交流配电列头柜进线和出线监测模块的制作方法

本实用新型涉及一种交流配电列头柜进线、出线监测装置的改进，属于工业仪表技术领域，具体的说是一种交流配电列头柜进线和出线监测模块，是基于Cortex-M3内核单片机的一款电参数监测模块，能够同时测量主路进线电参数信息及60个支路出线电参数信息，适用于电信、工厂、学校、医院等配电柜、列头柜监测场所。

背景技术：

目前使用的大型交流配电柜、列头柜一般具有一个三相主路进线输入、6—60个单相支路出线输出，主路进线一般从变压器或电网干线接入，它的电流额定量程较大，一般为200—1000A，支路出线一般用于给不同的负载设备供电，如服务器矩阵、空调、风机、电机等设备，它的电流额定量程较小，一般为30—100A。主路进线一般具有主、备两个输入开关或熔断器，每个单相支路出线有一个开关或熔断器。由于用电场所要求较为严格，需要实时掌控所有的进线和出线的用电参数信息，以进行故障提前预防、故障及时发现、用电实时计量及峰值提前预知等。

传统的主路进线中：主路进线电压信号通过电压取样电路2进行取样，主路进线电流信号通过进线电流取样电路5进行取样，取样后的进线电压信号以及进线电流信号进入进线测量电路3，之后与中央处理器通过总线进行交互；进线开关信号通过进线开关检测电路8进入中央处理器，中央处理器会根据输入的开关信号进行的相应的处理；当电表需要进行继电器输出时，继电器输出电路10根据中央处理器输出的信号进行相应的进线继电器处理；中央处理器会将电表中需要进行存储的进线数据通过储存电路11进行存储，当中央处理器断电重新上电后,中央处理器会从进线存储电路11中读取已存储的数据，进行正常的工作；当外部需要从进线电表中读取数据或者向进线电表中写数据时，会通过外部通讯总线将命令发至想要交互的进线电表中，到达进线电表后的指令通过RS485通讯电路12进入中央处理器，而中央处理器会根据指令的不同进行不同的操作，同时中央处理器会通过RS485通讯电路12回复相应的指令来告诉外部自己已成功接收到了这条命令，并进行了相应的操作。

在传统的支路出线中：同样的，支路出线电压信号通过电压取样电路2进行取样，支路出线电流信号通过出线电流取样电路6进行取样，取样后的出线电压信号以及出线电流信号进入出线测量电路4，之后与中央处理器通过总线进行交互；出线开关信号通过出线开关检测电路9进入中央处理器，中央处理器会根据输入的出线开关信号进行的相应的处理；当电表需要进行出线继电器输出时，继电器输出电路10根据中央处理器输出的信号进行相应的出线继电器处理；中央处理器会将电表中需要进行存储的出线数据通过储存电路11进行存储，当中央处理器断电重新上电后,中央处理器会从存储电路11中读取已存储的出线数据，进行正常的工作；当外部需要从出线电表中读取数据或者向出线电表中写数据时，会通过外部通讯总线将命令发至想要交互的出线电表中，到达出线电表后的指令通过RS485通讯电路12进入中央处理器，而中央处理器会根据指令的不同进行不同的操作，同时中央处理器会通过RS485通讯电路12回复相应的指令来告诉外部自己已成成功接收到了这条命令，并进行了相应的操作。

其不足之处在于：传统的交流配电列头柜进线和出线监测中，每一个主路进线及支路出线都安装有一个监测仪表，这样不仅导致接线复杂、体积庞大、成本较高、查找故障繁琐，还降低了柜体的电气安全性。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种结构简单、使用方便，只需对主路进线电压和电流进行取样，对所有的支路出线电流进行取样，就可以实现对主路进线和所有的支路出线的电压、电流、功率、电能、谐波、开关或熔断器状态等用电参数进行测量及计量，降低检测成本的交流配电列头柜进线和出线监测模块。

