母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，包括CPU模塊以及與CPU模塊電性連接的溫濕度采樣模塊、液晶顯示模塊、電源模塊、以及與CPU模塊電性連接的至少一漏電開關(guān)智能控制模塊，該電源模塊還為溫濕度采樣模塊提供電源輸入，該漏電開關(guān)智能控制模塊用于以溫濕度采樣模塊傳輸給CPU模塊的母線槽溫濕度信號來觸發(fā)漏電開關(guān)的跳閘，預(yù)防母線槽的安全事故發(fā)生，提高母線槽運(yùn)行可靠性。
【專利說明】母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及母線槽裝置領(lǐng)域，具體是電力低壓配電系統(tǒng)中一種涉及到母線 槽溫度和濕度在線監(jiān)控的集成系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為新型配電裝置的母線槽，因其結(jié)構(gòu)緊湊、銅排緊壓一起，對散熱和絕緣性要求 較高，若母線槽自身溫度升至一定極限值，就會加速其絕緣老化，甚至破壞絕緣，故母線槽 的溫升和環(huán)境濕度對其工作性能和可靠性影響較大。目前，國內(nèi)僅福州大學(xué)對此研發(fā)了監(jiān) 測系統(tǒng)，但該系統(tǒng)僅用于在線監(jiān)測母線槽的溫濕度，并未根據(jù)母線槽溫濕度是否超出限值 而智能控制相關(guān)漏電開關(guān)是否跳閘，來避免母線槽因溫升或濕度過高而引發(fā)安全事故，因 此有必要針對這一現(xiàn)狀進(jìn)行改善。 實用新型內(nèi)容
[0003] 為了克服現(xiàn)有母線槽溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的智能化不足，本實用新型提供一種對母 線槽溫濕度在線監(jiān)測、并根據(jù)監(jiān)測狀況對相關(guān)的漏電開關(guān)智能控制的母線在線監(jiān)控集成系 統(tǒng)。
[0004] 本實用新型采用的技術(shù)方案是：
[0005] 母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，包括CPU模塊以及與CPU模塊電性連接的溫濕度采樣模 塊、液晶顯示模塊、電源模塊，該電源模塊還為溫濕度采樣模塊提供電源輸入，其特征在于： 其還包括與CPU模塊電性連接的至少一漏電開關(guān)智能控制模塊，該漏電開關(guān)智能控制模塊 用于以溫濕度采樣模塊傳輸給CPU模塊的母線槽溫濕度信號來觸發(fā)漏電開關(guān)的跳閘。
[0006] 本實用新型母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)還包括通信模塊；
[0007] 所述CPU模塊包括一用于上位機(jī)的ARM處理器單元和至少一用于下位機(jī)的單片機(jī) 處理器單元；
[0008] 所述通信模塊連接在ARM處理器單元與單片機(jī)處理器單元之間；
[0009] 所述溫濕度采樣模塊的輸出端與單片機(jī)處理器單元的輸入端電性連接；
[0010] 所述液晶顯示模塊與ARM處理器單元連接；
[0011] 所述漏電開關(guān)智能控制模塊分為驅(qū)動分支干線處的第一漏電開關(guān)智能控制模塊 和驅(qū)動母線槽干線處的第二漏電開關(guān)智能控制模塊，該第一漏電開關(guān)智能控制模塊通過第 一驅(qū)動電路與單片機(jī)處理器單元連接，該第二漏電開關(guān)智能控制模塊通過第二驅(qū)動電路與 ARM處理器單元連接。
[0012] 作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單片機(jī)處理器單元連接有第一看門狗監(jiān)控模 塊，所述ARM處理器單元連接有第二看門狗監(jiān)控模塊。
[0013] 進(jìn)一步的，所述溫濕度采樣模塊包括至少一溫度傳感器和濕度傳感器，該溫度傳 感器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)處理器單元連接，該濕度傳感器直接與單片機(jī)處理器單元連 接。
[0014] 進(jìn)一步的，所述溫度傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間連接有運(yùn)算放大器，所述濕度傳感 器直接與單片機(jī)處理器單元之間連接有555定時器。
[0015] 其中，所述電源模塊包括與漏電開關(guān)的進(jìn)線端連接以獲取電源輸入的上位機(jī)電源 模塊和下位機(jī)電源模塊；該下位機(jī)電源模塊包括從漏電開關(guān)的進(jìn)線端依次連接的第一開關(guān) 電源、TL431A電路，第一開關(guān)電源為所述單片機(jī)處理模塊、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一 / 第二驅(qū)動電路提供電源輸入，該TL431A電路為溫度傳感器提供基電壓。
