专利名称：一种充电机监控器和一种充电机在线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力变电站的直流系统充电机性能检测设备，尤其涉及充电机监控器和一 种充电机在线监测装置。
背景技术：
目前，电力系统推广无人值班变电站，虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运 行情况的实时信息，但是对于直流部分只能得到少量的重要信息(包括遥信量——充电 机交流电源故障，充电机故障，直流绝缘接地，直流电源电压异常；遥测量——控母电压)， 它不能反映直流系统运行的详细信息；对于充电机来说，其性能指标如纹波系数、稳压精 度、稳流精度和均流特性等，由于不具备相应的在线测试装置，难以确认是否满足要求，无 法及时发现问题，所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏，直接威胁电网的安全运行。此 外，对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多，维护人员少，显然 无法保证按期按量完成。早期，充电机所达到的技术指标，都是生产厂家在设备出厂试验 时提供的数据，运行后很少对其进行检测，随着科技的发展，出现了充电机特性测试装置， 应用它能对充电机性能进行测试，但需要充电机脱离直流系统才能完成，现场操作，费时费 力，无法做到在线实时。由于以上困难的存在，很多单位很少对充电机进行特性试验，这就 给电力系统的安全运行埋下巨大隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种充电机监控器和一种充电机在线监测装置，以实现变电站直 流系统充电机的在线监测。一种充电机监控器，其中包括微处理器、网络接口电路、被检充电机通讯电路、电 压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路，微处理器的网络通讯端连接网络接口电路 的第一端，网络接口电路的第二端用于连接上位器，微处理器的监测信号通讯端连接被检 充电机通讯电路的第一端，被检充电机通讯电路的第二端用于连接被检充电机的通讯端， 电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号采集输入端分别用于接收被检充电 机的直流电压、电流信号，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号输出端分 别连接微处理器的电压采集信号输入端、电流采集信号输入端。所述的充电机监控器，其中所述的微处理器采用单片机LM3S6938。所述的充电机监控器，其中所述的网络接口电路包括网络通讯芯片以及第一、第 二、第三、第四上拉电阻，第一、第二、第三、第四上拉电阻的第一端均连接电源，第一上拉电 阻的第二端连接在微处理器的RXIN管脚与网络通讯芯片的RX-管脚的中间接点上，第二上 拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIP管脚和网络通讯芯片的RX+管脚的中间接点上，第 三上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXON管脚和网络通讯芯片的TX-管脚的中间接点 上，第四上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXOP管脚和网络通讯芯片的TX+管脚的中间 接点上；网络通讯芯片采用网络变压器/RJ45接口芯片HR911105A。所述的充电机监控器，其中所述的被检充电机通讯电路采用RS485接口电路 ADM2483。
所述的充电机监控器，其中所述的电压信号采集调理电路包括电压传感器、第一 运算放大器、第七电阻、第一电位器，电压传感器的一次输入端两端极分别连接被检充电机 的输出端正、负极，电压传感器的信号输出端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算 放大器的反相输入端连接第七电阻与第一电位器第一静接点的中间接点，第七电阻的自由 端接地，第一电位器的第二静接点、第一电位器的动接点连接第一运算放大器的输出端，第 一运算放大器的输出端连接微处理器的电压采集信号输入端；
