专利名称：智能电力网络仪表的制作方法
技术领域：
智能电力网络仪表
一、 技术领域
本实用新型涉及的IDM30系列智能电力网络仪表可广泛应用在电力系统、石油化 工、钢铁冶金、轨道交通、智能建筑等自动化水平要求较高的应用场合。
二、 背景技术
电工仪器仪表工业的主要特点是技术高度密集、各种技术综合发展、对新技术敏 感、产品更新周期短，因而电工仪器仪表行业面临着更好的机遇和更大的挑战。电工 仪器仪表新产品层出不穷，用户对产品水平的要求也越来越高。
用户对主要产品的技术水平要求
(1) 电能计量仪器仪表与系统目前用户需求以86系列感应式电能表为主，电 子式电能表(主要是单相)的需求呈快速上升趋势。"十五"期间，用户需求的感应式 电能表将逐步过渡到25~30年长寿命，6倍以上的过载能力；电子式电能表的需求将进
一步加强，单相电子式电能表、电卡式预付费电子式电能表、三相电子式多功能电能 表及多费率电能表将是主要需要目
(2) 安装式电表需求主要表现在产品的结构和精度，提高产品的标准化、系 列化、通用化水平，补齐品种和规格，是当务之急的工作。对变换器式仪表的需求将 逐步增加，对数字式安装式电表的需求亦将逐步上升。
(3) 实验室及便携式电表对精密电表的需求将进一步萎縮，由于数字仪表与 精密电表相比在精度、性能价格比等方面已处于绝对优势，因而用户对精密电表产品 的技术水平，无进一步提高的需求。便携式电表整个需求也将减小，对该产品的要求 主要集中在仪表外观、结构设计、扩大应用领域和提高可靠性上。
(4) 数字仪表重点是可靠性方面，髙精度表(U/2l7/2位)要具备IEEE488接 口，易用于自动测试系统中；低精度表(7/2~9/2位)重点需求。
(5) 交直流电工仪器我国直流电工仪器生产水平、质量、系列、品种、规格 都比较完善，产品达到了一定水平，有的已接近世界先进水平，可以满足用户需求。交流电工仪器总体上与国外先进水平相比有一定差距，主要是品种不齐、成套性差、 产品未形成系列，特别是数字化仪器还很少，不能完全满足用户需求。
(6)自动测试系统随着科学技术的飞速发展，科学实验和生产过程都在对电 磁测量仪器提出更高的自动测试要求。国内一些单位一直致力于自动测试系统的技术 研究和开发，如开发的计算机辅助测试系统CAT、标准接口总线系统IEEE488及CAMAC， 目前正在进行研制和生产的虚拟仪器和VXI系统，但大多停留在科研和样机水平，没 有实现工业化规模生产。随着电子技术的发展， 一些大型科研工程、军事和宇航工程 中的测试也完全依靠自动测试系统来实现，因而对自动测试系统不断提出更高的要 求，从完全独立的自动测试系统到灵活多变的组合式、模块式自动测试系统都是未来 需求的对象。 三
实用新型内容
计算机、通讯、数字处理等新技术，为新型电器元器件发展提供条件；国外同类 产品的价格昂贵且并不适合我国电力系统使用，针对现有技术存在的问题，本实用新 型提出了这样一种低压智能测控仪表装置，其技术方案为
一种智能电力网络仪表，包括主控板、模拟量输入转换模块、液晶键盘和显示器， 还有其他附加的扩展模块，可实现模拟量输出，继电器出口，输入输出等功能。其特
征在于，主控板通过人机接口板与显示器相连，外部模拟量输入端子通过互感器板与 主控板相连，液晶键盘通过操作面板控制板与主控板相连，附属扩展模块与主控板相 连。
所述主控板是由MCU、 RAM、 EPR0M、 EEPR0M、采样电路组成；所述模拟量变换模 块是一种电流电压变换器板；所述人机接口板是由LCD液晶和控制按钮组成，所述扩 展模块可由以下三种模块构成继电器输出板，光电隔离的开入量输入板，与测量模 拟量相关连的4一20mA电流输出板。本产品最重要的特征为产品结构小巧紧凑，精度 高。
上述的微机综合保护测控装置，其更进一步特征在于，它还具有与主控板相连的 通讯板，通过光电隔离的通讯接口可进行远方通讯。
