專(zhuān)利名稱(chēng)：煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，也涉及由多個(gè)煤礦關(guān) 口電量監(jiān)測(cè)終端組成的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于電工儀器儀表技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著自動(dòng)化采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的大型機(jī)電設(shè)備和先進(jìn) 的控制系統(tǒng)在煤礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)煤礦電網(wǎng)的供電質(zhì) 量要求也隨之提高。煤礦供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量不僅關(guān)系到煤礦企業(yè)的產(chǎn) 量和效益，而且直接影響到礦井的安全生產(chǎn)，因此，擁有一套安全可靠 的供電系統(tǒng)，是保證煤炭企業(yè)安全、高產(chǎn)、高效的必要條件。
在甄健發(fā)表于《煤》2007年16巻9期的論文《變電站自動(dòng)化系統(tǒng) (PS 6000)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用》中指出，建設(shè)數(shù)字化電網(wǎng)是煤礦 電網(wǎng)的發(fā)展方向。
煤礦系統(tǒng)的數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)主要包括以下幾個(gè)方面
1. 繼電保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)化、智能化
繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，而微機(jī)化繼 電保護(hù)裝置的全面采用是建設(shè)數(shù)字化供電網(wǎng)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研 制出多種機(jī)型的微機(jī)線(xiàn)路和主設(shè)備保護(hù)裝置并且各具特色，為電力系統(tǒng) 提供了性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。因此，全面實(shí) 現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)化已具備較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2. 繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化
繼電保護(hù)裝置是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。因 此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無(wú)故障正常運(yùn) 行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、 測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。
3. 繼電保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化
實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)能夠獲得供電系統(tǒng)故障的全面信息， 對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障范圍判斷準(zhǔn)確，使繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作更加合理。另外，對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，協(xié)調(diào)動(dòng)作，
能夠提高繼電保護(hù)的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于煤礦系統(tǒng)數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的迫切需求，本實(shí)用新型的目的是提
供一種全數(shù)字化的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端。該煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端為
組建數(shù)字化的煤礦電力系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。
本實(shí)用新型的另外一個(gè)目的是提供一種由多臺(tái)上述煤礦關(guān)口電量監(jiān)
測(cè)終端組成的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案 一種煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，用在煤礦的電力系統(tǒng)中，其特征在于 所述煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端包括微控制器、電源電路、電壓/電流信
號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、程序下載接口、液晶顯示接口、鍵盤(pán)、溫
度監(jiān)測(cè)電路、時(shí)鐘芯片電路和GPRS單元；
所述電壓/電流信號(hào)采集電路連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換 電路連接所述微控制器；
所述微控制器分別連接所述程序下載接口、液晶顯示接口、鍵盤(pán)、 溫度監(jiān)測(cè)電路、時(shí)鐘芯片電路和GPRS單元。
所述微控制器還具有外圍電路，所述外圍電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位 電路。
所述溫度監(jiān)測(cè)電路采用DS1820數(shù)字溫度計(jì)。
所述時(shí)鐘芯片電路中，時(shí)鐘芯片的VCC1管腳連接外部電源，VCC2 管腳連接所述電源電路。
一種煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心和Internet服務(wù)器，所 述監(jiān)控中心通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接所述Internet服務(wù)器，其特征在于
所述煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括至少一臺(tái)上述的煤礦關(guān)口電量監(jiān) 測(cè)終端；所述煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)連接所述Internet 服務(wù)器。
本實(shí)用新型所提供的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用在煤礦電 力系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)工作中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率、無(wú)功功率、三相電 壓、三相電流、功率因數(shù)等多項(xiàng)參數(shù)的抄表計(jì)量，同時(shí)還具有數(shù)據(jù)管理、 報(bào)警、告警信息短信/電話(huà)通知等多項(xiàng)功能。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為本煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端的整體電路原理示意圖2為電源電路的原理圖3顯示了 MCU及其外圍電路；
