导轨式智能进线监控模块.pdf

本发明公开了一种导轨式智能进线监控模块，包括壳体、计量电路、中央处理器、自动开关及其驱动电路；还包括与中央处理器连接的本地通讯模块，以及与中央处理器连接的蓝牙模块和/或远程通讯模块；本发明在现有智能支路监控模块的基础上，依托现存的配电网络结构，组建一个配电集中控制系统，采用无线通道构成一主多从的主从监控系统，确保易用性和安全性，在不增加现场安装难度的情况下，完成配电系统的智能化建设。

权利要求书1.  一种导轨式智能进线监控模块，包括壳体、计量电路、中央处理器、自动开关及其驱动电路；其特征在于，还包括与中央处理器连接的本地通讯模块，以及与中央处理器连接的蓝牙模块和/或远程通讯模块；所述壳体采用嵌入导轨，且壳体的两侧具有自然通风冷却的沟槽，以及在沟槽上开设的通风孔。2.  根据权利要求1所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述远程通讯模块用于与远程控制系统进行数据通讯，且远程控制系统发起通讯，导轨式智能进线监控模块应答；所述蓝牙模块用于与智能终端通讯，且智能终端发起通讯，导轨式智能进线监控模块应答；所述本地通讯模块用于与多个智能支路监控模块通讯，构成一个实时连接的星形无线网络；所述智能支路监控模块包括壳体、计量电路、中央处理器、本地通讯模块、自动开关及其驱动电路；导轨式智能进线监控模块发起通讯，智能支路监控模块应答；智能支路监控模块不能主动发起通讯，平时处于等待接收状态，且所述导轨式智能进线监控模块的中央处理器每隔一段时间遍历所有智能支路监控模块分别进行至少一次通讯。3.  根据权利要求1所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述中央处理器上还连接有外部存储器、硬时钟、按钮、显示模块和温湿度传感器。4.  根据权利要求1所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述按钮为设置在壳体正面有一个针孔式按钮，用于蓝牙模块的配对；所述显示模块为设置在壳体正面的LED指示灯。5.  根据权利要求1所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，该导轨式智能进线监控模块还包括辅助回路，辅助回路包括状态检测和控制电路、以及保证电子电路工作的电源转换电路。6.  根据权利要求1-5之一所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述本地通讯模块包括315M无线通信模块、433M无线通信模块、2.4G无线通信模块和ZigBee无线通信模块。7.  根据权利要求1-5之一所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述蓝牙模块内部有PCB天线，PCB天线直接印刷在线路板上，用于与智能终端进行直接通讯。8.  根据权利要求1-5之一所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述远程通讯模块根据智能配电的应用目的建设能成无主站、本地主站、局域网主站或互联网主站。9.  根据权利要求8所述的导轨式智能进线监控模块，其特征在于，所述远程通讯模块采用电力线载波通信模块、RJ45通信模块、WIFI通信模块和GPRS通信模块。10.  一种采用如权利要求1-5之一所述的导轨式智能进线监控模块的智能配电箱，其特征在于，包括一个导轨式智能进线监控模块，以及多个智能支路监控模块；且所述导轨式智能进线监控模块和智能支路监控模块所在线路均串联有微型断路器；所述智能支路监控模块并联在导轨式智能进线监控模块的输出端，构成一主多从的主从监控系统。

说明书导轨式智能进线监控模块
技术领域
    本发明涉及一种微型断路器附件装置，具体是一种导轨式智能进线监控模块。
