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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于多種現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)三相電測(cè)量計(jì)量系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 隨著電力行業(yè)的發(fā)展和電力網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的要求，現(xiàn)在的電量表不僅要對(duì)三相電壓、電流的真有效值、功率等基本參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量或計(jì)量，而且要求在各個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)能夠現(xiàn)場(chǎng)處理測(cè)量信息和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字通信。 系統(tǒng)主要由三部分組成：三相電電量表、三種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊模塊和上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件。電量表采用了低成本高可靠性解決方案；現(xiàn)場(chǎng)總線通訊模塊按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行開(kāi)發(fā)；上位機(jī)軟件使用LabVIEW進(jìn)行開(kāi)發(fā)，兼容三種總線協(xié)議。 本系統(tǒng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)提高我國(guó)工業(yè)電網(wǎng)的計(jì)量與系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)水平具有著十分重要的意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計(jì)使用MSP430F147型微處理器完成了對(duì)工業(yè)三相電基本電參數(shù)的采樣、處理和顯示，可自定義4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出、可自定義繼電器開(kāi)關(guān)量報(bào)警等多種功能，相對(duì)于市場(chǎng)上常見(jiàn)的以DSP 或者專用芯片為核心的電參測(cè)量?jī)x表來(lái)說(shuō)，成本更加低廉而且擁有更高的靈活性。 運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)，研制了系列化的多種電量表，本設(shè)計(jì)中豐富多樣的通信方式和人性化智能的控制界面，使得本儀表能夠輕松適應(yīng)工業(yè)控制中自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)化的需求，更加強(qiáng)化了儀表的功能。 上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)上能夠?qū)Σ煌默F(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信和控制，為將不同的現(xiàn)場(chǎng)總線接口的電量表設(shè)備集成在該系統(tǒng)平臺(tái)上，組建成一個(gè)綜合型工業(yè)電量測(cè)量與計(jì)量系統(tǒng)創(chuàng)造了條件，該技術(shù)可對(duì)當(dāng)前電力行業(yè)綜合監(jiān)控網(wǎng)的改造與建設(shè)起到重要的推動(dòng)作用。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的:當(dāng)今被譽(yù)為"測(cè)控領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)"的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用,要求越來(lái)越多的測(cè)量?jī)x表具有現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能.因此開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線多功能電量表對(duì)提高我國(guó)工業(yè)電網(wǎng)的計(jì)量和監(jiān)控水平具有十分重要的意義和推廣價(jià)值。 基本思路:本系統(tǒng)分為三部分:系列化現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊,包括PROFIBUS、CAN、MODBUS通信模塊;多功能電量表可測(cè)量三相電相關(guān)的24項(xiàng)參數(shù);監(jiān)控平臺(tái)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)總線類型的電量表進(jìn)行統(tǒng)一組網(wǎng)管理。 創(chuàng)新點(diǎn):將傳統(tǒng)電量表改造為現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)型工業(yè)電測(cè)量計(jì)量系統(tǒng);選擇了最具有代表性的三種現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行開(kāi)發(fā);設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。 關(guān)鍵技術(shù):基于PROFIBUS、CAN、MODBUS協(xié)議的總線數(shù)傳技術(shù);基于Labview的監(jiān)測(cè)平臺(tái)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)技術(shù);基于MSP430單片機(jī)的信號(hào)調(diào)理技術(shù);基于電參數(shù)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理算法的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo): PROFIBUS:15Mbps/1200m,掛接設(shè)備數(shù)127;CAN:1Mbps/10km,掛接設(shè)備數(shù)110;RS-485: 10Mbps/1.2km,掛接設(shè)備數(shù)32。 三相四線0.5級(jí)電量表;4~20mA模擬量輸出;寬壓工作電源:交流85~265V,直流80~300V,功耗小于5VA;絕緣強(qiáng)度:2KV RMS;絕緣電阻≥50MΩ;MTBF≥50000h;工作溫度-40~+70℃,儲(chǔ)存溫度-50~+85℃,相對(duì)濕度5~95%,無(wú)凝露。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.低成本高性能:本設(shè)計(jì)采用MSP430F1XX 16位微處理器，使成本大大低于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品；在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性設(shè)計(jì)措施，使該多功能電量表具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、測(cè)量/計(jì)量精度好、組網(wǎng)方便等特點(diǎn)，并具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。 2.運(yùn)用先進(jìn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的多種現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù):本系統(tǒng)提供了三種目前最流行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線的解決方案，即帶有Modbus、Canbus和Profibus接口功能和通信協(xié)議的系列化多功能電量表，一方面可在原有的電量表基礎(chǔ)上掛接不同的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊模塊，另一方面該項(xiàng)技術(shù)也可以應(yīng)用于我國(guó)自行研制和開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口功能的新型電量表。 3.強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理能力:為該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)用軟件，具有可與三種現(xiàn)場(chǎng)總線直接連接通信，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示測(cè)量結(jié)果，以及以圖形曲線的方式顯示被測(cè)參數(shù)的變化過(guò)程等功能，并且能夠?qū)崟r(shí)地將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種管理和操作。