一种能量采集终端的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种能量采集终端，包括中央处理器CPU模块，以及分别与所述CPU模块双向电连接的A/D采集模块，电量采集模块，开关量模块，人机交互模块，上行通信模块，下行通信模块，就地通信模块，电源模块，时钟模块和存储器模块。本发明通过A/D采集模块和电量采集模块实现了能源数据信号包括电、水、煤、汽、气、油的采集和处理，既有瞬时信号又有累积信号，即可以是单台设备，也可以是锅炉等多种能耗的综合设备以及整个生产线，解决了能耗基础采集问题，可为企业间生产线和设备能耗横向比较、纵向比较、改良目标和建议提高了依据。
【专利说明】一种能量采集终端
【技术领域】
[0001]本发明属于信息采集【技术领域】，特别地涉及一种能量采集终端。
【背景技术】
[0002]对于国家发改委一直推进的合同能源管理模式进行节能技改、余热发电项目，长期以来存在节能率标定问题，用能方和投资方异议很大，一旦要求节能仲裁也非常困难，原因是缺乏技术和设备进行实际节能量标定。实际节能率标定是复杂的，因为工况在变，例如锅炉的蒸汽产量可以是从30t/h到75t/h，通常情况负荷越重节能率越低，纯粹知道节能技改后的用能量不能说明节能了多少，而必须知道不同负荷分别运行了多少时间，再对照双方标定的不同负荷的节能率，才有办法相对准确计算出节能总量。
[0003]目前国内的能源采集终端主要分三类:
[0004]第一类:电力部用于远程自动抄表的电能量数据采集终端，包括有功、无功电量、负荷曲线，还可以兼采集谐波信号等，其功能齐全，但用途单一，只能采集电能量信号。通迅方式包括低压电力载波、网络、485、232、红外、GPRS等，但低压电力载波因国内电网污染严重，通信成功率一直未能突破95 %。
[0005]第二类:基于数据采集RTU (远程终端装置，Remote Terminal Unit),只能采集信号量的瞬时信号，如电压、电流、温度、压力、流量等，不能形成累积信号和负荷曲线，这不是一种能源信号的数据采集终端。能源信号必须有累积量信号，所以基于这类方案的能源数据累积只能通过上位机软件解决，因为数据传输失败等原因会导致数据丢失，上位机的安全性也可能导致数据丢失，形成的能源格式五花八门，不便于职能部门获取和管理。
[0006]第三类:数据中转终端，借助智能仪表采集好的能量等任何信号，采集终端仅仅通过485等规约进行转发、收集作用。
[0007]由于控制器、监测系统、控制系统等品牌繁多，各自的定义和结构差距极大，尽管其数据均可以通过各种信道送往远程的监测系统和云平台，但数据定义、格式千变万化，数据各有标准、互不通用，远程监测系统和云平台必须个性化的处理，有资格的职能部门要适应不同的系统和数据格式，造成数据处理的效率不高，成本较大。
[0008]故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，避免造成现有技术中能量采集终端提供的数据类型不统一，数据需上传至上位机进行处理后才成为标准的能源数据，造成系统数据不合理，处理效率不高的问题。
【发明内容】
[0009]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能量采集终端，用于实现能量数据的自动采集，传输和处理，实现耗能设备能效的实时在线监测。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0011 ] 一种能量采集终端，包括中央处理器CPU模块，以及分别与所述CPU模块双向电连接的A/D采集模块，电量采集模块，开关量模块，人机交互模块，上行通信模块，下行通信模块，就地通信模块，电源模块，时钟模块和存储器模块，
[0012]所述Α/D采集模块用于提供适用于电、蒸汽、水、煤、油、燃气不同类型能源信号并提供标准信号，其中对于蒸汽，一路采集蒸汽流量Al，一路采集蒸汽压力A2，再一路采集蒸汽温度A3 ;对于油、燃气、水、煤等燃料，Α/D采集模块的一路采集燃料流量BI ;对水泵、风机、空压机等设备，Α/D采集模块的一路采集设备做功介质的流量Cl，其中水泵是水等流体，风机是风，空压机是空气等流体，一路采集设备做功介质的出口压力C2，再一路采集设备做功介质的进口压力C3 ；