背景技术
我国实行一户一表的电力消费制度，电表由供电部门统一安装管理，但电力公司很难了解用户的具体用电情况，用户也有同样的情况，即使改装智能电表（smart meter）情况也没有改变。让电力用户掌握自己的能源消耗详细情况以及拥有便利的控制手段是智能电网的终极目标。
建筑用低压微型断路器是国家强制使用的配电保护装置，微型断路器本身不具有信息交互和自动控制能力。随着社会和技术的发展，建筑配电系统智能化、网络化和自动化是必然的发展趋势。
另外，配电箱用于建筑内电力分配并提供总回路和各支路短路、过载及漏电等保护的低压电力设施，是强制安装设施。但配电箱不能提供用电信息、电费（峰谷和阶梯）、远程监控、峰谷调节和实时交互等功能。
中国专利于2012.06.27公开了专利号为：201110442213.6的发明专利，其公开了一种智能磁保持微型断路器，包括壳体、磁保持继电器、驱动电路，驱动电路接受控制信号后驱动磁保持继电器动作；磁保持继电器包括动簧组合、静簧组合、拨杆、推动片、磁钢组合，还设有中央处理器、通信芯片、计量模块。计量模块，用于计量功率、电压、电流数据并发送给中央处理器；计量模块包括电压调理电路、电流调理电路、互感模块、计量芯片，电压调理电路一端与静簧组合的延伸导线连接，另一端与计量芯片连接；互感模块与电流调理电路连接并安装在动簧组合的延伸导线上；计量芯片一端与电流调理电路连接，另一端与中央处理器连接。本发明突破了传统的微型断路器设计理念，将磁保持继电器与中央处理器、电流互感器、计量芯片和通信芯片组合到微型断路器的壳体中，使微型断路器具备保护、计量、控制和通信功能。
上述智能磁保持微型断路器因为其通信芯片仅能与外界模块通信，因此其仅适合作为单独作为总进线控制模块使用或者单独作为支路控制模块使用，或者其他情况单独使用，而现有的配电箱大多具有一个总进线控制模块和多个支路控制模块，因此上述智能磁保持微型断路器不适合在配电箱内组网使用，大大限制了其应用环境。
发明内容
针对上述提出的使用情况和技术发展趋势，本发明在现有的工业基础（微型断路器和计量）上通过给微型断路器增加本发明提供的导轨式智能进线监控模块，使用智能手机等智能设备对其进行操作，利用互联网进行数据交换的方式让用户拥有完全的电力消费掌控能力。
本发明所要解决的技术问题一是对配电进线完成智能化，即对进线电力负荷进行监视、计量和控制，与微型断路器配合对进线构成完善的保护与控制。
本发明所要解决的技术问题二是管理进线以下所有/部分智能支路模块，用本地无线通讯回路构建以进线模块为中心的集中控制系统，进线模块为集中器，支路模块为节点。
本发明所要解决的技术问题三是用蓝牙无线通讯回路构建蓝牙节点（物联网接入点），智能手机可以直接访问导轨式智能进线监控模块，进而可以监控支路模块。此模式无须互联网支持，无运行维护费。
本发明所要解决的技术问题四是用远程通讯回路连接局域网或和互联网，根据使用情况不同可以构建不同的应用系统，即可以构建单一应用系统也可以构建混合系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种导轨式智能进线监控模块，包括壳体、计量电路、中央处理器、自动开关及其驱动电路；还包括与中央处理器连接的本地通讯模块，以及与中央处理器连接的蓝牙模块和/或远程通讯模块；所述壳体采用嵌入导轨，且壳体的两侧具有自然通风冷却的沟槽，以及在沟槽上开设的通风孔。
作为本发明进一步的技术方案，所述远程通讯模块用于与远程控制系统进行数据通讯，且远程控制系统发起通讯，导轨式智能进线监控模块应答；所述蓝牙模块用于与智能终端通讯，且智能终端发起通讯，导轨式智能进线监控模块应答；所述本地通讯模块用于与多个智能支路监控模块通讯，构成一个实时连接的星形无线网络；所述智能支路监控模块包括壳体、计量电路、中央处理器、本地通讯模块、自动开关及其驱动电路；导轨式智能进线监控模块发起通讯，智能支路监控模块应答；智能支路监控模块不能主动发起通讯，平时处于等待接收状态；且所述导轨式智能进线监控模块的中央处理器每隔一段时间遍历所有智能支路监控模块分别进行至少一次通讯。