所述的电流信号采集调理电路包括电流传感器、第二运算放大器、第九电阻、第二电位 器，电流传感器穿心于被检充电机的直流负母线上，电流传感器的信号输出端连接第二运 算放大器的同相输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第九电阻与第二电位器第一静 接点的中间接点，第九电阻的自由端接地，第二电位器的第二静接点、第二电位器的动接点 连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接微处理器的电流采集信号输 入端。一种充电机在线监测装置，其中包括上位管理机、充电机监控器，上位管理机与 充电机监控器之间通过以太网连接；所述的充电机监控器包括微处理器、网络接口电路、被 检充电机通讯电路、电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路，微处理器的网络通讯 端连接网络接口电路的第一端，网络接口电路的第二端连接上位器，微处理器的监测信号 通讯端连接被检充电机通讯电路的第一端，被检充电机通讯电路的第二端用于连接被检充 电机的通讯端，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号采集输入端分别用 于接收被检充电机的直流电压、电流信号，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路 的信号输出端分别连接微处理器的电压采集信号输入端、电流采集信号输入端。所述的充电机在线监测装置，其中所述的微处理器采用单片机LM3S6938。所述的充电机在线监测装置，其中所述的网络接口电路包括网络通讯芯片以及 第一、第二、第三、第四上拉电阻，第一、第二、第三、第四上拉电阻的第一端均连接电源，第 一上拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIN管脚与网络通讯芯片的RX-管脚的中间接点 上，第二上拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIP管脚和网络通讯芯片的RX+管脚的中间 接点上，第三上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXON管脚和网络通讯芯片的TX-管脚的 中间接点上，第四上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXOP管脚和网络通讯芯片的TX+管 脚的中间接点上；网络通讯芯片采用网络变压器/RJ45接口芯片HR911105A。所述的充电机在线监测装置，其中所述的被检充电机通讯电路采用RS485接口 电路 ADMM83。所述的充电机在线监测装置，其中所述的电压信号采集调理电路包括电压传感 器、第一运算放大器、第七电阻、第一电位器，电压传感器的一次输入端正、负极分别连接被 检充电机的输出端正、负极，电压传感器的信号输出端连接第一运算放大器的同相输入端， 第一运算放大器的反相输入端连接第七电阻与第一电位器第一静接点的中间接点，第七电 阻的自由端接地，第一电位器的第二静接点、第一电位器的动接点连接第一运算放大器的 输出端，第一运算放大器的输出端连接微处理器的电压采集信号输入端；
所述的电流信号采集调理电路包括电流传感器、第二运算放大器、第九电阻、第二电位 器，电流传感器穿心于被检充电机的直流负母线上，电流传感器的信号输出端连接第二运 算放大器的同相输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第九电阻与第二电位器第一静接点的中间接点，第九电阻的自由端接地，第二电位器的第二静接点、第二电位器的动接点 连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接微处理器的电流采集信号输 入端。本发明采用上述技术方案后将达到如下的技术效果
本发明的充电机监控器，微处理器通过被检充电机通讯电路与连接的充电机进行通 讯，微处理器通过电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路采集充电机的电压、电流 信号，并处理得出电压、电流、纹波系数、稳压精度、稳流精度和均流不平衡度等遥测数据， 微处理器通过网络接口电路将上述数据以及开关量传送给上位管理机，微处理器还通过网 络接口电路接收上位管理机的指令并进行相应操作；本发明还提供了一种充电机在线监测 装置，采用上述的充电机监控器采集、处理充电机的相应信号，上传给网络另一端的上位管 理机，实现远程通讯，实现充电机的实时在线监测和控制，及时得到相关信息并实时在线控 制充电机，使得无人化管理的变电站运行更加安全。
图1为本发明充电机在线监测装置的结构框图； 图2为本发明充电机监控器的结构框图； 图3为图2所示充电机监控器的电路原理图。
具体实施例方式
本发明提供了 一种充电机监控器和一种充电机在线监测装置。所述的充电机在线监测装置，如图1所示，包括上位管理机、所述的充电机监控 器，上位管理机与充电机监控器之间通过以太网连接，实现通讯；所述的充电机监控器如图 2，包括微处理器、网络接口电路、被检充电机通讯电路、电压信号采集调理电路、电流信号 采集调理电路，微处理器的网络通讯端连接网络接口电路的第一端，网络接口电路的第二 端连接上位器，微处理器的监测信号通讯端连接被检充电机通讯电路的第一端，被检充电 机通讯电路的第二端用于连接被检充电机的通讯端，电压信号采集调理电路、电流信号采 集调理电路的信号采集输入端分别用于接收被检充电机的直流电压、电流信号，电压信号 采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号输出端分别连接微处理器的电压采集信号输 入端、电流采集信号输入端。