专利名称：三相多回路监测装置及其实现方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种监测装置及其实现方法，特别地涉及一种三相多回 路监测装置及其实现方法。
背景技术：
传统监测一个三相回路有两种方式， 一种方式如图1所示的监测装置使用
三相电流表、电压表、电能表、功率表等4个三相表，这样对3个三相回路来 讲就需要12个三相表，另外还要增加1至2个遥信单元，安装比较复杂，设 备投资成本高，调试、检修也不方便。
还有一种方式如图2所示， 一个回路使用一个三相多功能表，以此获得回 路的电流、电压、功率、电能值，完成对回路的监测功能，需要多个多功能表， 安装也比较麻烦。
中国专利CN200520020920.6提供了一种网络化智能电能质量监测装置， 其由电压/电流变换与采样电路、DSP/MPU中心控制电路、遥信/遥控电路、 RS232通信接口电路、RS485通信接口电路、DeviceNet通信接口电路、EtherNet 通信接口电路、通信接口复位电路组成；被测三相交流电压/电流输入到电压/ 电流变换与采样电路的检测输入端，电压/电流变换与采样电路的频率信号输 出端连接DSP/MPU中心控制电路的频率信号输入端，电压/电流变换与采样电 路的表示电压电流的数字信号输出端连接DSP/MPU中心控制电路的表示电压 电流的数字信号输入端，电压/电流变换与采样电路的模数转换控制信号输入 端连接DSP/MPU中心控制电路的模数转换控制信号输出端，DSP/MPU中心 控制电路的遥信/遥控信号输出输入端连接遥信/遥控电路的遥信/遥控信号输 出输入端，DSP/MPU中心控制电路的RS232通信数据输出输入端连接RS232 通信接口电路(4)的数据输入输出端，DSP/MPU中心控制电路的RS485通信数 据输出输入端连接RS485通信接口电路的数据输出输入端，DSP/MPU中心控 制电路的数据地址总线输出输入端、DeviceNet通信接口电路的数据地址总线
输入输出端连接EtherNet通信接口电路的数据地址总线输入输出端，DSP/MPU 中心控制电路的第一控制总线输出端连接DeviceNet通信接口电路的控制总线 输入端，DSP/MPU中心控制电路的第二控制总线输出端连接EtherNet通信接 口电路的控制总线输入端，DSP/MPU中心控制电路的复位数据输出端连接通 信接口复位电路的输入端，通信接口复位电路的第一复位信号输出端连接 DeviceNet通信接口电路的复位信号输入端，通信接口复位电路的第二复位信 号输出端连接EtherNet通信接口电路的复位信号输入端。但其并未解决通过单 一模块式的装置实现对多个回路的电量监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题第一方面提供一种高性能、低成本、简洁实用 的三相多回路监控装置，主要应用于监控要求较简单的配电出线回路中。
本发明所要解决的技术问题第二方面提供上述三相多回路监控装置的实
现方法。
作为本发明第一方面的一种三相多回路监控装置，包括复数个回路电流输 入端、复数个高速信号切换开关、电能计量芯片和微处理器，其特征在于所 述回路电流输入端连接高速信号切换开关的信号输入端，高速信号切换开关的 控制脚连接微处理器的控制脚，其信号输出端与电能计量芯片的电流通道相 连，三相母线电压进入电能计量芯片的电压通道端，电能计量芯片和微处理器 的SPI通讯端口连接在一起。
本发明中，所述三相多回路监控装置设有一路开关量可编程越限报警输出 接口，使用者可自由设置，对电网和负载中一些异常情况进行监测并可报警输 出。
所述三相多回路监控装置还有对9个回路开关状态的监测功能。 所述三相多回路监控装置具有标准RS485接口，采用MODBUS-RTU协
议，完成配电回路中智能"遥测"、"遥信"、"遥控"功能和故障报警输出的智能
