[发明专利]模块化电力测控装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种低压配电系统的电力参数检测，变送输出的测控装置。整个装置以一个小体积的本体模块为基础，利用总线接口技术，可灵活配置输入，输出，通信等多种扩展功能模块。

背景技术

现有的电力测控装置，其功能和接口端子的定义在生产时已确定，一旦面临现场功能更替或者功能扩展时，都需要重新更换装置，带来很大的不便。尤其是通信系统，随着信息技术的不断发展，会不断更替。在电力，工控系统中，多种类的通信介质和协议标准并存，造成通信种类多样化，每一种类的技术发展越深入，对各类设备之间的兼容，组网和使用的便捷性提出了新的挑战。

发明内容

本发明为了满足现场需求的多样性，与各种系统更好的兼容性，以及使用上的便捷性，实现了一种功能模块化的电力监测装置。其技术方案如下：包括本体模块在内，其特征在于：本体模块通过总线单元接入扩展模块的方式进行；总线单元集成了电源线，SPI数据总线，以及扩展模块用到的其它特定信号线于一个总线接口；任一扩展模块在任一总线接口都可以插接和使用，最多设有4路扩展模块；

①有一个本体模块实现装置的基本功能：基本电量参数测量和分析，人机交互支持，对扩展功能模块的支持。本体模块的组成结构为：电源模块单元；电压，电流输入通道单元；基于ARM-CotexM3内核的MCU主处理单元；液晶和按键单元；以及可以和扩展模块对接通信的总线单元。

②本体模块中的总线单元连接到MCU并提供4路接口，即最多可以扩展4个模块。总线单元组成有：电源线连接到本体的电源模块单元；1路SPI总线连接到主处理单元；模块类型识别信号连接到主处理单元；模块片选信号连接到主处理单元；PWM信号线连接到主处理单元；1路通用串行总线UART连接到主处理单元；脉冲信号线连接到主处理单元。

③扩展功能模块的类型说明以及与总线单元的连接方式为：开关量输入模块，采用SPI总线；继电器输出模块，采用SPI总线；4-20mA模拟量输出模块，采用PWM信号线；485总线通信模块，UART串行总线；RJ45接口的以太网通信模块，采用SPI总线；脉冲输出模块，采用脉冲信号线。

④支持的通信协议标准：ModBus-RTU协议，ModBus-TCP/IP协议，ProfiBus协议。

实施该技术后的明显优点和效果是：

①本体模块完成了测控装置的基本功能，可作为用户的最低配置。本体模块选用了基于ARM-CotexM3内核的工业级MCU，该MCU运算速度快，可靠性高，为扩展模块的支持提供强有力的硬件支持。

②本体模块提供的总线单元提供了电源线和信号线，可以最多4路扩展模块。总线单元的电源线为接入总线的扩展模块供电，从而简化扩展模块的设计。总线单元把所有扩展模块用到的信号线集成于一体，总线单元和每个扩展模块相连，当主处理单元通过总线和某一扩展模块通信时，只有与该扩展模块相关的信号线会起作用，而与该扩展模块不相关的信号线则不起作用。总线的信号线集成了SPI总线，如果4路扩展模块都配置有SPI接口，则配合片选信号，使得MCU可以访问任一模块。总线的信号线中除了SPI总线以外的信号线用于和特定功能的扩展模块连接。

③扩展模块的类型涵盖了现有电力测控装置的大部分常用功能。特别是用于通信类的扩展模块类型有485总线，以太网RJ45接口，在现有电力测控装置中，这两种接口的应用十分普及。

④支持的通信协议标准是现有电力测控终端装置和上位机系统交互常用的标准，十分普及。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

其中，1-人机交互单元、2-电源模块单元、3-主处理单元、4-电压，电流模拟量输入单元、5-总线单元、6-1号扩展模块、7-2号扩展模块、8-3号扩展模块、9-4号扩展模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

见附图1，人机交互单元1、电源模块单元2、主处理单元3、电压，电流模拟量输入单元4、总线单元5组成本体模块，实现装置的基本功能。电源模块单元2给人机交互单元1，主处理单元3，电压，电流模拟量输入单元4供电；以及通过总线单元5给1号扩展模块6，2号扩展模块7，3号扩展模块8，4号扩展模块9供电。电压，电流参量信号通过电压，电流模拟量输入单元4调理后，送给主处理单元3进行采集，分析。主处理单元3通过人机交互单元1来显示装置的测量参数和运行状态，并响应操作人员的按键操作。通过在总线单元5上插接的扩展模块6、7、8、9，来实现各种扩展模块的功能。

见附图1，扩展模块的实施方式为：