圖4為A/D轉(zhuǎn)換電路的原理圖5為程序下載接口的原理圖6為時(shí)鐘芯片電路的原理圖7為鍵盤(pán)的電路原理圖8為液晶顯示接口的電路圖9為溫度監(jiān)測(cè)電路的原理圖10為GPRS單元的電路原理圖11為多臺(tái)電量監(jiān)測(cè)終端組成的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)用新型所提供的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端采用模 塊化設(shè)計(jì)，包括MCU (微控制器)及外圍電路、電源電路、電壓/電流信 號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、程序下載接口、液晶顯示接口、鍵盤(pán)、溫 度監(jiān)測(cè)電路、時(shí)鐘芯片電路和GPRS單元等多個(gè)組成部分。其中，電壓/ 電流信號(hào)采集電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路。該A/D轉(zhuǎn)換電路的PB0 PB4管腳 與MCU中的PB0 PB4管腳對(duì)應(yīng)連接。MCU可以采用Atmel公司推出的AVR 系列微控制器中的任意一種。如AT73C500或AT90S2313等。MCU的PB5 PB7連接程序下載接口， PA0 PA7管腳連接液晶顯示接口電路、KEY1 KEY4管腳連接用于接受外界輸入信息的鍵盤(pán)，PC3管腳連接溫度監(jiān)測(cè)電 路，SCLK和RST管腳連接時(shí)鐘芯片電路。此外，該微控制器也與GPRS 單元進(jìn)行連接。電源電路與各功能芯片的VCC管腳連接，用于向它們提 供穩(wěn)定的工作電壓。
圖2為電源電路的原理圖。在煤礦電力系統(tǒng)中， 一般采用四線(xiàn)三相 制，線(xiàn)電壓為220V?？紤]到本煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端中各功能芯片的額 定電壓，首先經(jīng)過(guò)變壓器將220V電變壓為13V，再經(jīng)過(guò)整流變成直流電。 通過(guò)7812穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓成12V直流電，供給電壓/電流信號(hào)采集電路， 再通過(guò)7805穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓成5V直流電，給各個(gè)功能芯片供電。在7812 和7805之間加上9V直流電源，當(dāng)220V交流電有輸入時(shí)，給9V電源充 電，當(dāng)220V交流電沒(méi)有輸入時(shí)，9V電源通過(guò)D6、 Ql到7805，使輸出5V電壓，完成備用電源的功能；當(dāng)9V電源電壓放電下降到6V左右時(shí)， 由于D7的作用，Ql截止，電池放電結(jié)束。
圖3顯示了 MCU及其外圍電路。該MCU是整個(gè)電量監(jiān)測(cè)終端的核心 功能元件，其外圍電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。時(shí)鐘電路主要是給MCU 提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)。復(fù)位電路是使MCU復(fù)位，從程序的開(kāi)始執(zhí)行。MCU 控制所有的功能電路，使它們協(xié)調(diào)工作，計(jì)算出有功功率、無(wú)功功率、 三相電壓、三相電流、功率因素等數(shù)據(jù)，并在某一時(shí)刻通過(guò)GPRS單元將 數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器；同時(shí)，當(dāng)某一參數(shù)超過(guò)預(yù)先設(shè)定值時(shí)，發(fā)出告警信 息。
在本實(shí)用新型中，電壓、電流信號(hào)的采集通過(guò)傳感器U2和U3實(shí)現(xiàn)。 它們將380V的交流信號(hào)處理成0 5V信號(hào)，將電流信號(hào)也處理成0 5V 信號(hào)。電壓、電流傳感器處理后的信號(hào)傳給圖4所示的A/D轉(zhuǎn)換電路， A/D轉(zhuǎn)換電路在MCU的控制下，將模擬信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行處 理，得出所需的數(shù)據(jù)。
圖5顯示了本實(shí)用新型中的程序下載接口。通過(guò)這個(gè)接口，連上一 條特制的單片機(jī)下載線(xiàn)，就可以將電腦上編譯好的單片機(jī)程序燒入到 MCU中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所需功能。
圖6顯示了時(shí)鐘芯片電路的原理圖。首先通過(guò)MCU將當(dāng)前時(shí)間寫(xiě)入 到時(shí)鐘芯片的寄存器中，啟動(dòng)時(shí)鐘芯片。MCU可以通過(guò)時(shí)鐘芯片知道現(xiàn) 在的時(shí)間，進(jìn)行一些預(yù)定的處理。
時(shí)鐘芯片由兩路電源供電，其VCC1管腳連接外部電源BT2， VCC2 管腳連接電源電路。當(dāng)電源電路比BT2提供的電壓高時(shí)，采用電源電路 供電，同時(shí)給BT2電源充電，否則，采用BT2電源供電。通過(guò)這種設(shè)計(jì)， 可以保證時(shí)鐘芯片工作正常，確保時(shí)間的準(zhǔn)確性。MCU還可以通過(guò)GPRS 單元傳送的信號(hào)修正時(shí)鐘芯片的時(shí)間，從而進(jìn)一步保證時(shí)間的準(zhǔn)確性。
圖7顯示了鍵盤(pán)的電路原理圖。本實(shí)用新型中的鍵盤(pán)為專(zhuān)用鍵盤(pán)， 不同于PS2鍵盤(pán)。該鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制，主要是用來(lái)向MCU輸入 當(dāng)前的時(shí)間、溫度上下限、電壓上限、電流上限等參數(shù)。
圖8顯示了液晶顯示接口的電路圖。該液晶顯示接口用來(lái)顯示MCU 測(cè)得的一系列數(shù)據(jù)以及當(dāng)鍵盤(pán)輸入時(shí)顯示鍵盤(pán)設(shè)定的參數(shù)。MCU可以控 制LCDJ(EY的通斷。 一般情況下，液晶是關(guān)閉的，當(dāng)某一時(shí)刻按下開(kāi)關(guān) S6，通過(guò)中斷觸發(fā)MCU轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序，打開(kāi)液晶，同時(shí)顯示數(shù)據(jù)。這種液晶顯示控制方式，減少了系統(tǒng)的功耗，節(jié)約了能源。
圖9顯示了本實(shí)用新型中溫度監(jiān)測(cè)電路的原理圖。本實(shí)用新型采用
單線(xiàn)制DS1820數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。DS1820數(shù)字溫度計(jì)提供9位 溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入DS1820或從DS1820 送出，讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供，而不 需要外部電源。每一個(gè)DS1820有唯一的序列號(hào)，因此多個(gè)DS1820可以 掛接在同 一 條總線(xiàn)上。 一 臺(tái)煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端可以使用多個(gè) DS1820，測(cè)量時(shí)取多個(gè)DS1820的測(cè)量平均值。