配电管理要求。
本发明中，所述回路电流输入端包括一个电流互感器、两个取样电阻和RC滤波电路，电流互感器的信号输出端通过取样电阻和RC滤波后接高速信
号切换开关的信号输入端。
本发明中，三相母线电压通过电流型电压互感器、取样电阻和RC滤波电
路接入电能计量芯片的电压监测端。
作为本发明第二方面的三相多回路监控装置的实现方法，包括如下步骤
1、 微处理器按顺序定时控制不同的高速信号切换开关开启，以获取不同 回路的电流信号；
2、 不同的高速信号切换开关将获取的不同回路电流信号输送至电能计量 心片；
3、 电能计量芯片同步获取母线电压信号值，与获取的不同回路的电流信 号值进行计算并将保存多个回路的功率、电能、电压、电流值输送至微处理器 进行处理并予以显示。
本发明的三相多回路监控装置可监控母线电压和多个配出回路中的回路 电流，同时还可以对配出回路的功率、电能进行测量，实现电能计量管理，配 出回路中的开关状态信号也可以输入到该监控制装置中，并可本地监测和远程 遥信负载回路的开关信号，将众多配出回路的测量、计量、开关状态监测、控 制和数字通讯等功能集于一体，大大简化了系统的设计、降低了设备成本、减 少了使用者投资，方便了使用者的使用和检修，必将引领国内外智能配电领域 的发展方向，成为智能配电中出线回路监控系统的发展主流。
图1为现有一种监控装置的原理示意图。
图2为现有另一种监控装置的原理示意图。
图3为本发明监控多回路负载的电参量方法的原理图。
图4为本发明的接线图。
图5为本发明的电路原理图。
图6为开关量输入原理图。
图7为开关量越限输出原理图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图3所示，本发明为实现监控多回路负载电参量采用了多个电子切换开 关、 一个电能计量芯片和一个控制CPU，多路负载的电流信号流入电子开关， 电子开关在CPU的控制下，按顺序控制导通，信号流入电能芯片，由电能芯 片计算出各路负载的电参量，再传给CPU，由CPU对信号进行处理。本发明 解决了成本高和软件开发周期长的缺点；并保证了相当的计量精度，特别适合 对计量精度要求不高，实时性要求不高的一般配电出线回路。下面结合附图， 详细阐述本发明。
如图4所示， 一种三相多回路监控装置，本实施例中设有9个回路电流输 入端，因此可以监测母线UA、 UB、 UC和3个回路的9个电流，本监控装置 还设有标准RS485接口 ，可采用MODBUS-RTU协议，完成配电回路中智能"遥 测"、"遥信"、"遥控"功能和故障报警输出的智能配电管理；设置开关量输入和 开关量输出接口，对9个回路开关状态进行监测。
参见图5，回路电流输入端包含电流互感器，监测的回路电流通过电流互 感器、取样电阻和RC滤波网络进入监控装置，电流互感器、两个取样电阻和 两个滤波电容为常规接法。
配合3个回路的9个电流，设置了 3个高速信号切换开关IC3、IC4和IC5， 9个电流输入端分别与高速信号切换开关的输入端连接在一起。9个电流输入 端(为标识清晰，9个电流分为A、 B、 C三组，每组3路)，自上而下分别为 第一回路的A相电流IAh、IA卜分别流入高速信号切换开关IC3的Y0、X0脚， 第一回路的B相电流IB1+、 IB卜分别流入高速信号切换开关IC4的Y0、 X0脚， 第一回路的C相电流IC1+、 IQ—分别流入高速信号切换开关IC5的Y0、 X0脚; 第二回路的A相电流IA2+、IA2-分别流入高速信号切换开关IC3的Y1、X1脚， 第二回路的B相电流IB2+、 IB2—分别流入高速信号切换开关IC4的Yl 、 XI脚，
第二回路的C相电流IC2+、IC2-分别流入高速信号切换开关IC5的Y1、X1脚； 第三回路的A相电流IA3+、 IA3—分别流入高速信号切换开关IC3的Y2、 X2脚， 第三回路的B相电流IB3+、 IB3—分别流入高速信号切换开关IC4的Y2、 X2脚， 第三回路的C相电流IC3+、 IC3-分别流入高速信号切换开关IC5的Y2、 X2脚。