作为本发明进一步的技术方案，所述中央处理器上还连接有外部存储器、硬时钟、按钮、显示模块和温湿度传感器。
作为本发明进一步的技术方案，所述按钮为设置在壳体正面有一个针孔式按钮，用于蓝牙模块的配对；所述显示模块为设置在壳体正面的LED指示灯。
作为本发明进一步的技术方案，该导轨式智能进线监控模块还包括辅助回路，辅助回路包括状态检测和控制电路、以及保证电子电路工作的电源转换电路。
作为本发明进一步的技术方案，所述本地通讯模块包括315M无线通信模块、433M无线通信模块、2.4G无线通信模块和ZigBee无线通信模块。
作为本发明进一步的技术方案，所述蓝牙模块内部有PCB天线，PCB天线直接印刷在线路板上，用于与智能终端进行直接通讯。
作为本发明进一步的技术方案，所述远程通讯模块根据智能配电的应用目的建设能成无主站、本地主站、局域网主站或互联网主站。
作为本发明进一步的技术方案，所述远程通讯模块采用电力线载波通信模块、RJ45通信模块、WIFI通信模块和GPRS通信模块。
一种采用导轨式智能进线监控模块的智能配电箱，包括一个导轨式智能进线监控模块，以及多个智能支路监控模块；且所述导轨式智能进线监控模块和智能支路监控模块所在线路均串联有微型断路器；所述智能支路监控模块并联在导轨式智能进线监控模块的输出端，构成一主多从的主从监控系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在现有智能支路监控模块的基础上，依托现存的配电网络结构，组建一个配电集中控制系统，采用无线通道构成一主多从的主从监控系统，确保易用性和安全性，在不增加现场安装难度的情况下完成配电系统的智能化建设。
该导轨式智能进线监控模块可应用于电力低压配电进线的智能监测、计量和控制模块，也可作为配电子系统的主控设备（主控单元），管理所有智能支路监控模块，同时也可使物联网传感器具备和智能手机以及互联网进行交互的能力。
本发明通过在配电箱中采用一主多从结构监控模块的智能监控系统，利用现有智能手机（如iPhone）或互联网的强大计算能力为客户（如家庭、办公室等）提供故障隔离、远程控制、用电监控、电费电价、数据统计以及智能用电等技术手段，从而达到节能减排、低碳环保，减少浪费，让智能电网服务千家万户。
附图说明
图1为本发明原理结构图。
图2为本发明外型侧视结构示意图。
图3为本发明外型主视结构示意图。
图4为应用本发明的智能配电箱电气结构图。
图5为应用本发明的本地建筑能效监控结构图。
图6为应用本发明的互联网建筑能效监控结构图。
图7为应用本发明的企业建筑能效监控结构图。
图8为应用本发明的另一企业建筑能效监控结构图。
图中：1-外壳、11-沟槽、12-通风孔、13-安装孔、14-接线孔、15-针孔式按钮、16-LED指示灯。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种导轨式智能进线监控模块，包括壳体1、计量电路、中央处理器、自动开关及其驱动电路、本地通讯模块、蓝牙模块和远程通讯模块；所述计量模块，用于计量功率、电压、电流数据并发送给中央处理器；所述驱动电路接收中央处理器的控制信号并驱动自动开关动作；所述本地通讯模块、蓝牙模块和远程通讯模块分别与中央处理器连接；且本地通讯模块包括315M无线通信模块、433M无线通信模块、2.4G无线通信模块和ZigBee无线通信模块；远程通讯模块采用电力线载波通信模块、RJ45通信模块、WIFI通信模块和GPRS通信模块。
本发明中，所述中央处理器上还连接有外部存储器、硬时钟、按钮、显示模块和温湿度传感器。所述按钮为设置在壳体1正面有一个针孔式按钮15，用于蓝牙模块的配对。所述显示模块为设置在壳体1正面的LED指示灯16。
