專利名稱：一種能效數(shù)據(jù)集中終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電工儀器儀表行業(yè)能效采集裝置，具體講涉及一種能效數(shù)據(jù)集中終端。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏給節(jié)能產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展帶來了很大障礙。 準(zhǔn)確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是評價所有節(jié)能技術(shù)效果的關(guān)鍵。當(dāng)前各種節(jié)能數(shù)據(jù)、能效信息混亂給節(jié)能產(chǎn)業(yè)帶來很多隱患。因此，亟待建立統(tǒng)一的能效數(shù)據(jù)中心，獲取全面的節(jié)能服務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)，為節(jié)能行業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障，對節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測和節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行評估，為國家和各級政府機(jī)構(gòu)節(jié)能政策提供支撐。準(zhǔn)確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要依賴于現(xiàn)場實(shí)時采集，需采用專用集中終端進(jìn)行采集并傳輸。實(shí)際現(xiàn)場存在許多諸如相/線電壓/電流、功率因數(shù)、基波功率、諧波功率等電參數(shù)， 這些參數(shù)的實(shí)時采集效果直接影響能效分析結(jié)果的可靠性。因此，亟待開發(fā)一種滿足工業(yè)現(xiàn)場及能效監(jiān)測要求的實(shí)時電能質(zhì)量集中終端。專利號為ZL201020214236. 2的實(shí)用新型披露了一種安裝模塊化通信模塊的專變采集終端，用以采集專變用戶電能信息的裝置。所述專變集中終端內(nèi)固化的遠(yuǎn)程通信模塊和信號擴(kuò)展接口模塊都設(shè)計成插拔式的模塊，并制定統(tǒng)一的管腳。專利號為ZL200920069055. 2的實(shí)用新型披露了一種無線數(shù)據(jù)采集終端，該終端包括射頻識別模塊、主控模塊以及通信模塊，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線采集和無線傳輸。專利號為ZL200920279096. 4的實(shí)用新型披露了一種電量管理系統(tǒng)用采集終端， 以便于部署及擴(kuò)展。專利號為ZL200920236498. 6的實(shí)用新型披露了一種用于低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)的采集終端，可以在主站上操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)更新。以上的實(shí)用新型為電能質(zhì)量集中終端的研發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但沒有達(dá)到集群式部署、多種數(shù)據(jù)類型采集、多種接口傳輸?shù)韧耆m應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場能效諧波電量采集的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種能效數(shù)據(jù)集中終端，通過集群式部署，可以對多種諧波電量參數(shù)進(jìn)行采集。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種能效數(shù)據(jù)集中終端，所述能效數(shù)據(jù)集中終端與主站通過GPRS或以太網(wǎng)連接；所述集中終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊分別連接的電源存儲模塊和本地調(diào)試維護(hù)模塊，其改進(jìn)之處在于，與所述MCU模塊連接的通信模塊；上述全部模塊都設(shè)置在所述外殼中，所述外殼內(nèi)部涂覆有電磁屏蔽層。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊控制所述電源存儲模塊、所述通信模塊和所述本地調(diào)試維護(hù)模塊。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電源存儲模塊包括直流電源和數(shù)據(jù)存儲器。
本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述本地調(diào)試維護(hù)模塊包括RS232接口和紅外接口。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述通信模塊包括RS485接口和擴(kuò)展接口 ； 所述擴(kuò)展接口根據(jù)通信需求可選擇插入PLC單元或微功率無線單元。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述外殼的電磁屏蔽層為高分子層；所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子與所述通信模塊連接。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述GPRS使用型號為hfineon Tech 7880 的芯片。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊記錄下述事件及下述功能電壓/電流曲線、功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、電能量日凍結(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校時。