[0016] 所述溫度傳感器為非接觸式紅外溫度傳感器。
[0017] 所述第一 /第二漏電開關(guān)智能控制模塊均包括依次連接的過零觸發(fā)光耦可控硅、 漏電開關(guān)復(fù)位電路，所述第一 /第二驅(qū)動電路連接在單片機(jī)處理器單元/ARM處理器單元之 間。
[0018] 所述通信模塊采用RS485通信電路，該RS485通信電路包括依次串聯(lián)在單片機(jī)處 理器單元與ARM處理器單元之間的NEC光耦和SP485通信芯片。
[0019] 其中，所述NEC光耦由兩路分別用于接收和發(fā)送的NEC光耦電路組成。
[0020] 本實用新型的有益效果是：
[0021] 本實用新型母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)是為了避免現(xiàn)有母線槽溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)智能 化不足之處，充分結(jié)合漏電開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)，不但實時顯示母線槽的溫濕度，而且當(dāng)檢測母 線槽溫濕度的超限時觸發(fā)漏電開關(guān)跳閘，預(yù)防母線槽的安全事故發(fā)生，提高母線槽運(yùn)行可 靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0023] 圖1為本實用新型的方框原理示意圖；
[0024] 圖2為本實用新型的系統(tǒng)上位機(jī)電路原理圖；
[0025] 圖3為本實用新型的系統(tǒng)上位機(jī)電路原理圖；
[0026] 圖4為溫濕度采樣模塊電路原理圖；
[0027] 圖5為漏電開關(guān)智能控制模塊電路原理圖；
[0028] 圖6為通信模塊電路原理圖；
[0029] 圖7為液晶顯不|旲塊電路原理圖；
[0030] 圖8為電源模塊電路原理。
[0031] 圖中標(biāo)號為：溫濕度采樣模塊10,液晶顯示模塊20,通信模塊30,第一漏電開關(guān)智 能控制模塊40,第二漏電開關(guān)智能控制模塊50,上位機(jī)電源模塊60,下位機(jī)電源模塊70,第 一看門狗監(jiān)控模塊80,第二看門狗監(jiān)控模塊90,第一驅(qū)動電路100,第二驅(qū)動電路110,非 接觸式紅外溫度傳感器120,濕度傳感器130,運(yùn)算放大器140, 555定時器150,過零觸發(fā)光 耦可控硅160,漏電開關(guān)復(fù)位電路170, NEC光耦180, SP485通信芯片190, DC-DC隔離電源 200, AC-DC開關(guān)電源模塊210、單片機(jī)處理器單元220、ARM處理器單元230。

【具體實施方式】
[0032] 參考圖1所示，為本實用新型母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，包括CPU模塊以及與CPU模 塊電性連接的溫濕度采樣模塊10、液晶顯示模塊20、通信模塊30、漏電開關(guān)智能控制模塊、 電源模塊等六大模塊；其中：
[0033] ( 1) CPU 模塊
[0034] CPU模塊是本系統(tǒng)的核心部分，主要包括單片機(jī)處理器單元220、ARM處理器單元 230,其中ARM處理器用于上位機(jī)，單片機(jī)處理器用于下位機(jī)，本實用新型中可以多臺下位 機(jī)對應(yīng)一臺上位機(jī),但附圖實施例中僅以一臺下位機(jī)對應(yīng)一臺上位機(jī)。本實用新型采用的 單片機(jī)處理器為增強(qiáng)型，抗干擾強(qiáng)，滿足母線槽復(fù)雜電磁環(huán)境的應(yīng)用要求。
[0035] (2 )溫濕度采樣模塊10
[0036] 溫濕度采樣模塊10的輸出端與單片機(jī)處理器單元220的輸入端電性連接，該采樣 模塊主要通過非接觸式紅外傳感器對母線槽的溫度進(jìn)行采樣，并將采樣值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送 入單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，濕度傳感器130對母線槽的濕度進(jìn)行采樣，采樣值直接以 頻率信號形式送入單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本實用新型采用紅外傳感器對母線槽的溫 度監(jiān)測，靈敏度、精確度高，且能較好實現(xiàn)傳感器與母線槽的絕緣要求。