为达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该交流配电列头柜进线和出线监测模块，包括MCU中央处理器、电压取样电路、进线测量电路、出线测量电路、进线电流取样电路、出线电流取样电路、进线开关检测电路、出线开关检测电路、继电器输出电路、存储电路和RS485通讯电路；主路的进线开关信号通过进线开关检测电路转化为电平信号输入MCU中央处理器中，支路的出线开关信号通过出线开关检测电路转化为电平信号输入MCU中央处理器中；MCU中央处理器输出高低电平信号控制继电器输出电路的通断；MCU中央处理器将采集计算得到的数据实时的存储到存储电路中；MCU中央处理器通过RS485通讯电路与外部采集器或触摸屏进行数据交互；三相主路进线电压信号分别经过各自适配的电压取样电路进行取样后，分别进入进线测量电路；三相主路进线分别经过各自适配的外部互感器后产生的主路进线电流信号，再分别进入各自适配的进线电流取样电路后，再进入进线测量电路；其特征在于：其中一相的主路进线电压信号经过电压取样电路进行取样后，再进入出线测量电路的电压测量通道进行电压信号处理；支路出线经外部互感器后产生的支路出线电流信号进入出线电流取样电路后，再通过模拟开关电路选择导通进入出线测量电路；进线测量电路及出线测量电路通过SPI总线进入MCU中央处理器进行处理。

本实用新型还通过如下措施实施：所述支路出线设有60个单相支路出线，每个单相支路出线分别经各自适配的外部互感器后产生的支路出线电流信号，再进入各自适配的出线电流取样电路，每8个单相支路出线为一组，剩余的4个单相支路出线为一组，每组单相支路出线都对应设置一个模拟开关电路和一个出线测量电路；

所述的出线测量电路，包括电阻、电容和二号芯片，二号芯片采用CS5463，二号芯片的VIN+引脚通过十八号电阻连接A相进线电压取样信号正端,VIN-引脚连接A相进线电压取样信号负端，VIN+引脚和VIN-引脚之间串联有十四号电容；二号芯片的VREFOUT引脚和VREFIN引脚连接，并通过十八号电容与数字地连接；二号芯片的VA-引脚和IIN-引脚与模拟地连接，VA+引脚和PFMON引脚通过一号电容与数字地连接，VA+引脚和PFMON引脚与+5V电源连接；二号芯片的IIN+引脚分别通过十号电容和十九号电阻与模拟地连接；二号芯片的XOUT引脚通过晶振与XIN引脚连接；二号芯片的DGND引脚与数字地连接；二号芯片的VD+引脚与3.3V电源正极连接；

所述的模拟开关电路，包括电阻、电容和三号芯片，三号芯片采用CD4051，三号芯片的OUT/IN引脚与模拟地连接，三号芯片的OUT/IN引脚通过七号电容与模拟地连接，VDD引脚与3.3V电源正极连接，VEE引脚与-3.3V电源连接，VSS引脚与模拟地连接，INH引脚与数字地连接；三号芯片的I0引脚、I1引脚、I2引脚、I3引脚、I4引脚、I5引脚、I6引脚和I7引脚分别与八组单相支路出线中的相对应一组的每个出线电流取样电路的输出端连接；

所述的MCU中央处理器采用LPC1763FBD100；MCU中央处理器的P2.3引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片的SCLK引脚相连接；MCU中央处理器的P2.4引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片的SDO引脚相连接；MCU中央处理器的P2.6引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片的RESET引脚相连接；MCU中央处理器的P2.7引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片的SDI引脚相连接；MCU中央处理器的P2.8引脚与八组单相支路出线相对应的八个三号芯片的A引脚相连接；MCU中央处理器的P2.9引脚与八组单相支路出线相对应的八个三号芯片的B引脚相连接；MCU中央处理器的P0.16引脚与八组单相支路出线相对应的八个三号芯片的C引脚相连接；MCU中央处理器的P2.5引脚、P1.0引脚、P1.1引脚、P1.2引脚、P1.3引脚、P1.4引脚、P1.5引脚和P1.6引脚分别与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片的CS引脚相连接；

