CN111856313B - 双路电源实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了种双路电源实时监测装置，其特征在于，包括双路采集器、采集板、控制主板；其中，所述双路采集器连通外部输入的两路交流电；外部输入的两路交流电通过所述双路采集器获取相电压和相电流；所述双路采集器输出端连接采集板，所述采集板将所述相电压和相电流进行转换，得到采集数据，其中所述采集数据包括电流电压波形、电流电压有效值、频率和相角；所述采集板的输出端与所述控制主板连接，所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障；当产生故障时，所述控制主板根据所述频率和相角确定发生故障的相位。
Description
技术领域
本发明涉及电路故障监测技术领域，特别涉及一种双路电源实时监测装置。
背景技术
目前，在现有技术的电源电路监测技术领域，一般检测的电路都属于单路电源。而同时监测两路电源或者监测多路电源虽然在现有技术中也提出过，但是在故障判断，响应时间等方面具有偏差。无法快速测定是否发生故障，对于发生故障之后也无法快速产生相应，报警。
发明内容
本发明提供双路电源实时监测装置，用以解决双电路电源的实时监测，以及现有的监测技术监测效果较差的情况。
一种双路电源实时监测装置，其特征在于，包括双路采集器、采集板、控制主板；其中，
所述双路采集器连通外部输入的两路交流电并获取外部输入的两路交流电的相电压和相电流；
所述双路采集器输出端连接采集板的输入端，所述采集板将所述相电压和相电流进行转换，得到采集数据，其中，
所述采集数据包括电流电压波形、电流电压有效值、频率和相角；
所述采集板的输出端与所述控制主板连接，所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障，获取故障结果；当故障结果为产生故障时，所述控制主板根据所述频率和相角确定发生故障的相位。
作为本发明的一种实施例：所述双路采集器包括两组电流互感器和两组电压互感器，所述两组电流互感器和两组电压互感器分别与所述外部输入的两路交流电连接，得到6个相电压和6个相电流。
作为本发明的一种实施例：所述采集板包括采样单元，所述采样单元包括信号调理电路，所述相电压和相电流分别输入所述信号调理电路，得到电流波形和电压波形，并根据所述电流波形和电压波形获取所述电流电压有效值、频率和相角；其中，
所述信号调理电路为多个，所述多个信号调理电路的输入端分别连接所述外部输入的两路交流电的其中一相。
作为本发明的一种实施例：所述控制主板还连接有显示器，所述显示器与所述控制主板上设置的CPU和时钟芯片连接；其中，
所述时钟芯片用于将所述控制主板内的采集数据进行时间标记；
所述显示器可以根据用户的输入指令和所述采集数据的时间标记对采集的历史数据调阅和对所述相电压和相电流进行实时监控；
所述显示器为具有触控功能的触控屏或触控显示板。
作为本发明的一种实施例：所述控制主板还连接有存储器，其中，
所述存储器包括多个存储区域，所述多个存储区域分别与所述采集板连接，所述多个存储区域中每一个存储区域只能存储一相相电流或相电压。
作为本发明的一种实施例：，所述控制主板设置有RS485端口；
所述RS485端口根据所述控制主板预设的数据模式连接外部控制终端，包括以下步骤：
所述RS485连接外部控制终端后，转换为终端信息提取模式，获取所述外部控制终端的设备信息；
根据所述设备信息判断所述外部控制终端为无线外部控制终端或有线外部控制终端其中一种；
当所述外部控制终端为无线外部控制终端时，转换为无线数据传输模式，通过所述控制主板调用预设FPGA调试单元构建无线数据传输信道，并根据进行实时数据传输的外部控制终端的数量，调节数据传输速度；
当所述外部控制终端为有线外部控制终端时，转换为有线数据传输模式，通过所述控制主板对所述有线外部控制终端进行IP认证和BAS认证，当所述IP认证和BAS认证都成功时，直接进行数据传输。
作为本发明的一种实施例：所述控制主板还通过所述RS485端口构建远程控制网络，包括以下步骤：
通过所述外部控制终端建立局域组网，并设定每一台监测装置为一个工作站，并对所述工作站进行主题标记；
根据所述主题标记在所述工作站内添加远程控制程序；
根据所述远程控制程序设定所述工作站的识别账号和识别密码；
根据所述识别账号和识别密码，建立外部控制终端与所述工作站的唯一连接通路；
根据所述唯一连接通路，在所述外部控制终端上构建所述工作站的控制窗口，组成所述远程控制网络。