上位管理机是一台安装了利用VC语言编制的充电机性能监控、测试软件专用应 用程序的计算机，上位管理机连接在以太网上，通过以太网控制充电机监控器，通过操作上 位管理机中的充电机性能监控、测试软件，向远端变电站的充电机监控器发送控制指令，遥 控充电机状态转换，并接收充电机监控器上传的电压、电流、开关量、故障状态、纹波系数、 稳压精度、稳流精度和均流不平衡度等遥测、遥信数据。如图3所示，微处理器Ul采用LM3S6938单片机，是德州仪器(Tl)公司生产的首 款基于ARM Cortex -M3的32位控制器，256K的片内FLASH，64K片内SRAM，一个8通道 的10位的A/D转换器，内部集成10/100以太网媒体访问控制(MAC)以及物理层(PHY)J^ 合IEEE 802. 3-2002规范，其优点在于它兼容了第三方TCP/IP协议栈，可实现单芯片的以 太网终端节点功能；网络(以太网)接口电路采用网络变压器/RJ45接口芯片U2，型号为 HR911105A ；被检充电机通讯电路为485接口电路U3，采用型号为ADM2483，是ADI推出的 一款隔离型的RS485收发器，其内部集成了 ADI专利的icoupler (磁耦)隔离技术，功能上相当于集成了三个单通道的光耦和一个RS485收发器，速率是500Kbps;电流信号采集 调理电路中采用霍尔电流传感器TO，型号为TBC-50LA，电流信号调理部分是采用第二运 算放大器U7 (型号为LM358)；电压信号采集调理电路中采用电磁调制电压传感器TO，型号 为WPE-DV，输入(T300V，输出0飞V，电压信号调理部分是采用第一运算放大器U8 (型号为 LM358)。如图3所示，微处理器Ul的GND、GNDA, GNDPHY, CMODO和CMODl管脚与地线相连 接，微处理器Ul的VDD、VDDA、VCCPHY管脚接3. 3V电源，微处理器Ul的LD0、VDD25管脚接 2. 5V电源，微处理器Ul的0SC0、0SC1管脚分别与电容C4、C5的第一端相连接，电容C4、C5 的第二端均接地，并且在微处理器Ul的0SC0、OSCl管脚之间接一个8M晶体振荡器M1，为 微处理器Ul提供主时钟信号，微处理器Ul的XTALPPHY、XTALNPHY管脚分别与电容C2、C3 的第一端相连，电容C2、C3的第二端接地，并且在微处理器Ul的XTALPPHY、XTALNPHY管脚 之间接一个25M晶振M2，为以太网访问控制(MAC)以及物理层(PHY)提供时钟信号；微处理 器Ul的RST脚与电阻Rll的第一端及电容Cl的第一端相连接，电阻Rll的第二端接3. 3V 电源，电容Cl的第二端接地，电阻Rll和电容Cl构成RC电路，用于为微处理器Ul完成上 电复位功能。电阻R1、R2、R3、R4的第一端及网络变压器/RJ45接口芯片U2的T)(CT、RXCT管脚 共同连接3. 3V电源，电阻Rl第二端连接微处理器Ul的RXIN管脚与网络变压器/RJ45接 口芯片U2的RX-管脚的中间接点，电阻R2第二端连接微处理器Ul的RXIP脚与网络变压 器/RJ45接口芯片U2的RX+管脚的中间接点，电阻R3第二端连接微处理器Ul的TXON脚 与网络变压器/RJ45接口芯片U2的TX-管脚的中间接点，电阻R4第二端连接微处理器Ul 的TXOP脚与网络变压器/RJ45接口芯片U2的TX+管脚的中间接点，网络变压器/RJ45接 口芯片U2的GND脚接地；电阻R1、R2、R3、R4及网络变压器/RJ45接口芯片U2组成网络接 口电路。微处理器Ul的RXIP、RXIN、TX0P、TX0N管脚分别连接网络变压器/RJ45接口芯片 U2的RX+、RX-、TX+、TX-管脚，构成以太网通讯回路，通过以太网与上位管理机进行通讯，接 受遥控指令，上传遥测数据；
被检充电机通讯电路中，485接口电路U3的VDD1、PV脚接3. 3V电源，485接口电路U3 的GNDl脚接地，485接口电路U3的RXO脚与微处理器Ul的PA3脚连接，485接口电路U3 的TXI脚与微处理器Ul的PAO脚连接，485接口电路U3的RE、DE脚同时与微处理器Ul的 PAl脚相连；485接口电路U3的A、B、VDD2、GND2脚连接RS485总线。485接口电路U3的TXI管脚连接微处理器Ul的PAO管脚，485接口电路U3的DE、 RE管脚同时连接微处理器Ul的PAl管脚，485接口电路U3的RXO管脚连接微处理器Ul的 PA3管脚，如此构成RS485通讯回路，实现微处理器Ul与被检充电机U4之间通讯连接；