MCU中央处理器的P2.0号引脚、P2.1号引脚、P2.2号引脚分别与RS485通讯电路输出、输入、时序控制连接；MCU中央处理器的P0.15号引脚与进线开关检测电路输出端连接；MCU中央处理器的P1.23号引脚与继电器输出电路输入端连接；MCU中央处理器的P1.29号引脚、P0.0号引脚、P0.1号引脚与存储电路的数据管脚、时钟、写保护管脚相连接；MCU中央处理器的P2.11号引脚、P2.12号引脚、P0.17号引脚、P0.18号引脚、P0.19号引脚与进线测量电路的复位引脚、数据输入、数据输出、时钟输入以及电能校验管脚相连；MCU中央处理器的P0.23号引脚与出线开关检测电路的输出端相连接。

本实用新型的有益效果在于：与目前市场上的配电监测模块相比，本实用新型采用了多路集中设计，可同时测量一路三相主路进线及60路单相支路出线的电参数信息，接线简单、体积较小、成本较低、模块数量少，查找故障容易，增强了柜体的电气安全性。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的出线测量电路和模拟开关电路的电路原理图。

图3为本实用新型的MCU中央处理器的电路原理图。

图中：1、MCU中央处理器；2、进线电压取样电路；3、进线测量电路；4、出线测量电路；5、进线电流取样电路；6、出线电流取样电路；7、模拟开关电路；8、进线开关检测电路；9、出线开关检测电路；10、继电器输出电路；11、存储电路；12、RS485通讯电路。

具体实施方式

参照图1、图2、图3制作本实用新型。该交流配电列头柜进线和出线监测模块，包括MCU中央处理器1、电压取样电路2、进线测量电路 3、出线测量电路4、进线电流取样电路5、出线电流取样电路6、进线开关检测电路8、出线开关检测电路9、继电器输出电路10、存储电路11和RS485通讯电路12；主路的进线开关信号通过进线开关检测电路8转化为电平信号输入MCU中央处理器1中，支路的出线开关信号通过出线开关检测电路9转化为电平信号输入MCU中央处理器1中；MCU中央处理器1输出高低电平信号控制继电器输出电路10的通断；MCU中央处理器1将采集计算得到的数据实时的存储到存储电路11中；MCU中央处理器1通过RS485通讯电路12与外部采集器或触摸屏进行数据交互；三相主路进线电压信号分别经过各自适配的电压取样电路2进行取样后，得到A相、B相、C相三个进线电压取样信号，分别进入进线测量电路3；三相主路进线分别经过各自适配的外部互感器后产生的主路进线电流信号，再分别进入各自适配的进线电流取样电路5后，得到A相、B相、C相三个进线电流取样信号，再进入进线测量电路3；其特征在于：其中一相的主路进线电压信号经过电压取样电路2进行取样后，可以在A相、B相、C相三个进线电压信号中任意选择一相，再进入出线测量电路4的电压测量通道进行电压信号处理；支路出线经外部互感器后产生的支路出线电流信号进入出线电流取样电路6后，再通过模拟开关电路7选择导通进入出线测量电路4；进线测量电路3及出线测量电路4通过SPI总线进入MCU中央处理器 1进行处理。

所述支路出线设有60个单相支路出线，每个单相支路出线分别经各自适配的外部互感器后产生的支路出线电流信号，再进入各自适配的出线电流取样电路6，这样共设有60个出线电流取样电路6，每8个单相支路出线为一组，剩余的4个单相支路出线为一组，这样共设有八组，每组单相支路出线都对应设置一个模拟开关电路7和一个出线测量电路4；

所述的出线测量电路4，包括电阻、电容和二号芯片U2，二号芯片U2采用CS5463，二号芯片U2的VIN+引脚通过十八号电阻R18连接A相进线电压取样信号正端Ua+,VIN-引脚连接A相进线电压取样信号负端Ua-，VIN+引脚和VIN-引脚之间串联有十四号电容C14；二号芯片U2的VREFOUT引脚和VREFIN引脚连接，并通过十八号电容C18与数字地连接；二号芯片U2的VA-引脚和IIN-引脚与模拟地连接，VA+引脚和PFMON引脚通过一号电容C1与数字地连接，VA+引脚和PFMON引脚与+5V电源连接；二号芯片U2的IIN+引脚分别通过十号电容C10和十九号电阻R19与模拟地连接；二号芯片U2的XOUT引脚通过晶振CY1与XIN引脚连接；二号芯片U2的DGND引脚与数字地连接；二号芯片U2的VD+引脚与3.3V电源正极连接；

