一种配电级管理智能信控设备的制作方法

1.本发明涉及电能管理技术领域，具体涉及一种配电级管理智能信控设备。


背景技术：

2.ems(energy management system)系统，即电能管理系统。ems是按用户的需求，遵循配电系统的标准规范而二次开发的一套具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性能、高可靠等特点的适用于低压配电系统的电能管理系统。
3.随着数字化、智能化、终端一/二次融合的配电(网)设备发展趋势越来越明显，站端系统和云端系统的数据采集提取、传输和应用快速推广，数字化系统对配电(网)设备一、二次融合终端的传感器、智能装置、机械机构、二次系统、一次结构提出更高的技术性能要求。
4.因此，如何提高电能管理系统的硬件性能成为如今亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了一种配电级管理智能信控设备，用于解决现有技术中电能管理系统硬件性能不足、无法适应未来电能管理发展需求的问题。
6.本发明实施例提供了一种配电级管理智能信控设备，包括：
7.io模块，设置在主机机箱的左上角区域；
8.rs485通讯模块，设置在主机机箱的中上区域，rs485通讯模块在io模块的右侧；
9.主板，设置在主机机箱的右侧区域，主板位于rs485通讯模块的右侧；
10.电源模块，设置在主机机箱的左下偏中间区域；
11.其中，io模块和rs485通讯模块位于主机机箱的前侧；电源模块位于主机机箱的后侧；第一风扇设置在主机机箱左侧偏下区域，第二风扇设置在主机机箱右侧偏上区域。
12.可选地，主板包括网络通讯模块、usb模块、sd存储卡模块、hdmi接口和核心板。
13.可选地，io模块为拓展板，io模块用于采集干接点开关量输入、模拟量输入和干接点开关量输出；io模块的输入/输出接口采用2个2*10的3.81双排弯插接线端子；其中，双排弯插接线端子设置2路干接点开关量输出、12路干接点开关量输入和6路模拟量输入；模拟量输入的接口采用二线制的pt100；或，
14.干接点开关量输出和干接点开关量输入用第一电路板实现，模拟量输入用第二电路板实现；其中，第一电路板设置5个干接点开关量输出接口和15个干接点开关量输入接口；第二电路板设置20个模拟量输入接口；第一电路板和第二电路板通过串口传输的形式与核心板进行通讯连接。
15.可选地，第一电路板上的干接点开关量输出接口用于实现开关量的输出；第一电路板上的干接点开关量输入接口用于实现对开关量和/或输入脉冲的采集；第二电路板上的模拟量输入接口用于实现模拟量输入的采集。
16.可选地，rs485通讯模块由至少两个rs485拓展板组成；rs485通讯模块用于采集智
能表计、微机保护、弧光保护、温度传感器和湿度传感器的数据；每块rs485拓展板上提供四个串口，四个串口以usb转四路串口的方式实现；rs485拓展板通过usb接口与主板连接通讯。
17.可选地，通过1拓7的usb hub芯片将核心板自带的一个usb 2.0接口拓展为7个第一usb接口，从而实现主板与多个rs485拓展板的连接。
18.可选地，网络通讯模块包括以太网单元和4g/5g网络单元；其中，
19.通过拓展芯片将核心板的usb 3.0接口拓展为4个第二usb接口，将拓展出的其中任意一个第二usb接口作为usb接口使用，通过usb转以太网芯片将其余三个第二usb接口作为网口使用，与核心板自带的以太网口构成4个以太网接口；4个以太网接口以1*4的以太网口呈现；以太网口能够提供poe供电；
20.4g/5g网络单元以拓展板的形式通过串口与核心板连接；4g/5g网络单元通过排针与主板连接。
21.可选地，网络通讯模块还包括zigbee单元和/或lora通讯单元；zigbee单元和/或lora通讯单元以拓展板的形式通过串口传输的形式与核心板通信连接，用来支持zigbee和/或lora形式同智能表计的连接。
22.可选地，sd存储卡模块通过sd卡接口与核心板连接；sd卡接口由核心板的接口引出；sd卡接口用于实现应用的升级和数据的导出；sd卡接口还与第一esd器件连接，从而保护电路；
23.hdmi接口由核心板引出；hdmi接口还与第二esd器件连接，从而保护电路。
24.可选地，电源模块采用220ac转5v/12v的开关电源模块；电源模块将市电转化为直流电，以供主板和多个拓展板使用；电源模块还包括短路保护电路、过负载保护电路和过电压保护电路。
25.本发明实施例的有益效果如下：
