具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器的製作方法

2023-05-25 17:10:16

專利名稱：具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於測量用戶負載電壓和電流時間積分的裝置，特別
是涉及一種具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器。
技術背景在電力系統日益發達的今天，居民裝用電錶量不斷擴大，依靠人工進行
抄表任務日益繁重，線路運行考核的實時數據無法及時獲得，客戶負荷運行的狀態更是無
法獲知，電力系統管理無從談起。因此，對電力線路運行負荷的數據接收、採集及其控制是
電力系統提高管理水平的關鍵。低壓電力數據集抄技術的出現解決了人工抄表難的問題，
但沒有從根本上解決電力系統的控制管理問題。現有技術低壓電力數據集中抄表網絡中的
採集器下行通道一般採用RS485異步通訊，在安裝、運行中接入節點少，一個節點客戶電能
表的通訊埠出現懸空開路、短路時難以發現故障點，以致影響整個電力網絡的正常運行；
且現有採集器使用專用系統實現，功能單一，從而導致低壓電力集中抄表網絡大面積推廣
應用存在一定難度。如專利號為01268037. 0的中國專利公開了一種名為"用電數據遠程採
集集中器"的電力集抄系統的採集集中器，其用電數據遠程採集集中器是將計量電度表通
過RS485通訊接口連接主機，由數據機控制主機與公用電話網連接，將計量數據通過
電話網傳遞到遠程抄表總站。這種用電數據採集集中器存在需要佔用額外安裝空間和功能
單一的缺陷。再如專利號為01214379. 0的中國專利公開了一種名為"多用戶分時計度電
量數據採集器"的電力集抄系統的數據採集器，其包括電錶脈衝輸入單元、電錶脈衝處理單
元、時鐘單元、存儲單元、紅外通訊單元及開關單元、串行總線單元、載波通訊單元、液晶顯
示器、中央處理單元、關斷控制單元、數據交換單元和電源單元，這種數據採集器同樣存在
需要佔用額外安裝空間、功能單一的缺點，並且其接入節點少、上行通訊單元固化，在通訊
技術發展日新月異的今天，更換先進的通訊方式必須整體更換採集器，提高了升級成本。總
而言之，現有技術採集器存在以下不足之處 1、需要獨立的安裝位置，佔用有限的現場安裝空間； 2、網絡節點擴展不便，安裝不靈活； 3、可控制的電能表終端節點較少，成本較高； 4、功能單一 ； 5、在多路電能表終端通信出現某一路短路或開路(包括接線不良)的情況時，會
影響其他通道的通信，無法保證網絡的正常運行； 6、通訊單元固化，升級更新需要更換整個採集器。 實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於避免上述現有技術的不足之處
而提出一種具有電能計量、多路集線分割及數據轉發功能的採集器。 本實用新型解決所述技術問題可以通過採用以下技術方案來實現 提出一種具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，包括電能計量
與數據處理單元、下行通訊單元、上行通訊單元和線路數據採集器MCU;所述電能計量與數
據處理單元、下行通訊單元和上行通訊單元分別與線路數據採集器MCU電連接；電能計量
與數據處理單元用於用戶的電能計量；下行通訊單元具有RS485總線多路分割集線功能，
用於與用戶的電能表連接進行數據通訊；上行通訊單元對下行通訊單元連接的電能表終端客戶運行的數據進行接收、處理和發送；線路數據採集器MCU用於處理上行通訊單元與下行通訊單元、電能計量與數據處理單元與上行通訊單元之間數據接收、處理和發送。[0012] 與現有技術相比較，本實用新型具有以下有益效果[0013] 1、本身具有計量功能，可同時作電能表使用，功能增多； 2、可安裝在現場已有的表箱中，不佔用額外空間，不需要考慮改造現有表箱；[0015] 3、能接入更多網絡節點，延長了通信距離，安裝布線靈活； 4、在多路電能表終端通信出現某一路短路或開路(包括接線不良)的情況時，能控制該路處於關斷模式並自動關閉相應通道，同時進行報警顯示，不影響其他通道的通信； 5、上行通訊單元模塊化，可在不更換採集器主體的情況下升級通訊單元，網絡組網形式更加靈活。

圖1是本實用新型採集器的電原理框圖；[0019] 圖2是所述採集器外觀形狀的軸測投影示意圖；[0020]具體實施方式