[0037] (3)通信模塊30
[0038] 本模塊連接在ARM處理器單元230與單片機(jī)處理器單元220之間，本模塊采用 RS485通信電路，除了 A、B端口接入通信網(wǎng)絡(luò)外，還設(shè)計將信號地接入，能有效抑制共模干 擾，進(jìn)一步提高通信的可靠性。
[0039] (4)漏電開關(guān)智能控制模塊
[0040] 漏電開關(guān)智能控制模塊分為驅(qū)動分支干線處的第一漏電開關(guān)智能控制模塊40和 驅(qū)動母線槽干線處的第二漏電開關(guān)智能控制模塊50,該第一漏電開關(guān)智能控制模塊40通 過第一驅(qū)動電路100與單片機(jī)處理器單元220連接，該第二漏電開關(guān)智能控制模塊50通過 第二驅(qū)動電路110與ARM處理器單元230連接。
[0041] (5)液晶顯示模塊20
[0042] 本實用新型的液晶顯示模塊20與ARM處理器單元230連接，液晶顯示模塊20主 要用于在線顯示相應(yīng)母線槽的溫濕度值及漏電開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，為預(yù)防母線槽的安全事故 提供數(shù)據(jù)判斷依據(jù)。
[0043] (6)電源模塊
[0044] 所述電源模塊包括與漏電開關(guān)的進(jìn)線端連接以獲取電源輸入的上位機(jī)電源模塊 60和下位機(jī)電源模塊70。
[0045] 其工作原理為，通過溫濕度傳感器130將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送入到單片 機(jī)處理器單元220進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，若數(shù)據(jù)超出母線槽的溫濕度極限值，驅(qū)動分支處的漏電 開關(guān)智能跳閘，預(yù)防分支干線的安全事故發(fā)生，同時通過RS485通信電路將相關(guān)溫濕度數(shù) 據(jù)傳送到ARM處理器單元230,實時顯示，并判斷是否驅(qū)動母線槽干線的總漏電開關(guān)智能跳 閘，預(yù)防總干線安全事故發(fā)生。
[0046] 本技術(shù)方案中漏電開關(guān)為斷路器；
[0047] 此外，所述單片機(jī)處理器單元220連接有第一看門狗監(jiān)控模塊80，所述ARM處理器 單元230連接有第二看門狗監(jiān)控模塊90,看門狗監(jiān)控模塊屬于現(xiàn)有的硬件模塊，因此本技 術(shù)方案未提供具體電路圖；其設(shè)置的目的是為了單片機(jī)處理器單元220或ARM處理器單元 230運(yùn)行卡死時，能夠使其自動重啟。
[0048] 如圖2、3所示，為本系統(tǒng)的電路原理圖，主要分為下位機(jī)電路部分和上位機(jī)電路 部分，單片機(jī)處理器單元220與ARM處理器單元230之間通過UART、RS485通信單元相連， 實現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)間的互傳數(shù)據(jù)。本實用新型根據(jù)母線槽應(yīng)用的復(fù)雜電磁環(huán)境，選用了 抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行速度高的單片機(jī)處理器，且單片機(jī)處理器和ARM處理器的電源紋波控 制在30mV左右，極大提高本實用新型的運(yùn)行可靠性；此外，ARM處理器對本系統(tǒng)的擴(kuò)展留有 足夠的裕量。
[0049] 具體的，一臺下位機(jī)設(shè)有5路非接觸式紅外溫度傳感器120采樣，1路濕度傳感器 130采樣。紅外溫度傳感器120采樣輸出值是一個微小電壓值，通過運(yùn)算放大器140放大 送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將數(shù)字信號送入單片機(jī)處理器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值； 而濕度傳感器130輸出值是頻率信號，可直接送入單片機(jī)處理器單元220,轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的濕 度值。單片處理器單元將溫濕度值的電平信號傳輸給第一漏電開關(guān)智能控制模塊40,當(dāng)該 電平信號超越極限值時，則驅(qū)動相應(yīng)漏電開關(guān)智能跳閘，保護(hù)相應(yīng)母線槽，預(yù)防安全事故發(fā) 生，同時并將溫濕度值及漏電開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)傳送至上位機(jī)，實現(xiàn)實時顯示。