高速信号切换开关IC3、 IC4、 IC5开关控制脚A连接在一起并与微处理 器IC6/MC9S08AW32的IO 口 PTC2 口相连、控制脚B连接在一起并与微处理 器IC6/MC9S08AW32的IO 口 PTC4 口相连，高速信号切换开关IC3的输出口 YOUT、 XOUT分别与电能计量芯片IC1/ADE7758的IAP、 IAN 口连接，高速 信号切换开关IC4的输出口 YOUT、 XOUT分别与电能计量芯片IC1/ADE7758 的IBP、 IBN 口连接，高速信号切换开关IC5的输出口 YOUT、 XOUT分别与 电能计量芯片IC1/ADE7758的ICP、 ICN 口连接。
三相母线电压UA、 UB、 UC通过电压互感器、取样电阻和RC滤波电路 采样分别进入电能计量芯片IC1/ADE7758的VAP脚、VBP脚、VCP脚和VN 脚；电能计量芯片IC1/ADE7758的IQR脚、CS脚、DIN脚、SCK脚和DOUT 脚接成总线连接微处理器IC6/MC9S08AW32的PTE5/MISO脚、PTE6/MOSI 脚和PTE7/SPSCK脚进行数据通讯。
微处理器IC6/MC9S08AW32的PTC1/SDA脚和PTC0/SCL脚连接非易失 性铁电随机存储器IC2/FM24C16A，进行数据存储。
参见图6，以U2那一路为例，输入端为DI-1，即外部的开关量信号由DI-1 输入。当外部的开关信号为合闸，则DI-1与地连通，电流信号经限流电阻R4 (R22为分流电阻)后流入光耦U2，此时光耦内部的A、 K脚导通发光，使 光耦内部的C、 E脚也导通，使输入DI1为低电平，DI1与微处理器 IC6/MC9S08AW32的开关量输入接口相连，微处理器IC6/MC98S08AW32通过 读取DIl的低电平来判断输入开关量为合闸状态。
若当外部的开关信号为分闸，则DI-1与地不连通，光耦内部也未导通， 则DI1为高电平，单片机通过读取DI1的高电平来判断输入开关量为分闸状态。 微处理器IC6/MC98S08AW32上的PTD0/AD8脚、PTD1/AD9脚、PTD2/KBI5 脚、PTD3/KBI6脚、PTD4/AD12脚、PTD5/AD13脚、PTD6/AD14脚、 PTD7/KBI7/AD15脚、PTF0/TP12脚、PTF1/TP13脚、PTF2/TP14脚、PTF3/TP15
脚、PTF4/TP20脚、PTF5/TP21脚、PTF6脚、PTF7脚、PTE3/TP11脚、PTE2/TP10
脚皆为开关量输入接口。
微处理器IC6/MC9S08AW32的PTG4/KBI4为可编程越限报警输出接口 ， 进行开关量输出；其原理如图7所示。当检测到外部某种设定的信号超过允许 范围时，微处理器IC6/MC9S08AW32输出一个高电平信号，此高电平信号经 DOl传给三极管Ql，此时三极管Q1导通，继电器U1内部线圈有电流经过， 使触点吸合，由D01+、 DOl-输出一个报警的信号。当外部未超限，则DOl 输出低电平信号，继电器U1断开，没有报警信号输出。
微处理器IC6/MC9S08AW32的PTE1/RXD1和PTE0/TXD1脚为RS485通 信接口，可对外进行数据通讯。
微处理器IC6/MC9S08AW32分时切换选择髙速信号切换开关IC3、 IC4和 IC5的输入信号，使不同回路的电流分时切换的输入到电能计量芯片 IC1/ADE7758的电流输入端，这样电能计量芯片IC1/ADE7758监测的电压、 电流、功率和电能就是对应的母线电压、开关选择的回路电流、功率和电能， 微处理器IC6/MC9S08AW32不断切换不同回路的电流就可以实现监测所有的 不同回路的多电量参数。