26.本发明实施例提供的配电级管理智能信控设备是集数据采集、网络传输、分析计算、筛选存储、云边协同等核心能力为一体的边缘处理主机，其可以实现对高低压配电室终端设备的数据采集、分析、存储和上传。其具有丰富的接口可以实现对现场设备状态、环境等信息的监测和控制，并对监测到数据进行分析，不仅可通过内置网页和嵌入式管理软件，在本地实现对采集数据的查看和管理。同时可通过网络上传至云端管理平台，实时反映现场的情况，实现远程运维、智能联动控制，保证现场设备的安全稳定健康运行。
附图说明
27.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
28.图1示出了本发明实施例中一种配电级管理智能信控设备的主机机箱截面示意图；
29.图2示出了本发明实施例中一种配电级管理智能信控设备主机组成框图；
30.图3示出了本发明实施例中一种配电级管理智能信控设备中io模块的接口分配示意图。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明实施例提供了一种配电级管理智能信控设备，包括：io模块，rs485通讯模块，主板和电源模块，其中：io模块设置在主机机箱的左上角区域；rs485通讯模块设置在主机机箱的中上区域，且rs485通讯模块在io模块的右侧；主板设置在主机机箱的右侧区域，且主板位于rs485通讯模块的右侧；电源模块，设置在主机机箱的左下偏中间区域；io模块和rs485通讯模块位于主机机箱的前侧；电源模块位于主机机箱的后侧；第一风扇设置在主机机箱左侧偏下区域，第二风扇设置在主机机箱右侧偏上区域。
33.对电能管理发展需求进行分析：对配电设备内断路器触点状态的采集，对配电设备内智能断路器等智能表计设备数据的采集和控制，与弧光保护装置通讯，与微机综合保护装置通讯，对触点温度的采集，主回路开关搭接温升，母线室温升和湿度的采集，对柜内设备通断的控制，采集数据的上传，采集数据的解析和联动控制，集数据的本地显示和嵌入式软件的操作，采集数据的本地存储和导出。
34.针对以上的功能需求，硬件设计主要分为io模块、rs485通讯模块、网络通讯模块(以太网模块、4g模块，zigbee和lora作为选用模块)、usb模块、sd存储卡模块、hdmi接口和电源模块。考虑到现场实际的安装环境，各接口优先布局到主机前侧，以方便后期使用，其次考虑将无法放置到前侧的接口放置到主机的两侧，最后再考虑将接口放置到主机的后侧，布局大致如图1所示。
35.软件方面，配电级管理智能信控设备应用了高精度传感技术、ai技术、数字化保护技术、iot通信技术和big date处理技术，使各电气节点具备态势感知、系统自检、智能预警、故障保护和数据分析功能，同时，智能配电设备还具备了传统断路器、互感器、保护器、电力仪表、电气火灾传感器、环境监测设备、数据传输等设备功能，化繁为简，一二次高度整合。
36.现有的配电设备主机在空间布局方面，无法满足前述配电系统的所需要的性能，为此，在本实施例中，采用“国网芯”基础性核心板设计，嵌入式linux os系统，多种ai/di/do端口、多串口、多网口、lora、4g
…
支持iec101、103、104，modbus-tcp等通信协议。能够承载分布式输配电设备数据实时采集与监控、掌控回路和设备状态、参数异常诊断、故障录波分析、系统自检与自诊断、环控数据实时研判等边缘计算业务，内置io模块、rs485通讯模块、网络通讯模块(以太网模块、4g模块，zigbee和lora作为选用模块)、usb模块、sd存储卡模块、hdmi接口和电源模块。配电级管理智能信控设备为集数据采集、网络传输、分析计算、筛选存储、云边协同等核心能力为一体的边缘处理主机，其可以实现对高低压配电室终端设备的数据采集、分析、存储和上传。其具有丰富的接口可以实现对现场设备状态、环境等信息的监测和控制，并对监测到数据进行分析，不仅可通过内置网页和嵌入式管理软件，在本地实现对采集数据的查看和管理。同时可通过网络上传至云端管理平台，实时反映现场的情况，实现远程运维、智能联动控制，保证现场设备的安全稳定健康运行。
37.作为可选的实施方式，主板包括网络通讯模块、usb模块、sd存储卡模块、hdmi模块
和核心板。
38.如图2所示，在本实施例中，核心板的共有三个usb接口，1个usb3.0主机端口、1个usb2.0 otg端口、1个usb2.0主机端口；其中usb3.0接口外接拓展芯片后拓展为4个，1个用于usb接口，3个用于拓展以太网口；usb2.0 otg接口作为otg接口；usb2.0接口外接拓展芯片后拓展为7个usb口，其中4个用于和rs485拓展板通讯，一个用于usb口，一个用于4g模块，剩余一个预留。普通usb接口用于连接触摸屏，u盘等外接设备，otg接口用于系统升级。
