专利名称：能源计量分析系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计量分析系统，特别是涉及一种能源计量分析系统。
背景技术：
能源是人类社会赖以生存和发展的基本条件之一，是保障国民经济持续稳 定可协调发展和提高人民生活水平的重要物质基础，我国能源资源储量虽然丰 富但人均能源可采储量远低于世界平均水平，中国传统的高投入高消耗重污染 低产出的发展己经走到了尽头，切实改变经济增长方式、缓解经济增长与能源 供给之间的矛盾是中国经济步入新一轮增长周期要解决的首要问题。
能源实时数据采集与管理系统能够对企业内部能源状况进行监控，能向企 业提供各种能源消耗情况的统计报表资料和各使用单位的消耗情况，同时在管 理上能对各种能源数据作进一步的分析，根据生产状况和历史数据进行分析决 策，确保企业对能源的合理使用和控制管理，以最低的能源消耗，换取最大的生 产能量和动力。
目前工业中应用较多的能源采集设备功能普遍单一化，应用领域比较专业 化。无法灵活的配置实现一种设备的多种应用。
传统能量采集设备，在数据采集手段上，部分产品采用手动抄表方式，部 分产品实现了无线抄表方式，通信距离较短的如红外抄表方式仍然需要人工到
现场介入，通信距离较长的如借助GPRS，网络等，其数据传输对网络具有较强 的依赖性，如果网络发生故障，则通信完全中断。而且这类设备在条件恶劣大工业现场很容易受到电磁干扰的影响。
传统能量采集设备，在功能上基本集中于数据的采集和传输，能对数据进 行分析处理的产品不多见而且成本较高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是解决能源采集设备功能普遍单一、应用 领域比较专业、无法灵活的配置实现一种设备的多种应用的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种能源计 量分析系统，包括系统电源，中心处理单元，数据采集模块，人机交互模块， 输入输出模块，存储模块和网络通讯模块，所述数据采集模块上设有若干模拟 量输入接口和若干数字量输入接口，接收输入信号并传送至中心处理单元；所 述人机交互模块包括输入键盘和显示屏，所述输入键盘用于输入指令；所述显 示屏用于显示输出数据和系统信息；所述输入输出模块接收输入键盘输入指命 令并传送至中心处理单元，中心处理单元的输出数据及系统信息通过显示屏显 示；所述存储模块与中心处理单元上的数据端口连接，用于存储数据；所述网 络通讯模块，与中心处理单元上的数据端口连接，用于连接局域网或互联网。
上述方案中，还包括实时时钟模块和备用电源，所述实时时钟日历芯片上 的Vccl和Vcc2管脚分别连接系统电源和备用电源。
所述输入输出模块的信号输入端连接有ADUM1400系列磁耦数字隔离器， 该磁耦数字隔离器的输入端连接数据采集模块上的数字量输入接口。
所述网络通讯模块的输出端连接有ADM2483带磁耦隔离的RS485驱动芯 片，用于连接网络输出接口。
本实用新型，因为数据采集模块上设有若干模拟量输入接口和若干数字量输入接口，可以同时采集模拟量和数字量，因此具有很强的通用性，可以实现
一种设备的多种应用。
图1为本实用新型能源计量分析系统的示意图2为能源计量分析系统的输入键盘电路图3为能源计量分析系统的液晶显示屏接口电路图4为数据采集模块中的一路信号调理电路；
图5为RS232电路；
图6为RS485电路；
图7为SD卡接口电路；
图8为数字量输入电路；
图9为数字量输出电路；
图IO为继电器电路；
图11为时钟日历电路；
图12为本实用新型组网使用时的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作出详细的说明。
如图1所示，本实用新型包括系统电源，中心处理单元，数据采集模块， 人机交互模块，输入输出模块，存储模块和网络通讯模块，所述数据采集模块 上设有若干模拟量输入接口和若干数字量输入接口 ，接收输入信号并传送至中
