一種三相負(fù)載監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及配電柜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相負(fù)載監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及配電柜，該監(jiān)測裝置包括：若干信號采集單元，用于采集配電柜各回路中的電流信號和電壓信號；以及，DSP單元，用于根據(jù)電流信號和電壓信號計(jì)算相應(yīng)的負(fù)載，并輸出相應(yīng)計(jì)算結(jié)果；所有信號采集單元分別通過一數(shù)據(jù)總線與DSP單元連接；其中，數(shù)據(jù)總線包括模擬量總線和數(shù)字量總線。本發(fā)明具有以下有益效果：實(shí)現(xiàn)了對配電柜的三相負(fù)載的監(jiān)控，用戶可以實(shí)時(shí)了解三相負(fù)載的具體情況，合理地對三相負(fù)載進(jìn)行分配，可以有效避免三相不平衡帶來的安全隱患；可支持多路單相回路的負(fù)載監(jiān)測，大大節(jié)約了硬件成本；可兼用UPS裝置的監(jiān)控單元作為外部的監(jiān)控裝置，擴(kuò)展性強(qiáng)，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】—種三相負(fù)載監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及配電柜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低壓配電柜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種三相負(fù)載監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及配電柜。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際使用的數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，容易出現(xiàn)三相不平衡的情況，當(dāng)三相嚴(yán)重不平衡時(shí)，機(jī)房會存在災(zāi)難性的隱患。因此，有必要對配電柜的三相負(fù)載情況進(jìn)行監(jiān)控，避免上述隱患的發(fā)生。然而，除了對配電柜主路的負(fù)載進(jìn)行檢測外，還有必要對各支路的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測，但是由于配電柜中之路的數(shù)量繁多，如何簡單快捷地對所有主路和支路的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測是需要解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種三相負(fù)載監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及配電柜。具體的技術(shù)方案如下:
一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，包括:
若干信號采集單元，用于采集配電柜各回路中的電流信號和電壓信號；以及，
DSP單元，用于根據(jù)電流信號和電壓信號計(jì)算相應(yīng)的負(fù)載，并輸出相應(yīng)計(jì)算結(jié)果；所有信號采集單元分別通過一數(shù)據(jù)總線與DSP單元連接；其中，數(shù)據(jù)總線包括模擬量總線和數(shù)字量總線；
信號采集單元進(jìn)一步包括若干信號采集接口和一模擬開關(guān)；所有信號采集接口分別與模擬開關(guān)的輸入端連接，每組信號采集接口對一路單相市電的電流信號和電壓信號進(jìn)行檢測，并將檢測到的電流信號和電壓信號輸入到模擬開關(guān)；模擬開關(guān)的輸出端與模擬量總線連接，模擬開關(guān)的控制端與數(shù)字量總線連接；
DSP單元進(jìn)一步包括DSP處理器，以及分別與DSP處理器連接的模擬量模塊、數(shù)字量模塊和通信模塊；其中，數(shù)字量模塊與數(shù)字量總線連接，模擬量模塊與模擬量總線連接；通信模塊與外部監(jiān)控設(shè)備連接；數(shù)字量模塊用于選通一路信號采集單元對應(yīng)的模擬開關(guān)，模擬量模塊用于接收選通的模擬開關(guān)輸出的一組電流信號和電壓信號。
[0004]作為優(yōu)化方案，信號采集單元還包括高阻隔離模塊、量程選擇模塊以及電平匹配模塊；所有信號采集接口檢測到的多路電流信號經(jīng)由量程選擇模塊輸入到電平匹配模塊，所有信號采集接口檢測到的多路電壓信號經(jīng)由高阻隔離模塊輸入到電平匹配模塊；電平匹配模塊再將電流信號和電壓信號輸出到模擬開關(guān)的輸入端。
[0005]作為優(yōu)化方案，監(jiān)測裝置包括16個(gè)信號采集單元。
[0006]作為優(yōu)化方案，每個(gè)信號采集單元包括8組信號采集接口。
[0007]作為優(yōu)化方案，模擬量模塊包括16個(gè)A/D 口，其中，8個(gè)A/D 口用于接收電流信號，8個(gè)A/D 口用于接收電壓信號。