本发明中，还包括辅助回路，辅助回路是一些常规的状态检测和控制电路、以及保证电子电路工作的电源转换电路。考虑安全问题以及CCC国家认证的要求，AC/DC变换电路满足国家强制要求的隔离等级。
请参阅图2和图3，所述的壳体1采用嵌入导轨，且两侧具有自然通风冷却的沟槽11，以及在沟槽11上开设的通风孔12，使在模块内部电子元器件散发的热量能够通过这些沟槽11和通风孔12散发出去，保证壳体1内的温度，增加设备运行可靠性。
本发明外形采用配电箱内标准的模组化设计，提供最快捷和灵活的安装体验，完全消除了维护和操作过程中的安全顾虑。采用“2P+N”或者“相线+中性线”的36mm模组，进出线采用上进下出或下进上出方式以适应各地区标准的需求，一体化结构设计无需现场拼装。本发明外形为有低极（1P)微型断路器外形，由基座和上盖通过铆钉装配成一体，符合国家标准GB10963规定的方式嵌入导轨，通过卡板的弹性与导轨固定,实现与既有低压一极（1P)微型断路器外形和安装方式的完全兼容。
本发明中，所述的中央处理器是本模块的大脑，智能化的核心处理单元，让所有电路协调工作、完成各种计算、分析和通讯处理。
本发明中，所述的计量电路为现有技术，其用于完成电力线路所消耗的电能进行计量工作，其实就是给每个支路加个“秤”，让用户对该路电力消费了如指掌。所述计量回路的电流取样电路为内部开关的进线导引线镶嵌锰铜材料形成，电压取样为高精度电阻分压电路，同样取自内部开关进线，计量芯片为单相表芯片。
本发明中，所述的自动开关为现有技术，其是导轨式智能进线监控模块的执行回路，根据指令打开或关闭电力供应，是用户掌控电力消费的关键部件；所述自动开关为只有一副触点的双稳态开关 （如接触器、脉冲继电器、磁保持继电器等），并安装的火线（L）上。开关触点间隔与其它部分有隔珊，形成单独的空间。自动开关不是断路器，它只能开断用电负荷，不能代替断路器的保护功能。
本发明中，所述本地通讯模块、蓝牙模块和远程通讯模块，是本发明的关键，采用无线技术解决现场接线的难题，组网方便的同时带来很高的灵活性，是产品实用化的关键所在。所述本地通讯模块、蓝牙模块和远程通讯模块，彼此独立不隶属，可根据需要进行连接，且可以重叠配置。下面详细阐述本地通讯模块、蓝牙模块和远程通讯模块的功能作用以及实现方法。由于本发明主要安装在配电箱内，空间范围比较小，无线通讯的功率要求不是很高，因此采用较高数据速率进行通讯的通讯方式，在增加通讯速度的同时可以减少空间无线信号的干扰，提高无线网络运行的稳定性。无线通讯的天线采用内置PCB天线，直接印刷在电路板上。
本发明的目的还在于提供一种将建筑用低压配电箱智能化的功能模块，用于解决利用现有配电箱对电力消费进行监测、控制、费用核算以及智能用电方面的问题。
请参阅图4，一种采用导轨式智能进线监控模块的智能配电箱，包括一个导轨式智能进线监控模块，以及多个智能支路监控模块；且所述导轨式智能进线监控模块和智能支路监控模块所在线路均串联有微型断路器；所述智能支路监控模块包括壳体1、计量电路、中央处理器、本地通讯模块、自动开关及其驱动电路；所述智能支路监控模块并联在导轨式智能进线监控模块的输出端，且导轨式智能进线监控模块采用本地通讯模块与智能支路监控模块通讯，构成一个实时连接的星形无线网络。本发明导轨式智能进线监控模块实际上相当于是集中器，即主机设备，所有智能支路监控模块相当于从机，也就是说所有的通讯都是由主机发起，从机应答；从机不能主动发起通讯，平时处于等待接收状态；另外，所述导轨式智能进线监控模块的中央处理器的内部维护一个所有智能支路监控模块的列表，每隔一段时间遍历所有智能支路监控模块分别进行至少一次通讯，也就是定时进行心跳连接；心跳连接一方面用于检测通讯链路情况，另一方面用于外巡测查看所有智能支路监控模块的运行状况。
