一种能源数据的电力载波通信采集装置的制作方法

1.本实用新型属于电力载波通信采集技术领域，具体涉及一种能源数据的电力载波通信采集装置，适用于工业企业和公共机构的电力、煤、蒸汽、天然气、柴油、汽油、水等各种能源及载能工质的表读数或能源消耗数据的采集。


背景技术：

2.工业企业和公共机构运行发展离不开能源的支持，而能源在线监测与管理是实现精细化与智能用能的关键。由于能源在线监测涉及的数据种类多（有电量、电流、电压、温度、流量、压力、位置等数据），来源复杂（主要有手工填报、计量仪表、传感器、dcs、电力综保系统、mes、其他信息系统等），目前能源数据的采集是采用长距离的电缆或通过无线电台传输方式进行采集。采用电缆传输采集需要布线，受现场空间等制约，且成本高；通过无线电台采集，需占用无线电频率资源，且受现场电磁干扰、信号屏蔽等的影响大，导致传输信号不稳定，甚至出现信号的大量丢失。
3.电力载波通讯（power line communication；简称：plc）是指以电力线为传输媒介，利用载波技术，在发送时通过gmsk或ofdm调制技术将模拟或数字信号调制到电力线中进行高速传输，在接收端经过滤波器将调制信号滤出后解调得到原通信信号。plc最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。但plc是电力系统特有的通信方式，目前主要应用于电力远程抄表、路灯控制等。
4.基于此，本实用新型设计了一种能源数据的电力载波通信采集装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种能源数据的电力载波通信采集装置，该装置结构新颖，解决了上述背景技术中提出的现有能源数据采集方法受现场空间制约且成本高或受现场电磁干扰、信号屏蔽影响而导致传输信号不稳定甚至大量丢失信号等问题，易于推广应用。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种能源数据的电力载波通信采集装置，包括：开口互感式电能计量装置、485转换器、能源数据采集器和能源数据汇集器；
8.所述的开口互感式电能计量装置与未安装电表的用电设备相连；
9.开口互感式电能计量装置、485转换器均与能源数据采集器相连；
10.能源数据采集器通过电力线与能源数据汇集器相连；
11.485转换器、能源数据采集器均与能源计量仪表相连；
12.能源数据采集器包括第一电力载波通讯模块、第一电力线接口、第一电源模块和第一rs-485通讯接口；
13.第一电源模块分别与第一电力载波通讯模块、第一电力线接口、第一rs-485通讯
接口相连；
14.第一rs-485通讯接口、第一电力载波通讯模块、第一电力线接口顺序连接；
15.第一rs-485通讯接口与开口互感式电能计量装置相连；
16.能源数据汇集器与互联网网关相连。
17.进一步，优选的是，开口互感式电能计量装置包括开口式互感器、变送互感式电能计量模块、第二电源模块和第二rs-485通讯接口；变送互感式电能计量模块分别与开口式互感器、第二电源模块、第二rs-485通讯接口相连；第二电源模块还与第二rs-485通讯接口相连。
18.进一步，优选的是，在能源数据采集器、能源数据汇集器之间设有1个或多个载波信号中继器。
19.进一步，优选的是，能源数据汇集器包括第二电力载波通讯模块、第二电力线接口、第三电源模块和第三rs-485通讯接口；
20.第三电源模块分别与第二电力载波通讯模块、第二电力线接口、第三rs-485通讯接口相连；
21.第二电力线接口、第二电力载波通讯模块、第三rs-485通讯接口顺序连接。
22.进一步，优选的是，若电力线为3相，在能源数据汇集器前加装载波信号耦合器，载波信号耦合器的485出线与能源数据汇集器相连接。
23.进一步，优选的是，能源计量仪表包括电表、水表、压力表、燃气表、热量表。
24.进一步，优选的是，开口式互感器为开口式电流互感器。
25.本实用新型与现有技术相比，其有益效果为：
26.本实用新型装置结构新颖，使用方便，通过采用电力载波技术和互感器技术进行能源数据采集，提升了电磁干扰、信号屏蔽等环境下数据采集的稳定性和可靠性，并方便现场非断电、免布线安装，且建设成本低，通讯效果更好，易于推广应用。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本实用新型的能源数据的电力载波通信采集装置结构示意图；
29.图2为本实用新型的能源数据的电力载波通信采集装置原理示意图；
30.图3为本实用新型实例基于220v电力线电力载波通讯的能源数据采集示意图；
31.图4为本实用新型实例基于三相四线电力载波通讯的能源数据采集示意图；
32.其中，101、能源计量仪表；102、未安装电表的用电设备；103、开口互感式电能计量装置；104、485转换器；105、能源数据采集器；106、载波信号中继器；107、能源数据汇集器；108、互联网网关；109、第一电力载波通讯模块；110、第一电力线接口；111、第一电源模块；112、第一rs-485通讯接口；113、开口式互感器；114、变送互感式电能计量模块；115、第二电源模块；116、第二rs-485通讯接口；117、第二电力载波通讯模块；118、第二电力线接口；119、第三电源模块；120、第三rs-485通讯接口；121、载波信号耦合器。
具体实施方式
