[发明专利]一种基于光纤以太网的智能数据采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光纤以太网的智能数据采集装置，适用于电气领域。

背景技术

随着智能电网的发展，交直流电源系统向小型化、模块化、智能化、一体化的方向发展，即智能交直流一体化电源系统。其中智能数据采集装置为其监控与采集部分的主要装置之一，对整个电源系统的运行状况和控制都起着至关重要的作用。

一般将智能数据采集装置安装于充馈电柜中，负责三相交流电压的采集、控母电压和合母电压等直流电压的采集、各种开关量的采集、开出辅助或告警节点与监控系统的通信等功能。目前，交直流电源系统中基本上采用ＲS-485总线通信，各种采集装置之间共享RS-485通道，由监控系统统一控制。该通信通道存在误码率高、通信效率低、带宽小、监控策略受限于通信方式，同时对于装置的数字化存在较大约束。

发明内容

本发明提出了一种基于光纤以太网的智能数据采集装置，用于数据采集装置和交直流电源系统中监控装置间的通信。

本发明所采用的技术方案是：基于光纤以太网的智能数据采集装置硬件部分包括交流量采集电路、直流电压采集电路、开关量采集电路、开出量控制电路、光纤以太网电路。

所述交流量采集电路包括交流电压、电流的采集电路，主要用于监视380V或220V进线电源的电压、电流、有功、无功信息。主备二路进线三相交流电压采集通过互感器降压和隔离之后，通过AC/DC的有效值转换芯片，转换成直流电压，然后输入到芯片MCU的内置ADC引脚进行电压值采样。所述光耦继电器选择电路通过芯片AQW214来实现，通过MCU来配置输出管脚选择合适的采样通道。降压和隔离电路通过电压互感器将输入端与采集端隔离，再通过多路通道复用芯片CD4051选择采集电流或电压通道。交流电压经过有效值芯片AD736转换成直流电压输出，通过电阻分压和电容滤波后，交给MCU芯片的内置ADC电路进行AD采样。根据同样的原理进行交流电流的采样，根据采样的数据可以做相应的数据处理、告警处理、有功和无功的计算等。

所述直流电压采集电路由直流电压采样通道选择电路、电阻分压滤波电路、高阻隔离电路和AD采样电路组成，主要用于直流控制母线和合闸母线的电压采集。

所述开关量采集电路是8路的开关量输入采集，根据需要可以增加和减少路数。所有的开关量输入都有相同的公共端，由内部电路提供24V开入电源。同时通过光耦继电器实现开入隔离与开关状态采集，通过单片机I/O管脚选择开入通道。主要用来采集各种开关的状态量以及告警信号等开关量，主要用于进线开关量、交流出线开关量、控制母线出线开关量和合闸母线出线开关量等状态量的采集。

所述开出量控制电路根据控制策略自动控制继电器的动作来实现告警、状态、控制等功能，通过控制TLP521芯片的输入端引脚的高低电平来控制继电器的常开/闭触头动作，低电平控制继电器开出。

所述光纤以太网电路主要包括网络隔离变压器、光纤收发器和光电转换与收发一体化模块，网络隔离变压器采用TS6121C芯片，光纤收发器采用传输容量为10/100Mb·s－1的IP113A芯片，通过硬件电路实现以太网和光纤的桥接。将需要传输的数据封装在以太网数据报文中进行传输，根据直流电源系统对数据吞吐量的要求，可采用10/100Mb·s－1的光纤接口。

所述控制策略是：当智能数据采集装置采集到异常的数据时，进行实时主动上传，正常的数据采集仍然保持由监控装置来轮询，这样故障或告警可以及时反馈到监控装置;部分实时控制处理可以通过监控装置下放给智能数据采集装置。

软件流程主要有定时采样、数据处理和监控装置通信交互。通过定时中断，定时从ADC采样端获取12位的采集数据，同时通过端口引脚的电压高低电平情况进行开关状态量的采集。收到上位监控装置的消息后解码消息，并根据控制字执行相应的操作。

本发明的有益效果是：基于光纤以太网的智能数据采集装置提高了数据通信的可靠性，减少了监控装置与智能数据采集装置数据交互的时延，提高了运行状况实时反映的能力，同时也为两者之间的数据交换方式提供多种选择，而不仅限制于轮询方式。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是交流采集电路原理示意图。

图2是交流量采集电路实现原理图1。

图3是交流量采集电路实现原理图2。

图4是直流电压采集电路原理图。

图5是光纤接口模块示意图。

图6是整体软件流程图。

图7是中断软件流程图。