带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置制造方法
【专利摘要】带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，包括蓄电池组、电源输入采集电路、CPU接口电路、非隔离输出电路、隔离供电电源DC/DC；电源输入采集电路包括依次连接的电源输入过压过流保护电路、电池隔离采样电路、AD采集电路；蓄电池组连接到电源输入过压过流保护电路；电源输入过压过流保护电路连接非隔离输出电路；CPU接口电路包括复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路、CPU；AD采集电路连接到CPU；CPU和非隔离输出电路分别连接到隔离供电电源DC/DC。本实用新型实现对自动化直流设备进行不间断的电源供给和对铅酸蓄电池实时运行参数及运行状态进行实时监测。
【专利说明】带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及一种水电站自动化系统仪器，具体涉及一种带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，用于中小水电站自动化控制中备用电源12V-48V铅酸蓄电池组监测，同时对直流自动化设备进行集中电源供给。
【【背景技术】】
[0002]在中小水电站自动化改造中，许多自动控制设备均需要提供直流电源。正常的做法是通过交流适配器将交流电压直接转换成该设备的供电电压，但是，在交流电压消失的情况下，无法对设备进行供电。而有些自动化设备例如监控设备和直流机组开关机机构都要求不间断的电源供给。通用自动化电源配置的做法是采用UPS后备电源，但是一般后备电源的UPS的容量都比较小，一方面供电时间较短，另一方面也无法提供直流开关机机构动作时候大电流供应。采用容量较大的UPS或直流系统方案成本较高，一般中小型水电站无法提供。于是引进了大容量的铅酸蓄电池组，做为设备供电的简单直流系统后备电源。由于铅酸蓄电池存在记忆效应，如果没有对蓄电池的运行参数及状态进行监测，如果蓄电池出现过充或过放的情况，将会缩短蓄电池组使用寿命，在严重的情况下可能造成蓄电池组永久损坏，所以电池的监控对提高后备电源的可靠性十分重要。
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【发明内容】
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[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，实现对自动化直流设备进行不间断的电源供给和对铅酸蓄电池实时运行参数及运行状态进行实时监测。
[0004]本实用新型是这样实现的:
[0005]带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，包括蓄电池组、电源输入采集电路、CPU接口电路、非隔离输出电路、隔离供电电源DC/DC ；
[0006]所述电源输入采集电路包括电源输入过压过流保护电路、电池隔离采样电路、AD采集电路；所述电源输入过压过流保护电路连接所述电池隔离采样电路、所述电池隔离采样电路连接所述AD采集电路；
[0007]所述蓄电池组连接到所述电源输入过压过流保护电路；所述电源输入过压过流保护电路连接所述非隔离输出电路；
[0008]所述CPU接口电路包括复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路、CPU ;所述CPU分别连接所述复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路；
[0009]所述AD采集电路连接到所述CPU ;所述CPU和所述非隔离输出电路分别连接到所述隔离供电电源DC/DC。
[0010]进一步地，所述非隔离输出电路包括五路非隔离DC/DC电源，所述五路非隔离输出DC/DC电源包括两路可控可调输出DC/DC电源，和三路固定输出DC/DC电源，此五路电源为一个并联输出电路，五路电源负端全部接地。
