一種基于工業現場的功率分析儀系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于工業現場的功率分析儀系統包括用于切換信號采集模式的采樣切換電路、電壓電流采集電路、內具有CS5460A芯片的電能計量電路、電流信號放大電路、主控單片機控制電路、輸出端口電路、通訊接口電路以及HMI組態液晶顯示模塊，所述采樣切換電路與所述電壓電流采集電路連接，所述電壓電流采集電路分別通過所述電能計量電路和所述電流信號放大電路與所述主控單片機控制電路連接，所述電壓電流采集電路還與所述輸出端口電路連接，所述主控單片機控制電路分別與所述通訊接口電路和所述HMI組態液晶顯示模塊相連。本實用新型可實現工業現場電力參數采集和遠程抄表，穩定可靠、成本低廉、操作簡單、維護方便、適用范圍廣。
【專利說明】
一種基于工業現場的功率分析儀系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種基于工業現場的功率分析儀系統。
【背景技術】
[0002 ]工業功率分析儀主要用來測量電機、變頻器、變壓器等功率轉換裝置的功率、效率等參量，在電子設計研發中，也常常用到功率測試儀，對研究對象也即負載進行性能分析。功率分析儀能夠非常直觀地反映被測設備的各項用電指標，如電壓、電流、功率、功率因素、負載類型等，其對科研開發、生產制造帶來的便利不言而喻。但目前市場上現有的功率分析儀普遍存在價格昂貴、功能繁多、操作復雜的特點，除了具備功率分析儀需具備的基本功能之外，還添加了很多附帶功能，工業現場要求功能專一，要求較高，穩定性是最大的評價標準，因此存在極少使用于工業現場的功率分析儀。已有的功率分析儀主要面向的用戶群體是高端的技術人才，其復雜的操作和華而不實的功能沒有真正給研發人員帶來多少便利，反而成了價格昂貴的原因，導致一些從事科研開發的工作室和小型工業生產現場面對其昂貴的價格只能望而卻步。
【實用新型內容】
[0003]鑒以此，本實用新型的目的在于提出一種操作簡單、價格低廉、維護方便、具備基本功率分析能力的基于工業現場的功率分析儀系統，主要應用于工業現場電力參數采集和遠程抄表系統。
[0004]本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0005]—種基于工業現場的功率分析儀系統，包括用于切換信號采集模式的采樣切換電路、電壓電流采集電路、內具有CS5460A芯片的電能計量電路、電流信號放大電路、主控單片機控制電路、通訊接口電路、HMI組態液晶顯示模塊以及輸出端口，所述采樣切換電路與所述電壓電流采集電路連接，所述電壓電流采集電路分別通過所述電能計量電路和所述電流信號放大電路與所述主控單片機控制電路連接，所述主控單片機控制電路分別與所述通訊接口電路和所述HMI組態液晶顯示模塊相連，所述電壓電流采集電路還與所述輸出端口連接。
[0006]優選的，所述采樣切換電路設有交流負載輸入端口和直流負載輸入端口。
[0007]優選的，所述通訊接口電路為RS485或RS232通訊接口電路。
[0008]優選的，所述通訊接口電路外接通訊組件模塊，所述通訊組件模塊為可編程控制器、嵌入式控制器或PC。
[0009]優選的，所述電能計量電路包括CS5460A芯片驅動電路、與CS5460A芯片驅動電路連接的濾波及防浪涌電路、以及接口電路模塊。
[0010]優選的，所述主控單片機控制電路設置有負責燒錄用戶核心代碼的單片機程序燒寫接口、實時將輸入信號各電能參數發送至HMI組態液晶顯示模塊的HMI組態液晶屏接口以及系統狀態顯示接口。
[0011]優選的，所述系統狀態顯示接口外接發光二極管。
[0012]優選的，所述主控單片機控制電路設有報警組件。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0014]本實用新型提供的基于工業現場的功率分析儀系統能夠實現分析用電設備有功功率、功率因數、電壓、電流、負載類型等功能，主要應用于工業現場電力參數采集和遠程抄表系統，相比于市面上現有的功率分析儀，其簡單巧妙的設計方案和穩定可靠的運行結果非常符合工業現場指標要求，加上其成本低廉，使用簡便，適用范圍廣等，將極大地滿足多數開發人員的要求，具有巨大的應用前景和市場價值。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的優選實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本實用新型的電路模塊結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型的采樣切換電路結構示意圖；
[0018]圖3為本實用新型的電壓電流采集電路結構示意圖；
[0019]圖4為本實用新型的電能計量電路結構示意圖；
[0020]圖5為本實用新型的電流信號放大電路結構示意圖；
[0021 ]圖6為本實用新型的主控單片機控制電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了更好理解本實用新型技術內容，下面提供一具體實施例，并結合附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0023]參見圖1至圖6，本實用新型提供的基于工業現場的功率分析儀系統，包括用于切換信號采集模式的采樣切換電路、電壓電流采集電路、內具有CS5460A芯片的電能計量電路、電流信號放大電路、主控單片機控制電路、通訊接口電路、HMI組態液晶顯示模塊以及輸出端口，所述采樣切換電路與所述電壓電流采集電路連接，所述電壓電流采集電路分別通過所述電能計量電路和所述電流信號放大電路與所述主控單片機控制電路連接，所述主控單片機控制電路分別與所述通訊接口電路和所述HMI組態液晶顯示模塊相連，所述電壓電流采集電路還與所述輸出端口連接。本實用新型通過對采樣切換電路的設計，實現有效執行用戶輸入指令，切換輸入通道模式，經過電能芯片CS5460A采集運算，得到的目標數據經由主控單片機控制電路發送到HMI組態液晶顯示模塊上顯示，HMI組態液晶顯示模塊輸入為人機交互式功能提供了用戶指令輸入及顯示參數渠道，液晶屏上能夠自由切換不同的工作模式。所述主控單片機控制電路還與通訊接口電路相連，建立與外接通訊組件模塊通訊的橋梁，所述通訊接口電路為RS485或RS232通訊接口電路。所述通訊接口電路外接通訊組件模塊，所述通訊組件模塊為可編程控制器、嵌入式控制器或PC。使用時，將可編程控制器、嵌入式控制器或PC的RS485或RS232連接至系統對應通訊接口，即可實時觀察到采集的電能數據信息，實現工業現場電力參數采集和遠程抄表的功能。