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260的芯片。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)存儲器是型號為ATMC64的芯片， 存儲空間大小為64M。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，所述紅外接口采用型號為HS0038B3V的芯片。 本發(fā)明提供的較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述RS485接口一共有3個，所述PLC單元為型號為74HTC244的芯片，所述微功率無線單元為型號為CC1100的芯片。本發(fā)明提供的第二較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。本發(fā)明提供的第三較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述高分子層選自聚苯胺、聚噻吩或聚對苯撐。本發(fā)明提供的第四較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述掉電是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負(fù)荷電流不大于5%額定電流的工況；所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，任一相負(fù)荷電流大于啟動電流，但電壓線的電壓低于電能表參比電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘；所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負(fù)荷電流大于5%額定電流的工況；所述電能量日凍結(jié)是指以天為單位對每天凍結(jié)的電能量進(jìn)行通知。本發(fā)明提供的第五較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述校時采用硬時鐘對時，所述硬時鐘與所述MCU模塊連接。本發(fā)明提供的第六較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述高分子層由聚乙烯二氧噻吩制成。本發(fā)明提供的第七較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述硬時鐘采用型號為DS1302的芯片。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案可根據(jù)能效測評的實(shí)際需要，解決現(xiàn)有的熱工型、熱工電量型、基本電量型、諧波電量型、電能質(zhì)量電量型多種能效數(shù)據(jù)集中終端在數(shù)據(jù)采集和傳輸中的難題，實(shí)現(xiàn)了集群式部署、多種數(shù)據(jù)類型采集、多種接口傳輸?shù)韧耆m應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場能效數(shù)據(jù)集中和傳輸?shù)哪繕?biāo)，為能效數(shù)據(jù)中心提供準(zhǔn)確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為國家和各級政府機(jī)構(gòu)節(jié)能政策提供支撐；此外，能效數(shù)據(jù)集中終端還充分考慮了不同工作環(huán)境需求，如通訊模式可選擇微功率無線或PLC等信號傳輸，并為未來主站實(shí)現(xiàn)智能控制留下擴(kuò)展接口 ；再者，所述集中終端抗干擾性強(qiáng)，所采用的電磁屏蔽層具備完善周密的電磁兼容性設(shè)計，能夠使集中終端在高低溫、高壓和高濕等惡劣環(huán)境運(yùn)行時免除電磁干擾。


圖1為能效數(shù)據(jù)集中終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為集中終端外殼的前部示意圖。圖3為集中終端外殼的后部和側(cè)部示意圖。圖4為輔助端子示意圖。圖5為RS485接口的遠(yuǎn)程本地示意圖。圖6為PLC單元和微功率無線單元的遠(yuǎn)程本地示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1至圖4所示，所述能效數(shù)據(jù)集中終端包括主機(jī)和與所述主站通過GPRS或以太網(wǎng)連接的能效數(shù)據(jù)集中終端；所述能效集中終端通過3路RS485接口，及一路可插拔式微功率無線單元/PLC自適應(yīng)接口，抄讀用電信息的實(shí)時數(shù)據(jù)、日凍結(jié)數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)，且分類存儲每個終端的31個日零點(diǎn)(次日零點(diǎn))凍結(jié)電能數(shù)據(jù)和12個月末零點(diǎn)(每月1日零點(diǎn))凍結(jié)電能數(shù)據(jù)，曲線數(shù)據(jù)；曲線數(shù)據(jù)存儲周期固定為15分鐘；并通過GPRS或以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與主站的通訊，此外，還采取了直流電源供電模式和硬時鐘設(shè)計，工作環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力均滿足用電信息集中終端標(biāo)準(zhǔn)，具備完善周密的電磁屏蔽性能。由于不作計費(fèi)計量， 故不要求高精度計量，采集精度按照設(shè)備B級精度。能效集中終端設(shè)計一路RS232接口，作為本地調(diào)試接口和客戶對能效集中終端數(shù)據(jù)的抄讀接口，同時設(shè)計一路紅外接口，方便本地維護(hù)使用。紅外接口采用型號為HS0038B3V的芯片。所述能效數(shù)據(jù)集中終端采用GPRS或者以太網(wǎng)方式與主站通信，通信規(guī)約采用Q/ GDff 376. 1-2009主站與集中終端通信協(xié)議規(guī)范；所述GPRS使用型號為hfineon Tech 7880的芯片。