圖10為本實(shí)用新型中的GPRS單元的電路原理圖。針對(duì)煤礦的特殊 工作環(huán)境，如果采用人工巡邏的方式，存在實(shí)時(shí)性差、成本高、無(wú)法對(duì) 環(huán)境惡劣的地區(qū)進(jìn)行監(jiān)控等缺點(diǎn)。因此在本煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端中設(shè) 置了 GPRS單元。該GPRS單元利用基于GPRS協(xié)議的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí) 現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，還可以將異常報(bào)警信息通過(guò)短信/電話(huà)的方式通 知相關(guān)的管理人員。MCU通過(guò)串行協(xié)議，將命令或者數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS單 元。單片機(jī)為T(mén)TL電平，而串行協(xié)議中電壓為土15V。所以通過(guò)此電路， 將TTL數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換成RS232電平發(fā)送給GPRS單元，再發(fā)送給服務(wù)器。
本煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端不僅可以單獨(dú)使用，還可以由多臺(tái)終端組 合在一起，形成一個(gè)煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。參見(jiàn)圖11所示，該煤礦關(guān) 口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括至少一臺(tái)煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端、由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組 成的監(jiān)控中心和一臺(tái)提供Internet服務(wù)的服務(wù)器。煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終 端通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)連接Internet服務(wù)器，監(jiān)控中心也通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接 Internet服務(wù)器。電量監(jiān)測(cè)終端讀取電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)GPRS 單元將數(shù)據(jù)發(fā)送至Internet服務(wù)器。Internet服務(wù)器提供電量信息的 轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，供授權(quán)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)電量信息。監(jiān)控中心作為煤礦電力系統(tǒng)的一 部分，用于對(duì)電能質(zhì)量的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
以上對(duì)本煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì) 于本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精 神和權(quán)利要求范圍的情況下對(duì)它進(jìn)行的各種顯而易見(jiàn)的改變都在本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，用在煤礦的電力系統(tǒng)中，其特征在于所述煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端包括微控制器、電源電路、電壓/電流信號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、程序下載接口、液晶顯示接口、鍵盤(pán)、溫度監(jiān)測(cè)電路、時(shí)鐘芯片電路和GPRS單元；所述電壓/電流信號(hào)采集電路連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接所述微控制器；所述微控制器分別連接所述程序下載接口、液晶顯示接口、鍵盤(pán)、溫度監(jiān)測(cè)電路、時(shí)鐘芯片電路和GPRS單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，其特征在于 所述微控制器還具有外圍電路，所述外圍電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。
3. 如權(quán)利要求1所述的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，其特征在于 所述溫度監(jiān)測(cè)電路采用DS1820數(shù)字溫度計(jì)。
4. 如權(quán)利要求1所述的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，其特征在于 所述時(shí)鐘芯片電路中，時(shí)鐘芯片的VCC1管腳連接外部電源，VCC2管腳連接所述電源電路。
5. —種煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心和Internet服務(wù)器， 所述監(jiān)控中心通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接所述Internet服務(wù)器，其特征在于-所述煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括至少一臺(tái)如權(quán)利要求1所述的煤 礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端；所述煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)連接 所述Internet服務(wù)器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端，同時(shí)也公開(kāi)了由多個(gè)煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端組成的煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。電量監(jiān)測(cè)終端包括MCU及外圍電路、電源電路、電壓/電流信號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、程序下載接口、液晶顯示接口、鍵盤(pán)、溫度監(jiān)測(cè)電路、時(shí)鐘芯片電路和GPRS單元。煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括至少一臺(tái)煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端、由計(jì)算機(jī)組成的監(jiān)控中心和一臺(tái)提供Internet服務(wù)的服務(wù)器。本煤礦關(guān)口電量監(jiān)測(cè)終端及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用在煤礦電力系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)工作中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率、無(wú)功功率、三相電壓、三相電流、功率因數(shù)等多項(xiàng)參數(shù)的抄表計(jì)量，同時(shí)還具有數(shù)據(jù)管理、報(bào)警、告警信息短信/電話(huà)通知等多項(xiàng)功能。
文檔編號(hào)G01R22/06GK201255749SQ20082011008
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者徐擊水, 燾 李, 超 楊, 艷 梁, 華 肖, 爍 閆, 虎 陳 申請(qǐng)人:楊 超;肖 華;徐擊水;梁 艷;陳 虎;閆 爍;李 燾