[0024]所述采樣切換電路設有交流負載輸入端口和直流負載輸入端口，通過切換繼電器，可以實現直流負載和交流負載采集，用于切換信號采集模式。由于本設計的測量對象為交流負載和直流負載，不同的負載其供電電源類型和采樣電路均不同，因此在系統中引入了采樣切換電路，根據不同負載可切換功率分析儀工作的模式狀態。其總共分為三組切換，分別為輸入切換，輸出切換，采樣模式切換，三種切換可根據用戶設定自由組合，自由切換。
[0025]所述電壓電流采集電路包括芯片Ul及其外圍電路、含有電壓互感器Tl和電流互感器T2的電能采集網絡、以及數據傳輸接口 J2。本實施例中芯片Ul選用宏晶STC的STC12C5201AD。
[0026]所述電能計量電路包括CS5460A芯片U4驅動電路、與CS5460A芯片U4驅動電路連接的濾波及防浪涌電路、以及接口電路模塊J8 ο CS5460A芯片U4驅動電路是采集電能信號的核心電路，經過采樣切換電路采集切換處理的電能信號，輸送到CS5460A芯片U4驅動及接口電路模塊，可實現電能信號的有效采集。所述濾波及防浪涌電路，保證了功率測量中有效諧波能量的記錄，提高了采集精度，同時防止電網浪涌對系統的損害。
[0027]所述電流信號放大電路由芯片U5(0P07)和芯片U6(0P07)及其外圍電路構成，對輸入小信號進行放大，有利于后期單片機系統采集。
[0028]所述主控單片機控制電路包括芯片U3及與其連接的單片機振蕩電路。本實施例中芯片U3為宏晶STC的STC12C5A60S2。所述主控單片機控制電路設置有負責燒錄用戶核心代碼的單片機程序燒寫接口 JP2、實時將輸入信號各電能參數發送至HMI組態液晶顯示模塊的HMI組態液晶屏接口 J6以及系統狀態顯示接口(J3，J4，J5和J7)。所述系統狀態顯示接口外接發光二極管，用于顯示系統設置狀態。主控單片機控制電路主要功能是驅動HMI人機交互界面，實時采集輸入信號，運行特定電能采集算法，計算輸入信號的各項電能參數，建立與外接通訊組件模塊通訊的橋梁。所述主控單片機控制電路還設有用于系統消息提醒的報警組件，所述報警組件由三極管Q1、有源蜂鳴器BELL1、電阻(R3和R5)以及發光二極管Dl組成。
[0029]在采樣切換電路中，分出一部分電壓，即系統電源，通過開關電路和穩壓器件，產生直流電壓，給芯片供電，然后計算時，采集外部信號得到的電壓電流參數結果會減去該部分電能。
[0030]本實用新型提供一種能夠分析用電設備有功功率、功率因數、電壓、電流、負載類型的功率分析儀。通過采樣切換電路、電壓電流采集電路，采用CS5460A和主控單片機內部AD實現數據的AD轉換，通過HMI人機操作界面實現工業現場電力參數采集和遠程抄表。
[0031]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，包括用于切換信號采集模式的采樣切換電路、電壓電流采集電路、內具有CS5460A芯片的電能計量電路、電流信號放大電路、主控單片機控制電路、通訊接口電路、HMI組態液晶顯示模塊以及輸出端口，所述采樣切換電路與所述電壓電流采集電路連接，所述電壓電流采集電路分別通過所述電能計量電路和所述電流信號放大電路與所述主控單片機控制電路連接，所述主控單片機控制電路分別與所述通訊接口電路和所述HMI組態液晶顯示模塊相連，所述電壓電流采集電路還與所述輸出端口連接。2.根據權利要求1所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述采樣切換電路設有交流負載輸入端口和直流負載輸入端口。3.根據權利要求1所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述通訊接口電路為RS485或RS232通訊接口電路。4.根據權利要求1所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述通訊接口電路外接通訊組件模塊，所述通訊組件模塊為可編程控制器、嵌入式控制器或PC。5.根據權利要求1所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述電能計量電路包括CS5460A芯片驅動電路、與CS5460A芯片驅動電路連接的濾波及防浪涌電路、以及接口電路模塊。6.根據權利要求1所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述主控單片機控制電路設置有負責燒錄用戶核心代碼的單片機程序燒寫接口、實時將輸入信號各電能參數發送至HMI組態液晶顯示模塊的HMI組態液晶屏接口以及系統狀態顯示接口。7.根據權利要求6所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述系統狀態顯示接口外接發光二極管。8.根據權利要求6所述的基于工業現場的功率分析儀系統，其特征在于，所述主控單片機控制電路設有報警組件。
【文檔編號】G01R21/06GK205620466SQ201620447424
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】徐文豪, 鄺海周, 王慶偉, 黃文輝, 林晉杰, 劉漢城
【申請人】海口豐潤動漫單片機微控科技開發有限公司