作为本发明的一种是实施例：所述控制主板还连接有故障报警装置，所述故障报警装置由报警器和阈值芯片组成，所述阈值芯片连接所述控制主板；其中，
所述报警器包括蜂鸣器和声光报警器其中一种；
所述阈值芯片还连接所述采集板，所述阈值芯片根据所述采集板的采集数据，在所述故障结果为产生故障时，对故障进行再次验证，。再次验证结果为产生故障时，通过所述报警器报警。
作为本发明的一种是实施例：所述阈值芯片根据所述采集板的采集数据，在所述故障结果为产生故障时，对故障进行再次验证，再次验证结果为产生故障时，通过所述报警器报警包括以下步骤：
获取所述采集数据的时频参数；
所述采集板对采集的数据进行预处理，去掉所述采集数据中的杂波，基于时频得到去除杂波后采集数据的波形图；
将所述波形图转化为灰度图像图，并根据所述时频参数将所述灰度图像图分帧，获取相邻帧的灰度图像的灰度差值；
根据将所述灰度差值与预设的阀值进行对比，再次判断是否发生故障，当产生故障时，通过所述报警器报警；其中，
所述阀值包括：电压有效值的灰度差值的上限和下限、失真度的灰度差值的上限、峰峰值的灰度差值的上限。
作为本发明的一种是实施例：所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障，包括以下步骤：
通过采集板获取输入电源的周期T，计算在一个周期内各相输出电压电流的有效值：
电压有效值为：
电流有效值为：
其中：u为瞬时电压，i为瞬时电流；UY表示第Y个相位的有效电压；IY表示第Y个相位的有效电流；t表示时刻；
获取输入电源多个相位的低频周期E，计算在一个周期内各相输出电压电流的阈值：
电压阈值为：
电流阈值为：
其中，所述r表示相位；
将所述电流电压的有效值和所述电流电压的阈值进行比较，判断是发生故障的概率P：
其中，PDY表示电压发生故障的概率；PDL表示电流发生故障的概率，当所述PDY或所述PDL其中一个大于1，代表发生故障。
本发明的有益效果在于：
(1)实现两路交流输入电源相电压、相电流的实时采集，同时实时分析判断输入电压的异常。
(2)实时显示输入各相电压电流波形、电压电流有效值、频率及相角。
(3)实现对历史数据的调阅，显示历史数据的电压波形、谐波分析等。
(4)通过RS485实现数据实时上传上位机，实现电压、电流、相角、频率和失真度数据的上传；也可通过铁路信号专用网络通道，实现远程访问各个监测装置，了解现场电网运行情况。
(5)可以使用U盘实现数据的转存，转存数据可在其它计算机上通过专用软件进行波形数据分析；同时电压波形、分析数据等可以打印输出。
(6)电网指标超出预定值时，能够及时报警，各相报警信息记录数量为500条。
(7)本装置可单独使用，也可通过铁路信号通信专网组成局域网络方便远程访问，方便灵活。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中的组成结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种双路电源实时监测装置，如附图1所示包括双路采集器、采集板、控制主板；其中，
所述双路采集器连通外部输入的两路交流电，并获取外部输入的两路交流电的相电压和相电流；
所述双路采集器输出端连接采集板，所述采集板将所述相电压和相电流进行转换，得到采集数据，其中所述采集数据包括电流电压波形、电流电压有效值、频率和相角；
所述采集板的输出端与所述控制主板连接，所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障；当产生故障时，所述控制主板根据所述频率和相角确定发生故障的相位。
本发明的原理在于：本装置是基于X86平台和LABVIEW软件开发的，硬件部分主要由采集板、主板、显示器和互感器等组成。该装置主要的特点就是采集速度快、海量数据存储、实时显示输入电压、电流波形，对输入电压实时谐波分析。本装置可为现场输入电网质量的改善提供测试依据，进而提高信号电源的工作稳定性；另外，在发生由外电网质量不符合标准而引起的信号设备故障时，可以通过分析该监测数据，为判断故障原因提供准确证据。
本发明的有益效果在于：实现两路交流输入电源相电压、相电流的实时采集，同时实时分析判断输入电压的异常。实时显示输入各相电压电流波形、电压电流有效值、频率及相角。实现对历史数据的调阅，显示历史数据的电压波形、谐波分析等。通过RS485实现数据实时上传上位机，实现电压、电流、相角、频率和失真度数据的上传；也可通过铁路信号专用网络通道，实现远程访问各个监测装置，了解现场电网运行情况。可以使用U盘实现数据的转存，转存数据可在其它计算机上通过专用软件进行波形数据分析；同时电压波形、分析数据等可以打印输出。电网指标超出预定值时，能够及时报警，各相报警信息记录数量为500条。本装置可单独使用，也可通过信号通信专网组成局域网络方便远程访问，方便灵活。
