WZCK21A微机直流监控装置使用说明书.docx
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WZCK21A微机直流监控装置使用说明书
1概述
1.1适用范围
本监控管理一组整流器一组电池一段母线、具备绝缘监测功能、可采集最多24路馈线开关接地信息和位置状态，适用于小型变电站、小区变等配置简单的直流系统，监控具有远程通信功能及对蓄电池的智能化管理等功能，能够满足直流电源无人或少人值守的功能要求。
1.2型号说明
2装置性能特点
2.1核心电路部分
微机直流测控装置采用ARM920T作为内核，主频200MHz，速度快，提高了系统的运行效率。
主电路以CPU为核芯，扩展了各种存储器，包括32MSDRAM、2MNORFLASH、64MNANDFLASH以分别存储各种数据，进行数据备份。
多种存储器提高了数据的存储能力，保证了系统运行的数据可靠性。
2.2开关量输入单元
开关量输入单元集成在微机直流测控装置内部，共15路，24V电源驱动。
如果采集开关量则增加开关量输入模块。
2.3开关量输出单元
开关量输出单元集成在微机直流测控装置内部，共8路，大容量DC24V继电器，确保驱动能力，可直接进行控制DC220V直流量。
2.4人机接口界面
新型人机接口界面，大屏幕点阵式真彩色液晶显示器，全汉字显示，分辨率320×240,窗口式界面，界面简洁美观，操作方便；触摸屏输入及菜单式设计，并具有强大的在线帮助功能和组态功能，极大地方便了操作和维护。
2.5通讯功能
微机直流测控装置提供RS-232、RS-485通讯方式与上位机进行通讯，通信规约采用Modbus通信规约。
2.6具有B码校时功能
3技术数据
WZCK-21A微机直流测控装置的技术指标如表1所示：
表1：
WZCK-21A微机直流测控装置技术指标
项目
技术指标
额定工作电压
220（110）V
工作电压范围
160～300（80～150）V
辅助电源输出
24V/1.5A
通信串口
1个RS485/RS232，5个RS485；通信速率在1200，2400，4800，9600bps之间可设；连接设备数量≤32
开关量输入
15路，驱动电压24V
开关量输出
7NO，1NC；5A/250VAC（COSØ=1）；1A/220VDC（T=0）
人
机
界
面
LCD显示
3.5英寸（320×240）彩色液晶显示器
屏幕保护
屏幕保护的时间可以在1～10分钟之间任意设置
绿色LED
“运行”指示
红色LED
“告警”指示
黄色LED
“通信”指示
外形尺寸
2U高19英寸机箱（448mm×298mm×88.2mm）
可靠性
装置预期平均无故障工作时间（MTBF）不小于100kh
绝缘性能
装置中除通信回路外的所有带电回路分别对地之间，用开路电压为500V的测试仪器检验其绝缘电阻不小于100MΩ
介质强度
开入、开出回路对地之间应能承受DC3000V（有效值），历时1min的检验，无绝缘击穿或闪络现象出现；装置中其它回路对地之间，应能承受DC1000V，历时1min的检验，无绝缘击穿或闪络现象出现
工作环境
工作温度
-10℃～+50℃，24h平均温度不超过35℃。
贮存温度
-10℃～+55℃，在极限下不施加激励量产品不出现不可逆
化，恢复后，产品应能正常工作
相对湿度
最湿月的平均最大相对湿度为90%，同时该月平均最低温度为25℃，且表面无凝露
大气压力
80kpa～110kpa
WZCK-21A微机直流测控装置技术指标中与母线和支路的电压，电阻相关的数据如表2所示：
表2：
WZCK-21A微机直流测控装置技术指标
项目
技术指标
母线电压检测精度
<0.5%
母线电压检测范围
0----300V（0----150V）
对地电阻监测范围
0---999.9kΩ
对地电阻检测精度（0----5kΩ）
±1kΩ
对地电阻检测精度（5kΩ----50kΩ）
±10%
对地电阻检测精度（50kΩ----999.9kΩ）
±20%
FCT-2312V0.14W
<=24路
4装置结构
4.1装置外形框图
前视面板如图1所示：
图1
视面板如图2所示：
图2
前视面板如图3所示：
图3
4.2装置端口定义
WZCK-21A微机直流测控装置的背板端子如图4所示
图4
WZCK-21A微机直流测控装置的背板有四个接线端子插座，包括辅助电源、开关量输入、通信接口、开关量输出。
各接口端子的定义如下列各表所示：
表3：
WZCK-21A微机直流测控装置辅助电源接口端子A定义
接口名称
端子号
代号
定义
备注
工作电源
输入
1
P＋
直流正极
通过保护熔断器接入