电压传感器U5的一次输入端的正极U+与被检充电机输出端的正极“ + ”连接，电压传 感器U5的一次输入端的负极U-与被检充电机输出端的负极“_”连接，电压传感器U5的+E 脚接12V电源，电压传感器U5的GND脚接地，电压传感器U5的信号输出端Uz通过电阻R8 连接第一运算放大器AMPl的同相输入端3脚相连，第一运算放大器U8的输出端1脚连接 微处理器Ul的一个A/D输入脚ADCl (2脚)，第一运算放大器U8的反相输入端2脚连接第 七电阻R7与第一电位器Wl第一静接点的中间接点，第七电阻R7的自由端接地，第一电位器Wl的第二静接点、第一电位器Wl的动接点连接第一运算放大器U8的输出端1脚。电流传感器U6穿心于被检充电机的直流负母线上，电流传感器U6的+E脚接12V 电源的正极，电流传感器U6的-E脚接12V电源的负极，电流传感器U6的GND脚接地，电流 传感器U6的信号输出端Uz通过电阻RlO连接第二运算放大器U7的同相输入端3脚，第二 运算放大器U7的输出端1脚连接微处理器Ul的一个A/D输入脚(1脚)ADCO而构成电流 信号采样调理回路，第二运算放大器U7的反相输入端2脚连接第九电阻R9与第二电位器 W2第一静接点的中间接点，第九电阻R9的自由端接地，第二电位器W2的第二静接点、第二 电位器W2的动接点连接第二运算放大器U7的输出端1脚。微处理器Ul经网络变压器/RJ45接口芯片U2从以太网上接收上位管理机遥控指 令，然后，微处理器Ul经485接口电路U3控制充电机状态转换并读取充电机状态信息，电 压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路中的电压、电流传感器分别把充电机输出端 的电压信号、充电机直流部分的电流强电信号隔离转变为0 5V弱电信号，之后，相应传递 给第一、第二运算放大器进行信号放大、调理，经第一、第二运算放大器调理之后的电压、电 流信号，传递给微处理器Ul的相应A/D输入脚，由微处理器Ul采集、计算、整理得到电压、 电流、纹波系数、稳压精度、稳流精度和均流不平衡度等遥测数据，微处理器Ul将计算得到 的上述数据经网络变压器/RJ45接口芯片U2通过以太网向上位管理机上传直流电压、电 流、开关量、故障状态、纹波系数、稳压精度、稳流精度和均流不平衡度等遥信、遥测信息。本发明的充电机监控器用于检测充电机在浮充、恒压均充阶段的纹波系数、稳压 精度，恒流均充阶段的稳流精度，充电机的均流特性，本发明的充电机在线监测装置利用实 时以太网通信技术实现上位管理机与充电机监控器之间的通信，能远程在线对充电机运行 状态和故障情况进行监视。采用本发明的充电机监控器和充电机在线监测装置的有益效果
1、远程监视充电机运行状态和故障情况，遥控充电机状态转换，同时在线遥测充电机 在浮充、恒压均充阶段的纹波系数、稳压精度，恒流均充阶段的稳流精度，充电机的均流特 性，及时发现并处理问题，而不等其发展演变成事故。2、克服了只有充电机脱离直流系统才能进行性能测试的不足，最大限度减少人工 现场操作所带来的误操作，给电力系统安全运行提供了有力保证。3、避免了往返现场的劳顿，节约了大量的人力和物力，提高了工作效率。
权利要求
1.一种充电机监控器，其特征在于包括微处理器、网络接口电路、被检充电机通讯电 路、电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路，微处理器的网络通讯端连接网络接口 电路的第一端，网络接口电路的第二端用于连接上位器，微处理器的监测信号通讯端连接 被检充电机通讯电路的第一端，被检充电机通讯电路的第二端用于连接被检充电机的通讯 端，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号采集输入端分别用于接收被检 充电机的直流电压、电流信号，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号输出 端分别连接微处理器的电压采集信号输入端、电流采集信号输入端。
2.如权利要求1所述的充电机监控器，其特征在于所述的微处理器采用单片机 LM3S6938。
3.如权利要求2所述的充电机监控器，其特征在于所述的网络接口电路包括网络通 讯芯片以及第一、第二、第三、第四上拉电阻，第一、第二、第三、第四上拉电阻的第一端均连 接电源，第一上拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIN管脚与网络通讯芯片的RX-管脚的 中间接点上，第二上拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIP管脚和网络通讯芯片的RX+管 脚的中间接点上，第三上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXON管脚和网络通讯芯片的 TX-管脚的中间接点上，第四上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXOP管脚和网络通讯芯 片的TX+管脚的中间接点上；网络通讯芯片采用网络变压器/RJ45接口芯片HR911105A。
4.如权利要求3所述的充电机监控器，其特征在于所述的被检充电机通讯电路采用 RS485 接 口 电路 ADMM83。