心处理单元；所述人机交互模块包括输入键盘和显示屏，所述输入键盘用于输 入指令；所述显示屏用于显示输出数据和系统信息；所述输入输出模块接收输入键盘输入指命令并传送至中心处理单元，中心处理单元的输出数据及系统信 息通过显示屏显示；所述存储模块与中心处理单元上的数据端口连接，用于存 储数据；所述网络通讯模块，与中心处理单元上的数据端口连接，用于连接局 域网或互联网。
如图2所示，人机交互模块中的输入键盘设置有6个功能输入键，分别为 ①功能选择、②确定、◎上、④下、⑤左、 右，按"功能选择" 可进入第一级菜单，在需要选择设置的功能间切换；在选择需要的功能项后，
按"左"，"右"可在该功能对应的不同子项间切换，"左"为前一子项，"右"
为后一子项；在选择需要的功能子项后，按"上"，"下"可对功能子项参数进 行设置，"上"为增加，"下"为减少；参数设置完成后，按"确定"完成参数
更新。该键盘为通用六键键盘，其输出端连至输入输出模块的键盘输入接口。
如图3所示，本实用新型的液晶显示屏接口电路可支持多种规格液晶显示 屏，支持到128X64及更大的显示界面及多级中文菜单，背光可控制，对比度 可调节，便捷的人机界面使得在工业现场能实现实时数据监测显示，参数设置 等功能。液晶驱动模块由MCU的通用10 口模拟输入输出时序来进行控制。
数据采集模块，实现模拟信号采集调理，本实用新型支持支持多达8路模 拟信号的采集分析，支持4路数字量输入，3路数字量输出，输入输出逻辑可 由用户灵活指定，每一路釆集电路的结构如图4所示。采用高精度的rail — to 一mil仪用运算放大器调理信号，改变输入电阻的设置即可与不同输入信号如 0 — 5V信号，4一25mA信号相匹配。对MCU内部的AD转换器，使用2. 5V参考 转换电压，对0 — 5V输入信号，釆用如图4的精密电阻Rl和R3分压为0 — 2. 5V; 对4一25mA电流输入信号，采用如图4精密电阻Rl和R3转换成电压信号。输入输出模块中的数字量输入采用了 ADUM1400系列磁耦数字隔离器，基 于人机界面实现了输入输出量的用户可编程，让用户根据输入的数字量按照一 定的逻辑运算灵活的配置输出量。输出部分考虑到驱动能力，使用MC1413驱 动芯片，设计成可直接驱动继电器的电路，可直接驱动直流30V/5A,交流 250V/5A，如图8、图9、图10所示。
网络通讯模块包括在一个串行通讯口上实现的可配置的RS232网络和 RS485网络，如图5、图6所示，RS485网络输出采用了最先进的带磁耦隔离的 ADM2483 RS-485收发器。响应速度较传统的光耦器件大为提高，隔离电压也 相应提高。
传统远程终端控制RTU记录数据的方式有的局限于网络，有的局限于离线 大容量存储设备，本实用新型将二者结合起来，实现了更优化的数据存储解决 方案，对于网络不便安装的现场，离线存储设备成为大批量数据的可靠选择， 在网络处于检修或者忙状态，离线存储设备为实时数据记录备份，二者结合的 另一特殊优点在于系统可对离线存储设备的数据实施加密，读取时解密并可与 网络传输数据比对，确保数据的真实性并为能源检测机构提供准确可信的数 据，采用基于SPI方式的SD卡的FAT16文件系统，其记录的文件可方便的与 主机进行交互，图7是原理图。
与传统远程终端控制RTU比较，本实用新型在信号采集中对数据加入实时 了时间戳，因而系统中设计了实时时钟日历芯片DS1302，实时时钟日历芯片上 的Vccl和Vcc2管脚分别连接系统电源和备用电源，在系统断电时时钟日历芯 片使用后备电池工作，确保时间信息的准确性，如图11所示。 在本实用新型的软件部分中(1) 中心处理单元采用16位高速低功耗MSP430处理器，充分利用了该 处理器丰富的外设接口，以及内置高速16bit乘法器。
(2) 整个系统实现在源码公开的实时多任务操作系统上。
(3) LCD显示模块由软件模拟读写时序，在处理器内部的FLASH中生成 汉字字库，构建中文菜单。