33.下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
34.本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
35.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
36.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
39.如图1~4所示，一种能源数据的电力载波通信采集装置，包括：开口互感式电能计量装置103、485转换器104、能源数据采集器105和能源数据汇集器107；
40.所述的开口互感式电能计量装置103与未安装电表的用电设备102相连；
41.开口互感式电能计量装置103、485转换器104均与能源数据采集器105相连；
42.能源数据采集器105通过电力线与能源数据汇集器107相连；
43.485转换器104、能源数据采集器105均与能源计量仪表101相连；
44.能源数据采集器105包括第一电力载波通讯模块109、第一电力线接口110、第一电源模块111和第一rs-485通讯接口112；
45.第一电源模块111分别与第一电力载波通讯模块109、第一电力线接口110、第一rs-485通讯接口112相连；
46.第一rs-485通讯接口112、第一电力载波通讯模块109、第一电力线接口110顺序连接；
47.第一rs-485通讯接口112与开口互感式电能计量装置103相连；
48.能源数据汇集器107与互联网网关108相连。
49.优选，开口互感式电能计量装置103包括开口式互感器113、变送互感式电能计量模块114、第二电源模块115和第二rs-485通讯接口116；变送互感式电能计量模块114分别与开口式互感器113、第二电源模块115、第二rs-485通讯接口116相连；第二电源模块115还与第二rs-485通讯接口116相连。
50.优选，在能源数据采集器105、能源数据汇集器107之间设有1个或多个载波信号中继器106。
51.优选，能源数据汇集器107包括第二电力载波通讯模块117、第二电力线接口118、第三电源模块119和第三rs-485通讯接口120；
52.第三电源模块119分别与第二电力载波通讯模块117、第二电力线接口118、第三rs-485通讯接口120相连；
53.第二电力线接口118、第二电力载波通讯模块117、第三rs-485通讯接口120顺序连接。
54.优选，若电力线为3相，在能源数据汇集器107前加装载波信号耦合器121，载波信号耦合器121的485出线与能源数据汇集器107相连接。
55.优选，能源计量仪表101包括电表、水表、压力表、燃气表、热量表。
56.优选，开口式互感器113为开口式电流互感器。
57.采用本实用新型能源数据的电力载波通信采集装置进行能源数据的采集具体方法如下：
58.s1：能源计量仪表101获取能源数据信息或开口互感式电能计量装置103采集的电力监测对象（未安装电表的用电设备102）的数据信息，直接获得或经485转换器转换获得485数据。
59.s2：将485数据经能源数据采集器105进行数据扩频和调制后，耦合到电力线上；
60.s3：能源数据通过电力线上传输给能源数据汇集器107，经解调后转换为485信号；
61.s4：由485信号线接入互联网网关108，经数据处理后分类存储到数据库。
62.s1中，电力监测对象为没有安装电表的用电设备102，采用开口互感式电能计量装置103来获得电流、电压、有功功率、无功功率数据。即如果获得的能源数据是非485数据，需通过485转换器，将数据转换为485数据。
63.s2中，能源数据采集器105是通过rs-485协议获得能源数据，并将其通过电力载波技术将信号耦合到电力线，并与能源数据汇集器107进行通讯的设备。能源数据采集器105优选为调制技术为gmsk或ofdm，需与能源数据汇集器107的解调方式匹配。
64.能源数据汇集器107的上行通道为第二电力线接口118，下行通道为第三rs-485接口120。
65.s3中，能源数据汇集器107用于接收和处理能源数据采集器105发送的数据，并以rs-485协议和互联网网关108进行数据交换的设备。
66.当能源数据采集器105与能源数据汇集器107之间最短电力线大于载波信号稳定传输的最大距离时，两者间需加装载波信号中继器106。
67.如果电力线为3相，在能源数据汇集器107前，需加装能源数据汇集器121，能源数据汇集器121的485出线与能源数据汇集器107相连接。
68.能源数据汇集器107最大支持32个子载波信号汇集。
69.第一电力载波通讯模块109，选用易达帮软件科技有限公司的m26载波采集器，通过接收第一rs-485通讯接口112的数据，进行ofdm信号调制后，通过第一电力线接口，将信号耦合到电力线上。
70.第二电力载波通讯模块117，选用易达帮软件科技有限公司的m26载波采集器，通过接收第二电力线接口118的载波信号，进行信号解调后，通过第三rs-485通讯接口，输出rs-485信号。
71.载波信号耦合器121，选用易达帮软件科技有限公司的m23载波通讯耦合器，用于耦合三相四线制中的电力载波信号，使能源数据汇集器107能够与三相四线制中的任一相中的能源数据采集器105进行电力载波通讯。