5.如权利要求4所述的充电机监控器，其特征在于所述的电压信号采集调理电路包 括电压传感器、第一运算放大器、第七电阻、第一电位器，电压传感器的一次输入端两端极 分别连接被检充电机的输出端正、负极，电压传感器的信号输出端连接第一运算放大器的 同相输入端，第一运算放大器的反相输入端连接第七电阻与第一电位器第一静接点的中间 接点，第七电阻的自由端接地，第一电位器的第二静接点、第一电位器的动接点连接第一运 算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端连接微处理器的电压采集信号输入端；所述的电流信号采集调理电路包括电流传感器、第二运算放大器、第九电阻、第二电位 器，电流传感器穿心于被检充电机的直流负母线上，电流传感器的信号输出端连接第二运 算放大器的同相输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第九电阻与第二电位器第一静 接点的中间接点，第九电阻的自由端接地，第二电位器的第二静接点、第二电位器的动接点 连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接微处理器的电流采集信号输 入端。
6.一种充电机在线监测装置，其特征在于包括上位管理机、充电机监控器，上位管理 机与充电机监控器之间通过以太网连接；所述的充电机监控器包括微处理器、网络接口电 路、被检充电机通讯电路、电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路，微处理器的网 络通讯端连接网络接口电路的第一端，网络接口电路的第二端连接上位器，微处理器的监 测信号通讯端连接被检充电机通讯电路的第一端，被检充电机通讯电路的第二端用于连接 被检充电机的通讯端，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号采集输入端 分别用于接收被检充电机的直流电压、电流信号，电压信号采集调理电路、电流信号采集调 理电路的信号输出端分别连接微处理器的电压采集信号输入端、电流采集信号输入端。
7.如权利要求6所述的充电机在线监测装置，其特征在于所述的微处理器采用单片机 LM3S6938。
8.如权利要求7所述的充电机在线监测装置，其特征在于所述的网络接口电路包括 网络通讯芯片以及第一、第二、第三、第四上拉电阻，第一、第二、第三、第四上拉电阻的第 一端均连接电源，第一上拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIN管脚与网络通讯芯片的 RX-管脚的中间接点上，第二上拉电阻的第二端连接在微处理器的RXIP管脚和网络通讯芯 片的RX+管脚的中间接点上，第三上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXON管脚和网络 通讯芯片的TX-管脚的中间接点上，第四上拉电阻的第二端连接在微处理器的TXOP管脚 和网络通讯芯片的TX+管脚的中间接点上；网络通讯芯片采用网络变压器/RJ45接口芯片 HR911105A。
9.如权利要求8所述的充电机在线监测装置，其特征在于所述的被检充电机通讯电 路采用RS485接口电路ADMM83。
10.如权利要求9所述的充电机在线监测装置，其特征在于所述的电压信号采集调 理电路包括电压传感器、第一运算放大器、第七电阻、第一电位器，电压传感器的一次输入 端正、负极分别连接被检充电机的输出端正、负极，电压传感器的信号输出端连接第一运算 放大器的同相输入端，第一运算放大器的反相输入端连接第七电阻与第一电位器第一静接 点的中间接点，第七电阻的自由端接地，第一电位器的第二静接点、第一电位器的动接点连 接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端连接微处理器的电压采集信号输入 端；所述的电流信号采集调理电路包括电流传感器、第二运算放大器、第九电阻、第二电位 器，电流传感器穿心于被检充电机的直流负母线上，电流传感器的信号输出端连接第二运 算放大器的同相输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第九电阻与第二电位器第一静 接点的中间接点，第九电阻的自由端接地，第二电位器的第二静接点、第二电位器的动接点 连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接微处理器的电流采集信号输 入端。
全文摘要
一种充电机监控器，其微处理器的网络通讯端连接网络接口电路的第一端，网络接口电路的第二端用于连接上位器，微处理器的监测信号通讯端连接被检充电机通讯电路的第一端，被检充电机通讯电路的第二端用于连接被检充电机的通讯端，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号采集输入端分别用于接收被检充电机的直流电压、电流信号，电压信号采集调理电路、电流信号采集调理电路的信号输出端分别连接微处理器的电压采集信号输入端、电流采集信号输入端。一种充电机在线监测装置，包括上位管理机、充电机监控器，上位管理机与充电机监控器之间通过以太网连接。
文档编号H02J7/00GK102142704SQ201110072758
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者孔圣立, 石光, 秦庆章, 赵军, 韩平, 马建辉 申请人:河北创科电子科技有限公司, 河南电力试验研究院