以下結合附圖所示之優選實施例作進一步詳述。[0021] 如圖1所示，本實用新型是一種具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，邏輯結構包括電能計量與數據處理單元210、下行通訊單元320、上行通訊單元330和線路數據採集器MCU 240 ;所述電能計量與數據處理單元210、下行通訊單元320和上行通訊單元300分別與線路數據採集器MCU 240電連接；電能計量與數據處理單元210用於用戶的電能計量；下行通訊單元320具有RS485總線多路分割集線功能，用於與用戶的電能表連接進行數據通訊；上行通訊單元330對下行通訊單元320連接的電能表終端客戶運行的數據進行接收、處理和發送；線路數據採集器MCU 240用於處理上行通訊單元330與下行通訊單元320、電能計量與數據處理單元210與上行通訊單元330之間數據接收、處理和發送。所述電能計量與數據處理單元210包括交流信號採樣單元211、ADC功率數據處理單元212、電錶功能數據處理單元213和顯示LCD 214，其中，交流信號採樣單元211與ADC功率數據處理單元212電連接，ADC功率數據處理單元212與電錶功能數據處理單元213電連接，電錶功能數據處理單元213與顯示LCD 214電連接，電錶功能數據處理單元213與線路數據採集器MCU 240電連接，交流信號採樣單元211對用戶電能計量的電壓、電流信號進行採樣，然後將電壓、電流信號送入ADC功率數據處理單元212進行模數轉換，信號轉換處理後送入電錶功能數據處理單元213計算處理；電錶功能數據處理單元213將用戶電能消耗送入顯示LCD 214顯示， 以供用戶和電力部門檢查，同時和線路數據採集器MCU 240進行數據交換。[0023] 所述下行通訊單元320包括集線主控MCU 321、報警單元322、 RS485總線集線器323 ;其中，報警單元322、RS485總線集線器323分別與集線主控MCU 321電連接。RS485總線集線器323用於擴展連接多路並聯併集線分割選通的電能表終端；集線主控MCU 321用於處理RS485總線集線器323連接的多路電能表終端數據以及與線路數據採集器MCU 240進行數據交換；報警單元322用於在任一路RS485總線集線器323連接的多路電能表終端出現短路或開路(包括接線不良)的情況下進行報警顯示。RS485總線集線器323是多路並聯分割選通的集線器，埠數為1至64路，即可接1至64路支持RS485總線通訊的電能表終端，通過對RS485通信信號的增強、轉發，突破了協議節點數，能夠方便地擴展網絡的節點，延長通信距離；其每路埠具有600W浪湧保護及短路保護功能，能夠有效抑制雷擊、閃電、靜電放電ESD。所述報警單元322包括1至64路發光二極體LED，並分別與集線主控MCU 321電連接，當任一路RS485電能表終端出現短路或者開路(包括接線不良)故障，集線主控MCU 321會控制報警單元322相應故障路線的發光二極體報警，並關閉相應RS485總線集線器323上的故障通道，從而將故障通道與其他通道隔離，不影響其他通道的通信，保證集抄網絡的正常運行。 所述上行通訊單元3可根據具體需要使用電力線載波PLC單元331或短距離無線單元332與低壓電力集抄網絡中的集中器進行數據交換。電力線載波PLC單元331包括低壓電力載波解調單元3311、低壓電力載波調製單元3312、低壓電力載波MCU 3313和低壓電力載波發送/接收單元3314 ;其中，低壓電力載波解調單元3311 、低壓電力載波發送/接收單元3314分別和低壓電力載波MCU 3313電連接；低壓電力載波調製單元3312、低壓電力載波發送/接收單元3314分別和低壓電力載波MCU 3313電連接；低壓電力載波MCU 3313與所述線路數據採集器MCU 240電連接。所述短距離無線單元332包括短距離無線主控MCU3321和短距離無線發送/接收單元3322，其中，短距離無線主控MCU 3321分別和短距離無線發送/接收單元3322、線路數據採集器MCU 240電連接進行數據交換。所述電力載波調製包括三種方案(l)調製類型移頻鍵控FSK，63位直序列擴頻通信；載波頻率270KHz，帶寬30KHz ;傳輸速率330bps ;中繼能力3級中繼深度。(2)調製類型二進位相移鍵控BPSK，15位直序列擴頻通信；載波頻率120KHz，帶寬15KHz ;傳輸速率500bps ;中繼能力4級中繼深度。(3)調製類型二進位頻移鍵控BPSK， 50位直序列擴頻通信；載波頻率421KHz，帶寬8.8KHz ;傳輸速率150bps。