母线在线监控集成系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了母线在线监控集成系统，包括CPU模块以及与CPU模块电性连接的温湿度采样模块、液晶显示模块、电源模块、以及与CPU模块电性连接的至少一漏电开关智能控制模块，该电源模块还为温湿度采样模块提供电源输入，该漏电开关智能控制模块用于以温湿度采样模块传输给CPU模块的母线槽温湿度信号来触发漏电开关的跳闸，预防母线槽的安全事故发生，提高母线槽运行可靠性。
【专利说明】母线在线监控集成系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及母线槽装置领域，具体是电力低压配电系统中一种涉及到母线 槽温度和湿度在线监控的集成系统。
【背景技术】
[0002] 作为新型配电装置的母线槽，因其结构紧凑、铜排紧压一起，对散热和绝缘性要求 较高，若母线槽自身温度升至一定极限值，就会加速其绝缘老化，甚至破坏绝缘，故母线槽 的温升和环境湿度对其工作性能和可靠性影响较大。目前，国内仅福州大学对此研发了监 测系统，但该系统仅用于在线监测母线槽的温湿度，并未根据母线槽温湿度是否超出限值 而智能控制相关漏电开关是否跳闸，来避免母线槽因温升或湿度过高而引发安全事故，因 此有必要针对这一现状进行改善。 实用新型内容
[0003] 为了克服现有母线槽温湿度监测系统的智能化不足，本实用新型提供一种对母 线槽温湿度在线监测、并根据监测状况对相关的漏电开关智能控制的母线在线监控集成系 统。
[0004] 本实用新型采用的技术方案是：
[0005] 母线在线监控集成系统，包括CPU模块以及与CPU模块电性连接的温湿度采样模 块、液晶显示模块、电源模块，该电源模块还为温湿度采样模块提供电源输入，其特征在于： 其还包括与CPU模块电性连接的至少一漏电开关智能控制模块，该漏电开关智能控制模块 用于以温湿度采样模块传输给CPU模块的母线槽温湿度信号来触发漏电开关的跳闸。
[0006] 本实用新型母线在线监控集成系统还包括通信模块；
[0007] 所述CPU模块包括一用于上位机的ARM处理器单元和至少一用于下位机的单片机 处理器单元；
[0008] 所述通信模块连接在ARM处理器单元与单片机处理器单元之间；
[0009] 所述温湿度采样模块的输出端与单片机处理器单元的输入端电性连接；
[0010] 所述液晶显示模块与ARM处理器单元连接；
[0011] 所述漏电开关智能控制模块分为驱动分支干线处的第一漏电开关智能控制模块 和驱动母线槽干线处的第二漏电开关智能控制模块，该第一漏电开关智能控制模块通过第 一驱动电路与单片机处理器单元连接，该第二漏电开关智能控制模块通过第二驱动电路与 ARM处理器单元连接。
[0012] 作为本技术方案的进一步改进，所述单片机处理器单元连接有第一看门狗监控模 块，所述ARM处理器单元连接有第二看门狗监控模块。
[0013] 进一步的，所述温湿度采样模块包括至少一温度传感器和湿度传感器，该温度传 感器通过模数转换器与单片机处理器单元连接，该湿度传感器直接与单片机处理器单元连 接。
[0014] 进一步的，所述温度传感器与模数转换器之间连接有运算放大器，所述湿度传感 器直接与单片机处理器单元之间连接有555定时器。
[0015] 其中，所述电源模块包括与漏电开关的进线端连接以获取电源输入的上位机电源 模块和下位机电源模块；该下位机电源模块包括从漏电开关的进线端依次连接的第一开关 电源、TL431A电路，第一开关电源为所述单片机处理模块、运算放大器、模数转换器、第一 / 第二驱动电路提供电源输入，该TL431A电路为温度传感器提供基电压。
[0016] 所述温度传感器为非接触式红外温度传感器。
[0017] 所述第一 /第二漏电开关智能控制模块均包括依次连接的过零触发光耦可控硅、 漏电开关复位电路，所述第一 /第二驱动电路连接在单片机处理器单元/ARM处理器单元之 间。
[0018] 所述通信模块采用RS485通信电路，该RS485通信电路包括依次串联在单片机处 理器单元与ARM处理器单元之间的NEC光耦和SP485通信芯片。
[0019] 其中，所述NEC光耦由两路分别用于接收和发送的NEC光耦电路组成。
[0020] 本实用新型的有益效果是：