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 于08年6月獲得第七屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 與“西安三澤電子有限公司”合作，即將投入生產(chǎn)。 查新報(bào)告結(jié)論： 在帶有多種現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊的多功能電量表方面：國(guó)內(nèi)有對(duì)于電參數(shù)測(cè)量?jī)x器和電量表的研究，有meterbus通信協(xié)議的研究，也有將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于變電配電場(chǎng)所的研究，但未見(jiàn)關(guān)于帶有多種現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊的多功能電量表的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。 在支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線的電力電網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)方面：國(guó)內(nèi)有對(duì)于電力參數(shù)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，但未見(jiàn)關(guān)于支持系列化多種現(xiàn)場(chǎng)總線接口的電力電網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 不轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該作品由自行研制開(kāi)發(fā)的工業(yè)三相電測(cè)量/計(jì)量軟件平臺(tái)、Modbus、Canbus和Profibus三種現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊和多功能電量表三部分組成，主要應(yīng)用于工業(yè)電力系統(tǒng)的各種工頻電參數(shù)測(cè)量與計(jì)量。該作品根據(jù)我國(guó)多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存發(fā)展的國(guó)情，選擇上述三種應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線類型，以工業(yè)電量參數(shù)的測(cè)量和計(jì)量為應(yīng)用對(duì)象，可支持由不同的現(xiàn)場(chǎng)總線類型所共同構(gòu)建的監(jiān)控工業(yè)局域網(wǎng)，以滿足跨總線系統(tǒng)通信和監(jiān)控的需求。測(cè)量/計(jì)量軟件平臺(tái)支持多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到系統(tǒng)軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，可查看實(shí)時(shí)檢測(cè)和歷史數(shù)據(jù)。自行研制的現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊和具備24項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)功能的多功能電量表便于對(duì)傳統(tǒng)的電量表進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)。 該作品采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了一套完整的對(duì)工業(yè)三相電測(cè)量/計(jì)量的解決方案。在此基礎(chǔ)上還可以擴(kuò)展到更多種類的工業(yè)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)，對(duì)于創(chuàng)建具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化儀表體系具有積極的推動(dòng)意義，可部分改變我國(guó)先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線自動(dòng)化儀表嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 目前市場(chǎng)上所售電量表價(jià)格不等，功能和精度參差不齊，國(guó)內(nèi)外也均有相似的產(chǎn)品。一般的電量表按包含功能、測(cè)量范圍等被分為多個(gè)型號(hào)供用戶選用，比如交流電流電量表、交流電壓電量表、有功功率和無(wú)功功率電量表。 在高端產(chǎn)品中比較突出的是美國(guó)EIG公司開(kāi)發(fā)研制的Shark100型新一代數(shù)字式三相多功能電力儀表，此表具備了三相，單相電參數(shù)的測(cè)量功能，測(cè)試方便，準(zhǔn)確度高，三窗口顯示電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、有功功率、視在功率、無(wú)功功率等，具有RS485和RS232接口，支持Modbus-RTU總線協(xié)議。 遺憾的是，Shark100由于其昂貴的成本不可能做成多點(diǎn)密集型自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，只能小規(guī)模使用。本設(shè)計(jì)不僅用更低成本實(shí)現(xiàn)了其所有功能，而且通信方式采用了系列化的多種工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線的形式，可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)可靠，可組網(wǎng)功能，只需一臺(tái)PC機(jī)即可完成對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制和數(shù)據(jù)采集。 目前業(yè)內(nèi)電參數(shù)的采集和測(cè)量技術(shù)已經(jīng)較為成熟和完備，能夠制作出穩(wěn)定性好、精度較高的三相電表。但是市面上在能夠找到的電量表中，大多數(shù)沒(méi)有適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾、高溫濕度等惡劣環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，而那些帶有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的電量表多為進(jìn)口，價(jià)格也較昂貴，并且因?yàn)榻涌诜N類單一、接口形式簡(jiǎn)單，往往不能勝任多種場(chǎng)合的需要。比如Profibus-DP總線在垃圾焚燒發(fā)電廠擔(dān)負(fù)了全廠生產(chǎn)過(guò)程控制中的數(shù)據(jù)傳輸，使主控器能夠根據(jù)垃圾成分的變化快速調(diào)整控制程序，保證焚燒工藝的安全性，不再引進(jìn)二次污染；Modbus作為我國(guó)引進(jìn)的最早一批工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，在城市污水廠、火電廠、硅鋼片生產(chǎn)線、滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)等場(chǎng)合得到的廣泛的應(yīng)用。還有一些需要多種總線接口的場(chǎng)合，國(guó)內(nèi)目前普遍缺乏合適的解決方案。比如濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司第三煉鋼廠利用Profibus總線的高速通信能力實(shí)現(xiàn)了控制拉矯系統(tǒng)負(fù)載分配，利用CAN總線極強(qiáng)的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力，用整合了CAN bus后的智能鑄流錐度控制系統(tǒng)（ASTC）保證冶煉鋼材的精度指標(biāo)。這就對(duì)支持兩種總線的互聯(lián)平臺(tái)提出了要求。 在進(jìn)行過(guò)細(xì)致的市場(chǎng)調(diào)查后，我們的結(jié)論是電力部門對(duì)集成多種現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力、具有可靠、快速數(shù)傳手段的電參數(shù)測(cè)量?jī)x表有著迫切的需求。該作品在工業(yè)自動(dòng)化儀表中具有很好的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
