专利名称：可扩展式船舶电站数据采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶电站管理系统的数据采集装置，用于采集船舶电站管理系统 中发电机的电力参数。
背景技术：
船舶电站管理系统的数据采集工作是管理系统中至关重要的环节，直接关系着管 理系统是否能够正确有效地控制发电机组。随着现代船舶规模的扩大，其发电机组数目也 在增加，这就要求数据采集装置能方便可靠地采集所有运行机组的电力参数。我国船舶种类较多，规模大小不一，船舶上的机组数目也不尽相同，目前，数据采 集装置是根据船舶的发电机组数来设计的，单个单片机完成所有发电机组电力参数采集及 控制，因此，该数据采集装置只适用于某一特定的船舶，通用性不高，一旦发生故障导致整 个系统瘫痪。另一方面，电网的电压、电流信号经过普通电流互感器和微电流互感器后接入 装置，使用的器件较多，装置体积大，占用较大的机舱空间，船舶上的机组数目越多，数据采 集装置会占用更多的空间。
发明内容
本发明的目的是针对以上现有技术的不足，提供一种可扩展、通用性好、精度高的 船舶电站数据采集装置，满足各类发电机组数的船舶电站数据采集的需求。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种可扩展式船舶电站数据采集装置，包括电压采样电路和电流采样电路，电压 采样电路和电流采样电路的输出分别连接电能计量芯片，电能计量芯片的输出连接单片 机，单片机的输出分别连接232通信�？�、485通信�？楹虲AN通信模块，电能计量芯片连接 第一电源模块，单片机连接第二电源模块，第二电源模块分别连接232通信�？�、485通信 �？楹虲AN通信�？椤１痉⒚鞯囊恢挚衫┱故酱暗缯臼莶杉爸糜幸嫘Ч�(1)采用一台数据采集装置只对一个发电机组的电力参数进行采集，可灵活运用 于各类发电机组数的船舶电站中，可根据船舶的发电机组数目选择个数，具有较大的灵活 性和扩展性，且集成度高，有效地节约了船舶空间。(2)采用电能芯片完成单个发电机组的数据采集与初步处理，单片机完成数据的 进一步处理以及与管理系统的通讯，任务简单，稳定性和可靠性高。(3)具有错误报告功能，使管理系统能够合理地根据错误报告管理电站系统，即使 某一个发生故障也不会影响其它装置的正常工作，使整个系统具有较好的容错性；一旦某 一发电机组的数据采集装置发生故障，只需用新的数据采集装置替换即可，维护方便。(4)电流信号直接接入数据采集装置，有效避免了因微电流互感器引起的相位偏 移，数据测量准确。
图1是本发明的结构连接示意图。图2是本发明应用系统结构框图。图3是图1中电压采样电路3的电气原理图。图中1.电源�？椋�2.电源模块；3.电压采样电路；4.电流采样电路；5.电能计 量芯片；6.单片机；7. 232通信�？椋�8. 485通信�？椋�9.和CAN通信�？�。
具体实施例方式如图1所示，本发明主要由第一电源�？�1、电压采样电路3、电流采样电路4、电能 计量芯片5及外围扩展电路、单片机6及外围扩展电路和与外界通信的通信电路等部分组 成。母排电压输入直接连接电压采样电路3，母排电流输入直接连接电流采样电路4。电压 采样电路3和电流采样电路4的输出分别连接电能计量芯片5，电能计量芯片5完成电参 数的采集。电能计量芯片5的输出连接单片机6，电能计量芯片5与单片机6之间通过SPI 接口通信。单片机6的输出分别连接232通信模块7、485通信模块8和CAN通信�？�9，针 对接口不一的嵌入式管理系统，提供这三种常用通信接口，可方便可靠地使用于嵌入式管 理系统中。电能计量芯片5连接第一电源�？�1，由第一电源�？�1单独为电能计量芯片5 提供电源。单片机6连接第二电源�？�2，第二电源�？�2还分别连接232通信模块7、485 通信模块8和CAN通信�？�9，由第二电源模块2单独向单片机6和通信电路供电。单片 机6不断读取电能计量芯片5采集的电参数，并经过初步处理后通过上述通信电路提供给 电站管理系统。如图2所示，电压采样电路3采用电阻分压式输入，船舶电站的三相电压直接接入 该电路。三相电压分别经电阻分压后送入电能计量芯片5对应的引脚。具体是A、B、C相 电压分别经过电阻R31、R32、R35以及R33、R34、R36分压后分别连接到电能计量芯片5的 V2P、V4P、V6P端，电能计量芯片5的参考端REFO经过分别经过A、B、C相的电阻R18、R19、 R26也分别连接到V2P、V4P、V6P端，同时V2P、V4P、V6P端的引脚分别连接一个滤波电容Cl、 C2、C5。参考端REFO分别经过A、B、C相的电阻R21、R20、R27后再分别作为A、B、C相电压 的负端输入，该输入分别接至电能计量芯片5的V2N、V4N、V6N端，并分别在V2N、V4N、V6N 端并接一个滤波电容C3、C4、C6。若为三相四线制，零线接参考端输出REF0。如图3所示，电流采样电路4为普通电流互感器(XXA/5A)直接输入，不需要经过 原微电流互感器(5A/5mA or 5A/2. 