[0050] 上位機(jī)電路部分，上位機(jī)接收到下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，將進(jìn)一步檢測母線槽的總干 線是溫濕度是否超限，若溫濕度值的電平信號超越極限值時，則通過第二漏電開關(guān)智能控 制模塊50驅(qū)動母線槽總干線的漏電開關(guān)智能跳閘，同時實時顯示相應(yīng)溫濕度值及漏電開 關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
[0051] 如圖4所示，非接觸式紅外溫度傳感器120采集到的溫度信號以微弱的電壓信號 輸出，經(jīng)高精度運(yùn)算放大器1403放大后，傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 最后輸入到單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0052] 而濕度傳感器130結(jié)合555定時器150的電路特性將采集到的濕度信號直接以頻 率信號輸送至單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
[0053] 如圖5所示，為本實用新型的漏電開關(guān)智能控制模塊，第一 /第二漏電開關(guān)智能控 制模塊50均包括依次連接的過零觸發(fā)光耦可控硅160、漏電開關(guān)復(fù)位電路170,所述第一 / 第二驅(qū)動電路110連接在單片機(jī)處理器單元220/ARM處理器單元230之間；若母線槽的溫 濕度超限，單片機(jī)處理器單元220或ARM處理器單元230驅(qū)動過零觸發(fā)光耦可控硅160導(dǎo) 通，漏電開關(guān)復(fù)位電路170通路，進(jìn)而漏電開關(guān)跳閘，保護(hù)母線槽，預(yù)防引發(fā)事故。在正常運(yùn) 行狀態(tài)下，漏電開關(guān)的原有功能不影響。
[0054] 圖6所示為通信模塊30電路原理圖，該通信模塊30采用RS485通信電路，并由 DC-DC隔離電源200供電，該RS485通信電路包括依次串聯(lián)在單片機(jī)處理器單元220與ARM 處理器單元230之間的NEC光耦180和SP485通信芯片190 ;其中，所述NEC光耦180由兩 路分別用于接收和發(fā)送的NEC光耦180電路組成。
[0055] 圖7所示為液晶顯示模塊20電路原理圖，液晶顯示屏的輸入端與ARM處理器單元 230的信號輸出端連接，用于在線顯示相應(yīng)母線槽的溫濕度值及漏電開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，為預(yù) 防母線槽的安全事故提供數(shù)據(jù)判斷依據(jù)。
[0056] 如圖8所示，為本實用新型的電源模塊電路圖，電源模塊包括與漏電開關(guān)的進(jìn)線 端連接以獲取電源輸入的上位機(jī)電源模塊60和下位機(jī)電源模塊70 ;該下位機(jī)電源模塊70 包括從漏電開關(guān)的進(jìn)線端依次連接的第一開關(guān)電源、TL431A電路，第一開關(guān)電源為所述單 片機(jī)處理模塊、運(yùn)算放大器140、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一 /第二驅(qū)動電路110提供電源輸入，該 TL431A電路為溫度傳感器120提供基電壓；該上位機(jī)電源模塊60采用的LD03-10B03和第 一開關(guān)電源LD03-10B05均是AC-DC開關(guān)電源模塊210。
[0057] 本實用新型的電源模塊供電方式靈活：上位機(jī)、下位機(jī)所需的直流電通均通過開 關(guān)電源從漏電開關(guān)的進(jìn)線端取得，所選用的開關(guān)電源抗干擾強(qiáng)，低紋波，為上、下位機(jī)的可 靠運(yùn)行提供保證。TL431三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源為紅外溫度傳感器提供穩(wěn)定的基電壓，確 保紅外溫度傳感器采樣精度。
[0058] 本實用新型母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)是為了避免現(xiàn)有母線槽溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)智能 化不足之處，充分結(jié)合漏電開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)，不但實時顯示母線槽的溫濕度，而且當(dāng)檢測母 線槽溫濕度的超限時觸發(fā)漏電開關(guān)跳閘，預(yù)防母線槽的安全事故發(fā)生，提高母線槽運(yùn)行可 靠性。
