外电网综合采集器的制作方法

本实用新型涉及电能质量分析领域，具体而言，涉及一种外电网综合采集器。

背景技术：

随着铁路事业的飞速发展，尤其是高速铁路的大面积开通运行，在推动国民经济快速发展的同时，也对铁路信号设备的稳定运行提出了更高的要求。高铁站的信号设备多数为基于计算机、微处理器控制的精密电子仪器，对供电质量的敏感度很高，所以对电能质量提出了更高的要求。目前的铁路信号外电网监测单元的数据分辨率较低，不能满足电务段对电能质量的实际需求。而一些电能质量分析仪器则由于自身设计缺陷，对高分辨率实时数据不能长期存储，且通讯方式多采用RS485/232通讯、CAN总线通讯，因RS485/232、CAN总线通讯方式数据传输速率较低、数据错误处理能力不强，不能满足高实时性、高分辨率数据传输的需求。

因此，为了提高铁路信号监测的质量，满足电务段对于供电结合部管理的实际需要，研发出一种性能先进、功能多样的在线电能综合质量分析仪器，对保障铁路机车的运行安全是很有必要的。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种外电网综合采集器，以改善现有技术数据传输速率较低、数据错误处理能力不强，不能满足高实时性、高分辨率数据传输的需求的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供的一种外电网综合采集器，用于对外电网进行信号采集，所述外电网包括I路电路和II路电路，包括：第一开启式电流互感器、第一电压互感器、第二开启式电流互感器、第二电压互感器、信号调理电路、模数转换采集芯片以及处理器，所述第一开启式电流互感器、所述第一电压互感器、所述第二开启式电流互感器以及所述第二电压互感器均分别与所述信号调理电路电连接，所述模数转换采集芯片分别与所述信号调理电路和所述处理器连接，所述处理器还连接有以太网接口；

所述第一开启式电流互感器和第二开启式电流互感器分别用于将外电网I路电路和II路电路的电流信号进行隔离转换，分别得到转换后I路电流信号和转换后II路电流信号，所述第一电压互感器和所述第二电压互感器分别用于将外电网I路电路和II路电路的电压信号进行隔离转换，分别得到转换后I路电压信号和转换后II路电压信号，所述信号调理电路用于将所述转换后I路电流信号、所述转换后II路电流信号、所述转换后I路电压信号以及所述转换后II路电压信号进行调整得到调整后I路电流信号、调整后II路电流信号、调整后I路电压信号以及调整后II路电压信号，所述模数转换采集芯片用于将所述调整后I路电流信号、所述调整后II路电流信号、所述调整后I路电压信号以及所述调整后II路电压信号均转换为数字信号，所述处理器用于读取所述数字信号，并进行计算得到数据结果，将所述数据结果经所述以太网接口传输至站机。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述处理器与所述以太网接口之间设置有隔离电路。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，还包括存储器，所述存储器与所述处理器电连接，所述存储器用于存储所述数据结果。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述存储器为FLASH存储芯片。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，还包括显示单元，所述显示单元与所述处理器电连接，所述显示单元用于显示该外电网综合采集器的运行情况和状态。

结合第一方面的第四种可能实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述显示单元为LED指示灯。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述处理器为ARM芯片。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，还包括第一保护电路，所述第一保护电路与所述第一电压互感器连接，用于保护外电网不受外电网综合采集器内部电路短路的影响。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，还包括第二保护电路，所述第二保护电路与所述第二电压互感器连接，用于保护外电网不受外电网综合采集器内部电路短路的影响。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第九种可能实施方式，其中，还包括电源，所述电源与所述处理器连接，用于为所述外电网综合采集器提供电能。

与现有技术相比，本实用新型的外电网综合采集器采用以太网TCP/IP通讯方式，能够提高数据传输速率和可靠性；除了可采集基本电参量外，还可计算多次谐波电压、电流数据；具有程序在线升级功能，还可通过浏览器可直接查看采集数据和历史波形数据。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型较佳实施例提供的外电网综合采集器的方框示意图。

图2为本实用新型较佳实施例提供的外电网综合采集器的工作流程图。

主要元件符号说明

外电网综合采集器100；第一开启式电流互感器101；第一电压互感器102；信号调理电路103；模数转换采集芯片104；处理器105；以太网接口106；存储器107；第二开启式电流互感器108；第二电压互感器109。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参考图1，是本实用新型较佳实施例提供的外电网综合采集器100的方框示意图。外电网综合采集器100用于对外电网进行信号采集，所述外电网包括I路电路和II路电路，本实用新型实施例的外电网综合采集器100包括第一开启式电流互感器101、第一电压互感器102、第二开启式电流互感器108、第二电压互感器109、信号调理电路103、模数转换(Analog-to-Digital Converter，ADC)采集芯片104以及处理器105，所述第一开启式电流互感器101、所述第一电压互感器102、所述第二开启式电流互感器108以及所述第二电压互感器109均与所述信号调理电路103电连接，所述模数转换采集芯片104分别与所述信号调理电路103和所述处理器105连接。

