專利名稱：基于多路電能計量與控制的用電管理裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及能源與節(jié)能技術領域，尤其是一種適用于能源系統(tǒng)自動化管理的用電多回路的電能計量和節(jié)能控制的用電管理裝置，具體地說是一種基于多路電能計量與控制的用電管理裝置。
背景技術：
隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，能耗和資源消耗的強度也逐漸加大，在我國社會的總能耗中，建筑能耗占有很大的比例，因此建筑的節(jié)能減排已迫在眉睫。為此，國務院令第531號《公共機構節(jié)能條例》第14條明確指出公共機構應當實行能源消費計量制度，區(qū)分用能種類，用能系統(tǒng)實行能源消費分戶、分類、分項計量，并對能源消耗狀況實行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費現(xiàn)象。建筑物的用電分項主要分為照明插座用電、空調用電、動力用電、和其它特殊用電。目前，如果對某一辦公樓的某一個單位的不同部門或不同房間進行照明插座用電、空調用電、動力用電、和其它特殊用電的分項計量時只能安裝4臺單相電表或I臺單相電表和I臺三相電表，且如果安裝三相電表還需安裝3個電流互感器(一般三相電表可直接接入的電流在IOA以下，大電流必須通過電流感器接入)，因此投入成本較大。且目前的單相電表或三相電表絕大多數(shù)采用串口通信(RS485)接口，從現(xiàn)場總線的角度分析，RS485還遠遠不能算是一種總線，它僅僅是網絡物理層的一種規(guī)范，存在著以下的不足RS485不支持多種通信介質；RS485只能是總線式拓撲結構；RS485通信距離短、節(jié)點容量小，抗干擾能力差；RS485通信一般只能是主從式通信；RS485開放性差，不同廠家的產品很難在一個網絡上工作。
發(fā)明內容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的上述的問題，提出一種基于多路電能計量與控制的用電管理裝置。解決了多路用電回路的電能質量監(jiān)測、能耗計量、節(jié)能控制及其能耗數(shù)據(jù)采集和傳輸、能效分析和節(jié)電管理的問題，尤其適用能源管理的電能分項計量。該裝置是一種可同時測量四路單相回路或一路單相回路和一路三相回路的電力監(jiān)控裝置，且每一回路可進行遠程命令或定時斷送電控制，每一回路電流容量達60A，無須再外接電流互感器，且可設置電流和功率閥值，當閥值時自動斷電。同時，其多路特性如接入照明插座、空調等用電回路時即可實現(xiàn)照明插座、空調等電能的分項計量。本實用新型的技術方案是一種基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，它包括四路電壓、電流采樣電路、三相電力測量芯片、微處理器和Lonworks智能通信模塊，所述的四路電壓、電流采樣電路作為基于多路電能計量與控制的用電管理裝置的信號輸入端采集相應的電力參數(shù)，其中三路電壓、電流米樣電路的信號輸出端與三相電力測量芯片的對應信號輸入端相連，三相電力測量芯片的SPI通信接口與微處理器的SPI接口相連，通過SPI接口將電參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM微處理器，另一路電壓、電流采樣電路的信號輸出端與微處理器的單相點測量接口相連，所述的微處理器用于計算相應的監(jiān)控參數(shù)，微處理器的通信信號端與Lonworks智能通信模塊雙向連接，Lonworks智能通信模塊與遠程端控制器進行通信。本實用新型的Lonworks智能通信模塊為Lonworks雙絞線智能通信模塊或Lonworks電力線智能通信模塊，Lonworks智能通信模塊與遠程端控制器進行雙絞線或電力線載波通信。本實用新型的監(jiān)控裝置還包括四路斷送電控制模塊，所述的各斷送電控制模塊串接在對應的各路電壓、電流采樣電路和測量點之間。本實用新型的監(jiān)控裝置還包括鐵電存儲器、狀態(tài)指示燈和實時時鐘單元，所述的鐵電存儲器、狀態(tài)指示燈和實時時鐘單元與微處理器的對應信號端相連。本實用新型的監(jiān)控裝置還包括溫度測量芯片，所述的溫度測量芯片用于測量室內的環(huán)境的溫度，溫度測量芯片與微處理器的對應信號端相連。 本實用新型的監(jiān)控裝置還包括狀態(tài)輸入檢測電路，所述的狀態(tài)輸入檢測電路用于檢測外部的干觸點的狀態(tài)，狀態(tài)輸入檢測電路的輸出與微處理器的對應檢測信號輸入端相連。本實用新型的有益效果本實用新型可以測量四路單相回路或者測量一路單相回路和一路三相回路。在測量四路單相回路時，該裝置能測量每一回路的有功電能值和電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)，同時自動計算第一回路帶負載的累計運行時間。