一種智能用電終端的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能用電終端，包括：至少一個采集單元、微控制器、通信單元以及控制單元；上述各單元均為模塊化的結(jié)構(gòu)。其中，采集單元，用于采集外界設(shè)備的交流模擬量發(fā)送至微控制器；控制單元，用于采集外界設(shè)備的直流模擬量信號發(fā)送至微控制器，并根據(jù)微控制器發(fā)送的控制命令執(zhí)行跳合閘操作和/或報警輸出；微控制器，用于接收并根據(jù)交流模擬量和/或控直流模擬量信號生成控制命令后發(fā)送至控制單元；通信單元，用于實現(xiàn)采集單元和微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸并實現(xiàn)控制單元與微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過本申請，實現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)的實時采集傳輸、智能控制，且各單元通過模塊化的結(jié)構(gòu)安裝在一起，使得安裝和后續(xù)的維修較為方便。
【專利說明】—種智能用電終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力領(lǐng)域，尤其涉及一種集成有多個單元的智能用電終端。

【背景技術(shù)】
[0002]能效管理系統(tǒng)實現(xiàn)對工礦企業(yè)用電及能源消耗狀況的全面監(jiān)測、分析和評估，通過對能源消耗過程信息化、可視化管理，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)工藝用能過程，科學(xué)、合理地制定企業(yè)能效考核標(biāo)準(zhǔn)和考核體系，能有效提升企業(yè)能效管理水平。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有能效管理系統(tǒng)的原理框圖，主要是由主站層11、通信層12、采集層13等組成。
[0004]主站層11包括計算機14、路由器15等硬件設(shè)備和能效管理系統(tǒng)軟件，它主要完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)維護、授權(quán)等功能，并將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù)、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策層。
[0005]通信層12包括交換機16、串口服務(wù)器17等硬件設(shè)備，它主要是將采集層13中采集的數(shù)據(jù)傳輸給主站層11，并將主站層11的各類設(shè)置命令發(fā)送給采集層13。
[0006]采集層13包括了眾多分布于各耗能機電設(shè)備、廠房(生活區(qū))其他耗能設(shè)施上的電能監(jiān)測儀設(shè)備18，主要實現(xiàn)對用電數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
[0007]主站層11與通信層12之間的通信是通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)的，通信層12與采集層13之間的通信是通過RS-485串口來實現(xiàn)的，采集層13中的某一個區(qū)域內(nèi)所有的電能監(jiān)測儀18將RS-485串口并聯(lián)在一起連接到I個串口服務(wù)器上的RS-485 口上，每個電能監(jiān)測儀都有一個獨立的地址，主站召測某個電能監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)時，召測報文中包含了該電能監(jiān)測儀的地址，被選中的電能監(jiān)測儀進行應(yīng)答，其他地址不符的電能監(jiān)測儀不進行應(yīng)答。
[0008]上述的能效管理系統(tǒng)存在以下不足:
[0009]沒有控制功能，只是數(shù)據(jù)采集；
[0010]現(xiàn)場的電能監(jiān)測儀設(shè)備數(shù)量多難以固定、分布不集中且與遠程服務(wù)器之間采用輪詢通信方式，影響了數(shù)據(jù)傳輸速度。遠程服務(wù)器對每臺電能監(jiān)測儀的通信時間間隔一般是I分鐘I次，遠程服務(wù)器上的數(shù)據(jù)刷新頻率也最快只能達到I分鐘，刷新速度較慢，不利于數(shù)據(jù)的實時性；
