢，自動完成抄 表并生成各種電量報表。
IDM30具有極高的性能價格比，可以直接取代常規(guī)電力變送器、測量指示儀表、 電能計量儀表以及相關(guān)的輔助單元，亦可作為電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)之前端元件， 用以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，IDM30在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀表功能的前提下提高了儀表的準(zhǔn) 確度、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。 四

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的輔助電源接線圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)量輸入信號鏈接。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的繼電器控制輸出。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的智能儀表不同接線形式，其中圖5a為非平衡三相 四線制(3LN， 3CT);圖5b為平衡三相四線制電網(wǎng)(3LN， 1CT);圖5c為非平衡 三相三線制電網(wǎng)(2LL， 3CT);圖5d為非平衡三相三線制電網(wǎng)(2LL， 3CT);圖5e 為非平衡三相三線制電網(wǎng)(2LL, 3CT);圖5f為非平衡三相三線制電網(wǎng)(2LL， 3CT); 圖5g為非平衡三相三線制電網(wǎng)(2LL， 1CT);圖5h為兩線電網(wǎng)(2LL， 3CT);圖 5i為單相電網(wǎng)(3LN， 3CT)。 五具體實(shí)施方式
以下通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。 如圖1所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。主要由主板(包括MCU、 RAM、 EPROM、 EEPROM、采樣電路等)、互感器板(包括電流、電壓互感器、運(yùn)放等)、 繼電器板、液晶鍵盤板等部件組成。
IDM30智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案采用不同的接線方式，如附 圖5所示電網(wǎng)一次設(shè)備電壓、電流互感器轉(zhuǎn)換后的電壓和電流信號經(jīng)IDM30裝置內(nèi) 部電壓電流互感器變換成弱電信號，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量，再通過MCU進(jìn)行處理、運(yùn)算得到相應(yīng)的電壓電流值；如果選定相應(yīng)的1/0 模塊，通過光電耦合電路實(shí)現(xiàn)開入量的采集，用繼電器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸出。鍵盤操作 通過相應(yīng)的采集電路傳給CPU主控模塊進(jìn)行計算轉(zhuǎn)換，變換成為需要的量傳遞給各 個模塊，各種信號的測量值、保護(hù)動作值、定值整定都通過LCD顯示。
通過光電隔離的通訊接口可進(jìn)行遠(yuǎn)方通訊，可實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能， 并可實(shí)現(xiàn)定值的遠(yuǎn)方整定及査詢、遠(yuǎn)方保護(hù)投退等功能。
各種電力測控儀表因其應(yīng)用范圍廣、用量大一直是各企業(yè)開發(fā)的重點(diǎn)產(chǎn)品，但受 價格和元器件因素的影響而無法做到高精度的要求。目前，國際上以SOCMEC為代 表的企業(yè)研究起步較早，產(chǎn)品較新，但各種電參數(shù)精度比較低(最髙0.5級)，測量 數(shù)據(jù)比較少，其它功能簡單；最近，國內(nèi)外企業(yè)受新器件的影響，紛紛開發(fā)精度較高、 功能較全的電力測控儀表，但還沒有真正達(dá)到0.2級的標(biāo)準(zhǔn)，且都是采用RS485簡單 的單通訊口通訊，可靠性低。
IDM30智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表具有高性價比，采用微處理器內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器，并 采用同步過采樣技術(shù)來提高采樣精度，采用短數(shù)據(jù)窗移相技術(shù)來改善因采樣時間不同 步造成的相角偏差問題。最終實(shí)現(xiàn)測量參數(shù)多，能涵蓋目前所有的電參數(shù)，測量精度高，達(dá)0,2級的要求。
