一种网络化高压大功率脉冲电容器系统运行状态监控装置的制作方法

本实用新型涉及自动化测控技术领域，具体的说是一种网络化高压大功率脉冲电容器系统运行状态监控装置。

背景技术：

高功率脉冲电源是电磁发射、脉冲点火等装备的核心组成部分。高压大功率脉冲电容器系统是高功率脉冲电源目前普遍采用的比较成熟的储能方式，一般由几十个脉冲电容器串并联组成。随着需求的提高，高压大功率脉冲电容器的工作电压越来越高，达到上万伏，甚至几十万伏；其充放电功率也越来越大，充电功率达到几百千瓦，峰值放电功率达到数兆瓦到几十兆瓦。每个脉冲电容器在工作时存储了高达几百千焦耳的能量，如果发生电容器击穿等故障，不仅可出现电容器爆炸等安全性问题，而且将对整个脉冲电容器系统性能造成极大破坏。对高压大功率脉冲电容器系统进行运行状态监控，确保每个高压大功率脉冲电容器安全可靠运行，是高功率脉冲电源技术发展的现实需求。

常规的脉冲电容器系统运行状态监测装置，通常需要计算机、机柜式主控设备、信号处理与传输设备、传感器等，主要存在三方面问题：(1)监测设备体积大，布线多，搭建工作复杂；(2)监测功能单一，难以实现远程监控，难以及时发现电容器故障，难以及时避免故障对系统的进一步影响；(3)通用性和功能扩展性较差，无法灵活应对脉冲电容器的运行状态参数调整和数量变化的需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型提供一种网络化高压大功率脉冲电容器系统运行状态监控装置，对各种由高压大功率脉冲电容器组成的脉冲电容器系统的运行状态进行实时监控，对监测数据进行分析处理，及时发现电容器故障，并通过故障隔离措施及时避免故障对系统的进一步影响。监控装置体积小，连接方式简单可靠，可灵活应对监控对象的调整和变化，并可实现远程监控。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种网络化高压大功率脉冲电容器系统运行状态监控装置，包括监控主机、若干个分布式主控模块、若干个用于采集脉冲电容器运行状态信息的传感模块和若干个用于控制脉冲电容器充电或放电高压回路通断的开关模块；所述监控主机与所述若干个主控模块分别通过can总线连接在一起，每个所述主控模块另外与多个传感模块和两个开关模块连接在一起。

进一步地，每个所述主控模块以及与主控模块相连接的多个传感模块和两个开关模块均安装在同一个脉冲电容器上。

进一步地，所述监控主机包括计算机控制模块、监控主机电源模块、显示屏、触摸屏、无线模块、功能接口和扩展槽，所述计算机控制模块分别与监控主机电源模块、显示屏、触摸屏、无线模块、功能接口和扩展槽连接，所述功能接口包括usb接口和第一can总线网络接口。

进一步地，所述主控模块包括存储器、显示屏、微型计算机系统芯片和主控电源模块，所述微型计算机系统芯片分别与存储器、显示屏和主控电源模块相连接，所述微型计算机系统芯片自带第二can总线网络接口和第一io接口，其中第二can总线网络接口用于连接监控主机，第一io接口用于连接传感模块和开关模块。

进一步地，所述传感模块包括传感器、传感信号调理模块、第二io接口和传感器电源模块，所述传感器连接传感信号调理模块，所述传感信号调理模块分别连接第二io接口和传感器电源模块，所述传感信号调理模块用于将传感器检测的信号转化为可传输的传感信息，所述第二io接口用于连接主控模块并实现传感模块与主控模块之间的信息传输。

进一步地，所述传感器为电压传感器、电流传感器或温度传感器。

进一步地，所述开关模块包括开关器件、开关信号调理模块、第三io接口和开关电源模块，所述开关器件连接开关信号调理模块，所述开关信号调理模块分别连接第三io接口和开关电源模块，所述开关器件用于控制脉冲电容器充电或放电高压回路的通断，所述信号调理模块用于控制开关器件的导通和关断，所述第三io接口用于连接主控模块并实现开关模块与主控模块之间的信息传输。

进一步地，所述开关器件为晶闸管。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型由功能可扩展的监控主机、主控模块、传感模块和开关模块等组成，结构简单，扩展性好，模块集成度高，体积小，成本低。

2、本实用新型采用网络化架构，可实现脉冲电容器系统运行状态的远程监控。监控主机与主控模块之间通过网络互联，相互之间没有距离限制，不仅现场布线少、易于搭建，而且易于实现监控主机的远程部署和远程监控。

3、本实用新型采用can现场总线和分布式部署方式，通用性和功能扩展性较好，可灵活满足脉冲电容器的运行状态参数调整和数量变化的需求。监控主机和主控模块具有功能可扩展特性，可根据监控需求进行监控功能扩展；主控模块、传感模块和开关模块安装在脉冲电容器上，部署数量和地点随脉冲电容器的分布而确定；监控主机与主控模块之间通过can总线网络互联，可随时传递指令和修改监测参数阈值等，以适应监控对象的变化。