作为本发明的一种实施例：所述双路采集器包括两组电流互感器和两组电压互感器，所述两组电流互感器和两组电压互感器分别与所述外部输入的两路交流电连接，得到6个相电压和6个相电流。
本发明的原理在于：外接的监测电源有两路三相输入交流电压，共6个相电压；两路三相输入交流电流，共6个相电流。
作为本发明的一种实施例：所述采集板包括采样单元，所述采样单元包括信号调理电路，所述相电压和相电流分别输入所述信号调理电路，得到电流波形和电压波形，并根据所述电流波形和电压波形获取所述电流电压有效值、频率和相角；其中，
所述信号调理电路为多个，所述多个信号调理电路的输入端分别连接所述外部输入的两路交流电的其中一相。
通过每一个信号调理电路只控制一条电路的一相，在发生故障时，可以清楚判断那一相出现故障。
作为本发明的一种实施例：所述控制主板还连接有显示器，所述显示器与所述控制主板上设置的CPU和时钟芯片连接；其中，
所述时钟芯片用于将所述控制主板内的采集数据进行时间标记；
所述显示器可以根据用户的输入指令和所述采集数据的时间标记对采集的历史数据调阅和对所述相电压和相电流进行实时监控；
所述显示器为具有触控功能的触控屏或触控显示板。
可以基于时间顺序来采集监测数据，也可以通过显示器实时调节。
在一个实施例中：实时波形
点击“波形显示”选项，可以查看当前实时输入的两路三相电压和电流的波形信息，可以详细了解当前输入电网和负载的适用情况。
实时数据信息
点击“实时测量值”选项，查看当前输入电网的电压、电流、频率、相位差、失真度和两路相间压差的数据信息。
谐波分析
点击“谐波分析”选项，查看当前两路输入各相电压的各次谐波含量，实时了解现场电网供电情况。
故障信息
点击“各相报警”选项，查看各相历史报警情况，报警条件包括电压失真度、电压有效值、峰峰值。可查看故障时的波形信息，故障信息保存在“D:\告警信息”下。
查看历史实时数据
点击“波形显示”选项卡，点击“查看数据”按键，选择“手动目录查询”，实时数据都保存在“E：\数据采集”目录下，通过点击查看某一相的某个时间的波形数据进行调阅分析显示。浏览完毕后关闭窗口按钮即可退出。
报警阈值设定
点击“波形显示”选项卡，输入“管理密码”，界面上出现“报警阈值”选项，进入后可对关心的参数进行设定，保存后生效。报警阈值包含电压有效值的灰度差值的上限和下限、失真度的灰度差值的上限、峰峰值的灰度差值的上限和两路相间压差灰度差值的阈值，当前输入信息超出报警阈值时对外声光报警。
校正设置
点击“波形显示”选项卡，输入“校正密码”，可进行通道参数校正，保证采样数据的精度，包含两路六相电压、六相电流和频率。
通讯设定
点击“波形显示”选项卡，输入“管理密码”，界面上出现“系统管理”，设定通讯波特率、串口号等，保存后生效；
存储方式
点击“波形显示”选项卡，输入“管理密码”，界面上出现“系统管理”，可以选择保存方式：
(1)不保存--实时数据不保存，只进行数据采集、分析和显示；
(2)自动保存—实时数据自动保存，数据保存十天，十天后，采取先入先出原则、自动覆盖最早时间存储的数据；
(3)手动保存-可以选择保存时长，可选择保存30、60、120、240分钟，当时间到时则停止保存波形数据。
屏蔽报警声音：可以点击“波形显示”选项卡中的“报警消音”键，可以实现报警声音屏蔽，点击“报警开启”可实现报警声音启动。
作为本发明的一种实施例：所述控制主板还连接有存储器，其中，
所述存储器包括多个存储区域，所述多个存储区域分别与所述采集板连接，所述多个存储区域中每一个存储区域只能存储一相相电流或相电压。
分区域存储每一相的数据，数据便于调取。
作为本发明的一种实施例：，所述控制主板设置有RS485端口；
所述RS485端口根据所述控制主板预设的数据模式连接外部控制终端，包括以下步骤：
所述RS485连接外部控制终端后，转换为终端信息提取模式，获取所述外部控制终端的设备信息；
根据所述设备信息判断所述外部控制终端为无线外部控制终端或有线外部控制终端其中一种；
当所述外部控制终端为无线外部控制终端时，转换为无线数据传输模式，通过所述控制主板调用预设FPGA调试单元构建无线数据传输信道，并根据进行实时数据传输的外部控制终端的数量，调节数据传输速度；
当所述外部控制终端为有线外部控制终端时，转换为有线数据传输模式，通过所述控制主板对所述有线外部控制终端进行IP认证和BAS认证，当所述IP认证和BAS认证都成功时，直接进行数据传输。