[0013]所述电量采集模块用于采集三相电或单相电的电量；
[0014]所述CPU模块用于接收所述Α/D采集模块和所述电量采集模块输出的标准信号和所述电量采集模块输出的电量进行处理输出能量数据，其中，根据蒸汽压力A2和蒸汽温度A3计算出蒸汽焓值H1，蒸汽流量Al乘以焓值再对时间积分就是蒸汽的能量信号；通过就地通信模块或上行通信模块将燃料的焓值H2传送给CPU模块，燃料流量BI乘以燃料的焓值H2再对时间积分就是燃料的能量信号；将设备做功介质的出口与进口的压力差C2-C3乘以设备做功介质的流量Cl，再对时间积分，就是设备的做功出力能量信号；
[0015]所述电源模块用于通过CPU模块控制电源模块的电源电压的输出与断开，同时提供AC220V和ACllOV两种规格的交流电压输出；通过CPU模块控制电源模块电源输出的方式:如三相四线电，三相三线电中的其中某一相；通过CPU模块控制电源模块电流的输出与否；同时通过电源模块控制电源模块的两路直流电平的输出；所述时钟模块用于为CPU模块及外设提供可编程的时钟信号；所述存储器模块用于存放程序，原始数据，程序运行中间产生的结果和最终运行结果，并根据用户指令或程序指令输出相应位置的信息；所述人机交互模块用于供操作者通过各种指令传输工具发出指令让工装设备完成相应的功能；所述开关量模块用于支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
[0016]优选地，所述CPU模块为8位单片机、ARM系列32位CPU，或16位或32位的DSP
-H-* I I
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[0017]优选地，所述上行通信模块为GPRS模块、网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
[0018]优选地，所述下行通信模块为网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
[0019]优选地，所述就地通信模块为232模块、485模块或红外通信模块中的至少一个。
[0020]优选地，所述人机交互模块为IXD模块、LED模块和键盘模块。
[0021]优选地,所述开关量模块为常规的开关量输入模块和开关量输出模块。
[0022]与现有技术采用的智能采集终端相比，本发明的有益效果如下:
[0023](I)本发明实施例实现的能量采集终端既有电量采集模块，也有Α/D采集模块，A/D采集模块输入的是与设备出力的能量有关的标准信号，通过内部CPU模块对这些标准信号进行乘积并对时间积分等处理计算出设备出力的能量数据，实现标准数据的输出；
[0024](2)电量采集模块用于采集三相电或单相电的电量，内部程序将采集的电压信号乘以电流信号，再对时间积分，即为电量的电度数，电量采集模块用于采集设备的用电数据；[0025](3)通过以上A/D采集模块和电量采集模块实现了能源数据信号包括电、水、煤、汽、气、油的采集和处理，既有瞬时信号又有累积信号，即可以是单台设备，也可以是锅炉等多种能耗的综合设备以及整个生产线，解决了能耗基础采集问题，可为企业间生产线和设备能耗横向比较、纵向比较、改良目标和建议提高了依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例的能量采集终端的结构框图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0029]参考图1，所示为本发明实施例的能量采集终端的结构框图，其包括中央处理器CPU模块10，以及与CPU模块10双向电连接的Α/D采集模块201，电量采集模块202，开关量模块203，人机交互模块204，上行通信模块205，下行通信模块206，就地通信模块207，电源模块208，时钟模块209和存储器模块210，其中Α/D采集模块201用于提供适用于电、蒸汽、水、煤、油、燃气不同类型能源信号并提供标准信号，其中对于蒸汽，一路采集蒸汽流量Al，一路采集蒸汽压力A2，再一路采集蒸汽温度A3 ;对于油、燃气、水、煤等燃料,Α/D采集模块201的一路采集流量BI ;对水泵、风机、空压机等设备，Α/D采集模块201的一路采集设备做功介质的流量Cl，其中水泵是水等流体，风机是风，空压机是空气等流体，一路采集设备做功介质的出口压力C2，再一路采集设备做功介质的进口压力C3 ;电量采集模块202用于采集三相电或单相电的电量；CPU模块10用于接收所述Α/D采集模块201和所述电量采集模块202输出的标准信号和所述电量采集模块202输出的电量进行处理输出能量数据，其中，根据蒸汽压力A2和蒸汽温度A3计算出蒸汽焓值H1，蒸汽流量Al乘以焓值再对时间积分就是蒸汽的能量信号；通过就地通信模块207或上行通信模块205将燃料的焓值H2传送给CPU模块10，燃料流量BI乘以燃料的焓值H2再对时间积分就是燃料的能量信号；将设备做功介质的出口与进口的压力差C2-C3乘以设备做功介质的流量Cl，再对时间积分，就是设备的做功出力能量信号；电源模块208用于通过CPU模块能够控制电源模块的电源电压的输出与断开，同时提供AC220V和ACllOV两种规格的交流电压输出；通过控制板控制电源板电源输出的方式:如三相四线电，三相三线电中的其中某一项；通过控制板能够控制电源板电流的输出与否；控制两路直流电平的输出；所述时钟模块209用于为CPU模块10及外设提供可编程的时钟信号；所述存储器模块210用于存放程序，原始数据，程序运行中间产生的结果和最终运行结果都保存在存储器中，它根据用户指令或程序指令取出相应位置的信息；所述人机交互模块204用于操作者通过各种指令传输工具发出指令让工装设备完成相应的功能；所述开关量模块203用于支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。[0030]通过以上实施例的能量采集终端，其特点如下:
[0031](I) Α/D采集模块201输入的是与能量有关的标准信号，通过CPU模块10对这些标准信号进行乘积并对时间积分等处理计算出能量数据，可实现能量采集终端直接的能量计算，避免了不同类型数据上传至上位机处理带来的不稳定性原因，提高了能量采集的可靠性；
[0032](2)对蒸汽，Α/D采集模块的一路采集蒸汽流量Al、一路采集蒸汽压力A2、再一路采集蒸汽温度A3，在CPU模块中设置中有一个从蒸汽压力和蒸汽温度计算出蒸汽焓值的单元，根据蒸汽压力A2和蒸汽温度A3计算出蒸汽焓值Hl后，蒸汽流量Al乘以焓值再对时间积分就是蒸汽的能量信号:
[0033]P = / Al*Hl*dt
[0034](3)对油、燃气、水、煤等燃料，Α/D采集模块的一路采集燃料的流量BI，再通过就地通信信道207或上行通信信道205将燃料的焓值H2传送给CPU模块10，燃料流量BI乘以燃料焓值H2再对时间积分就是燃料的能量信号:
[0035]P = J Bl*H2*dt
[0036](4)对水泵、风机、空压机等设备，A/D采集模块的一路采集设备做功介质(水泵是水等流体、风机是风、空压机是空气等流体)的流量Cl、一路采集设备做功介质的出口压力C2、再一路采集设备做功介质的进口压力C3，在采集终端的内部程序中将设备做功介质的出口与进口的压力差(C2-C3)乘以设备做功介质的流量Cl，再对时间积分，就是设备的做功出力能量信号:
[0037]P = / (C2_C3)*Cl*dt。
[0038]在具体应用实例中，CPU模块10可采用8位单片机、ARM系列32位CPU，或16位或32位的DSP芯片。上行通信模块205为GPRS (General Packet Radio Service，通用无线分组服务)模块、网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。下行通信模块206为网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。就地通信模块207为232模块、485模块或红外通信模块中的至少一个。人机交互模块204为IXD模块、LED模块和键盘模块。开关量模块为常规的开关量输入模块和开关量输出模块。
[0039]通过以上实施例实现的能量采集终端安装在用能设备现场，采集到的能量数据通过网络、GPRS信道等送到云平台，用户和有资格的职能部门可以从云平台获得规范的能源数据，便于实现能源数据的统一化、规范化和标准化处理。