所述第一开启式电流互感器101用于将外电网I路电路的电流信号进行隔离转换，得到转换后I路电流信号。由于利用互感原理采集电流信号，外电网的电路不会对采集的电流信号产生影响。同理，所述第二开启式电流互感器108用于将外电网II路电路电流信号进行隔离转换，得到转换后II路电流信号。

所述第一电压互感器102用于将外电网I路电路的电压信号进行隔离转换，得到转换后I路电压信号。所述第二电压互感器109用于将外电网II路电路的电压信号进行隔离转换，得到转换后II路电压信号。在第一电压互感器102与外电网之间还设置有第一保护电路，第二电压互感器109与外电网之间还设置有第二保护电路，所述第一保护电路和所述第二保护电路用于保护外电网不受外电网综合采集器100内部电路短路的影响，本实施例中的保护电路采用自恢复保险丝和快速熔断保险丝，可防止外电网综合采集器100内部的电路短路对外电网造成影响。

所述信号调理电路103用于将所述转换后I路电流信号、所述转换后II路电流信号、所述转换后I路电压信号以及所述转换后II路电压信号进行调整得到调整后I路电流信号、调整后II路电流信号、调整后I路电压信号以及调整后II路电压信号。

所述模数转换采集芯片104用于将所述调整后I路电流信号、调整后II路电流信号、调整后I路电压信号以及调整后II路电压信号均转换为数字信号。

所述处理器105用于读取所述模数转换采集芯片104采集的信号，将所述数字信号进行计算得到数据结果，并将所述数据结果经所述以太网接口106传输至站机。所述处理器105还用于计算谐波电压、谐波电流数据，并将所述谐波电压、谐波电流数据通过所述以太网接口106发送至所述站机。

处理器105可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。本实施例中，所述处理器105优选为ARM芯片。

所述以太网接口106采用内置TCP或IP协议的集成芯片，采用以太网TCP或IP通讯方式，能够提高数据传输速率和可靠性。

所述处理器105与所述以太网接口106之间设置有隔离电路，由于隔离电路的存在，不会因为外电网综合采集器100内部故障影响外电网正常运行和站内局域网的正常通讯。

所述处理器105还连接有存储器107，所述存储器107用于存储所述处理器105计算的数据结果。其中，存储器107可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。优选的，所述存储器为FLASH存储芯片。

所述处理器105还可以连接显示单元，所述显示单元用于显示该外电网综合采集器100的运行情况和状态。优选的，所述显示单元为LED指示灯。

外电网综合采集器100还包括电源，所述电源用于为所述外电网综合采集器100提供电能。

请参阅图2，是本实用新型较佳实施例提供的外电网综合采集器100的工作流程图。下面将对图2所示的具体工作流程进行详细阐述。包括以下步骤：

步骤S101，判断是否需要在线升级。当所述外电网综合采集器100被打开后，所述处理器105先执行步骤S101。当需要在线升级时，通过所述以太网接口106从网络获取升级程序，并执行步骤S102，如果不需要升级则直接执行步骤S102。

步骤S102，读取模数转换采集芯片104采集的数据。步骤S102中，可以由处理器105从所述模数转换采集芯片104读取数据。

步骤S103，计算三相电压、电流、有功功率、实在功率、频率、功率因素等。

步骤S104，对采样数据进行FFT运算。

步骤S105，计算电压、电流的基波和谐波。

步骤S106，计算三相相位角和线电压。

步骤S107，计算两路外电网间夹角。

步骤S103至步骤S107可以不按照上述顺序执行，在其他具体实施方式中，步骤S103至步骤S107的顺序可以发生变化。

步骤S108，判断是否错序。根据三相电压相位角判断三相电压之间是否出现错序情况，如果有错序，处理器105则记录开关量以及在LED指示灯显示。

步骤S109，判断是否出现瞬断。判断采集的电压和电流是否出现瞬断，如果发生瞬断，则记录瞬断电压、电流曲线、开关量状态和发生时间。

步骤S110，判断是否出现突变。判断采集的电压和电流是否出现突变如果发生突变，则记录突变电压、电流曲线、开关量状态和发生时间。

步骤S111，判断数据结果是否有变化，如果发生了变化，则通过以太网上传变化数据，如果没有发生变化，则通过以太网每5s定时上传数据结果至站机，并将所述步骤S108至在步骤S110记录的数据同样上传至站机。

外电网综合采集器100与站机直接传送采用以太网方式，当外电网综合采集器100做客户端时，数据传输方式采用定时上传与变化上传相结合的方式，即减少站机数据处理量又保证变化数据的及时上传。当外电网综合采集器100做服务器端时，可通过浏览器直接查看当前采样值、实时波形和及变化曲线数据等。

综上所述，本实用新型提供的外电网综合采集器采用以太网TCP/IP通讯方式，能够提高数据传输速率和可靠性；除了可采集基本电参量外，还可计算多次谐波电压、电流数据；具有程序在线升级功能，还可通过浏览器可直接查看采集数据和历史波形数据。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本实用新型的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。