一种智能用电终端的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能用电终端，包括：至少一个采集单元、微控制器、通信单元以及控制单元；上述各单元均为模块化的结构。其中，采集单元，用于采集外界设备的交流模拟量发送至微控制器；控制单元，用于采集外界设备的直流模拟量信号发送至微控制器，并根据微控制器发送的控制命令执行跳合闸操作和/或报警输出；微控制器，用于接收并根据交流模拟量和/或控直流模拟量信号生成控制命令后发送至控制单元；通信单元，用于实现采集单元和微控制器之间的数据传输并实现控制单元与微控制器之间的数据传输。通过本申请，实现了多种数据的实时采集传输、智能控制，且各单元通过模块化的结构安装在一起，使得安装和后续的维修较为方便。
【专利说明】—种智能用电终端
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力领域，尤其涉及一种集成有多个单元的智能用电终端。
【背景技术】
[0002]能效管理系统实现对工矿企业用电及能源消耗状况的全面监测、分析和评估，通过对能源消耗过程信息化、可视化管理，优化企业生产工艺用能过程，科学、合理地制定企业能效考核标准和考核体系，能有效提升企业能效管理水平。
[0003]图1示出了现有能效管理系统的原理框图，主要是由主站层11、通信层12、采集层13等组成。
[0004]主站层11包括计算机14、路由器15等硬件设备和能效管理系统软件，它主要完成数据接收、数据分析、数据处理、系统维护、授权等功能，并将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策层。
[0005]通信层12包括交换机16、串口服务器17等硬件设备，它主要是将采集层13中采集的数据传输给主站层11，并将主站层11的各类设置命令发送给采集层13。
[0006]采集层13包括了众多分布于各耗能机电设备、厂房(生活区)其他耗能设施上的电能监测仪设备18，主要实现对用电数据的实时监测。
[0007]主站层11与通信层12之间的通信是通过以太网来实现的，通信层12与采集层13之间的通信是通过RS-485串口来实现的，采集层13中的某一个区域内所有的电能监测仪18将RS-485串口并联在一起连接到I个串口服务器上的RS-485 口上，每个电能监测仪都有一个独立的地址，主站召测某个电能监测仪的数据时，召测报文中包含了该电能监测仪的地址，被选中的电能监测仪进行应答，其他地址不符的电能监测仪不进行应答。
[0008]上述的能效管理系统存在以下不足:
[0009]没有控制功能，只是数据采集；
[0010]现场的电能监测仪设备数量多难以固定、分布不集中且与远程服务器之间采用轮询通信方式，影响了数据传输速度。远程服务器对每台电能监测仪的通信时间间隔一般是I分钟I次，远程服务器上的数据刷新频率也最快只能达到I分钟，刷新速度较慢，不利于数据的实时性；
[0011]现有的能效管理系统的各单元都采用分散式安装设计，各个设备之间通过连接电缆直接连接。这样就造成了安装、接线复杂，维护繁琐且后续检修难的问题。
【发明内容】
[0012]有鉴于此，本实用新型的目的在于，提供一种智能用电终端，以解决上述能效管理系统存在的问题。
[0013]为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种智能用电终端，包括:
[0014]至少一个采集单元、微控制器、通信单元以及控制单元；所述采集单元、微控制器、通信单元以及控制单元均为模块化的结构；其中，
[0015]所述采集单元，用于采集外界设备的交流模拟量发送至所述微控制器；
[0016]所述控制单元，用于采集所述外界设备的直流模拟量信号发送至所述微控制器，并根据所述微控制器发送的控制命令执行跳合闸操作和/或报警输出；
[0017]所述微控制器，用于接收并根据所述采集单元发送的交流模拟量和所述控制单元发送的直流模拟量信号生成所述控制命令后发送至所述控制单元；
[0018]所述通信单元，用于实现所述采集单元和所述微控制器之间的数据传输并实现所述控制单元与所述微控制器之间的数据传输。