本发明通过不同的控制模式通过不同的采集方式获取采集的数据。而有线外部控制终端和无线外部控制终端不同的护具传输方法可以保证述安全性，并能够加快数据传输速度。
作为本发明的一种实施例：所述控制主板还通过所述RS485端口构建远程控制网络，包括以下步骤：
通过所述外部控制终端建立局域组网，并设定每一台监测装置为一个工作站，并对所述工作站进行主题标记；
根据所述主题标记在所述工作站内添加远程控制程序；
根据所述远程控制程序设定所述工作站的识别账号和识别密码；
根据所述识别账号和识别密码，建立外部控制终端与所述工作站的唯一连接通路；
根据所述唯一连接通路，在所述外部控制终端上构建所述工作站的控制窗口，组成所述远程控制网络。
作为本发明的一种是实施例：所述控制主板还连接有故障报警装置，所述故障报警装置由报警器和阈值芯片组成所述阈值芯片连接所述控制主板；其中，
所述报警器包括蜂鸣器和声光报警器其中一种；
所述阈值芯片还连接所述采集板，所述阈值芯片根据所述采集板的采集数据，在所述故障结果为产生故障时，对故障进行再次验证，。再次验证结果为产生故障时，通过所述报警器报警。
报警装置为声光报警，但是不局限于声光报警，本发明能够连接网络，也可以通过通知人机交互设备进行报警。
作为本发明的一种实施例：所述阈值芯片根据所述采集板的采集数据，在所述故障结果为产生故障时，对故障进行再次验证，再次验证结果为产生故障时，通过所述报警器报警包括以下步骤：
获取所述采集数据的时频参数；
所述采集板对采集的数据进行预处理，去掉所述采集数据中的杂波，基于时频得到去除杂波后采集数据的波形图；
将所述波形图转化为灰度图像图，并根据所述时频参数将所述灰度图像图分帧，获取相邻帧的灰度图像的灰度差值；
根据将所述灰度差值与预设的阀值进行对比，再次判断是否发生故障，当产生故障时，通过所述报警器报警；其中，
所述阀值包括：电压有效值的灰度差值的上限和下限、失真度的灰度差值的上限、峰峰值的灰度差值的上限
本发明通过采集板的数据按照将波形图以灰度处理的方式进行处理，使得再次验证的正确性提高，有效防止了错误报警行为。
作为本发明的一种是实施例：所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障，包括以下步骤：
通过采集板获取输入电源的周期T，计算在一个周期内各相输出电压电流的有效值：
电压有效值为：
电流有效值为：
其中：u为瞬时电压，i为瞬时电流；UY表示第Y个相位的有效电压；IY表示第Y个相位的有效电流；t表示时刻；
获取输入电源多个相位的低频周期E，计算在一个周期内各相输出电压电流的阈值：
电压阈值为：
电流阈值为：
其中，所述r表示相位；
将所述电流电压的有效值和所述电流电压的阈值进行比较，判断是发生故障的概率P：
其中，PDY表示电压发生故障的概率；PDL表示电流发生故障的概率，当所述PDY或所述PDL其中一个大于1，代表发生故障。
本发明根据频域来通过有效值和有效值的阀值来判断是否产生故障，使得监测设备可以在监测过程中判断电源是否发生故障，保证了报警监测的时效性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种双路电源实时监测装置，其特征在于，包括双路采集器、采集板、控制主板；其中，
所述双路采集器连通外部输入的两路交流电并获取外部输入的两路交流电的相电压和相电流；
所述双路采集器输出端连接采集板的输入端，所述采集板将所述相电压和相电流进行转换，得到采集数据，其中，
所述采集数据包括电流电压波形、电流电压有效值、频率和相角；
所述采集板的输出端与所述控制主板连接，所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障，获取故障结果；当故障结果为产生故障时，所述控制主板根据所述频率和相角确定发生故障的相位；
所述控制主板还连接有故障报警装置，所述故障报警装置由报警器和阈值芯片组成，所述阈值芯片连接所述控制主板；其中，
所述报警器包括蜂鸣器和声光报警器其中一种；
所述阈值芯片还连接所述采集板，所述阈值芯片根据所述采集板的采集数据，在所述故障结果为产生故障时，对故障进行再次验证，再次验证结果为产生故障时，通过所述报警器报警；
所述阈值芯片根据所述采集板的采集数据，在所述故障结果为产生故障时，对故障进行再次验证，再次验证结果为产生故障时，通过所述报警器报警包括以下步骤：
获取所述采集数据的时频参数；
所述采集板对采集的数据进行预处理，去掉所述采集数据中的杂波，基于时频得到去除杂波后采集数据的波形图；