在測量一路單相回路和一路三相回路時，該裝置能測量單相回路的有功電能值和電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)，同時又能測量三相回路各相的有功電能值和電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)和三相的總有功電能值，及單相和三相回路帶負載的累計運行時間。本實用新型的裝置可遠程設置每一回路的定時開關時間，設置定時開關時間并起用定時功能后，每一回路將根據(jù)設定的時間自動進行斷電和送電的控制；因此該裝置即實現(xiàn)了分類、分項的計量又可進行節(jié)能控制。本實用新型的裝置具有遠程集中抄表功能，支持雙絞線通信介質。本實用新型在通信技術方面采用LonWorks控制網絡技術，LonWorks控制網絡技術是一種完整的、全開放的、互操作性強、可靠性高、成熟的分布式控制網絡技術，它支持多種通信介質包括雙絞線，電力線等；LonWorks控制網絡技術的核心是LonTalk通訊協(xié)議,該協(xié)議提供一整套完善的通信服務，使裝置中的應用程序能在網上對其他裝置發(fā)送和接收報文而無須知道網絡拓撲、名稱、地址或其他裝置的功能，所有采用LonWorks技術的產品都是遵循LonTalk通訊協(xié)議，因此不同廠家生產的帶LonWorks接口的產品都可以很方便的接入同一個LonWorks網絡系統(tǒng)中去。本實用新型可廣泛應用于各行各業(yè)和建筑的能源系統(tǒng)管理自動化，為實現(xiàn)用電多回路的電能質量監(jiān)測、能耗計量、能耗數(shù)據(jù)采集和傳輸、能效分析和節(jié)電管理，提供一種采用LonWorks網絡技術、具有開放、互操作、可靠成熟的用電多回路電能計量和節(jié)能控制的
用電管理裝置。本實用新型的具有如下功能1、能同時測量四路單相回路或一路單相回路和一路三相回路的有功電能；2、能實時測量四路單相回路或一路單相回路和一路三相回路電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)；3、四路控制輸出，支持遠程斷送電控制、定時斷送電控制功能和過流、過載保護斷電控制；4、四路負荷累計用電時間記錄；5、室內溫度監(jiān)測；6、四路干觸點輸入檢測；7、能進行遠程集中抄表；8、Lonworks雙絞線技術,支持總線型、星型、自由型拓樸結構；不使用中繼的最遠通信距離達2700m，傳輸速率78Kbps ；

圖1是本實用新型的原理框圖。圖2是本實用新型的電壓、電流采樣及電測量芯片的電路圖。圖2-1是本實用新型的電流采樣電路圖。圖2-2是本實用新型的電壓采樣電路圖。圖2-3是本實用新型的電測量芯片電路圖。圖3是本實用新型的四路斷送電控制模塊電路圖。圖4是本實用新型的雙絞線智能通信模塊電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，一種基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，它包括四路電壓、電流采樣電路、三相電力測量芯片、微處理器(微處理器采用ATT7025，芯片內含有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器、LCD驅動器、單相電力測量單元EMU、一個SPI接口、一個I2C接口、兩個USART接口及多個I/O端口)和Lonworks智能通信模塊，所述的四路電壓、電流采樣電路作為基于多路電能計量與控制的用電管理裝置的信號輸入端采集相應的電力參數(shù)，其中三路電壓、電流米樣電路的信號輸出端與三相電力測量芯片的對應信號輸入端相連，三相電力測量芯片的SPI通信接口與微處理器的SPI接口相連，通過SPI接口將電參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM微處理器，另一路電壓、電流采樣電路的信號輸出端與微處理器的單相點測量接口相連，所述的微處理器用于計算相應的監(jiān)控參數(shù)，微處理器的通信信號端與Lonworks智能通信模塊雙向連接，Lonworks智能通信模塊與遠程端控制器進行通信。電力參數(shù)的測量是通過電壓、電流信號取樣電路將信號接至專用三相電測量芯片的相應引腳和微處理器的單相測量引腳上，微處理器通過SPI接口從三相電測量芯片讀取各電參數(shù)對應寄存器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行換算、增益校準、偏移校準等處理后后得出當前的三相電壓、電流、有功功率、無功功率，頻率，有功、無功電能等電參數(shù)；微處理器又通過讀取內部EMU單元的寄存器數(shù)據(jù)得到另一單相電壓、電流、有功功率、無功功率，頻率，有功、無功電能等電參數(shù)。如圖2所示，圖2是電壓和電流采樣電路，電壓采樣電路是通過電壓互感器和采樣電阻的方法進行采樣，將高電壓信號降至電測量芯片允許的電壓信號范圍內的小電壓信號；電流采樣電路是采用電流互感器和采樣電阻的方法將電流信號轉換為電壓信號進行采樣，采樣的電壓信號分別接入電測量芯片的電壓和電流測量通道，再由微處理器通過SPI接口從電測量芯片讀取各電參數(shù)，然后再通過運算和處理得到有功、無功電能、電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等電參數(shù)。