[0059] 以上所述僅為本實用新型的優(yōu)先實施方式，本實用新型并不限定于上述實施方 式，只要以基本相同手段實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案都屬于本實用新型的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，包括CPU模塊以及與CPU模塊電性連接的溫濕度采樣模塊、 液晶顯示模塊、電源模塊，該電源模塊還為溫濕度采樣模塊提供電源輸入，其特征在于：其 還包括與CPU模塊電性連接的至少一漏電開關(guān)智能控制模塊，該漏電開關(guān)智能控制模塊用 于以溫濕度采樣模塊傳輸給CPU模塊的母線槽溫濕度信號來觸發(fā)漏電開關(guān)的跳閘。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：其還包括通信模塊； 所述CPU模塊包括一用于上位機(jī)的ARM處理器單元和至少一用于下位機(jī)的單片機(jī)處理 器單元； 所述通信模塊連接在ARM處理器單元與單片機(jī)處理器單元之間； 所述溫濕度采樣模塊的輸出端與單片機(jī)處理器單元的輸入端電性連接； 所述液晶顯示模塊與ARM處理器單元連接； 所述漏電開關(guān)智能控制模塊分為驅(qū)動分支干線處的第一漏電開關(guān)智能控制模塊和驅(qū) 動母線槽干線處的第二漏電開關(guān)智能控制模塊，該第一漏電開關(guān)智能控制模塊通過第一驅(qū) 動電路與單片機(jī)處理器單元連接，該第二漏電開關(guān)智能控制模塊通過第二驅(qū)動電路與ARM 處理器單元連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述單片機(jī)處理器單 元連接有第一看門狗監(jiān)控模塊，所述ARM處理器單元連接有第二看門狗監(jiān)控模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述溫濕度采樣模塊 包括至少一溫度傳感器和濕度傳感器，該溫度傳感器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)處理器單元 連接，該濕度傳感器直接與單片機(jī)處理器單元連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述溫度傳感器與模 數(shù)轉(zhuǎn)換器之間連接有運(yùn)算放大器，所述濕度傳感器直接與單片機(jī)處理器單元之間連接有 555定時器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述電源模塊包括與 漏電開關(guān)的進(jìn)線端連接以獲取電源輸入的上位機(jī)電源模塊和下位機(jī)電源模塊；該下位機(jī) 電源模塊包括從漏電開關(guān)的進(jìn)線端依次連接的第一開關(guān)電源、TL431A電路，第一開關(guān)電源 為所述單片機(jī)處理模塊、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一 /第二驅(qū)動電路提供電源輸入，該 TL431A電路為溫度傳感器提供基電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述溫度傳感器為非 接觸式紅外溫度傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述第一 /第二漏電 開關(guān)智能控制模塊均包括依次連接的過零觸發(fā)光耦可控硅、漏電開關(guān)復(fù)位電路，所述第一 / 第二驅(qū)動電路連接在單片機(jī)處理器單元/ARM處理器單元之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述通信模塊采用 RS485通信電路，該RS485通信電路包括依次串聯(lián)在單片機(jī)處理器單元與ARM處理器單元之 間的NEC光耦和SP485通信芯片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的母線在線監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于：所述NEC光耦由兩路 分別用于接收和發(fā)送的NEC光耦電路組成。
【文檔編號】G01D21/02GK203850921SQ201420205413
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】范垂豪, 程漢湘, 冼冀 申請人:中山市凱豐電力電子設(shè)備有限公司