(4) SD卡实现通用的FAT16文件系统格式，其中存储的数据文件格式可 灵活选择，基于windows等支持FAT16格式的操作系统可直接对文件 进行读取，不用自己定义，编码文件格式。FAT16最大可支持到2GB SD卡。可提供充分多的存储空间。
(5) 在RS232或者RS485的串行网络上，实现了工业标准Modbus协议的 一个子集，与中央控制中心实现通讯。
(6) 对于输入模拟信号，每次采样周期的间隔可根据用户的现场需求通过 键盘进行配置，信号谐波分析点数同样可配置，在信息量与处理器负 载之间取得平衡，对三相交流电能，每个50Hz工频内，可进行16点， 32点，64点采样，由FFT分析分析采样数据后给出能量质量参数。 本实用新型可以采用设备组网的方式使用，如图12所示，在硬件上
实现RS485传输介质，软件上实现Modbus标准协议，以一台中央控制主 机为中心，理论上可以实现最多247个节点的工业控制网络，充分体现"测 控分散、管理集中"思路，中央控制主机为核心，按设备地址轮询各设备， 设备响应主机的查询命令，将主机需要的数据打包成Modbus帧并传输到 主机，主机进行统计分析并写入企业能源审计数据库，为形成企业的能源 消耗分析数据做好充分准备。本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的 启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落 入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、能源计量分析系统，包括系统电源，为能源计量分析系统提供工作电力；中心处理单元；数据采集模块，接收模拟输入信号并传送至中心处理单元；人机交互模块，包括输入键盘和显示屏，所述输入键盘用于输入指令；所述显示屏用于显示输出数据和系统信息；输入输出模块，接收输入键盘的输入指命令并传送至中心处理单元，中心处理单元的输出数据和系统信息经输入输出模块传送至显示屏显示；存储模块，与中心处理单元上的数据端口连接，用于存储数据；网络通讯模块，与中心处理单元上的数据端口连接，用于连接局域网或互联网；其特征在于所述数据采集模块上设有若干模拟量输入接口和若干数字量输入接口。
2、 如权利要求1所述的能源计量分析系统，其特征在于还包括实时时钟 模块和备用电源，所述实时时钟日历芯片上的Vccl和Vcc2管脚分别连接系统 电源和备用电源。
3、 如权利要求1或2所述的能源计量分析系统，其特征在于所述输入输 出模块的信号输入端连接有ADUM1400系列磁耦数字隔离器，该磁耦数字隔离 器的输入端连接数据采集模块上的数字量输入接口 。
4、 如权利要求3所述的能源计量分析系统，其特征在于所述网络通讯模 块的输出端连接有ADM2483带磁耦隔离的RS485驱动芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种能源计量分析系统，包括系统电源，中心处理单元，数据采集模块，人机交互模块，输入输出模块，存储模块和网络通讯模块，数据采集模块上设有若干模拟量输入接口和若干数字量输入接口，接收输入信号并传送至中心处理单元，人机交互模块包括输入键盘和显示屏；输入输出模块接收输入键盘输入指命令并传送至中心处理单元，中心处理单元的输出数据及系统信息通过显示屏显示；存储模块和网络通讯模块分别用于存储数据和连接局域网或互联网。本实用新型，因为数据采集模块上设有若干模拟量输入接口和若干数字量输入接口，可以同时采集模拟量和数字量，因此具有很强的通用性，可实现一种设备的多种应用。
文档编号G01R11/00GK201340435SQ200920000189
公开日2009年11月4日 申请日期2009年1月6日 优先权日2009年1月6日
发明者涛 蔡 申请人:武汉任驰能源科技开发有限公司