所述的模拟开关电路7，包括电阻、电容和三号芯片U3，三号芯片U3采用CD4051，三号芯片U3的OUT/IN引脚与模拟地连接，三号芯片U3的OUT/IN引脚通过七号电容C7与模拟地连接，VDD引脚与3.3V电源正极连接，VEE引脚与-3.3V电源连接，VSS引脚与模拟地连接，INH引脚与数字地连接；三号芯片U3的I0引脚、I1引脚、I2引脚、I3引脚、I4引脚、I5引脚、I6引脚和I7引脚分别与八组单相支路出线中的相对应一组的每个出线电流取样电路6的输出端连接，如图2中所示，三号芯片U3的I0引脚、I1引脚、I2引脚、I3引脚、I4引脚、I5引脚、I6引脚和I7引脚分别与第一组单相支路出线中的八个出线电流取样电路6的输出端IA1-1、IA1-2、IA1-3、IA1-4、IA1-5、IA1-6、IA1-7、IA1-8连接；第八组单相支路出线只有四个单相支路出线，则第八组单相支路出线相对应的三号芯片U3的I0引脚、I1引脚、I2引脚和I3引脚分别与第八组单相支路出线中的四个出线电流取样电路6的输出端IA8-1、IA8-2、IA8-3、IA8-4连接；

所述的MCU中央处理器1采用LPC1763FBD100；MCU中央处理器1的P2.3引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片U2的SCLK引脚相连接；MCU中央处理器1的P2.4引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片U2的SDO引脚相连接；MCU中央处理器1的P2.6引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片U2的RESET引脚相连接；MCU中央处理器1的P2.7引脚与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片U2的SDI引脚相连接；MCU中央处理器1的P2.8引脚与八组单相支路出线相对应的八个三号芯片U3的A引脚相连接；MCU中央处理器1的P2.9引脚与八组单相支路出线相对应的八个三号芯片U3的B引脚相连接；MCU中央处理器1的P0.16引脚与八组单相支路出线相对应的八个三号芯片U3的C引脚相连接；MCU中央处理器1的P2.5引脚、P1.0引脚、P1.1引脚、P1.2引脚、P1.3引脚、P1.4引脚、P1.5引脚和P1.6引脚分别与八组单相支路出线相对应的八个二号芯片U2的CS引脚相连接，如MCU中央处理器1的P2.5引脚与第一组单相支路出线相对应的二号芯片U2的CS引脚相连接，MCU中央处理器1的P1.0引脚与第二组单相支路出线相对应的二号芯片U2的CS引脚相连接，如此类推，直到MCU中央处理器1的P1.6引脚与第八组单相支路出线相对应的二号芯片U2的CS引脚相连接；

如图3所示，MCU中央处理器1的P2.0号引脚、P2.1号引脚、P2.2号引脚分别与RS485通讯电路12输出、输入、时序控制连接，用来完成MCU中央处理器1通过RS485通讯电路12与外界的交互；MCU中央处理器1的P0.15号引脚与进线开关检测电路8输出端连接，用来处理进线开关检测电路8检测到的进线开关信号；MCU中央处理器1的P1.23号引脚与继电器输出电路10输入端连接，用来处理继电器输出信号；MCU中央处理器1的P1.29号引脚、P0.0号引脚、P0.1号引脚与存储电路11的数据管脚、时钟、写保护管脚相连接，用来处理MCU中央处理器1需要进行存储的数据；MCU中央处理器1的P2.11号引脚、P2.12号引脚、P0.17号引脚、P0.18号引脚、P0.19号引脚与进线测量电路3的复位引脚、数据输入、数据输出、时钟输入以及电能校验管脚相连，用来处理进线信号；MCU中央处理器1的P0.23号引脚与出线开关检测电路9的输出端相连接，用来处理出线开关检测电路9检测到的出线开关信号。