IDM30智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表利用微處理器內(nèi)嵌的控制器來構(gòu)造CAN和RS485雙現(xiàn) 場總線，而不用外加協(xié)議芯片，省去外置式通信模塊。兩種現(xiàn)場總線并存不僅可以滿 足高端用戶對CAN現(xiàn)場總線的要求，同時簡單易用的RS485總線可以方便系統(tǒng)集成。 兩種總線可以并行工作，也可以一主一備工作，將大大提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和網(wǎng)絡(luò) 適應(yīng)能力。內(nèi)嵌CAN2.0通訊功能部件，可直接與現(xiàn)場總線連接，實(shí)現(xiàn)較高層次的通 信功能——數(shù)據(jù)鏈路層以上。而國外產(chǎn)品均需通過外置式通信模塊與現(xiàn)場總線相連 接；而現(xiàn)有國內(nèi)產(chǎn)品僅支持物理層次的通信功能，如RS232、 RS485等。
隨著電力電子類負(fù)載如電子鎮(zhèn)流器、變頻器、開關(guān)電源的大量使用， 一方面節(jié)省 了寶貴的電力資源，同時由此產(chǎn)生的各次諧波也造成了供電質(zhì)量的污染，諧波不僅會 造成變壓器、電機(jī)、電容器和中線的過熱，還會造成保護(hù)裝置的誤動作。目前，電力 系統(tǒng)電能質(zhì)量逐漸成為電力變配電系統(tǒng)中的重要課題，對諧波進(jìn)行處理的前提就是準(zhǔn) 確的測定各次諧波的含量。IDM30帶有31次諧波測量功能，可以直接測量電壓和電 流的各次諧波含量和總諧波含量，并具有波峰系數(shù)、電流電壓相位等測量功能，為用 戶提供必要的參考信息，也可與其他電力控制設(shè)備，如補(bǔ)償裝置相配合，以確保電力 質(zhì)量。
智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表要求適用于不同的電力電網(wǎng)中，包括高壓、中壓、低壓系統(tǒng)， 由于不同電壓等級、不同的用戶的能提供的接線形式不同，這就客觀上要求儀表能適 應(yīng)各種接線方式。目前，儀表電壓接線擬提供直接、PT 二次間接接線方式，可設(shè)定 為三相四線星型(3LN )，三相四線2PT星型(2LN )和三相三線開口三角型(2 LL)三種；電流接線可根據(jù)接入的電流通道數(shù)設(shè)定為3CT， 2CT和1CT三種。 各種電壓接線與電流接線方式可以相互組合。
IDM30智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表要求能夠適合各種模數(shù)的抽屜柜，體積必須小巧，而 無法在強(qiáng)電壓通道中加入過多地抗干擾措施，在電壓測量通道中甚至不能采用電壓互 感器隔離，這樣，當(dāng)裝置工作在較為惡劣的電磁環(huán)境中時就會造成死機(jī)而無法正常工 作，因此，本項目要采用必要的措施提高電磁兼容性，保證電磁兼容達(dá)到GB/T 13729-2002《遠(yuǎn)動終端設(shè)備》規(guī)定的最高標(biāo)準(zhǔn)；在主板也大量采用貼片元器件(芯片、 電容、電阻等)，提高工藝性、降低功耗、提升設(shè)計水平。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的輔助電源接線圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)量
7輸入信號鏈接。；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的繼電器控制輸出。 產(chǎn)品特點(diǎn)
多功能、高精度具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和處理功能，可以測量幾十種電量，同時具有 需量測量、諧波分析、最大/最小值統(tǒng)計、越限報警、電能累計等功能。電壓、電流 測量精度為0.2級，功率與能量測量精度為0.5級。
電度量實(shí)時寫入與EEPROM相比，IDM30的非易失性鐵電存儲器支持無限次擦寫， 不僅設(shè)定參數(shù)和電度量掉電不會丟失，還支持電度量實(shí)時寫入，省卻了裝置掉電引起 的電度量丟失的煩惱。