[0019]优选的，所述智能用电终端还包括:模块化的接线单元，用于形成统一的对外接口，所述采集单元和所述控制单元通过所述对外接口与所述外界设备进行数据通信。
[0020]优选的，所述微控制器，还用于显示所获得的数据。
[0021]优选的，所述采集单元，还用于采集温度信号发送至所述微控制器；
[0022]所述微控制器，用于接收所述交流模拟量、所述直流模拟量信号和所述温度信号生成所述控制命令后发送至所述控制单元。
[0023]优选的，所述控制单元，还用于遥信信号输入。
[0024]优选的，所述采集单元为电能监测仪，用于采集三相电压和三相电流信号，根据三相电压和三相电流信号计算出三相电压有效值、三相电流有效值、三相有功功率、三相无功功率、三相有功电量、三相无功电量、三相电压高次谐波含有率、三相电流高次谐波含有率中的至少一项，并将计算结果发送至所述微控制器。
[0025]优选的，所述电能监测仪为N个，所述控制单元具有N路跳合闸信号输出、N路直流模拟量测量信号输入、N路遥信信号输入以及N路报警信号输出，所述N大于I。
[0026]优选的，所述通信单元包括一交换机、一通信服务器和一串口服务器；
[0027]所述交换机具有至少五个网口，所述通信服务器具有至少一个网口和至少两个RS485接口，所述电能监测仪具有至少两个RS485接口，所述串口服务器具有至少一个网口和至少一个RS-485接口 ；所述微控制器具有至少两个网口，所述控制单元具有至少两个RS485 接口 ；
[0028]其中，所述交换机的三个网口分别与所述通信服务器、所述串口服务器以及远程服务器的路由器的网口相连，另两个网口与所述微控制器的网口相连；
[0029]所述通信服务器的RS485接口分别与多个电能监测仪的一个RS485接口相连，所述串口服务器的RS485接口与所述控制单元的一个RS485接口相连，所述电能监测仪的另一个RS485接口与所述控制单元的另一个RS485接口相连。
[0030]优选的，所述直流模拟量信号为粉尘浓度信号。
[0031]优选的，所述对外接口的接线端子为导轨式端子。
[0032]有益效果:
[0033]本实用新型通过将至少一个采集单元、微控制器、通信单元以及控制单元等各模块化的结构安装在一起；能够采集到多种数据，并根据采集的各数据对用电设备进行控制，且各单元通过模块化的结构安装在一起，使得安装和后续的维修较为方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本实用新型现有技术中的能效管理系统结构图；
[0036]图2是本实用新型实施例中的智能终端结构图；
[0037]图3是本实用新型实施例中的电能监测仪的接口设置流程图。
【具体实施方式】
[0038]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0039]本实用新型实施例提供了一种智能用电终端，用于实现对外界用电设备的监测、控制。
[0040]图2为本申请实施例的一种具体的智能用电终端I的结构，其内集成有至少一个采集单元21、微控制器22、通信单元23以及控制单元24。、上述采集单元21、微控制器22、通信单元23以及控制单元24均为模块化的结构；其中，
[0041]采集单元21，用于采集外界设备3的交流模拟量发送至微控制器22 ；
[0042]控制单元24，用于采集外界设备3的直流模拟量信号发送至微控制器22，并根据微控制器22发送的控制命令执行跳合闸操作和/或报警输出。控制单元24具体的可测量4?20mA的直流模拟量信号。本申请的优选实施例中，控制单元24，还用于遥信信号输入，要求输入信号为无电位触点信号。
[0043]上述微控制器22，用于接收并根据采集单元21发送的交流模拟量和/或控制单元24发送的直流模拟量信号生成相应的控制命令后发送至控制单元24。优选实施例中，微控制器22，还用于实时显示所获得的数据以及当前智能用电终端的状态等。
[0044]通信单元23，用于实现采集单元21和微控制器22之间的数据传输并实现控制单兀24与微控制器22之间的数据传输。
[0045]本申请中，如图2所示，智能用电终端还包括模块化的接线单元25，用于形成统一的对外接口，上述采集单元21和控制单元24通过该对外接口与外界设备3进行数据通信，例如发出测量信号、输出控制信号等。