4、本实用新型采用的传感模块和开关模块满足高压大功率应用场合的监控需要。本实用新型选用高压分压器测量脉冲电容器的充放电电压，选用电流变送器测量脉冲电容器的充电电流，选用晶闸管作为开关模块的开关器件，所选用的器件和设备均适用于高压、大功率应用场合，满足高压、大功率脉冲电容器系统运行状态参数测试和状态控制的需要。

5、本实用新型具有对脉冲电容器系统进行运行状态早期预警、故障诊断和故障隔离等能力。通过所述监控主机、主控模块、传感模块和开关模块，对高压大功率脉冲电容器系统的电压、电流、温度等运行状态进行远程实时监控和分析，及时发出早期预警，及时诊断出系统存在的电容器故障，并及时隔离存在故障的电容器，避免故障对系统的进一步影响，提高系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的监控主机组成图；

图3为本实用新型的主控模块组成图；

图4为本实用新型的传感模块组成图；

图5为本实用新型的开关模块组成图。

图中：1-监控主机；101-计算机控制模块；102-功能接口；103-扩展槽；104-无线模块；105-监控主机电源模块；106-显示屏；107-触摸屏；2-主控模块；201-微型计算机系统芯片；202-显示屏；203-主控电源模块；204-存储器；3-传感模块；301-传感器；302-传感信号调理模块；303-第二io接口；304-传感电源模块；4-开关模块；401-开关器件；402-开关信号调理模块、403-第三io接口；404-开关电源模块；5-脉冲电容器；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例：

一种高压大功率脉冲电容器系统运行状态监控装置，该装置包括监控主机1、若干个分布式主控模块2、若干个用于采集脉冲电容器运行状态信息的传感模块3和若干个用于控制脉冲电容器充电或放电高压回路通断的开关模块4；所述监控主机1与所述若干个主控模块2分别通过can总线连接在一起，每个所述主控模块2另外与多个传感模块3和两个开关模块连接4在一起。每个所述主控模块2以及与主控模块2相连接的多个传感模块3和两个开关模块4均安装在同一个脉冲电容器5上。

该装置具有对高压大功率脉冲电容器系统运行状态进行监测分析、故障诊断、故障隔离和远程监控功能。

被监控的脉冲电容器系统由n个高压大功率脉冲电容器5组成；

本实施例中每个脉冲电容器5上安装一个主控模块2、三个传感模块3(传感器为电压传感器、电流传感器和温度传感器的传感模块各一个)、两个开关模块4(开关器件为晶闸管的开关模块二个，其中一个开关模块用于控制脉冲电容器充电高压回路通断，另一个开关模块用于控制脉冲电容器放电高压回路通断)，每个传感模块3或者开关模块4分别通过第二io接口303和第三io接口403与主控模块2的第一io接口直接连接；主控模块2与监控主机1之间通过can总线网络互联。具体结构如图1所示。通过以上结构，构成了一个高压大功率脉冲电容器系统运行状态的网络化、分布式监控系统，监控系统布局简练，易于搭建。

图1中，部件1为功能可扩展的监控主机1，其功能接口102包括usb总线接口和第一can总线网络接口，第一can总线网络接口用于通过can总线实现监控主机1与各主控模块2的连接，usb总线接口用于连接u盘、打印机等外接设备；部件2为主控模块，通过can总线与监控主机1连接，实现主控模块与监控主机的信息传输，实际应用过程中各主控模块之间也可通过can总线互联并实现各主控模块之间的信息传输，主控模块2通过第一io接口与各传感模块3和开关模块4直接连接，实现主控模块2与各传感模块3和开关模块4之间的信息传输；部件3为传感模块，每个脉冲电容器5上安装三个传感模块3，分别用于检测脉冲电容器的电压、电流和温度信号；部件4是开关模块，每个脉冲电容器安装二个开关模块，用于控制脉冲电容器充电或放电高压回路的通断；部件5为一个被测脉冲电容器。

功能可扩展的监控主机1是本实用新型的核心组成部分。监控主机1的组成如图2所示。监控主机1包括计算机控制模块101、功能接口102、扩展槽103、无线模块104、监控主机电源模块105、显示屏106以及触摸屏107，计算机控制模块分别与功能接口102、扩展槽103、无线模块104、监控主机电源模块105、显示屏106以及触摸屏107相连接；