[0021] 本实用新型母线在线监控集成系统是为了避免现有母线槽温湿度监测系统智能 化不足之处，充分结合漏电开关的电路结构，不但实时显示母线槽的温湿度，而且当检测母 线槽温湿度的超限时触发漏电开关跳闸，预防母线槽的安全事故发生，提高母线槽运行可 靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0023] 图1为本实用新型的方框原理示意图；
[0024] 图2为本实用新型的系统上位机电路原理图；
[0025] 图3为本实用新型的系统上位机电路原理图；
[0026] 图4为温湿度采样模块电路原理图；
[0027] 图5为漏电开关智能控制模块电路原理图；
[0028] 图6为通信模块电路原理图；
[0029] 图7为液晶显不|旲块电路原理图；
[0030] 图8为电源模块电路原理。
[0031] 图中标号为：温湿度采样模块10,液晶显示模块20,通信模块30,第一漏电开关智 能控制模块40,第二漏电开关智能控制模块50,上位机电源模块60,下位机电源模块70,第 一看门狗监控模块80,第二看门狗监控模块90,第一驱动电路100,第二驱动电路110,非 接触式红外温度传感器120,湿度传感器130,运算放大器140, 555定时器150,过零触发光 耦可控硅160,漏电开关复位电路170, NEC光耦180, SP485通信芯片190, DC-DC隔离电源 200, AC-DC开关电源模块210、单片机处理器单元220、ARM处理器单元230。
【具体实施方式】
[0032] 参考图1所示，为本实用新型母线在线监控集成系统，包括CPU模块以及与CPU模 块电性连接的温湿度采样模块10、液晶显示模块20、通信模块30、漏电开关智能控制模块、 电源模块等六大模块；其中：
[0033] ( 1) CPU 模块
[0034] CPU模块是本系统的核心部分，主要包括单片机处理器单元220、ARM处理器单元 230,其中ARM处理器用于上位机，单片机处理器用于下位机，本实用新型中可以多台下位 机对应一台上位机,但附图实施例中仅以一台下位机对应一台上位机。本实用新型采用的 单片机处理器为增强型，抗干扰强，满足母线槽复杂电磁环境的应用要求。
[0035] (2 )温湿度采样模块10
[0036] 温湿度采样模块10的输出端与单片机处理器单元220的输入端电性连接，该采样 模块主要通过非接触式红外传感器对母线槽的温度进行采样，并将采样值经模数转换后送 入单片机处理器进行数据处理，湿度传感器130对母线槽的湿度进行采样，采样值直接以 频率信号形式送入单片机处理器进行数据处理。本实用新型采用红外传感器对母线槽的温 度监测，灵敏度、精确度高，且能较好实现传感器与母线槽的绝缘要求。
[0037] (3)通信模块30
[0038] 本模块连接在ARM处理器单元230与单片机处理器单元220之间，本模块采用 RS485通信电路，除了 A、B端口接入通信网络外，还设计将信号地接入，能有效抑制共模干 扰，进一步提高通信的可靠性。
[0039] (4)漏电开关智能控制模块
[0040] 漏电开关智能控制模块分为驱动分支干线处的第一漏电开关智能控制模块40和 驱动母线槽干线处的第二漏电开关智能控制模块50,该第一漏电开关智能控制模块40通 过第一驱动电路100与单片机处理器单元220连接，该第二漏电开关智能控制模块50通过 第二驱动电路110与ARM处理器单元230连接。
[0041] (5)液晶显示模块20
[0042] 本实用新型的液晶显示模块20与ARM处理器单元230连接，液晶显示模块20主 要用于在线显示相应母线槽的温湿度值及漏电开关的开关状态，为预防母线槽的安全事故 提供数据判断依据。
[0043] (6)电源模块
[0044] 所述电源模块包括与漏电开关的进线端连接以获取电源输入的上位机电源模块 60和下位机电源模块70。
[0045] 其工作原理为，通过温湿度传感器130将采集的数据经模数转换后，送入到单片 机处理器单元220进行数据处理，若数据超出母线槽的温湿度极限值，驱动分支处的漏电 开关智能跳闸，预防分支干线的安全事故发生，同时通过RS485通信电路将相关温湿度数 据传送到ARM处理器单元230,实时显示，并判断是否驱动母线槽干线的总漏电开关智能跳 闸，预防总干线安全事故发生。
[0046] 本技术方案中漏电开关为断路器；