[0008]作為優(yōu)化方案，通信模塊包括RS232接口、R485接口以及CAN接口。[0009]一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測裝置以及分別與其連接的若干后臺監(jiān)控裝置，后臺監(jiān)控裝置為PC機(jī)或UPS裝置的監(jiān)控單元。
[0010]一種配電柜，其內(nèi)部裝設(shè)有監(jiān)測裝置。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明提供的監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)了對配電柜的三相負(fù)載的監(jiān)控，用戶可以實(shí)時(shí)了解三相負(fù)載的具體情況，合理地對三相負(fù)載進(jìn)行分配，可以有效避免三相不平衡帶來的安全隱患；
(2)本發(fā)明提供的監(jiān)測裝置可支持多路單相回路的負(fù)載監(jiān)測，在每個(gè)信號采集單元中設(shè)置模擬開關(guān)，使得一個(gè)DSP處理器即可對多路監(jiān)測信號進(jìn)行處理，大大節(jié)約了硬件成本；
(3)本發(fā)明可兼用UPS裝置的監(jiān)控單元作為外部的監(jiān)控裝置，擴(kuò)展性強(qiáng)，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為信號采集單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]上圖中序號為:lfln_信號采集單元、IOlf IOlm-信號采集接口、102-模擬開關(guān)、103-電平匹配模塊 、104-量程選擇模塊、105-高阻隔離模塊、2-DSP單元、201-DSP處理器、202-模擬量模塊、203-數(shù)字量模塊、204-通信模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖以實(shí)施例的方式詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1:
如圖1所示，一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，包括:
若干信號采集單元11、12……In，用于采集配電柜各回路中的電流信號和電壓信號；以
及，
DSP單元2，用于根據(jù)電流信號和電壓信號計(jì)算相應(yīng)的負(fù)載，并輸出相應(yīng)計(jì)算結(jié)果。
[0016]所有信號采集單元11、12……In分別通過一數(shù)據(jù)總線與DSP單元2連接；其中，數(shù)據(jù)總線包括模擬量總線和數(shù)字量總線。
[0017]如圖2所示，信號采集單元In進(jìn)一步包括若干信號采集接口 1011、1012……IOlm和一模擬開關(guān)102 ;所有信號采集接口 1011、1012……IOlm分別與模擬開關(guān)102的輸入端連接，每組信號采集接口對一路單相市電的電流信號和電壓信號進(jìn)行檢測，并將檢測到的電流信號和電壓信號輸入到模擬開關(guān)102 ;模擬開關(guān)102的輸出端與模擬量總線連接，模擬開關(guān)102的控制端與數(shù)字量總線連接。在本實(shí)施例中，模擬開關(guān)102選用型號為CD4066的模擬開關(guān)，但不限于此，具體型號可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
[0018]DSP單元2進(jìn)一步包括DSP處理器201，以及分別與DSP處理器201連接的模擬量模塊202、數(shù)字量模塊203和通信模塊204 ;其中，數(shù)字量模塊203與數(shù)字量總線連接，模擬量模塊202與模擬量總線連接；通信模塊204與外部監(jiān)控設(shè)備連接；數(shù)字量模塊203用于選通一路信號采集單元In對應(yīng)的模擬開關(guān)102，模擬量模塊202用于接收選通的模擬開關(guān)102輸出的一組電流信號和電壓信號。[0019]在實(shí)際應(yīng)用中，可設(shè)計(jì)一底板，在底板上分別設(shè)計(jì)DSP單元插針和采集單元插針，并預(yù)設(shè)好模擬量總線和數(shù)字量總線。將DSP單元2和信號采集單元分別設(shè)計(jì)為接插板，便于對信號采集單元的數(shù)量的調(diào)整，也為裝置的維護(hù)帶來便利。
[0020]在本實(shí)施例中，監(jiān)測裝置包括16個(gè)信號采集單元，每個(gè)信號采集單元包括8組信號采集接口。在DSP單元2中，模擬量模塊202包括16個(gè)A/D 口，其中，8個(gè)A/D 口用于接收電流信號，8個(gè)A/D 口用于接收電壓信號。由此可見，本實(shí)施例提供的監(jiān)測裝置最多可對128路單相回路的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測，DSP單元2按周期依次對16個(gè)信號采集單元分別對應(yīng)的單相回路的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測，即每個(gè)周期對一個(gè)信號采集單元對應(yīng)的8路單相回路的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測，下一周期對下一個(gè)信號采集單元對應(yīng)的8路單相回路的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測，如此循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)對最多128路單相回路的實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)然，以上僅為舉例，信號采集單元的數(shù)量以及每個(gè)信號采集單元中信號采集接口的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，只要保證DSP單元2中A/D 口的數(shù)量能至少滿足一個(gè)信號采集單元的信號采集接口數(shù)量即可。