[0011]現(xiàn)有的能效管理系統(tǒng)的各單元都采用分散式安裝設(shè)計，各個設(shè)備之間通過連接電纜直接連接。這樣就造成了安裝、接線復(fù)雜，維護繁瑣且后續(xù)檢修難的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]有鑒于此，本實用新型的目的在于，提供一種智能用電終端，以解決上述能效管理系統(tǒng)存在的問題。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型實施例提供了一種智能用電終端，包括:
[0014]至少一個采集單元、微控制器、通信單元以及控制單元；所述采集單元、微控制器、通信單元以及控制單元均為模塊化的結(jié)構(gòu)；其中，
[0015]所述采集單元，用于采集外界設(shè)備的交流模擬量發(fā)送至所述微控制器；
[0016]所述控制單元，用于采集所述外界設(shè)備的直流模擬量信號發(fā)送至所述微控制器，并根據(jù)所述微控制器發(fā)送的控制命令執(zhí)行跳合閘操作和/或報警輸出；
[0017]所述微控制器，用于接收并根據(jù)所述采集單元發(fā)送的交流模擬量和所述控制單元發(fā)送的直流模擬量信號生成所述控制命令后發(fā)送至所述控制單元；
[0018]所述通信單元，用于實現(xiàn)所述采集單元和所述微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸并實現(xiàn)所述控制單元與所述微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
[0019]優(yōu)選的，所述智能用電終端還包括:模塊化的接線單元，用于形成統(tǒng)一的對外接口，所述采集單元和所述控制單元通過所述對外接口與所述外界設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。
[0020]優(yōu)選的，所述微控制器，還用于顯示所獲得的數(shù)據(jù)。
[0021]優(yōu)選的，所述采集單元，還用于采集溫度信號發(fā)送至所述微控制器；
[0022]所述微控制器，用于接收所述交流模擬量、所述直流模擬量信號和所述溫度信號生成所述控制命令后發(fā)送至所述控制單元。
[0023]優(yōu)選的，所述控制單元，還用于遙信信號輸入。
[0024]優(yōu)選的，所述采集單元為電能監(jiān)測儀，用于采集三相電壓和三相電流信號，根據(jù)三相電壓和三相電流信號計算出三相電壓有效值、三相電流有效值、三相有功功率、三相無功功率、三相有功電量、三相無功電量、三相電壓高次諧波含有率、三相電流高次諧波含有率中的至少一項，并將計算結(jié)果發(fā)送至所述微控制器。
[0025]優(yōu)選的，所述電能監(jiān)測儀為N個，所述控制單元具有N路跳合閘信號輸出、N路直流模擬量測量信號輸入、N路遙信信號輸入以及N路報警信號輸出，所述N大于I。
[0026]優(yōu)選的，所述通信單元包括一交換機、一通信服務(wù)器和一串口服務(wù)器；
[0027]所述交換機具有至少五個網(wǎng)口，所述通信服務(wù)器具有至少一個網(wǎng)口和至少兩個RS485接口，所述電能監(jiān)測儀具有至少兩個RS485接口，所述串口服務(wù)器具有至少一個網(wǎng)口和至少一個RS-485接口 ；所述微控制器具有至少兩個網(wǎng)口，所述控制單元具有至少兩個RS485 接口 ；
[0028]其中，所述交換機的三個網(wǎng)口分別與所述通信服務(wù)器、所述串口服務(wù)器以及遠程服務(wù)器的路由器的網(wǎng)口相連，另兩個網(wǎng)口與所述微控制器的網(wǎng)口相連；
[0029]所述通信服務(wù)器的RS485接口分別與多個電能監(jiān)測儀的一個RS485接口相連，所述串口服務(wù)器的RS485接口與所述控制單元的一個RS485接口相連，所述電能監(jiān)測儀的另一個RS485接口與所述控制單元的另一個RS485接口相連。
[0030]優(yōu)選的，所述直流模擬量信號為粉塵濃度信號。
[0031]優(yōu)選的，所述對外接口的接線端子為導(dǎo)軌式端子。
[0032]有益效果:
[0033]本實用新型通過將至少一個采集單元、微控制器、通信單元以及控制單元等各模塊化的結(jié)構(gòu)安裝在一起；能夠采集到多種數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集的各數(shù)據(jù)對用電設(shè)備進行控制，且各單元通過模塊化的結(jié)構(gòu)安裝在一起，使得安裝和后續(xù)的維修較為方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035]圖1是本實用新型現(xiàn)有技術(shù)中的能效管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖2是本實用新型實施例中的智能終端結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖3是本實用新型實施例中的電能監(jiān)測儀的接口設(shè)置流程圖。

【具體實施方式】
[0038]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0039]本實用新型實施例提供了一種智能用電終端，用于實現(xiàn)對外界用電設(shè)備的監(jiān)測、控制。
[0040]圖2為本申請實施例的一種具體的智能用電終端I的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)集成有至少一個采集單元21、微控制器22、通信單元23以及控制單元24。、上述采集單元21、微控制器22、通信單元23以及控制單元24均為模塊化的結(jié)構(gòu)；其中，
[0041]采集單元21，用于采集外界設(shè)備3的交流模擬量發(fā)送至微控制器22 ；
[0042]控制單元24，用于采集外界設(shè)備3的直流模擬量信號發(fā)送至微控制器22，并根據(jù)微控制器22發(fā)送的控制命令執(zhí)行跳合閘操作和/或報警輸出?？刂茊卧?4具體的可測量4?20mA的直流模擬量信號。本申請的優(yōu)選實施例中，控制單元24，還用于遙信信號輸入，要求輸入信號為無電位觸點信號。
[0043]上述微控制器22，用于接收并根據(jù)采集單元21發(fā)送的交流模擬量和/或控制單元24發(fā)送的直流模擬量信號生成相應(yīng)的控制命令后發(fā)送至控制單元24。優(yōu)選實施例中，微控制器22，還用于實時顯示所獲得的數(shù)據(jù)以及當(dāng)前智能用電終端的狀態(tài)等。
[0044]通信單元23，用于實現(xiàn)采集單元21和微控制器22之間的數(shù)據(jù)傳輸并實現(xiàn)控制單兀24與微控制器22之間的數(shù)據(jù)傳輸。
[0045]本申請中，如圖2所示，智能用電終端還包括模塊化的接線單元25，用于形成統(tǒng)一的對外接口，上述采集單元21和控制單元24通過該對外接口與外界設(shè)備3進行數(shù)據(jù)通信，例如發(fā)出測量信號、輸出控制信號等。
[0046]本申請中采集單元具體為電能監(jiān)測儀，用于采集外界設(shè)備的交流模擬量以及溫度。
[0047]該接線單元21用于通過自身對外接口將電能監(jiān)測儀11的交流模擬量輸入信號以及溫度測量輸入信號傳輸至所述外界設(shè)備。
[0048]上述采集單元21具體的可以為電能監(jiān)測儀211，其交流模擬量具體可以為三相電壓和三相電流信號，或者電能監(jiān)測儀可以根據(jù)三相電壓和三相電流信號計算出三相電壓有效值、三相電流有效值、三相有功功率、三相無功功率、三相有功電量、三相無功電量、三相電壓高次諧波含有率、三相電流高次諧波含有率中的至少一項后將計算結(jié)果發(fā)送至微控制器22。
[0049]當(dāng)終端I內(nèi)集成6個電能檢測儀時，終端I內(nèi)共有6路交流模擬量輸入信號以及6路溫度測量輸入信號，此時接線單元需要設(shè)置6個對外接口。本申請中即設(shè)置了 6個對外接口，且每個對外接口有21個接線端子。為方便安裝，該接線端子采用導(dǎo)軌式的安裝方式。
[0050]優(yōu)選的，對外接口具有電壓接線端子和電流接線端子，并具有電壓接線端子斷路、電流接線端子短路的特點。
[0051]上述直流模擬量信號具體可以為粉塵濃度信號?？刂茊卧?4具體的可以與外界的傳感器連接以獲取該信號并發(fā)送至微控制器，以便微控制器結(jié)合該信號生成相應(yīng)的控制，命令發(fā)送至控制單元，如輸出跳閘指令等。