[0046]本申请中采集单元具体为电能监测仪，用于采集外界设备的交流模拟量以及温度。
[0047]该接线单元21用于通过自身对外接口将电能监测仪11的交流模拟量输入信号以及温度测量输入信号传输至所述外界设备。
[0048]上述采集单元21具体的可以为电能监测仪211，其交流模拟量具体可以为三相电压和三相电流信号，或者电能监测仪可以根据三相电压和三相电流信号计算出三相电压有效值、三相电流有效值、三相有功功率、三相无功功率、三相有功电量、三相无功电量、三相电压高次谐波含有率、三相电流高次谐波含有率中的至少一项后将计算结果发送至微控制器22。
[0049]当终端I内集成6个电能检测仪时，终端I内共有6路交流模拟量输入信号以及6路温度测量输入信号，此时接线单元需要设置6个对外接口。本申请中即设置了 6个对外接口，且每个对外接口有21个接线端子。为方便安装，该接线端子采用导轨式的安装方式。
[0050]优选的，对外接口具有电压接线端子和电流接线端子，并具有电压接线端子断路、电流接线端子短路的特点。
[0051]上述直流模拟量信号具体可以为粉尘浓度信号。控制单元24具体的可以与外界的传感器连接以获取该信号并发送至微控制器，以便微控制器结合该信号生成相应的控制，命令发送至控制单元，如输出跳闸指令等。
[0052]控制单元24主要负责执行跳、合闸控制、报警输出和直流模拟量采集以及遥信信号输入。对应上述实施例中的6台电能监测仪所采集的回路，控制单元24包含6路控制输出，6路报警输出、6路遥信输入和6路直流模拟量输入。其中，控制输出常开、常闭节点均引出，方便现场根据情况使用，控制单元24根据控制命令，对终端所外接的设备实施跳闸或报警输出，触点容量大于AC250V/10A。
[0053]通信单元23用来实现终端内微控制器22与采集单元21、控制单元24的实时、高密度本地数据交互及通信维护及远程服务器4与本地微控制器22、采集单元21的数据通信交互。
[0054]通信单元23主要包括一交换机、一通信服务器和一串口服务器。
[0055]其中交换机具有至少五个网口，通信服务器具有至少一个网口和至少两个RS485接口，电能监测仪具有至少两个RS485接口，串口服务器具有至少一个网口和至少一个RS-485接口 ；微控制器具有至少两个网口，控制单元具有至少两个RS485接口。
[0056]交换机的三个网口分别与通信服务器、串口服务器以及远程服务器的路由器的网口相连，另两个网口与微控制器的网口相连；
[0057]通信服务器的RS485接口分别与多个电能监测仪的一个RS485接口相连，串口服务器的RS485接口与控制单元的一个RS485接口相连，电能监测仪的另一个RS485接口与控制单元的另一个RS485接口相连。
[0058]据此，通信服务器，用于将控制单元24以及采集单元21的一个RS485接口转换为网络接口并连接至微控制器的一网口。
[0059]串口服务器，用于将控制单元24以及采集单元21的另一 RS485接口转换为网络接口并连接至远程服务器4 ;微控制器22通过另一网口连接至远程服务器4。
[0060]控制单元24的第三个RS485接口为预留接口，用于后续进行扩展。
[0061]由于通信转换器具有多个RS-485 口，每个RS-485 口只负几台电能监测仪的数据通信，而不是和终端内所有的电能监测仪进行通信，所以可以实现数据的高速传输。且每台电能监测仪通过2个RS-485 口分别完成当地数据通信和远程数据通信，一来可以实现当地数据的高速传输和实时显示，二来可以实现当地数据通信和远程数据通信互不干扰。控制单元也具有2个RS-485接口，其中一个接口通过通信转换器与控制单元24相连，接收来自微控制器的控制命令，并将遥信数据传递给微控制器，另一个接口通过串口服务器与远程服务器进行远程通信，可以实现遥控和遥信的功能。