[0047] 此外，所述单片机处理器单元220连接有第一看门狗监控模块80，所述ARM处理器 单元230连接有第二看门狗监控模块90,看门狗监控模块属于现有的硬件模块，因此本技 术方案未提供具体电路图；其设置的目的是为了单片机处理器单元220或ARM处理器单元 230运行卡死时，能够使其自动重启。
[0048] 如图2、3所示，为本系统的电路原理图，主要分为下位机电路部分和上位机电路 部分，单片机处理器单元220与ARM处理器单元230之间通过UART、RS485通信单元相连， 实现上位机和下位机间的互传数据。本实用新型根据母线槽应用的复杂电磁环境，选用了 抗干扰能力强、运行速度高的单片机处理器，且单片机处理器和ARM处理器的电源纹波控 制在30mV左右，极大提高本实用新型的运行可靠性；此外，ARM处理器对本系统的扩展留有 足够的裕量。
[0049] 具体的，一台下位机设有5路非接触式红外温度传感器120采样，1路湿度传感器 130采样。红外温度传感器120采样输出值是一个微小电压值，通过运算放大器140放大 送到模数转换器转换成数字信号，再将数字信号送入单片机处理器，转换成对应的温度值； 而湿度传感器130输出值是频率信号，可直接送入单片机处理器单元220,转换成对应的湿 度值。单片处理器单元将温湿度值的电平信号传输给第一漏电开关智能控制模块40,当该 电平信号超越极限值时，则驱动相应漏电开关智能跳闸，保护相应母线槽，预防安全事故发 生，同时并将温湿度值及漏电开关的开关状态传送至上位机，实现实时显示。
[0050] 上位机电路部分，上位机接收到下位机传送的数据，将进一步检测母线槽的总干 线是温湿度是否超限，若温湿度值的电平信号超越极限值时，则通过第二漏电开关智能控 制模块50驱动母线槽总干线的漏电开关智能跳闸，同时实时显示相应温湿度值及漏电开 关的开关状态。
[0051] 如图4所示，非接触式红外温度传感器120采集到的温度信号以微弱的电压信号 输出，经高精度运算放大器1403放大后，传送到模数转换器，将模拟信号转换成数字信号， 最后输入到单片机处理器进行数据处理。
[0052] 而湿度传感器130结合555定时器150的电路特性将采集到的湿度信号直接以频 率信号输送至单片机处理器进行数据处理，电路结构简单，可靠性高。
[0053] 如图5所示，为本实用新型的漏电开关智能控制模块，第一 /第二漏电开关智能控 制模块50均包括依次连接的过零触发光耦可控硅160、漏电开关复位电路170,所述第一 / 第二驱动电路110连接在单片机处理器单元220/ARM处理器单元230之间；若母线槽的温 湿度超限，单片机处理器单元220或ARM处理器单元230驱动过零触发光耦可控硅160导 通，漏电开关复位电路170通路，进而漏电开关跳闸，保护母线槽，预防引发事故。在正常运 行状态下，漏电开关的原有功能不影响。
[0054] 图6所示为通信模块30电路原理图，该通信模块30采用RS485通信电路，并由 DC-DC隔离电源200供电，该RS485通信电路包括依次串联在单片机处理器单元220与ARM 处理器单元230之间的NEC光耦180和SP485通信芯片190 ;其中，所述NEC光耦180由两 路分别用于接收和发送的NEC光耦180电路组成。
[0055] 图7所示为液晶显示模块20电路原理图，液晶显示屏的输入端与ARM处理器单元 230的信号输出端连接，用于在线显示相应母线槽的温湿度值及漏电开关的开关状态，为预 防母线槽的安全事故提供数据判断依据。
[0056] 如图8所示，为本实用新型的电源模块电路图，电源模块包括与漏电开关的进线 端连接以获取电源输入的上位机电源模块60和下位机电源模块70 ;该下位机电源模块70 包括从漏电开关的进线端依次连接的第一开关电源、TL431A电路，第一开关电源为所述单 片机处理模块、运算放大器140、模数转换器、第一 /第二驱动电路110提供电源输入，该 TL431A电路为温度传感器120提供基电压；该上位机电源模块60采用的LD03-10B03和第 一开关电源LD03-10B05均是AC-DC开关电源模块210。
[0057] 本实用新型的电源模块供电方式灵活：上位机、下位机所需的直流电通均通过开 关电源从漏电开关的进线端取得，所选用的开关电源抗干扰强，低纹波，为上、下位机的可 靠运行提供保证。TL431三端可调分流基准电压源为红外温度传感器提供稳定的基电压，确 保红外温度传感器采样精度。