IDM30智能电力网络仪表具有高性价比，采用微处理器内嵌的A/D转换器，并 采用同步过采样技术来提高采样精度，采用短数据窗移相技术来改善因采样时间不同 步造成的相角偏差问题。最终实现测量参数多，能涵盖目前所有的电参数，测量精度
4高，达02级的要求。
IDM30智能电力网络仪表利用微处理器内嵌的控制器来构造CAN和RS485双现 场总线，而不用外加协议芯片，省去外置式通信模块。两种现场总线并存不仅可以满 足高端用户对CAN现场总线的要求,同时简单易用的RS485总线可以方便系统集成。 两种总线可以并行工作，也可以一主一备工作，将大大提高监控系统的可靠性和网络 适应能力。内嵌CAN2.0通讯功能部件，可直接与现场总线连接，实现较高层次的通 信功能——数据链路层以上。而国外产品均需通过外置式通信模块与现场总线相连 接；而现有国内产品仅支持物理层次的通信功能，如RS232、 RS485等。
本实用新型的有益效果
IDM30是响应以上技术要求研制而成，与传统仪表相比具有很多优点。与传统仪 表相比，IDM30由于引入了数字信号处理技术，使得在线式的电力质量分析成为了可 能。各相电压、电流的总谐波畸变率(THD),各次谐波分量(2-31次)和电压、电流 不平衡度均可实时测量。
独有的CAN2. 0B、 RS485双现场总线结构为现场通讯及组网提供了更加灵活和便捷
的方案，双现场总线大大提高网络的可靠性和网络的适应能力，轻松实现"四遥"功 能。
IDM30可以进行双向四象限有功电度、无功电度的能量累计，精度符合IEC60687 0.5级，能够提供关口级别计量数据，内嵌最大值/最小值记录功能和需量测量功能， 配合上位监控软件可以帮助用户统计各线路的能量消耗状况与负荷趋势，自动完成抄 表并生成各种电量报表。
IDM30具有极高的性能价格比，可以直接取代常规电力变送器、测量指示仪表、 电能计量仪表以及相关的辅助单元，亦可作为电力监控系统(SCADA)之前端元件， 用以实现远程数据采集与控制，IDM30在实现传统仪表功能的前提下提高了仪表的准 确度、网络化和智能化。 四
图1是本实用新型实施例的逻辑结构示意图。
图2是本实用新型实施例的辅助电源接线图。
图3是本实用新型实施例的开关量输入信号链接。
图4是本实用新型实施例的继电器控制输出。图5是本实用新型实施例的智能仪表不同接线形式，其中图5a为非平衡三相 四线制(3LN， 3CT);图5b为平衡三相四线制电网(3LN， 1CT);图5c为非平衡 三相三线制电网(2LL， 3CT);图5d为非平衡三相三线制电网(2LL， 3CT);图5e 为非平衡三相三线制电网(2LL, 3CT);图5f为非平衡三相三线制电网(2LL， 3CT); 图5g为非平衡三相三线制电网(2LL， 1CT);图5h为两线电网(2LL， 3CT);图 5i为单相电网(3LN， 3CT)。 五具体实施方式
以下通过具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。 如图1所示，为本实用新型实施例的结构框图。主要由主板(包括MCU、 RAM、 EPROM、 EEPROM、采样电路等)、互感器板(包括电流、电压互感器、运放等)、 继电器板、液晶键盘板等部件组成。
IDM30智能电力网络仪表根据不同的网络设计方案采用不同的接线方式，如附 图5所示电网一次设备电压、电流互感器转换后的电压和电流信号经IDM30装置内 部电压电流互感器变换成弱电信号，经多路转换开关、运算放大器、A/D转换器转换 为数字量，再通过MCU进行处理、运算得到相应的电压电流值；如果选定相应的1/0 模块，通过光电耦合电路实现开入量的采集，用继电器实现数字量的输出。键盘操作 通过相应的采集电路传给CPU主控模块进行计算转换，变换成为需要的量传递给各 个模块，各种信号的测量值、保护动作值、定值整定都通过LCD显示。