[0052]控制單元24主要負責(zé)執(zhí)行跳、合閘控制、報警輸出和直流模擬量采集以及遙信信號輸入。對應(yīng)上述實施例中的6臺電能監(jiān)測儀所采集的回路，控制單元24包含6路控制輸出，6路報警輸出、6路遙信輸入和6路直流模擬量輸入。其中，控制輸出常開、常閉節(jié)點均引出，方便現(xiàn)場根據(jù)情況使用，控制單元24根據(jù)控制命令，對終端所外接的設(shè)備實施跳閘或報警輸出，觸點容量大于AC250V/10A。
[0053]通信單元23用來實現(xiàn)終端內(nèi)微控制器22與采集單元21、控制單元24的實時、高密度本地數(shù)據(jù)交互及通信維護及遠程服務(wù)器4與本地微控制器22、采集單元21的數(shù)據(jù)通信交互。
[0054]通信單元23主要包括一交換機、一通信服務(wù)器和一串口服務(wù)器。
[0055]其中交換機具有至少五個網(wǎng)口，通信服務(wù)器具有至少一個網(wǎng)口和至少兩個RS485接口，電能監(jiān)測儀具有至少兩個RS485接口，串口服務(wù)器具有至少一個網(wǎng)口和至少一個RS-485接口 ；微控制器具有至少兩個網(wǎng)口，控制單元具有至少兩個RS485接口。
[0056]交換機的三個網(wǎng)口分別與通信服務(wù)器、串口服務(wù)器以及遠程服務(wù)器的路由器的網(wǎng)口相連，另兩個網(wǎng)口與微控制器的網(wǎng)口相連；
[0057]通信服務(wù)器的RS485接口分別與多個電能監(jiān)測儀的一個RS485接口相連，串口服務(wù)器的RS485接口與控制單元的一個RS485接口相連，電能監(jiān)測儀的另一個RS485接口與控制單元的另一個RS485接口相連。
[0058]據(jù)此，通信服務(wù)器，用于將控制單元24以及采集單元21的一個RS485接口轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)接口并連接至微控制器的一網(wǎng)口。
[0059]串口服務(wù)器，用于將控制單元24以及采集單元21的另一 RS485接口轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)接口并連接至遠程服務(wù)器4 ;微控制器22通過另一網(wǎng)口連接至遠程服務(wù)器4。
[0060]控制單元24的第三個RS485接口為預(yù)留接口，用于后續(xù)進行擴展。
[0061]由于通信轉(zhuǎn)換器具有多個RS-485 口，每個RS-485 口只負幾臺電能監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)通信，而不是和終端內(nèi)所有的電能監(jiān)測儀進行通信，所以可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。且每臺電能監(jiān)測儀通過2個RS-485 口分別完成當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)通信和遠程數(shù)據(jù)通信，一來可以實現(xiàn)當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)的高速傳輸和實時顯示，二來可以實現(xiàn)當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)通信和遠程數(shù)據(jù)通信互不干擾。控制單元也具有2個RS-485接口，其中一個接口通過通信轉(zhuǎn)換器與控制單元24相連，接收來自微控制器的控制命令，并將遙信數(shù)據(jù)傳遞給微控制器，另一個接口通過串口服務(wù)器與遠程服務(wù)器進行遠程通信，可以實現(xiàn)遙控和遙信的功能。
[0062]對應(yīng)上述電能監(jiān)測儀，本申請公開了其通信過程，此處將電能監(jiān)測儀的兩個RS485接口稱為串口 I和串口 2。如圖3所示，主程序Sll啟動后，在步驟S12進行串口 I和串口2初始化，之后在步驟S13設(shè)置串口 I和串口 2的通信波特率，在步驟S14設(shè)置串口 I和串口 2的通信口接收允許，然后在步驟S15打開串口 I和串口 2的通信中斷。在步驟S16，清零看門狗。在步驟S17，判定是否收到串口 I的報文，如果是則進入步驟S18，解讀串口 I的報文、組織回答報文。在步驟S19，判定是否要發(fā)送串口 I的報文，如果是則在步驟S20啟動串口 I的發(fā)送報文，然后進入步驟S21，判定是否收到串口 2的報文，如果是則進入步驟S22，解讀串口 2的報文、組織回答報文。在步驟S23，判定是否要發(fā)送串口 2的報文，如果是則在步驟S24啟動串口 2的發(fā)送報文，然后返回步驟4S16。