[0011]本实用新型的优点在于:1、本实用新型可对电池的运行参数及运行状态进行实时监测，为判断是蓄电池大电流冲击电压跌落或蓄电池损坏提供依据；2、在监测到外边充电装置出现问题时，可以通过开入开出电路及时断开外边充电装置，避免进一步充电对电池组产生损伤，提高电池的使用寿命及可靠性；3、在监测到电池电压过低，可以通过开入开出电路及时断开大负载装置或及时投入充电设备避免电池过放，对电池产生损伤，提高电池的使用寿命及可靠性；4、通过实时监控电池电量使用情况以及电池状态，在机组全部停机情况下，自动化可控制直接进入省电工作方式，只供给需要不间断供电设备电源；同时切除220V厂用电变压器，只有在电池下降到需要充电的情况下，才投入厂用电对电池进行充电，达到极好的节能效果；5、提供多组电源输出，对中小电站的多种自动化设备集中到一个装置进行集中供电，电源变换电路设计简单、提高了整个自动化系统的可靠性、同时方便系统维护；6、PLC显示装置与上位机蓄电池监测系统之间，采用无线通信和光纤通信两种通信方式同时进行通信，两种通信方式互为备用，提高了整个系统通信的可靠性。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0012]下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0013]图1是本实用新型的硬件结构图。
[0014]图2与本实用新型通信相连接的PLC显示装置的硬件结构框图。
[0015]图3是本实用新型与PLC显示装置及上位软件构成通信系统结构图。
【【具体实施方式】】
[0016]如图1所示，是带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置硬件结构图。带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，包括蓄电池组、电源输入采集电路、CPU接口电路、非隔离输出电路、隔离供电电源DC/DC ；
[0017]所述电源输入采集电路包括电源输入过压过流保护电路、电池隔离采样电路、AD采集电路；所述电源输入过压过流保护电路连接所述电池隔离采样电路、所述电池隔离采样电路连接所述AD采集电路。
[0018]所述蓄电池组连接到所述电源输入过压过流保护电路；所述电源输入过压过流保护电路连接所述非隔离输出电路。
[0019]所述CPU接口电路包括复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路、CPU ;所述CPU分别连接所述复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路。所述RS485接口电路外接PLC显示装置。
[0020]所述AD采集电路连接到所述CPU ;所述CPU和所述非隔离输出电路分别连接到所述隔离供电电源DC/DC。
[0021]所述非隔离输出电路包括五路非隔离DC/DC电源，所述五路非隔离输出DC/DC电源包括两路可控可调输出DC/DC电源，和三路固定输出DC/DC电源，此五路电源为一个并联输出电路，五路电源负端全部接地。
[0022]外部输入的电池电压通过电源输入过压过流保护电路，由电池隔离采样电路进行隔离和线性变换后，输入到AD采集电路进行AD数据采集，AD采集电路与CPU相连接；所述电源输入过压过流保护电路主要起到对后端电路如所述五路非隔离输出DC/DC电源和所述隔离供电电源DC/DC起到防雷、过电压及短路保护；电池隔离采样电路，采用线性光耦对电池输入的电压进行隔离，以减少由于外部干扰对CPU及CPU接口模块影响，提高设备的可靠性；在实际电池监控中，为区分电池损坏和大电流供电造成电池电压大幅波动状态，需要CPU处理软件上加入延时滤波和电池电量计算算法，蓄电池监测及多组电源装置在出厂时候可设定相应滤波参数，也可通过上位机进行远程配置。
[0023]所述隔离供电电源DC/DC，主要与CPU接口电路及电压输入采集电路相连；所述的CPU接口电路、电压输入采集电路供电光耦隔离一端的电源均连接到所述的隔离供电电源DC/DC上；所述非隔离DC/DC输出固定5V电源输出提供所述隔离供电电压DC/DC电源电压输入。
[0024]请参阅图2所述的PLC显示装置，主要包括供电电压、RS485接口、液晶触摸屏，与上位机蓄电池组监测系统通过无线通信模块和光纤通道进行通信。