所述智能支路监控模块是个独立的模块，本身不能组建成系统，需要类似集中器的装置完成对所有支路管理和控制；智能支路监控模块是根据传统的微型断路器附件的设计理念,将控制和保护分开处理的原则进行产品升级换代。将微型断路器与智能支路监控模块拼装在一起，就是智能微型断路器。它具有微型断路器的一切功能和安全可靠的特点，同时使微型断路器具备计量、控制、通信和人机交互功能。具有结构简单合理，没有额外接线和复杂操作的优点。而本发明是对配电箱进线线进行监控的模块，并完成上述集中器任务；同时还完成和智能手机以及互联网的交互。
本发明和智能支路监控模块均可和微型断路器相结合，以一体化方式来灵活适应工业、商业及民用的不同行业、不同场合的需求。
本发明导轨式智能进线监控模块是配电箱智能监控系统中的进线线部分，它通过无线通讯管理各分路模块，同时对进线线进行监控，完成支路的数据（开关量、模拟量）采集、开关控制、参数整定以及状态显示等功能。并分别通过蓝牙与本地用户交互，通过远程通讯和互联网用户交互的功能。
本发明所要解决的技术问题是对配电箱内各路电力负荷进行监控，并通过无线通道与进线线进线监控模块联网运行。进线监控模块最主要的工作一方面对进线线进行监控，同时通过无线网络管理整个配电箱内全部支路模块，构成一主多从的主从监控系统。另外就是通过蓝牙或/和远程通讯和用户进行交互，用户通过智能手机或互联网等智能终端访问控制该系统并进行控制及数据分析。
本发明的主要思路是在智能支路监控模块的基础上，增加蓝牙通讯、远程通讯和大容量外部存储器，本地通讯模块的功能相当于集中器，用来管理配电箱内的所有智能支路监控模块，也就是说仍然使用微型断路器作为短路、过载和漏电的保护装置。本发明提供控制、监测、管理支路模块、用户交互和联网功能。
本发明处于绝对主动，而定时短距离无线通讯电路有内部PCB天线，天线直接印刷在线路板上，用于与智能支路监控模块构成本地无线网络。
请参阅图5，本发明导轨式智能进线监控模块采用蓝牙模块与智能终端手机（智能手机或掌上计算机等）通讯。所述蓝牙模块内部有PCB天线，PCB天线直接印刷在线路板上，用于与智能终端（智能手机或掌上计算机等）进行直接通讯。本发明中，所述蓝牙模块实际为外围或外围广告（Peripheral或PeripheralBroadcaster）角色，智能手机或者计算机蓝牙App应用软件为集中器（Central）角色。也就是说App为通讯主动方即主机，而本发明导轨式智能进线监控模块为通讯被动方即从机。
请参阅图5，本发明导轨式智能进线监控模块还采用远程通讯模块与远程控制系统（本地服务、云服务等）进行数据通讯；且远程控制系统发起通讯，导轨式智能进线监控模块应答。所述远程通讯模块根据智能配电的应用目的建设能成无主站、本地主站、局域网主站或互联网主站。根据使用环境配置不同的通讯电路，如电力线载波、RJ45、WIFI、GPRS等，也可不配或全配。当所述远程通讯模块采用电力线载波通信模块时，主要用于本地主站和局域网主站建设建筑物能效管理系统（请参阅图6）。电力线载波无须步线、网络规划以及无网络运行费用等。当所述远程通讯采用RJ45通信模块、WIFI通信模块和GPRS通信模块中的任意一种时，不仅能建设上述建筑物能效管理系统主站，还可以建设互联网主站或云服务中心（请参阅图7和图8），提供从互联网直接监视和控制本模块的能力。
本发明对建筑内配电箱进行智能化改造，在不改变现有技术体系和功能的前提下，使配电箱成为家庭能效管理的技术手段。
本发明通过在配电箱中采用一主多从结构监控模块的智能监控系统，利用智能手机（如iPhone）或互联网的强大计算能力为客户（如家庭、办公室等）提供故障隔离、远程控制、用电监控、电费电价、数据统计以及智能用电等技术手段，从而达到节能减排、低碳环保，减少浪费，让智能电网服务千家万户。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的棊本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数景及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。