所述短距離無線單元332使用achhoc無線網絡，工作頻段為470MHz 510MHz，最大發射功率為17dBm，數據速率為19. 2Kbps，接收靈敏度為-112dBm，0. 1% BER，工作佔空比發射狀態持續時間< 300msec。 本採集器使用時，根據前述邏輯結構，其物理結構設計如圖2所示，為實現低壓側用戶電能量數據的集中採集和傳輸，又要考慮現場已用表箱的改造，物理結構外形設計上與普通電能表外形一致，電能計量與數據處理單元210安裝在表計和線路數據採集器主體200內部，使該採集器本身還能夠作為電能表終端使用，這樣設計可以將該採集器安裝在已用表箱中，不佔用多餘的電錶位置，同時，電能計量與數據處理單元210中的顯示LCD 214用來顯示用戶的電能量消耗數據；對於新裝表箱，安裝空間考慮了採集器的位置後，也可以對用戶計量部分即電能計量與數據處理單元210不用。下行通訊單元320中的主體部分，包括集線主控MCU 321、報警單元322和RS485總線集線器323內置在表計和線路數據採集器主體200內部，下行通訊單元320中用於連接電能表的RS485弓|線端子組3231設置在通訊模塊300端鈕座上，通訊單元300通過標準接口與表計和線路數據採集器主體200作電連接。上行通訊單元330內置在通訊模塊300中，通過通訊模塊300與表計和線路數據採集器主體200之間的標準接口完成與表計和線路數據採集器主體200中線路數據採集器MCU 240之間的數據交換。上行通訊單元330通過短距離無線和電力線載波PLC方式實現與低壓電力集抄網絡中集中器的數據交換，將其模塊化設計可以根據具體的應用情況使用相應的通訊方式，並且在通訊技術升級的時候可以在不更換採集器的前提下完成通訊方式
6的升級和網絡的更新，降低了升級成本。低壓電力集中抄表網絡中的集中器及後臺主站系統與採集器的上行通訊單元330之間進行數據交換，實現集中抄表，實時透抄，以及配合終端電能表內的繼電器執行遠程通斷電控制功能。
權利要求一種具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其特徵在於包括電能計量與數據處理單元(210)、下行通訊單元(320)、上行通訊單元(330)和線路數據採集器MCU(240)；所述電能計量與數據處理單元(210)、下行通訊單元(320)和上行通訊單元(330)分別與線路數據採集器MCU(240)電連接；電能計量與數據處理單元(210)用於用戶的電能計量；下行通訊單元(320)具有RS485總線多路分割集線功能，用於與用戶的電能表連接進行數據通訊；上行通訊單元(330)對下行通訊單元(320)連接的電能表終端客戶運行的數據進行接收、處理和發送；線路數據採集器MCU(240)用於處理上行通訊單元(330)與下行通訊單元(320)、電能計量與數據處理單元(210)與上行通訊單元(330)之間數據接收、處理和發送。
2. 根據權利要求1所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其 特徵在於按照邏輯存在描述的各功能單元，其物理存在包括表計和線路數據採集器主體 (200)和通訊模塊(300);所述表計和線路數據採集器主體(200)包括電能計量與數據處 理單元(210)、下行通訊單元(320)的主體部分和線路數據採集器MCU(240)，所述通訊模塊 (300)則包括上行通訊單元(330)和下行通訊單元(320)用於連接電能表的RS485引線端 子組(3231);它們彼此之間通過標準接口作電連接。
3. 根據權利要求1所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其 特徵在於所述電能計量與數據處理單元(210)包括交流信號採樣單元(211)、ADC功率數 據處理單元(212)、電錶功能數據處理單元(213)和顯示LCD(214)，所述交流信號採樣單元 (211)與ADC功率數據處理單元(212)電連接，ADC功率數據處理單元(212)與電錶功能數 據處理單元(213)電連接，電錶功能數據處理單元(213)與顯示LCD(214)電連接，電錶功 能數據處理單元(213)與線路數據採集器MCU(240)電連接；交流信號採樣單元(211)對 用戶電能計量的電壓、電流信號進行採樣，然後將電壓、電流信號送入ADC功率數據處理單 元(212)進行模數轉換，信號轉換處理後送入電錶功能數據處理單元(213)計算處理；電錶 功能數據處理單元(213)將用戶電能消耗送入顯示LCD(214)顯示，以供用戶和電力部門檢 查，同時和線路數據採集器MCU(240)進行數據交換。