[0021 ] 在本實(shí)施例中，為了使采集到的電壓信號和電流信號更加精確，信號采集單元還包括高阻隔離模塊、量程選擇模塊以及電平匹配模塊；所有信號采集接口檢測到的多路電流信號經(jīng)由量程選擇模塊輸入到電平匹配模塊，所有信號采集接口檢測到的多路電壓信號經(jīng)由高阻隔離模塊輸入到電平匹配模塊；電平匹配模塊再將電流信號和電壓信號輸出到模擬開關(guān)的輸入端。
[0022]在本實(shí)施例中，通信模塊提供多種不同類型的通信接口，使得本發(fā)明提供的監(jiān)測裝置能夠擴(kuò)展適配多種不同的后臺監(jiān)控裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，提供的通信接口可以包括RS232接口、R485接口以及CAN接口，當(dāng)然，以上僅為舉例，通信接口的數(shù)量不限于此。
[0023]本發(fā)明的工作流程及使用方法如下:
初始狀態(tài)下，所有信號采集單元11的模擬開關(guān)102均是關(guān)閉的，電壓信號和電流信號不會輸入到DSP單元2。
[0024]利用DSP單元2通過數(shù)字量模塊203發(fā)送一選通信號至第一個(gè)信號采集單元11中模擬開關(guān)102的控制端，將信號采集單元11至模擬量總線的信號通道導(dǎo)通；信號采集單元11將采集到的8路電壓信號和8路電流信號經(jīng)由模擬量總線輸送到DSP單元2的模擬量模塊202 ；DSP處理器201根據(jù)接收到的8路電壓信號和8路電流信號對相應(yīng)單相回路的負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果通過通信模塊204發(fā)送到外部的后臺監(jiān)控裝置。
[0025]至此，信號采集單元11的信號采集完畢，轉(zhuǎn)入下一周期，由DSP單元2選通下一個(gè)信號采集單元12的模擬開關(guān)，重復(fù)上述監(jiān)測步驟，直至所有信號采集單元的信號都已處理后，再循環(huán)進(jìn)行上述操作。
[0026]其中，DSP處理器201對三相負(fù)載的計(jì)算方法如下:
1、電壓檢測和計(jì)算
在使用時(shí)應(yīng)注意，主路三相輸入采集必須接在同一個(gè)信號采集單元上，因?yàn)镈SP單元2在同一時(shí)刻采集同一個(gè)信號采集單元的模擬量，然后通過相電壓的瞬間值計(jì)算線電壓。在雙母線系統(tǒng)中，不同的系統(tǒng)的電壓和電流采樣不能接入同一個(gè)信號采集單元，因?yàn)樵谕粋€(gè)信號采集單元上共N線。
[0027](I)頻率的計(jì)算
通過A/D 口采樣進(jìn)來的過零點(diǎn)信號，選擇兩個(gè)正向過零點(diǎn)，通過線性插值算法算出過零點(diǎn)的精確時(shí)刻，從而算出頻率。
[0028](2)電壓有效值的計(jì)算
取頻率為5kHz的定時(shí)器中斷，每個(gè)中斷到來時(shí)，讀取采樣瞬時(shí)值，求取平方和，直到一個(gè)周期結(jié)束。周期結(jié)束后把平方和除以點(diǎn)數(shù)，再開方即得有效值。
[0029](3)諧波含量的計(jì)算方法
這里只計(jì)算總的諧波含量，方法是:計(jì)算出基波分量，然后相減得到諧波分量。為了計(jì)算這個(gè)分量，必須存儲一個(gè)周期的采樣值，考慮DSP存儲空間的限制，對于諧波的計(jì)算只能分時(shí)進(jìn)行，即算好一路數(shù)據(jù)后，把算諧波的數(shù)據(jù)空間清空，用于存儲下一支路的數(shù)據(jù)，算下一支路的諧波分量。
[0030]( 4 )過壓和欠壓的判斷
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的額定電壓，以及計(jì)算出來的電壓有效值，作出判斷。快速掉電的判斷:取電壓瞬時(shí)值的絕對值，即全波整流后的值，如果該值超過一定時(shí)間小于某一基準(zhǔn)，則判斷為快速掉電。
[0031]2、電流的檢測和計(jì)算
(I)有效值和諧波含量的計(jì)算 與電壓的計(jì)算方法一致。
[0032](2)過流的判斷
電流超限的判斷方法與過壓的判斷方法一樣，采用有效值進(jìn)行。短路的判斷方法與快速掉電的判斷方法一樣，取全波整流后的數(shù)值，判斷一定時(shí)間內(nèi)電流超某一基準(zhǔn)，則為短路。
[0033]、電能計(jì)算方案
(I)視在功率的計(jì)算
用上述電壓和電流的有效值結(jié)果相乘，即得。
[0034](2)有功的計(jì)算
把電壓和電流的瞬時(shí)值相乘，求取一個(gè)周期之內(nèi)的累加和，再除以周期點(diǎn)數(shù)，即得。
[0035](3)用電量的計(jì)算
把有功分量對時(shí)間積分，即得。
[0036]實(shí)施例2:
一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測系統(tǒng)，包括如實(shí)施例1的監(jiān)測裝置以及分別與其連接的若干后臺監(jiān)控裝置，后臺監(jiān)控裝置為PC機(jī)或UPS裝置的監(jiān)控單元。該些后臺監(jiān)控裝置分別通過通信模塊204提供的通信接口與DSP單元2連接?？梢酝ㄟ^這些后臺監(jiān)控裝置對DSP單元2的一些環(huán)境參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，環(huán)境參數(shù)包括判斷過壓的額定電壓、判斷欠壓的基準(zhǔn)值、判斷過流的基準(zhǔn)值以及判斷過載的基準(zhǔn)值等，通過還可以設(shè)置DSP單元2，當(dāng)出現(xiàn)過壓、欠壓、過流或過載等情形時(shí)，發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警信號到后臺監(jiān)控裝置，及時(shí)通知監(jiān)控人員排查故障。
[0037]本發(fā)明對后臺監(jiān)控裝置的類型不做具體限制，可以選用專用的PC機(jī)。為了節(jié)約成本，也可以兼用UPS裝置的監(jiān)控單元，通過RS485總線與DSP單元2連接。在監(jiān)控UPS的同時(shí)，也可以監(jiān)控配電柜的三相負(fù)載情況，減少了設(shè)備數(shù)量，使用便捷，且節(jié)約了成本。
[0038]實(shí)施例3:
一種配電柜，其內(nèi)部裝設(shè)有實(shí)施例1提供的監(jiān)測裝置。該監(jiān)測裝置對該配電柜內(nèi)的所有單相回路的負(fù)載情況進(jìn)行監(jiān)測。本實(shí)施例的其他技術(shù)特征均與實(shí)施例1相同，在此不再贅述。
[0039]以上公開的僅為本申請的三個(gè)具體實(shí)施例，但本申請并非局限于此任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，其特征在于，包括: 若干信號采集單元，用于采集配電柜各回路中的電流信號和電壓信號；以及， DSP單元，用于根據(jù)所述電流信號和所述電壓信號計(jì)算相應(yīng)的負(fù)載，并輸出相應(yīng)計(jì)算結(jié)果; 所有信號采集單元分別通過一數(shù)據(jù)總線與所述DSP單元連接；其中，所述數(shù)據(jù)總線包括模擬量總線和數(shù)字量總線； 所述信號采集單元進(jìn)一步包括若干信號采集接口和一模擬開關(guān)；所有信號采集接口分別與所述模擬開關(guān)的輸入端連接，每組信號采集接口對一路單相市電的電流信號和電壓信號進(jìn)行檢測，并將檢測到的電流信號和電壓信號輸入到所述模擬開關(guān)；所述模擬開關(guān)的輸出端與所述模擬量總線連接，所述模擬開關(guān)的控制端與所述數(shù)字量總線連接； 所述DSP單元進(jìn)一步包括DSP處理器，以及分別與所述DSP處理器連接的模擬量模塊、數(shù)字量模塊和通信模塊；其中，所述數(shù)字量模塊與所述數(shù)字量總線連接，所述模擬量模塊與所述模擬量總線連接；所述通信模塊與外部監(jiān)控設(shè)備連接；所述數(shù)字量模塊用于選通一路信號采集單元對應(yīng)的模擬開關(guān)，所述模擬量模塊用于接收選通的模擬開關(guān)輸出的一組電流信號和電壓信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，其特征在于，所述信號采集單元還包括高阻隔離模塊、量程選擇模塊以及電平匹配模塊；所有信號采集接口檢測到的多路電流信號經(jīng)由所述量程選擇模塊輸入到所述電平匹配模塊，所有信號采集接口檢測到的多路電壓信號經(jīng)由所述高阻隔離模塊輸入到所述電平匹配模塊；所述電平匹配模塊再將電流信號和電壓信號輸出到模擬開關(guān)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，其特征在于，包括16個(gè)信號采集單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，其特征在于，每個(gè)信號采集單元包括8組信號采集接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，其特征在于，所述模擬量模塊包括16個(gè)A/D 口，其中，8個(gè)A/D 口用于接收電流信號，8個(gè)A/D 口用于接收電壓信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測裝置，其特征在于，所述通信模塊包括RS232接口、R485接口以及CAN接口。
7.一種配電柜的三相負(fù)載監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置以及分別與其連接的若干后臺監(jiān)控裝置，所述后臺監(jiān)控裝置為PC機(jī)或UPS裝置的監(jiān)控單J Li ο
8.一種配電柜，其特征在于，其內(nèi)部裝設(shè)有如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置。
【文檔編號】G01R31/00GK104007337SQ201410192057
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】湯恒, 孫曉穎, 潘至平 申請人:上海銀音信息科技股份有限公司