5mA)。具有A、B、C三相电流采样输入和零线电流采样 输入，A、B、C、零线的二次线圈分别并接微电阻Rl、R2、R3、R4，微电阻Rl、R2、R3、R4的一端 分别经电阻R5、R7、R9、R11以及电阻R17、R23、R25、R29后与电能计量芯片5的V1P、V3P、 V5P、V7P端连接；另一端经电阻R6、R8、R10、R12以及电阻R22、R24、R28、R28后与电能计量 芯片5的V1N、V3N、V5N、V7N端连接；两端之间连接电位器R13、R14、R15，R16，可调节输入 电流。为提高信号的可靠性，输入端VIP、V3P、V5P、V7P和V1N、V3N、V5N、V7N均接一个上拉 电阻和一个滤波电容。若不需要零线电流，可以不安装零线普通电流互感器，而将对应两个 输入端短接起来，零线电流普通互感器根据零线电流大小的实际情况进行选择。本发明数据采集装置在具体应用时，将发电机组发出来三相电和中线接至电压采 样电路3中的每路分压电阻R31、R32、R35以及电阻R33、R34、R36输入端，三相电的每相分别与电流采样电路4中的微电阻R1、R2、R3两端相连。根据船舶电站管理系统来选择相应 的通信接口，每个数据采集�？樽爸糜凶约旱拇拥刂罚芾硐低掣荽拥刂放卸纤泄以� 一条总线上数据采集模块装置通信数据。一个数据采集装置对一个发电机组电参数进行采 集，有几个发电机组就有几个数据采集装置。所有数据采集�？樽爸米魑暗缯竟芾硐� 统的从机，不断向管理系统提供各自采集发电机组的电参数，管理系统获得每个发电机组 的电参数后，经过运算判断，再对发电机组进行控制。如果某个数据采集装置出现故障，只 要更换故障装置即可，不影响其他装置。如果在系统起动自检时发生故障，数据采集装置给 管理系统发送错误报告，管理系统根据错误报告调整电站管理程序，同时发出报警信号，使 在自动状态不允许自起动该台机组，只有在手动状态下强制执行起动程序。如果是在运行 中出现故障，会自检故障原因，同时给管理系统发送错误报告，管理系统根据错误报告调整 电站管理程序，同时发出报警信号，起动备用机组，将故障机组上的负荷转移至备用机组， 并停车等待维修，而且在自动状态下不允许自起动故障机组，只有在手动状态下强制执行 起动程序。
权利要求
一种可扩展式船舶电站数据采集装置，包括电压采样电路(3)和电流采样电路(4)，其特征是电压采样电路(3)和电流采样电路(4)的输出分别连接电能计量芯片(5)，电能计量芯片(5)的输出连接单片机(6)，单片机(6)的输出分别连接232通信模块(7)、485通信�？�(8)和CAN通信�？�(9)，电能计量芯片(5)连接第一电源�？�(1)，单片机(6)连接第二电源�？�(2)，第二电源�？�(2)分别连接232通信�？�(7)、485通信�？�(8)和CAN通信�？�(9)。
2.根据权利要求1所述的可扩展式船舶电站数据采集装置，其特征是所述电压采样 电路(3)的A、B、C相电压分别经电阻R31、R32、R35以及电阻R33、R34、R36连接电能计量 芯片(5)的V2P、V4P、V6P端，电能计量芯片(5)的参考端REFO分别经电阻R18、R19、R26 连接V2P、V4P、V6P端，且V2P、V4P、V6P端分别连接滤波电容Cl、C2、C5，参考端REFO分别 经电阻R21、R20、R27后作为负端输入，该负端输入分别连接电能计量芯片(5)的V2N、V4N、 V6N端，且V2N、V4N、V6N端分别并接滤波电容C3、C4、C6。
3.根据权利要求1所述的可扩展式船舶电站数据采集装置，其特征是所述电流采样 电路(4)的A、B、C、零线的二次线圈分别并接微电阻Rl、R2、R3、R4，且微电阻Rl、R2、R3、R4 的一端分别经电阻R5、R7、R9、Rll以及电阻R17、R23、R25、R29后与电能计量芯片(5)的 VIP、V3P、V5P、V7P 连接；另一端经电阻 R6、R8、RIO、R12 以及电阻 R22、R24、R28、R28 与电 能计量芯片(5)的V1N、V3N、V5N、V7N连接；两端之间连接电位器R13、R14、R15、R16。
全文摘要
本发明公开一种可扩展式船舶电站数据采集装置，该装置由电压采样电路和电流采样电路的输出分别连接电能计量芯片，电能计量芯片的输出连接单片机，单片机的输出分别连接232通信�？椤�485通信�？楹虲AN通信�？椋缒芗屏啃酒拥谝坏缭茨？椋テ拥诙缭茨？椋诙缭茨？榉直鹆�232通信模块、485通信�？楹虲AN通信�？槎钩桑槐痉⒚饔行П苊饬讼辔黄疲莶饬孔既罚哂写砦蟊ǜ婀δ埽哂薪洗蟮娜荽硇�、灵活性、扩展性、稳定性和可靠性高，集成度高且维护方便，有效地节约了船舶空间。
文档编号G01R31/00GK101957412SQ201010278869
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者戴晓强 申请人:江苏科技大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