[0025]请阅图3，本实用新型与所述PLC显示装置及上位软件构成通信系统结构，包括复数个PLC显示装置，复数个蓄电池监测及多组电源装置和上位机蓄电池监测管理系统；所述蓄电池监测及多组电源装置，通过RS485接口电路与所述PLC显示装置相连接，所述PLC显示装置与上位机蓄电池监测系统相连接有两个通道，一个通道是无线通信模块方式进行连接，还有一个通道是通过以太网、光纤终端后以光纤方式进行数据连接；在单个电站中，只有单个所述蓄电池监测及多组电源装置和单个所述PLC显示装置；整个水电站蓄电池组监测及多电源系统，是由N个电站加上单个的所述上位机水电站蓄电池组监测系统构成的；所述蓄电池监测及多组电源装置，监测到电池参数以及电池运行状态后，通过RS485接口电路发送给所述的PLC显示装置，所述PLC显示装置在所述触摸屏上显示电池运行参数及运行状态，同时把数据打包通过无线通信模块与光纤通道发送给上位机蓄电池监测系统，由上位机进行相应数据的存储及处理。
[0026]本实用新型的工作原理是:
[0027]电池电压首先经过过压过流保护模块后，由线性光耦隔离产生线性的比例电压输出，CPU通过AD进行数据采集，通过计算后得到电池电压数值，通过设定的参数来判断蓄电池电压过低或过高继电器是否需要开出；通过一系列滤波和计算电池电量算法，得到当前电池的电量状态，判断出当前电池运行状态以及运行过程错误信息，包括充电器充电损坏，电池损坏；同时在LED指示电路上输出当前电池电量信息，以及错误信息指示，开出开入动作情况。
[0028]电池输入电压，通过过压过流保护电路后，并联输出五组DC/DC不同的工作电压电源；其中三组电源为固定电压输出，其他两组为可控可调电压输出；在自动化中，各路的工作电源的供给对象，请参阅图2。
[0029]PLC通过RS485总线定时查询电池参数及电池状态，在触摸液晶屏上显示相关的运行参数及状态，同时将查询的数据打包后通过无线通信模块与光纤通信通道反馈给上位机。
[0030]上位机接收到相关的电池参数及状态后，进行数据的存储、统计和分析，实时对后备电源进行监测。
[0031]综上所述，带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，优势在于所述的蓄电池监测及多组电源装置是一个完全独立的嵌入式模块，通过软件设置可以实现多种场合下的电池组监测及自动化设备电源集中供电；蓄电池监测及多组电源装置、PLC显示装置及上位机，数据通信均采用通用《Modbus协议》通信规约，实用性强。
[0032]本实用新型带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，作为中小水电站自动化中重要的一环，具有对外部直流设备提供直流工作电源，实时监测铅酸蓄电池组的运行参数及运行状态，可输出自动投入及切断交流对电池充电等功能；备用电源在机组停机及市电外网无法提供电源的情况下，可以实现机组的自动开机；所以要提高中小水电站中的自动化运行的稳定性，后备电源和设备供电的可靠性极为重要。
[0033]上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
【权利要求】
1.带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，其特征在于:包括蓄电池组、电源输入采集电路、CPU接口电路、非隔离输出电路、隔离供电电源DC/DC ； 所述电源输入采集电路包括电源输入过压过流保护电路、电池隔离采样电路、AD采集电路；所述电源输入过压过流保护电路连接所述电池隔离采样电路、所述电池隔离采样电路连接所述AD采集电路； 所述蓄电池组连接到所述电源输入过压过流保护电路；所述电源输入过压过流保护电路连接所述非隔离输出电路； 所述CPU接口电路包括复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路、CPU ；所述CPU分别连接所述复位芯片、开入开出电路、LED指示电路、RS485接口电路； 所述AD采集电路连接到所述CPU ;所述CPU和所述非隔离输出电路分别连接到所述隔离供电电源DC/DC。
2.如权利要求1所述的带通信接口的水电站自动化系统多路直流供电装置，其特征在于:所述非隔离输出电路包括五路非隔离DC/DC电源，所述五路非隔离输出DC/DC电源包括两路可控可调输出DC/DC电源，和三路固定输出DC/DC电源，此五路电源为一个并联输出电路，五路电源负端全部接地。
【文档编号】H02J7/34GK204103580SQ201420529145
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】林泽峰, 李水珠, 郭谋发 申请人:福建亿华源能源管理有限公司