[0040]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种能量采集终端，其特征在于，包括中央处理器CPU模块(10)，以及分别与所述CPU模块双向电连接的Α/D采集模块(201)，电量采集模块(202)，开关量模块(203)，人机交互模块(204)，上行通信模块(205)，下行通信模块(206)，就地通信模块(207)，电源模块(208)，时钟模块(209)和存储器模块(210)， 所述Α/D采集模块(201)用于提供适用于电、蒸汽、水、煤、油、燃气不同类型能源信号的标准信号，其中对于蒸汽，一路采集蒸汽流量Al，一路采集蒸汽压力A2，再一路采集蒸汽温度A3 ;对于油、燃气、水、煤等燃料，Α/D采集模块(201)的一路采集燃料流量BI ;对水泵、风机、空压机等设备，Α/D采集模块(201)的一路采集设备做功介质的流量Cl，其中水泵是水等流体，风机是风，空压机是空气等流体，一路采集设备做功介质的出口压力C2，再一路采集设备做功介质的进口压力C3 ； 所述电量采集模块(202)用于采集三相电或单相电的电量； 所述CPU模块(10)用于接收所述Α/D采集模块(201)输出的标准信号和所述电量采集模块(202)输出的电量进行处理输出能量数据，其中，根据蒸汽压力A2和蒸汽温度A3计算出蒸汽焓值H1，蒸汽流量Al乘以焓值Hl再对时间积分就是蒸汽的能量信号；通过就地通信模块(207)或上行通信模块(205)将燃料的焓值H2传送给CPU模块(10)，燃料流量BI乘以燃料的焓值H2再对时间积分就是燃料的能量信号；将设备做功介质的出口与进口的压力差C2-C3乘以设备做功介质的流量Cl，再对时间积分，就是设备的做功出力能量信号; 所述电源模块(208)用于通过CPU模块(10)控制电源模块(208)的电源电压的输出与断开，同时提供AC220V和ACllOV两种规格的交流电压输出；通过CPU模块(10)控制电源模块(208)电源输出的方式:如三相四线电，三相三线电中的其中某一相；通过CPU模块(10)控制电源模块(208)电流的输出与否；同时通过电源模块(208)控制电源模块(208)的两路直流电平的输出；所述时钟模块(209)用于为CPU模块(10)及外设提供可编程的时钟信号；所述存储器模块(210)用于存放程序，原始数据，程序运行中间产生的结果和最终运行结果，并根据用户指令或程序指令输出相应位置的信息；所述人机交互模块(204)用于供操作者通过各种指令传输工具发出指令让工装设备完成相应的功能；所述开关量模块(203)用于支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
2.根据权利要求1所述的能量采集终端，其特征在于，所述CPU模块(10)为8位单片机、ARM系列32位CPU，或16位或32位的DSP芯片。
3.根据权利要求1所述的能量采集终端，其特征在于，所述上行通信模块(205)为GPRS模块、网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的能量采集终端，其特征在于，所述下行通信模块(206)为网线模块、485模块、WIFI模块或无线模块中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的能量采集终端，其特征在于，所述就地通信模块(207)为232模块、485模块或红外通信模块中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的能量采集终端，其特征在于，所述人机交互模块(204)为LCD模块、LED模块和键盘模块。
7.根据权利要求1所述的能量采集终端，其特征在于，所述开关量模块为常规的开关量输入模块和开关量输出模块。
【文档编号】G01R31/00GK103454518SQ201310288571
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2013年7月5日
【发明者】黄加付 申请人:杭州能云科技有限公司