39.作为可选的实施方式，io模块为拓展板，io模块用于采集干接点开关量输入、模拟量输入和干接点开关量输出；io模块的输入/输出接口采用2个2*10的3.81双排弯插接线端子；其中，双排弯插接线端子设置2路干接点开关量输出、12路干接点开关量输入和6路模拟量输入；模拟量输入的接口采用二线制的pt100；或，干接点开关量输出和干接点开关量输入用第一电路板实现，模拟量输入用第二电路板实现；其中，第一电路板设置5个干接点开关量输出接口和15个干接点开关量输入接口；第二电路板设置20个模拟量输入接口；第一电路板和第二电路板通过串口传输的形式与核心板进行通讯连接。
40.如图3所示，在本实施例中，采用两个2*10的3.81双排弯插接线端子作为接口，干接点开关量输入di接口的输入需要实现开关量的采集和脉冲量的采集，再设计电路时需要一个控制端来切换两种采集方式的电路，图3左侧双排弯插接线端子的2路作为干接点开关量输出do接口，图3左侧双排弯插接线端子的8路和右侧双排弯插接线端子的4路作为干接点开关量输入di接口，右侧双排弯插接线端子的6路作为模拟量输入ai接口。模拟量输入的接口采用二线制的pt100的作用是节省接口。
41.作为可选的实施方式，第一电路板上的干接点开关量输出接口用于实现开关量的输出；第一电路板上的干接点开关量输入接口用于实现对开关量和/或输入脉冲的采集；第二电路板上的模拟量输入接口用于实现模拟量输入的采集。
42.在本实施例中，提出另一种io模块的设计方案：do/di用一块电路板实现，ai单独用一块电路板实现，do/di电路板接口数量分配为5个do,15个di,ai电路板接口数量为20个ai接口。di接口用于实现对开关量和输入脉冲的采集，do用于实现开关量的输出，ai用于实现模拟量的输入采集。do/di拓展板和ai拓展板通过串口与核心板进行通讯。
43.作为可选的实施方式，rs485通讯模块由至少两个rs485拓展板组成；rs485通讯模块用于采集智能表计、微机保护、弧光保护、温度传感器和湿度传感器的数据；每块rs485拓展板上提供四个串口，四个串口以usb转四路串口的方式实现；rs485拓展板通过usb接口与主板连接通讯。
44.在本实施例中，每块拓展板可以提供四个串口，以usb转四串口的方式实现，通过4块拓展板可以提供16路rs485串口，即，能够实现连接16个不同外接设备，收集16个外接设备的采集数据。每块rs485拓展板通过usb接口与主板通讯，由于核心板本身只有自带的一个usb2.0接口，在具体实施例中，主板通过1拓7的usb hub芯片，将一个usb2.0拓展为7个usb接口，保证rs485拓展板的连接。
45.作为可选的实施方式，网络通讯模块包括以太网单元和4g/5g网络单元；其中，通过拓展芯片将核心板的usb 3.0接口拓展为4个第二usb接口，将拓展出的其中任意一个第二usb接口作为usb接口使用，通过usb转以太网芯片将其余三个第二usb接口作为网口使用，与核心板自带的以太网口构成4个以太网接口；4个以太网接口以1*4的以太网口呈现；
以太网口能够提供poe供电；4g/5g网络单元以拓展板的形式通过串口与核心板连接；4g/5g网络单元通过排针与主板连接。
46.在本实施例中，去除了主板的电源接口、rs232接口和type-c接口，多出的空间用于放置拓展的以太网口。
47.作为可选的实施方式，网络通讯模块还包括zigbee单元和/或lora通讯单元；zigbee单元和/或lora通讯单元以拓展板的形式通过串口传输的形式与核心板通信连接，用来支持zigbee和/或lora形式同智能表计的连接。
48.作为可选的实施方式，sd存储卡模块通过sd卡接口与核心板连接；sd卡接口由核心板的接口引出；sd卡接口用于实现应用的升级和数据的导出；sd卡接口还与第一esd器件连接，从而保护电路；
49.hdmi模块通过hdmi接口与核心板连接；hdmi接口由核心板引出；hdmi接口还与第二esd器件连接，从而保护电路。
50.作为可选的实施方式，电源模块采用220ac转5v/12v的开关电源模块；电源模块将市电转化为直流电，以供主板和多个拓展板使用；电源模块还包括短路保护电路、过负载保护电路和过电压保护电路。
51.作为可选的实施方式，还包括rtc时钟模块，用来保证当系统断电或者网络异常时，无法通过网络获取时间时，系统时间的正常显示，以at8339/pcf8563作为时钟芯片，通过iic接口与核心板通信。
52.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。