通过光电隔离的通讯接口可进行远方通讯，可实现遥测、遥信、遥控、遥调功能， 并可实现定值的远方整定及査询、远方保护投退等功能。
各种电力测控仪表因其应用范围广、用量大一直是各企业开发的重点产品，但受 价格和元器件因素的影响而无法做到高精度的要求。目前，国际上以SOCMEC为代 表的企业研究起步较早，产品较新，但各种电参数精度比较低(最髙0.5级)，测量 数据比较少，其它功能简单；最近，国内外企业受新器件的影响，纷纷开发精度较高、 功能较全的电力测控仪表，但还没有真正达到0.2级的标准，且都是采用RS485简单 的单通讯口通讯，可靠性低。
IDM30智能电力网络仪表具有高性价比，采用微处理器内嵌的A/D转换器，并 采用同步过采样技术来提高采样精度，采用短数据窗移相技术来改善因采样时间不同 步造成的相角偏差问题。最终实现测量参数多，能涵盖目前所有的电参数，测量精度高，达0,2级的要求。
IDM30智能电力网络仪表利用微处理器内嵌的控制器来构造CAN和RS485双现 场总线，而不用外加协议芯片，省去外置式通信模块。两种现场总线并存不仅可以满 足高端用户对CAN现场总线的要求，同时简单易用的RS485总线可以方便系统集成。 两种总线可以并行工作，也可以一主一备工作，将大大提高监控系统的可靠性和网络 适应能力。内嵌CAN2.0通讯功能部件，可直接与现场总线连接，实现较高层次的通 信功能——数据链路层以上。而国外产品均需通过外置式通信模块与现场总线相连 接；而现有国内产品仅支持物理层次的通信功能，如RS232、 RS485等。
随着电力电子类负载如电子镇流器、变频器、开关电源的大量使用， 一方面节省 了宝贵的电力资源，同时由此产生的各次谐波也造成了供电质量的污染，谐波不仅会 造成变压器、电机、电容器和中线的过热，还会造成保护装置的误动作。目前，电力 系统电能质量逐渐成为电力变配电系统中的重要课题，对谐波进行处理的前提就是准 确的测定各次谐波的含量。IDM30带有31次谐波测量功能，可以直接测量电压和电 流的各次谐波含量和总谐波含量，并具有波峰系数、电流电压相位等测量功能，为用 户提供必要的参考信息，也可与其他电力控制设备，如补偿装置相配合，以确保电力 质量。
智能电力网络仪表要求适用于不同的电力电网中，包括高压、中压、低压系统， 由于不同电压等级、不同的用户的能提供的接线形式不同，这就客观上要求仪表能适 应各种接线方式。目前，仪表电压接线拟提供直接、PT 二次间接接线方式，可设定 为三相四线星型(3LN )，三相四线2PT星型(2LN )和三相三线开口三角型(2 LL)三种；电流接线可根据接入的电流通道数设定为3CT， 2CT和1CT三种。 各种电压接线与电流接线方式可以相互组合。
IDM30智能电力网络仪表要求能够适合各种模数的抽屉柜，体积必须小巧，而 无法在强电压通道中加入过多地抗干扰措施，在电压测量通道中甚至不能采用电压互 感器隔离，这样，当装置工作在较为恶劣的电磁环境中时就会造成死机而无法正常工 作，因此，本项目要采用必要的措施提高电磁兼容性，保证电磁兼容达到GB/T 13729-2002《远动终端设备》规定的最高标准；在主板也大量采用贴片元器件(芯片、 电容、电阻等)，提高工艺性、降低功耗、提升设计水平。
图2是本实用新型实施例的辅助电源接线图；图3是本实用新型实施例的开关量
7输入信号链接。；图4是本实用新型实施例的继电器控制输出。 产品特点
多功能、高精度具有强大的数据采集和处理功能，可以测量几十种电量，同时具有 需量测量、谐波分析、最大/最小值统计、越限报警、电能累计等功能。电压、电流 测量精度为0.2级，功率与能量测量精度为0.5级。
电度量实时写入与EEPROM相比，IDM30的非易失性铁电存储器支持无限次擦写， 不仅设定参数和电度量掉电不会丢失，还支持电度量实时写入，省却了装置掉电引起 的电度量丢失的烦恼。