将所述波形图转化为灰度图像图，并根据所述时频参数将所述灰度图像图分帧，获取相邻帧的灰度图像的灰度差值；
根据将所述灰度差值与预设的阀值进行对比，再次判断是否发生故障，当产生故障时，通过所述报警器报警；其中，
所述阀值包括：电压有效值的灰度差值的上限和下限、失真度的灰度差值的上限、峰峰值的灰度差值的上限。
2.根据权利要求1所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述双路采集器包括两组电流互感器和两组电压互感器，所述两组电流互感器和两组电压互感器分别与所述外部输入的两路交流电连接，得到6个相电压和6个相电流。
3.根据权利要求1所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述采集板包括采样单元，所述采样单元包括信号调理电路，将所述相电压和相电流分别输入所述信号调理电路，得到电流波形和电压波形，并根据所述电流波形和电压波形获取所述电流电压有效值、频率和相角；其中，
所述信号调理电路为多个，所述多个信号调理电路的输入端分别连接所述外部输入的两路交流电的其中一相。
4.根据权利要求1所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述控制主板还连接有显示器，所述显示器与所述控制主板上设置的CPU和时钟芯片连接；其中，
所述时钟芯片用于将所述控制主板内的采集数据进行时间标记；
所述显示器可以根据用户的输入指令和所述采集数据的时间标记对采集的历史数据调阅和对所述相电压和相电流进行实时监控；
所述显示器为具有触控功能的触控屏或触控显示板。
5.根据权利要求1所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述控制主板还连接有存储器，其中，
所述存储器包括多个存储区域，所述多个存储区域分别与所述采集板连接，所述多个存储区域中每一个存储区域只能存储一相相电流或相电压。
6.根据权利要求1所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述控制主板设置有RS485端口；
所述RS485端口根据所述控制主板预设的数据模式连接外部控制终端，包括以下步骤：
所述RS485连接外部控制终端后，转换为终端信息提取模式，获取所述外部控制终端的设备信息；
根据所述设备信息判断所述外部控制终端为无线外部控制终端或有线外部控制终端其中一种；
当所述外部控制终端为无线外部控制终端时，转换为无线数据传输模式，通过所述控制主板调用预设FPGA调试单元构建无线数据传输信道，并根据进行实时数据传输的外部控制终端的数量，调节数据传输速度；
当所述外部控制终端为有线外部控制终端时，转换为有线数据传输模式，通过所述控制主板对所述有线外部控制终端进行IP认证和BAS认证，当所述IP认证和BAS认证都成功时，直接进行数据传输。
7.根据权利要求6所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述控制主板还通过所述RS485端口构建远程控制网络，包括以下步骤：
通过所述外部控制终端建立局域组网，并设定每一台监测装置为一个工作站，并对所述工作站进行主题标记；
根据所述主题标记在所述工作站内添加远程控制程序；
根据所述远程控制程序设定所述工作站的识别账号和识别密码；
根据所述识别账号和识别密码，建立外部控制终端与所述工作站的唯一连接通路；
根据所述唯一连接通路，在所述外部控制终端上构建所述工作站的控制窗口，组成所述远程控制网络。
8.根据权利要求1所述的一种双路电源实时监测装置，其特征在于，所述控制主板根据所述电流电压波形和电流电压有效值判断所述外部输入的两路交流电是否产生故障，包括以下步骤：
通过采集板获取输入电源的周期T，计算在一个周期内各相输出电压电流的有效值：
电压有效值为：
电流有效值为：
其中：u为瞬时电压，i为瞬时电流；UY表示第Y个相位的有效电压；IY表示第Y个相位的有效电流；t表示时刻；
获取输入电源多个相位的低频周期E，计算在一个周期内各相输出电压电流的阈值：
电压阈值为：
电流阈值为：
其中，所述r表示相位；
将所述电流电压的有效值和所述电流电压的阈值进行比较，判断是发生故障的概率P：
其中，PDY表示电压发生故障的概率；PDL表示电流发生故障的概率，当所述PDY或所述PDL其中一个大于1，代表发生故障。
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