[0058] 本实用新型母线在线监控集成系统是为了避免现有母线槽温湿度监测系统智能 化不足之处，充分结合漏电开关的电路结构，不但实时显示母线槽的温湿度，而且当检测母 线槽温湿度的超限时触发漏电开关跳闸，预防母线槽的安全事故发生，提高母线槽运行可 靠性。
[0059] 以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方 式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之 内。
【权利要求】
1. 母线在线监控集成系统，包括CPU模块以及与CPU模块电性连接的温湿度采样模块、 液晶显示模块、电源模块，该电源模块还为温湿度采样模块提供电源输入，其特征在于：其 还包括与CPU模块电性连接的至少一漏电开关智能控制模块，该漏电开关智能控制模块用 于以温湿度采样模块传输给CPU模块的母线槽温湿度信号来触发漏电开关的跳闸。
2. 根据权利要求1所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：其还包括通信模块； 所述CPU模块包括一用于上位机的ARM处理器单元和至少一用于下位机的单片机处理 器单元； 所述通信模块连接在ARM处理器单元与单片机处理器单元之间； 所述温湿度采样模块的输出端与单片机处理器单元的输入端电性连接； 所述液晶显示模块与ARM处理器单元连接； 所述漏电开关智能控制模块分为驱动分支干线处的第一漏电开关智能控制模块和驱 动母线槽干线处的第二漏电开关智能控制模块，该第一漏电开关智能控制模块通过第一驱 动电路与单片机处理器单元连接，该第二漏电开关智能控制模块通过第二驱动电路与ARM 处理器单元连接。
3. 根据权利要求2所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述单片机处理器单 元连接有第一看门狗监控模块，所述ARM处理器单元连接有第二看门狗监控模块。
4. 根据权利要求2所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述温湿度采样模块 包括至少一温度传感器和湿度传感器，该温度传感器通过模数转换器与单片机处理器单元 连接，该湿度传感器直接与单片机处理器单元连接。
5. 根据权利要求4所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述温度传感器与模 数转换器之间连接有运算放大器，所述湿度传感器直接与单片机处理器单元之间连接有 555定时器。
6. 根据权利要求5所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述电源模块包括与 漏电开关的进线端连接以获取电源输入的上位机电源模块和下位机电源模块；该下位机 电源模块包括从漏电开关的进线端依次连接的第一开关电源、TL431A电路，第一开关电源 为所述单片机处理模块、运算放大器、模数转换器、第一 /第二驱动电路提供电源输入，该 TL431A电路为温度传感器提供基电压。
7. 根据权利要求6所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述温度传感器为非 接触式红外温度传感器。
8. 根据权利要求2所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述第一 /第二漏电 开关智能控制模块均包括依次连接的过零触发光耦可控硅、漏电开关复位电路，所述第一 / 第二驱动电路连接在单片机处理器单元/ARM处理器单元之间。
9. 根据权利要求2所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述通信模块采用 RS485通信电路，该RS485通信电路包括依次串联在单片机处理器单元与ARM处理器单元之 间的NEC光耦和SP485通信芯片。
10. 根据权利要求9所述的母线在线监控集成系统，其特征在于：所述NEC光耦由两路 分别用于接收和发送的NEC光耦电路组成。
【文档编号】G01D21/02GK203850921SQ201420205413
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】范垂豪, 程汉湘, 冼冀 申请人:中山市凯丰电力电子设备有限公司