组网灵活方便，适应能力强具有CAN2.0B、 RS485双现场总线，能够满足高标准 的通讯要求。工业标准的RS-485通讯接口和MODBUS通讯协议，使得组网轻松便 捷，扩展模块的CAN通讯功能扩充了网络的使用，双现场总线大大提高网络的可靠 性和网络的适应能力，并具有遥信、遥测、遥控、遥设功能，是SCADA系统理想选 择。再加上丰富、灵活的I/0功能，使得它完全可以胜任作为分布式RTU的要求。 接线灵活方便无论系统是高压还是低压，也无论是三相三线还是三相四线，也无论 电压和电流通道的元件数，都可以选择适当的接线方式与IDM30相连接。IDM30支 持的多种接线方式，可以涵盖几乎所有的三相系统应用，并且它还可以在单相系统中 使用。
超小型设计、安装方便快捷外型尺寸仅为96*96*50!!1111 (加扩展模块后为 96*96*69mm),即使是在小间隔的抽屉式开关柜内，它也可安然容身，它采用自锁式 的安装机构，无需拧螺丝，安装或拆卸都非常方便快捷。图5为仪表不同接线形式。 显示直观、易学易用大屏幕、宽视角、多内容、高清晰液晶显示可以满足用户的视 觉享受，高亮度背光显示让微弱光线下査阅、设定各种数据变得轻松简单，五键式操 作法更让用户在短时间内轻松掌握。
安全性好、可靠性高采用多种隔离及抗干扰措施，可以可靠地在高干扰环境中运行， 产品通过CE认证和正C标准的电磁兼容测试。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型, 任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰， 因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
权利要求1、一种智能电力网络仪表，包括主控板、模拟量输入转换模块、液晶键盘、显示器，和扩展模块，其特征在于，主控板通过人机接口板与显示器相连，外部模拟量输入端子通过互感器板与主控板相连，液晶键盘通过操作面板控制板与主控板相连，附属扩展模块与主控板相连。
2、 根据权利要求1所述的智能电力网络仪表，其特征在于，所述主控板是由MCU、 RAM、 EPR0M、 EEPR0M、采样电路组成。
3、 根据权利要求l所述的智能电力网络仪表，其特征在于，所述模拟量变换模 块是一种电流电压变换器板。
4、 根据权利要求1所述的智能电力网络仪表，其特征在于，所述人机接口板是 由LCD液晶和控制按钮组成。
5、 根据权利要求1所述的智能电力网络仪表，其特征在于，所述扩展模块由以 下三种模块构成继电器输出板、光电隔离的开入量输入板、与测量模拟量相关连的 4一20mA电流输出板。
6、 根据权利要求l所述的智能电力网络仪表，其特征在于，它还具有与主控板 相连的通讯板，通过光电隔离的通讯接口可进行远方通讯。
专利摘要一种智能电力网络仪表，包括主控板、模拟量输入转换模块、液晶键盘和显示器，还有其他附加的扩展模块，其中，所述主控板是由MCU、RAM、EPROM、EEPROM、采样电路组成，主控板通过人机接口板与显示器相连；所述模拟量变换模块是一种电流电压变换器板，外部模拟量输入端子通过互感器板与主控板相连；所述人机接口板是由LCD液晶和控制按钮组成。本实用新型采用微处理器内嵌的A/D转换器，并采用同步过采样技术来提高采样精度，采用短数据窗移相技术来改善因采样时间不同步造成的相角偏差问题。最终实现测量参数多，能涵盖目前所有的电参数，测量精度高，达0.2级的要求。
文档编号G01R31/00GK201281734SQ20082018693
公开日2009年7月29日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者杭 张, 王俊峰, 王道军 申请人:南京因泰莱电器股份有限公司