組網(wǎng)靈活方便，適應(yīng)能力強(qiáng)具有CAN2.0B、 RS485雙現(xiàn)場總線，能夠滿足高標(biāo)準(zhǔn) 的通訊要求。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口和MODBUS通訊協(xié)議，使得組網(wǎng)輕松便 捷，擴(kuò)展模塊的CAN通訊功能擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)的使用，雙現(xiàn)場總線大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠 性和網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力，并具有遙信、遙測、遙控、遙設(shè)功能，是SCADA系統(tǒng)理想選 擇。再加上豐富、靈活的I/0功能，使得它完全可以勝任作為分布式RTU的要求。 接線靈活方便無論系統(tǒng)是高壓還是低壓，也無論是三相三線還是三相四線，也無論 電壓和電流通道的元件數(shù)，都可以選擇適當(dāng)?shù)慕泳€方式與IDM30相連接。IDM30支 持的多種接線方式，可以涵蓋幾乎所有的三相系統(tǒng)應(yīng)用，并且它還可以在單相系統(tǒng)中 使用。
超小型設(shè)計、安裝方便快捷外型尺寸僅為96*96*50!!1111 (加擴(kuò)展模塊后為 96*96*69mm),即使是在小間隔的抽屜式開關(guān)柜內(nèi)，它也可安然容身，它采用自鎖式 的安裝機(jī)構(gòu)，無需擰螺絲，安裝或拆卸都非常方便快捷。圖5為儀表不同接線形式。 顯示直觀、易學(xué)易用大屏幕、寬視角、多內(nèi)容、高清晰液晶顯示可以滿足用戶的視 覺享受，高亮度背光顯示讓微弱光線下査閱、設(shè)定各種數(shù)據(jù)變得輕松簡單，五鍵式操 作法更讓用戶在短時間內(nèi)輕松掌握。
安全性好、可靠性高采用多種隔離及抗干擾措施，可以可靠地在高干擾環(huán)境中運(yùn)行， 產(chǎn)品通過CE認(rèn)證和正C標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容測試。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本實(shí)用新型, 任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾， 因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，包括主控板、模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊、液晶鍵盤、顯示器，和擴(kuò)展模塊，其特征在于，主控板通過人機(jī)接口板與顯示器相連，外部模擬量輸入端子通過互感器板與主控板相連，液晶鍵盤通過操作面板控制板與主控板相連，附屬擴(kuò)展模塊與主控板相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，其特征在于，所述主控板是由MCU、 RAM、 EPR0M、 EEPR0M、采樣電路組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，其特征在于，所述模擬量變換模 塊是一種電流電壓變換器板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，其特征在于，所述人機(jī)接口板是 由LCD液晶和控制按鈕組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，其特征在于，所述擴(kuò)展模塊由以 下三種模塊構(gòu)成繼電器輸出板、光電隔離的開入量輸入板、與測量模擬量相關(guān)連的 4一20mA電流輸出板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，其特征在于，它還具有與主控板 相連的通訊板，通過光電隔離的通訊接口可進(jìn)行遠(yuǎn)方通訊。
專利摘要一種智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表，包括主控板、模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊、液晶鍵盤和顯示器，還有其他附加的擴(kuò)展模塊，其中，所述主控板是由MCU、RAM、EPROM、EEPROM、采樣電路組成，主控板通過人機(jī)接口板與顯示器相連；所述模擬量變換模塊是一種電流電壓變換器板，外部模擬量輸入端子通過互感器板與主控板相連；所述人機(jī)接口板是由LCD液晶和控制按鈕組成。本實(shí)用新型采用微處理器內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器，并采用同步過采樣技術(shù)來提高采樣精度，采用短數(shù)據(jù)窗移相技術(shù)來改善因采樣時間不同步造成的相角偏差問題。最終實(shí)現(xiàn)測量參數(shù)多，能涵蓋目前所有的電參數(shù)，測量精度高，達(dá)0.2級的要求。
文檔編號G01R31/00GK201281734SQ20082018693
公開日2009年7月29日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者杭 張, 王俊峰, 王道軍 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司