所述能效數(shù)據(jù)集中終端包括外殼，所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述RS485 接口、PLC單元或微功率無線單元連接。其中，所述供電電源采用直流電源供電模式，是由于集中終端傳輸?shù)氖钦麄€企業(yè)能效數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)掉電則全部數(shù)據(jù)無法傳輸，故采取直流電源增強(qiáng)可靠性。其中，所述校時采用硬時鐘模式，所述硬時鐘采用型號為DS1302的芯片；由于集中終端傳輸數(shù)據(jù)量較大且距離較遠(yuǎn)，傳輸要求嚴(yán)格的同步時鐘，故采取硬時鐘方式。所述微控制單元(MCU)，采用具有ARM9內(nèi)核的AT91SAM^60作為MCU， AT91SAM9260的最高頻率可達(dá)180MHZ。所述微控制單元(MCU)模塊為整個終端的核心，所述MCU模塊是型號為 AT91SAM9260的芯片；所述MCU模塊通過數(shù)據(jù)運(yùn)算處理實(shí)現(xiàn)下述事件及下述功能的記錄電壓/電流曲線、功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、電能量日凍結(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校時。其中，所述掉電事件是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負(fù)荷電流不大于5 % 額定電流的工況。所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，某相負(fù)荷電流大于啟動電流，但電壓線路的電壓低于電能表參比電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘。所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負(fù)荷電流大于5%額定電流的工況。所述電能量日凍結(jié)是指對當(dāng)前凍結(jié)的電能量進(jìn)行通知。對電壓/電流曲線、功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、上電、清零、斷相和校時的記錄均符合以下國家標(biāo)準(zhǔn)GB12326-2000標(biāo)準(zhǔn)、 GB12325-2003 標(biāo)準(zhǔn)、GB/T14549-1993 標(biāo)準(zhǔn)、和 GB/T 15945-1995 標(biāo)準(zhǔn)。其中，所述曲線記錄，抄收時間間隔缺省為15min，可以靈活設(shè)置其他數(shù)值。如圖5、6所示，所述通信模塊利用RS485接口、微功率無線單元或者PLC單元中的其中之一，其中RS485接口作為儀表的標(biāo)準(zhǔn)配置接口，微功率無線模塊和PLC模塊設(shè)計成可插拔的擴(kuò)展接口的形式，在儀表上使用同一個接口標(biāo)準(zhǔn)，以便根據(jù)環(huán)境不同及成本使用相應(yīng)通信模塊。所述RS485接口還可作為參數(shù)設(shè)置的維護(hù)接口。其中，所述PLC單元為型號為74HTC244的芯片；所述微功率無線單元為型號為 CCllOO的芯片。所述CCl 100芯片的規(guī)格為工作頻段402 470mhz ；微發(fā)射功率最大發(fā)射功率 IOmw ；休眠電流< IOua ；所述CC1100芯片支持高精度溫補(bǔ)晶體，可進(jìn)行8/16/32信道等多信道選擇并具有rs232/rs485/uart接口等多種用戶接口，并支持1200/2400/4800/9600/1 9200/38400bps等通信速率，支持8nl、8el等通信格式，還可自動、快速完成收/發(fā)模式切換，方便用戶使用。所述能效數(shù)據(jù)集中終端采取了硬時鐘對時方式，使工作環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力均滿足用電信息集中終端標(biāo)準(zhǔn)。其中，所述數(shù)據(jù)存儲器使用的是型號為ATMC64的芯片；以基本電量型監(jiān)測終端參數(shù)作為參考，設(shè)計為接入100臺終端，存儲時間為30天，則容量為30X96X185X100 = 51MByte,因此數(shù)據(jù)存儲器設(shè)計大小為64M。以抄讀20個數(shù)據(jù)項(xiàng)耗時20秒計算，則RS485端口和微功率無線單元端口每個端口每分鐘可抄讀3個監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)，以采集周期為15分鐘計算，每個接口 15分鐘內(nèi)可采集45個監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)。因此，為了滿足集中終端在15分鐘數(shù)據(jù)密度下采集100塊以上監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)， 設(shè)計將監(jiān)測終端均勻接在3個RS485接口或者微功率無線單元接口上，當(dāng)只使用微功率無線單元通信時，最多只能在15分鐘內(nèi)抄完45個監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)。所述能效數(shù)據(jù)集中終端的外殼涂覆有電磁屏蔽層，所述電磁屏蔽層由導(dǎo)電高分子層形成，所述導(dǎo)電高分子層可以是具有可溶性或分散性的材料，如聚苯胺、聚噻吩和聚對苯撐；所述導(dǎo)電高分子層優(yōu)選由聚乙烯二氧噻吩制成。所述電能質(zhì)量集中終端的尺寸可以為長^Omm至270mm，寬165mm至175mm，高 70mm至80mm ；最優(yōu)選的尺寸為長^5mm，寬170mm，高75mm。