如本实施例中，输入高速信号切换开关IC3的是3个回路中A相的电流 IA1+、 IA2+、 IA3+、 IA卜、IA2-、 IA3—，输入高速信号切换开关IC4的是3个回 路中B相的电流IB,+、 IB2+、 IB3+、 ffi卜、IB2-、 IB3—,输入高速信号切换开关 IC5的是3个回路中C相的电流IQ+、 IC2+、 IC3+、 Id—、 IC2—、 IC3-，通过微 处理器IC6/MC9S08AW32的控制进行分时切换，使输入3个高速信号切换开 关中的3个回路的9个电流信号顺序地进入电能计量芯片IC1/ADE7758，这样 通过一个专用模块实现了监测多个回路的电流，也就可以实现监测多个回路的 多电量参数。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种三相多回路监控装置，包括复数个回路电流输入端、复数个高速信号切换开关、电能计量芯片和微处理器，其特征在于所述回路电流输入端连接高速信号切换开关的信号输入端，高速信号切换开关的控制脚连接微处理器的控制脚，其信号输出端与电能计量芯片的电流通道相连，三相母线电压进入电能计量芯片的电压通道端，电能计量芯片和微处理器的SPI通讯端口连接在一起。
2、 根据权利要求1所述的三相多回路监控装置，其特征在于，该监控装置设有监测开关状态的开关状态输入接口 。
3、 根据权利要求1所述的三相多回路监控装置，其特征在于，该监控装 置设有一路可编程越限报警输出接口。
4、 根据权利要求1所述的三相多回路监控装置，其特征在于，该监控装 置具有标准RS485接口 ，采用MODBUS—RTU协议对外进行数据通讯。
5、 根据权利要求1所述的三相多回路监控装置，其特征在于，该监控装 置设有保证存储安全的非易失性铁电随机存储器。
6、 根据权利要求1所述的三相多回路监控装置，其特征在于，所述回路 电流输入端包括一个电流互感器、两个取样电阻和RC滤波电路，电流互感器 的信号输出端通过取样电阻和RC滤波后接高速信号切换开关的信号输入端。
7、 根据权利要求1所述的三相多回路监控装置，其特征在于，三相母线 电压通过电流型电压互感器、取样电阻和RC滤波电路接入电能计量芯片的电 压监测端。
8、 如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述高速信号切换开关 的输出端连接成总线连接电能计量芯片的电流通道。
9、 一种如权利要求l所述三相多回路监控装置的实现方法，其特征在于， 包括如下步骤1) 、微处理器按顺序定时控制不同的高速信号切换开关开启，以获取不同 回路的电流信号；2) 、不同的高速信号切换开关将获取的不同回路电流信号输送至电能计量 心片；3) 、电能计量芯片同步获取母线电压信号值，与获取的不同回路的电流信 号值进行计算并将保存多个回路的功率、电能、电压、电流值输送至微处理器 进行处理并予以显示。
全文摘要
本发明提供了一种主要应用于监控要求较简单的配电出线回路中的三相多回路监控装置，其包括复数个电流输入端、复数个高速信号切换开关(简称切换开关)、电能计量芯片和微处理器，其特征为所述电流输入端连接切换开关的信号输入端，切换开关的控制脚连接微处理器的控制脚，其信号输出端与电能计量芯片的电流通道相连，三相母线电压进入电能计量芯片的电压通道端，电能计量芯片和微处理器的SPI口连接在一起；微处理器定时控制复数个切换开关的开关切换顺序，实现对三相多回路电量如电压、电流、功率、电能、复数个开关状态等的监测，并具有一路可编程报警输出。本发明大大简化了系统的设计、降低了设备成本，方便了使用者的使用和检修。
文档编号G01R21/06GK101109774SQ20071003797
公开日2008年1月23日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者中 周, 龙 姜 申请人:上海安科瑞电气有限公司