72.变送互感式电能计量模块114，选用深圳市健思研科技有限公司的jsy-mk-323 三相电能计量模块，直接精确地测量额定频率为50hz或60hz三相交流电网中的电压、电流、功率、功率因数、电量及总量这些电参数，通过第二rs-485通讯接口116，输出rs-485信号。
73.应用实例1
74.请参阅图1、图2，一种基于电力载波通讯的能源数据采集装置，包括开口互感式电能计量装置103、485转换器104、能源数据采集器105、能源数据汇集器107；
75.所述的开口互感式电能计量装置103与未安装电表的用电设备102相连；
76.开口互感式电能计量装置103、485转换器104均与能源数据采集器105相连；
77.能源数据采集器105通过电力线与能源数据汇集器107相连；
78.485转换器104、能源数据采集器105均与能源计量仪表101相连；
79.能源数据汇集器107与互联网网关108相连。
80.所述的开口互感式电能计量装置103，将开口式互感器113（开口式电流互感器）安装在用能设备前端电力线上，获得用能设备的正向功率、反向功率、电流、电压等测量信号，并接入变送互感式电能计量模块114，经信号处理后，通过第二rs-485通讯接口116输出电力计量的485数据，而第二电源模块115用于提供电源；
81.所述的能源数据采集器105，由第一rs-485通讯接口112接收计量的485数据信号，通过第一电力载波通讯模块109对信号进行调制、滤波放大处理后，经第一电力线接口110发送，而第一电源模块111用于提供电源；
82.同一个变压器下最多可以由32台能源数据采集器105来采集32个采集点的能源数据；
83.所述的能源数据汇集器107，由第二电力线接口118接收同一个变压器内的电力载波信号，经第二电力载波通讯模块117的解调、滤波放大、信号转换处理，转为rs-485信号，通过第三rs-485通讯接口120输出信号，送往信号接收设备，而第三电源模块119用于提供不同电源。
84.应用实例2
85.请参阅图1、图3，一种基于电力载波通讯的能源数据采集装置，用于在220v电力线上进行电力载波采集能源数据。包括开口互感式电能计量装置103、485转换器104、能源数据采集器105、能源数据汇集器107；
86.所述的开口互感式电能计量装置103与未安装电表的用电设备102相连；
87.开口互感式电能计量装置103、485转换器104均与能源数据采集器105相连；
88.能源数据采集器105通过电力线与能源数据汇集器107相连；
89.485转换器104、能源数据采集器105均与能源计量仪表101相连；
90.能源计量仪表101包括电表、水表、压力表、燃气表、热量表。
91.能源数据汇集器107与互联网网关108相连。
92.对于已经安装具有通讯接口的能源计量仪表101，通过通讯接口采集计量信号，当采集的信号为非485信号时，需经过485转换器104将所取信号转变为rs-485信号；如果对于未安装电表的用电设备102，这可采用开口互感式电能计量装置103来采集获得用能设备的正向功率、反向功率、电流、电压rs-485信号。获得能源数据的485信号，通过第一rs-485通讯接口112接入能源数据采集器105，进行数据扩频和调制后，耦合到220v电力线上，其中对应的n、l线分别接电力线的零线和火线；当能源数据采集器105与能源数据汇集器107之间的电力线长度超过800米，根据它们之间电力线长度是800米的n倍，需在它们之间增加n-1级载波信号中继器106；在电力线传输的能源载波数据，经能源数据汇集器107汇集后，进行信号解调，并转换为rs-485信号输出到互联网网关108，再进行后续的数据存储与应用。
93.应用实例3
94.请参阅图1、图4，一种基于电力载波通讯的能源数据采集装置，用于在三相四线电力线上进行电力载波采集能源数据。包括开口互感式电能计量装置103、485转换器104、能源数据采集器105、能源数据汇集器107、载波信号耦合器121；
95.所述的开口互感式电能计量装置103与未安装电表的用电设备102相连；
96.开口互感式电能计量装置103、485转换器104均与能源数据采集器105相连；
97.能源数据采集器105通过电力线与能源数据汇集器107相连；
98.485转换器104、能源数据采集器105均与能源计量仪表101相连；
99.能源计量仪表101包括电表、水表、压力表、燃气表、热量表。
100.能源数据汇集器107与互联网网关108相连。
101.对于已经安装具有通讯接口的能源计量仪表101，通过通讯接口采集计量信号，当采集的信号为非485信号时，需经过485转换器104将所取信号转变为rs-485信号；如果对于未安装电表的用电设备102，这可采用开口互感式电能计量装置103来采集获得用能设备的正向功率、反向功率、电流、电压rs-485信号。获得能源数据的485信号，通过第一rs-485通讯接口112接入能源数据采集器105，进行数据扩频和调制后，耦合到三相四线电力线上，其中n接电力线的零线，l线接电力线a、b、c任意一相即可；当能源数据采集器105与能源数据汇集器107之间的电力线长度超过800米，根据它们之间电力线长度是800米的n倍，需在它们之间增加n-1级载波信号中继器106；在电力线传输的能源载波数据，经载波信号耦合器121输出给能源数据汇集器107，并汇集后，进行信号解调，并转换为rs-485信号输出到互联网网关108，再进行后续的数据存储与应用。
102.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。