需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種能效數(shù)據(jù)集中終端，所述能效數(shù)據(jù)集中終端與主站通過GPRS或以太網(wǎng)連接； 所述集中終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊分別連接的電源存儲模塊和本地調(diào)試維護(hù)模塊，其特征在于，與所述MCU模塊連接的通信模塊；上述全部模塊都設(shè)置在所述外殼中，所述外殼內(nèi)部涂覆有電磁屏蔽層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中終端，其特征在于，所述MCU模塊控制所述電源存儲模塊、所述通信模塊和所述本地調(diào)試維護(hù)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中終端，其特征在于，所述電源存儲模塊包括直流電源和數(shù)據(jù)存儲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中終端，其特征在于，所述本地調(diào)試維護(hù)模塊包括RS232接口和紅外接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中終端，其特征在于，所述通信模塊包括RS485接口和擴(kuò)展接口 ；所述擴(kuò)展接口根據(jù)通信需求可選擇插入PLC單元或微功率無線單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中終端，其特征在于，所述外殼的電磁屏蔽層為高分子層； 所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述 MCU模塊連接，所述輔助端子與所述通信模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中終端，其特征在于，所述GPRS使用型號為hfineonTech 7880的芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中終端，其特征在于，所述MCU模塊記錄下述事件及下述功能電壓/電流曲線、功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、電能量日凍結(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校時。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中終端，其特征在于，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260 的芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集中終端，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲器是型號為ATMC64 的芯片，存儲空間大小為64M。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集中終端，其特征在于，所述紅外接口采用型號為 HS0038B3V 的芯片。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集中終端，其特征在于，所述RS485接口一共有3個，所述 PLC單元為型號為74HTC244的芯片，所述微功率無線單元為型號為CC1100的芯片。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集中終端，其特征在于，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集中終端，其特征在于，所述高分子層選自聚苯胺、聚噻吩或聚對苯撐。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集中終端，其特征在于，所述掉電是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負(fù)荷電流不大于5%額定電流的工況；所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，任一相負(fù)荷電流大于啟動電流，但電壓線的電壓低于電能表參比電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘；所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負(fù)荷電流大于5%額定電流的工況；所述電能量日凍結(jié)是指以天為單位對每天凍結(jié)的電能量進(jìn)行通知。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集中終端，其特征在于，所述校時采用硬時鐘；所述硬時鐘與所述MCU模塊連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集中終端，其特征在于，所述高分子層由聚乙烯二氧噻吩制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的集中終端，其特征在于，所述硬時鐘采用型號為DS1302的-H-* I I心片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能效數(shù)據(jù)集中終端，所述集中終端包括主站和與所述主站連接的能效數(shù)據(jù)集中終端，所述主站與所述能效數(shù)據(jù)集中終端通過GPRS或以太網(wǎng)連接；所述集中終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊分別連接的電源存儲模塊和本地調(diào)試維護(hù)模塊，與所述MCU模塊連接的通信模塊；上述全部模塊都設(shè)置在所述外殼中，所述外殼內(nèi)部涂覆有電磁屏蔽層。本發(fā)明所提供的能效數(shù)據(jù)集中終端，通過集群式部署，可以對多種能效參數(shù)進(jìn)行采集。
文檔編號G08C23/04GK102394000SQ20111031549
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者何桂雄, 周昭茂, 李德智, 李濤永, 楊湘江, 王紅梅, 王鶴, 章欣, 苗常海, 蔣利民, 鐘鳴, 閆華光 申請人:中國電力科學(xué)研究院