本實用新型的監(jiān)控裝置還包括四路斷送電控制模塊，所述的各斷送電控制模塊串接在對應的各路電壓、電流采樣電路和測量點之間。如圖3所示，四路輸出控制原理圖，輸出控制繼電器采用的是大功率電力儀表專用的磁保持繼電器，該繼電器最大開關容量達60A，可滿足絕大部分應該場合。本實用新型的監(jiān)控裝置還包括鐵電存儲器、狀態(tài)指示燈和實時時鐘單元，所述的鐵電存儲器、狀態(tài)指示燈和實時時鐘單元與微處理器的對應信號端相連。本實用新型的遠程通訊接口是采用Lonworks雙絞線智能通信模塊或Lonworks電力線智能通信模塊，Lonworks雙絞線智能通信模塊與Lonworks電力線智能通信模塊設計成接口完全兼容的結構，使接口之間的切換方便靈活；L0nW0rks智能通信模塊的串行口與微處理器的串行口接口連接，通過串行口進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。如圖4所示，圖4是Lonworks雙絞線智能通信模塊主要包括Lonworks智能芯片F(xiàn)T5000微處理器，雙絞線收發(fā)器FT-X3，及保護電路和復位電路。Lonworks雙絞線智能通信模塊支持總線型、星型、自由型等多種拓樸結構，傳輸距離達2700m，傳輸速率為78Kbps。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求1.一種基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，其特征是它包括四路電壓、電流采樣電路、三相電力測量芯片、微處理器和Lonworks智能通信模塊，所述的四路電壓、電流采樣電路作為基于多路電能計量與控制的用電管理裝置的信號輸入端采集相應的電力參數(shù)，其中三路電壓、電流采樣電路的信號輸出端與三相電力測量芯片的對應信號輸入端相連，三相電力測量芯片的SPI通信接口與微處理器的SPI接口相連，通過SPI接口將電參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM微處理器，另一路電壓、電流采樣電路的信號輸出端與微處理器的單相點測量接口相連，所述的微處理器用于計算相應的監(jiān)控參數(shù)，微處理器的通信信號端與Lonworks智能通信模塊雙向連接，Lonworks智能通信模塊與遠程端控制器進行通信。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，其特征是所述的Lonworks智能通信模塊為Lonworks雙絞線智能通信模塊或Lonworks電力線智能通信模塊，Lonworks智能通信模塊與遠程端控制器進行雙絞線或電力線載波通信。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，其特征是監(jiān)控裝置還包括四路斷送電控制模塊，所述的各斷送電控制模塊串接在對應的各路電壓、電流采樣電路和測量點之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，其特征是監(jiān)控裝置還包括鐵電存儲器、狀態(tài)指示燈和實時時鐘單元，所述的鐵電存儲器、狀態(tài)指示燈和實時時鐘單元與微處理器的對應信號端相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，其特征是監(jiān)控裝置還包括溫度測量芯片，所述的溫度測量芯片用于測量室內的環(huán)境溫度，溫度測量芯片與微處理器的對應信號端相連。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，其特征是監(jiān)控裝置還包括狀態(tài)輸入檢測電路，所述的狀態(tài)輸入檢測電路用于檢測外部的干觸點的狀態(tài)，狀態(tài)輸入檢測電路的輸出與微處理器的對應檢測信號輸入端相連。
專利摘要一種基于多路電能計量與控制的用電管理裝置，它包括四路電壓、電流采樣電路、三相電力測量芯片、微處理器和Lonworks智能通信模塊，所述的四路電壓、電流采樣電路采集相應的電力參數(shù)，其中三路與三相電力測量芯片相連，通過SPI通信接口與微處理器相連，另一路與微處理器的單相點測量接口相連，所述的微處理器用于計算相應的監(jiān)控參數(shù)，微處理器的通信信號端與智能通信模塊雙向連接，智能通信模塊與遠程端控制器進行通信。本實用新型可廣泛應用于各行各業(yè)和建筑的能源系統(tǒng)管理自動化，實現(xiàn)用電多回路的電能質量監(jiān)測、能耗計量、能耗數(shù)據(jù)采集和傳輸、能效分析和節(jié)電管理。
文檔編號H02J13/00GK202906571SQ20112056872
公開日2013年4月24日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者周淑華, 趙松, 駱蕾 申請人:江蘇聯(lián)宏自動化系統(tǒng)工程有限公司