图2中，计算机控制模块101集成了cpu、存储器及多种接口，用于实现信息汇总存储、分析处理、故障诊断、监控决策等功能；功能接口102包括usb接口、第一can总线网络接口，第一can总线网络接口用于连接主控模块2，usb接口用于连接u盘、打印机等外接设备；部件103为扩展槽，用户可以根据应用需求，选择所需功能板卡连接到监控主机1上，从而为监控主机1增加某些特定功能；部件104为无线模块，可使监控主机1与外部设备实现无线网络通信；部件105为监控主机电源模块，为监控主机1的各组成部分提供所需电源；部件106、部件107分别为显示屏和触摸屏，通过显示屏可以实时观测监控主机1的运行状态，通过触摸屏可以向测监控主机1输入控制信息。

主控模块2是监控主机1与传感模块3、开关模块4连接的纽带。主控模块2将传感模块3上传的传感信息进行汇总和初级分析后，根据设定的传感信息阈值或者监控主机1发来的指令，控制开关模块4的通断，将传感信息和开关通断状态信息传输到监控主机1并接收监控主机1的指令。主控模块2的组成如图3所示。主控模块2包括微型计算机系统芯片201、显示屏202、存储器204以及主控电源模块203。

图3中，部件201为集成了处理器、第二can总线网络接口、多种第一io接口的微型计算机系统芯片，主控模块2通过第二can总线网络接口与监控主机1及其它主控模块2相连，通过第一io接口与传感模块3的第二io接口303和开关模块4的第三io接口403相连，可控制主控模块实现分布式监控功能；部件202为主控模块2的显示屏，用于显示主控模块2的系统设置和脉冲电容器的运行状态等信息；部件203为主控电源模块，将外部供电电源转换为主控模块2的各组成部分所需要的电源；部件204为存储器，用于暂时存储脉冲电容器的运行状态监控信息和主控模块2的系统设置等信息。

传感模块3是直接采集脉冲电容器电压、电流、温度等运行状态信息的模块。传感模块3的组成如图4所示。传感模块3包括传感器301、传感信号调理模块302、第二io接口303和传感电源模块304。传感器301与传感信号调理模块302相连接完成信号采集和调理；第二io接口303可实现传感模块3与主控模块2之间的信息传输；传感电源模块304为传感模块3的各组成部分提供电源。

图4中，部件301为传感器；部件302为传感信号调理模块，将传感器输出的模拟信号进行放大滤波后，转换为可与主控模块2之间进行传输的传感信息；部件303为第二io接口，用于实现传感模块与主控模块之间的连接；部件304为传感电源模块，将外部供电电源转换为传感模块3的各组成部分所需要的电源。

本实施例的三个传感模块的传感器301分别选为电压传感器、电流传感器、温度传感器，电压传感器可选用高压分压器测量脉冲电容器的充放电电压，电流传感器可选用电流变送器测量脉冲电容器的充电电流，满足高压、大功率应用场合需求。

开关模块4是直接控制脉冲电容器充电或放电高压回路通断的模块，是实施电容器故障隔离的执行机构。开关模块4的组成如图5所示。开关模块4包括开关器件401、开关信号调理模块402、第三io接口403和开关电源模块404。开关器件401用于对脉冲电容器充放电高压回路直接实施通断操作；开关信号调理模块402将开关模块4接收到的控制开关器件401通断状态的指令，转化为可直接控制开关器件401通断的信号；第三io接口403可实现开关模块4与主控模块2之间的信息传输；开关电源模块404为开关模块4的各组成部分提供电源。

图5中，部件401为开关器件，选用晶闸管作为开关器件，满足高压、大功率应用场合需求；部件402为开关信号调理模块，将主控模块2发来的数字信号转化为直接控制开关器件401工作的模拟信号；部件403为第三io接口，用于实现开关模块4与主控模块2之间的连接；部件404为开关电源模块，将外部供电电源转换为开关模块4的各组成部分所需要的电源。

本实施例的高压大功率脉冲电容器系统运行状态监控装置具有对高压大功率脉冲电容器系统运行状态进行监测分析、故障诊断、故障隔离和远程监控功能。基于以上结构，安装在同一脉冲电容器2上的多个传感模块3，分别采用不同的传感器，分别采集脉冲电容器的电压、电流、温度等信号，经信号调理后转化为可传输的传感信息，并将传感信息上传到相连的主控模块2；开关模块4接收主控模块2的信息，依据信息控制脉冲电容器5充电或放电高压回路的通断；主控模块2将接收到的传感信息进行汇总和初级分析后，根据设定的脉冲电容器充放电电压阈值和温度阈值，或者根据监控主机1发来的指令，控制开关模块4的通断，通过网络将传感信息和开关通断状态信息传输到监控主机并接收监控主机1的指令；监控主机1将接收到的各主控模块2信息进行汇总、存储和分析处理，根据设定的脉冲电容器充放电电压阈值和温度阈值等，判定脉冲电容器的运行状态是否正常，出现异常时及时发出警告信息，并进行电容器故障诊断，诊断出具体故障，依据故障的严重程度，确定向主控模块2发出脉冲电容器充电或放电高压回路通断的指令，实现故障及时隔离。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。