[0062]对应上述电能监测仪，本申请公开了其通信过程，此处将电能监测仪的两个RS485接口称为串口 I和串口 2。如图3所示，主程序Sll启动后，在步骤S12进行串口 I和串口2初始化，之后在步骤S13设置串口 I和串口 2的通信波特率，在步骤S14设置串口 I和串口 2的通信口接收允许，然后在步骤S15打开串口 I和串口 2的通信中断。在步骤S16，清零看门狗。在步骤S17，判定是否收到串口 I的报文，如果是则进入步骤S18，解读串口 I的报文、组织回答报文。在步骤S19，判定是否要发送串口 I的报文，如果是则在步骤S20启动串口 I的发送报文，然后进入步骤S21，判定是否收到串口 2的报文，如果是则进入步骤S22，解读串口 2的报文、组织回答报文。在步骤S23，判定是否要发送串口 2的报文，如果是则在步骤S24启动串口 2的发送报文，然后返回步骤4S16。
[0063]以上仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围。
【权利要求】
1.一种智能用电终端，其特征在于，所述智能用电终端包括: 至少一个采集单元、微控制器、通信单元以及控制单元；所述采集单元、微控制器、通信单元以及控制单元均为模块化的结构；其中， 所述采集单元，用于采集外界设备的交流模拟量发送至所述微控制器； 所述控制单元，用于采集所述外界设备的直流模拟量信号发送至所述微控制器，并根据所述微控制器发送的控制命令执行跳合闸操作和/或报警输出； 所述微控制器，用于接收并根据所述采集单元发送的交流模拟量和/或所述控制单元发送的直流模拟量信号生成所述控制命令后发送至所述控制单元； 所述通信单元，用于实现所述采集单元和所述微控制器之间的数据传输并实现所述控制单元与所述微控制器之间的数据传输。
2.如权利要求1所述的智能用电终端，其特征在于，所述智能用电终端还包括:模块化的接线单元，用于形成统一的对外接口，所述采集单元和所述控制单元通过所述对外接口与所述外界设备进行数据通信。
3.如权利要求1所述的智能用电终端，其特征在于，所述微控制器，还用于显示所获得的数据。
4.如权利要求1所述的智能用电终端，其特征在于，所述采集单元，还用于采集温度信号发送至所述微控制器； 所述微控制器，用于接收所述交流模拟量、所述直流模拟量信号和所述温度信号生成所述控制命令后发送至所述控制单元。
5.如权利要求1所述的智能用电终端，其特征在于，所述控制单元，还用于遥信信号输入。
6.如权利要求5所述的智能用电终端，其特征在于，所述采集单元为电能监测仪，用于采集三相电压和三相电流信号，根据三相电压和三相电流信号计算出三相电压有效值、三相电流有效值、三相有功功率、三相无功功率、三相有功电量、三相无功电量、三相电压高次谐波含有率、三相电流高次谐波含有率中的至少一项，并将计算结果发送至所述微控制器。
7.如权利要求6所述的智能用电终端，其特征在于，所述电能监测仪为N个，所述控制单元具有N路跳合闸信号输出、N路直流模拟量测量信号输入、N路遥信信号输入以及N路报警信号输出，所述N大于1。
8.如权利要求7所述的智能用电终端，其特征在于，所述通信单元包括一交换机、一通信服务器和一串口服务器； 所述交换机具有至少五个网口，所述通信服务器具有至少一个网口和至少两个RS485接口，所述电能监测仪具有至少两个RS485接口，所述串口服务器具有至少一个网口和至少一个RS-485接口 ；所述微控制器具有至少两个网口，所述控制单元具有至少两个RS485接口 ； 其中，所述交换机的三个网口分别与所述通信服务器、所述串口服务器以及远程服务器的路由器的网口相连，另两个网口与所述微控制器的网口相连； 所述通信服务器的RS485接口分别与多个电能监测仪的一个RS485接口相连，所述串口服务器的RS485接口与所述控制单元的一个RS485接口相连，所述电能监测仪的另一个RS485接口与所述控制单元的另一个RS485接口相连。
9.如权利要求1所述的智能用电终端，其特征在于，所述直流模拟量信号为粉尘浓度信号。
10.如权利要求2所述的智能用电终端，其特征在于，所述对外接口的接线端子为导轨式端子。
【文档编号】H02J13/00GK204046280SQ201420553607
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】秦建荣, 鲁春生, 刘卫东, 钱军, 王世辉, 白刚屹, 沈瑞强 申请人:苏州太谷电力股份有限公司