[0063]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能用電終端，其特征在于，所述智能用電終端包括: 至少一個采集單元、微控制器、通信單元以及控制單元；所述采集單元、微控制器、通信單元以及控制單元均為模塊化的結(jié)構(gòu)；其中， 所述采集單元，用于采集外界設(shè)備的交流模擬量發(fā)送至所述微控制器； 所述控制單元，用于采集所述外界設(shè)備的直流模擬量信號發(fā)送至所述微控制器，并根據(jù)所述微控制器發(fā)送的控制命令執(zhí)行跳合閘操作和/或報警輸出； 所述微控制器，用于接收并根據(jù)所述采集單元發(fā)送的交流模擬量和/或所述控制單元發(fā)送的直流模擬量信號生成所述控制命令后發(fā)送至所述控制單元； 所述通信單元，用于實現(xiàn)所述采集單元和所述微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸并實現(xiàn)所述控制單元與所述微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的智能用電終端，其特征在于，所述智能用電終端還包括:模塊化的接線單元，用于形成統(tǒng)一的對外接口，所述采集單元和所述控制單元通過所述對外接口與所述外界設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。
3.如權(quán)利要求1所述的智能用電終端，其特征在于，所述微控制器，還用于顯示所獲得的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的智能用電終端，其特征在于，所述采集單元，還用于采集溫度信號發(fā)送至所述微控制器； 所述微控制器，用于接收所述交流模擬量、所述直流模擬量信號和所述溫度信號生成所述控制命令后發(fā)送至所述控制單元。
5.如權(quán)利要求1所述的智能用電終端，其特征在于，所述控制單元，還用于遙信信號輸入。
6.如權(quán)利要求5所述的智能用電終端，其特征在于，所述采集單元為電能監(jiān)測儀，用于采集三相電壓和三相電流信號，根據(jù)三相電壓和三相電流信號計算出三相電壓有效值、三相電流有效值、三相有功功率、三相無功功率、三相有功電量、三相無功電量、三相電壓高次諧波含有率、三相電流高次諧波含有率中的至少一項，并將計算結(jié)果發(fā)送至所述微控制器。
7.如權(quán)利要求6所述的智能用電終端，其特征在于，所述電能監(jiān)測儀為N個，所述控制單元具有N路跳合閘信號輸出、N路直流模擬量測量信號輸入、N路遙信信號輸入以及N路報警信號輸出，所述N大于1。
8.如權(quán)利要求7所述的智能用電終端，其特征在于，所述通信單元包括一交換機、一通信服務(wù)器和一串口服務(wù)器； 所述交換機具有至少五個網(wǎng)口，所述通信服務(wù)器具有至少一個網(wǎng)口和至少兩個RS485接口，所述電能監(jiān)測儀具有至少兩個RS485接口，所述串口服務(wù)器具有至少一個網(wǎng)口和至少一個RS-485接口 ；所述微控制器具有至少兩個網(wǎng)口，所述控制單元具有至少兩個RS485接口 ； 其中，所述交換機的三個網(wǎng)口分別與所述通信服務(wù)器、所述串口服務(wù)器以及遠程服務(wù)器的路由器的網(wǎng)口相連，另兩個網(wǎng)口與所述微控制器的網(wǎng)口相連； 所述通信服務(wù)器的RS485接口分別與多個電能監(jiān)測儀的一個RS485接口相連，所述串口服務(wù)器的RS485接口與所述控制單元的一個RS485接口相連，所述電能監(jiān)測儀的另一個RS485接口與所述控制單元的另一個RS485接口相連。
9.如權(quán)利要求1所述的智能用電終端，其特征在于，所述直流模擬量信號為粉塵濃度信號。
10.如權(quán)利要求2所述的智能用電終端，其特征在于，所述對外接口的接線端子為導(dǎo)軌式端子。
【文檔編號】H02J13/00GK204046280SQ201420553607
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】秦建榮, 魯春生, 劉衛(wèi)東, 錢軍, 王世輝, 白剛屹, 沈瑞強 申請人:蘇州太谷電力股份有限公司