4. 根據權利要求1所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器， 其特徵在於所述下行通訊單元(320)包括集線主控MCU(321)、報警單元(322)和RS485 總線集線器(323);所述報警單元(322)和RS485總線集線器(323)分別與集線主控 MCU(321)電連接；RS485總線集線器(323)用於擴展連接多路並聯的電能表終端；集線主 控MCU(321)用於處理RS485總線集線器(323)連接的多路電能表終端數據以及與線路數 據採集器MCU(240)進行數據交換，在多路電能表終端通信出現某一路短路或開路，包括接 線不良的情況時，集線主控MCU(321)控制該路處於關斷模式並自動關閉相應通道，不影響 其他通道的通信，從而分割和總線的聯繫，以保證網絡的正常運行；報警單元(322)用於在 任一路RS485總線集線器(323)連接的多路電能表終端出現短路或開路，包括接線不良的 情況下進行報警顯示。
5. 根據權利要求4所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其 特徵在於所述報警單元(322)包括1至64路發光二極體LED，並分別與集線主控MCU(321) 電連接。
6. 根據權利要求4所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其特徵在於所述RS485總線集線器(323)埠數為l至64路。
7. 根據權利要求1所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其 特徵在於所述上行通訊單元(330)可使用電力線載波PLC單元(331)或短距離無線單元 (332)。
8. 根據權利要求7所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其 特徵在於所述電力線載波PLC單元(331)包括低壓電力載波解調單元(3311)、低壓電力 載波調製單元(3312)、低壓電力載波MCU(3313)和低壓電力載波發送/接收單元(3314); 所述低壓電力載波解調單元(3311)、低壓電力載波發送/接收單元(3314)分別和低壓電力 載波MCU(3313)電連接，所述低壓電力載波調製單元(3312)、低壓電力載波發送/接收單元 (3314)分別和低壓電力載波MCU(3313)電連接，所述低壓電力載波MCU(3313)與所述線路 數據採集器MCU(240)電連接。
9. 根據權利要求7所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，其 特徵在於所述短距離無線單元(332)包括短距離無線主控MCU(3321)和短距離無線發送 /接收單元(3322)，所述短距離無線主控MCU (3321)和短距離無線發送/接收單元(3322) 電連接；所述短距離無線主控MCU(3321)與線路數據採集器MCU(240)電連接。
10. 根據權利要求9所述的具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器， 其特徵在於所述短距離無線單元(332)使用ad-hoc無線網絡，工作頻段為470MHz 510MHz，最大發射功率為17dBm，數據速率為19. 2Kbps，接收靈敏度為_112dBm，0. 1 % BER， 工作佔空比發射狀態持續時間< 300msec。
專利摘要一種具有電能計量、多路分割集線及數據轉發功能的採集器，包括電能計量與數據處理單元(210)、下行通訊單元(320)、上行通訊單元(330)和線路數據採集器MCU(240)；所述電能計量與數據處理單元(210)、下行通訊單元(320)和上行通訊單元(330)分別與線路數據採集器MCU(240)電連接；本實用新型本身具有計量功能，可同時作電能表使用，可安裝在現場已有的表箱中，不佔用額外的空間；能接入更多低壓電力集中抄表網絡節點，延長了通信距離，安裝布線靈活；其上行通訊單元模塊化，可在不更換採集器本體的情況下升級通訊單元，使低壓電力集中抄表網絡的組網形式更加靈活。
文檔編號G01R22/10GK201489051SQ200920135180
公開日2010年5月26日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者王榮安, 蔡方輝 申請人:深圳浩寧達儀表股份有限公司