2
P－
直流负极
4
PE
保护地
直接连接到接地母排
24V
电源输出
6
24V＋
直流正极
开入驱动电源，与±12V电源共地，二路额定负载总功率48W。
7
24V－
直流负极
±12V
电源输出
8
＋12V
直流正极
为电桥板接及互感器提供电源，接，对应接端子E。
9
AGND
电源地
10
－12V
直流负极
表4：
WZCK-21A微机直流测控装置开关量输入接口端子B定义
接口名称
端子号
代号
定义
备注
开关输入
1
DI01
1路开入
交流电源投入
2
DI02
2路开入
交流输入断路
3
DI03
3路开入
交流防雷器失效
4
DI04
4路开入
整流器出口断路
5
DI05
5路开入
电池组出口断路
6
DI6
6路开入
硅堆降压装置告警
7
DI7
7路开入
直流馈电支路断路
8
DI8
8路开入
DC/DC馈电支路断路
9
DI9
9路开入
斩波稳压器告警
…
…
…
…
16
DI0V
开入公共地
接到24V直流负极
表5：
WZCK-21A微机直流测控装置通信接口端子C定义
接口名称
端子号
代号
定义
备注
COM1
1
T/A
DATA+
接口电平为RS-232或RS-485，可跳线设置，缺省连接后台监控设备。
2
R/B
DATA-
3
GND
数字地
COM2
4
GND
数字地
接口电平为RS-485，缺省连接智能变送仪表。
5
A
DATA+
6
B
DATA-
COM3
7
A
DATA+
接口电平为RS-485，缺省连接高频整流模块。
8
B
DATA-
COM4
9
A
DATA+
接口电平为RS-485，缺省连接DCDC模块。
10
B
DATA-
COM5
11
A
DATA+
接口电平为RS-485，缺省连接开关量采集模块和电池巡检仪。
12
B
DATA-
COM6
13
A
DATA+
接口电平为RS-485，缺省连接FCT-23互感器，最多支持24个。
14
B
DATA-
15
GND
数字地
串口保护
16
PE
保护地
直接连接到接地母排
表6：
WZCK-21A微机直流测控装置开关量输出端子D定义
接口名称
端子号
代号
定义
备注
告警输出
1
1NO1
缺省组态“电源系统告警”
2
1NO2
15
8NC1
装置故障
16
8NC2
表7：
WZCK-21A装置电桥板互联开入与FCT-23校正通讯端口端子E定义
接口名称
端子号
代号
定义
备注
9
IO+
恒流源输出
装置IO+接口与所接第一个智能互感器的IO+联接，第一个智能互感器的IO-与第二个智能互感器的IO+联接，第二个智能互感器的IO-与第三个智能互感器的IO+联接，以此类推，最后一个智能互感器的IO-与装置IO-联接。
用于校正智能互感器的满度。
推荐使用0.5平方毫米的软线。
10
IO-
11
+12V
±12V
电源输入
绝缘监测控制电源输入，连接到电源输出端子A。
智能互感器工作电源接口，与智能互感器相对应的V+、V-同名相连，AGND作为智能互感器FCT-23的电源地和通讯公共地使用。
12
AGND
13
-12V
表8：
WZCK-21A电桥板母线电压检测端口端子F定义
接口名称
端子号
代号
定义
备注
母线电压检测端口
7
L+
直流正极
通过熔断器连接到一段控制母线的正极和负极。
推荐使用0.5平方毫米的软线。
9
L-
直流负极
16
MPE
电桥检测地
直接连接到接地母排
5工作原理
5.1硬件工作原理
监控装置采用ARM920T作为内核，主频200MHz。
主电路以CPU为核心，扩展了各级存储器，包括32MSDRAM、2MNORFLASH、64MNANAFLASH以分别存储各种数据。
此外，为了提高监控装置的可靠性，还设计了硬件看门狗电路。
另外在主板上扩展了6个串口，实现与多个各级智能设备的连接和数据存取。
为了实现人机对话，扩展了I/O接口，以连接触摸屏LCD模块和输出告警继电器。
此外，监控装置的电源板将系统的220V或110V直流电变换为5V、±12V、24V等电压供给CPU和其它芯片工作。
5.2软件工作原理
监控装置软件设计上采用了面向对象的编程方法，结合多年来直流系统设计经验将程序运行软件和系统配置数据分别处理，并增强了不同配置系统的兼容性。
6.装置功能
在系统中，监控装置通过RS-485通信口对整流模块、电池巡检装置、电流互感器等下级智能设备实施数据采集，并加以显示；亦可根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等；同时，能对这些处理的结果加以判断，根据不同的情况实行电池管理，输出控制、接地检测等操作；最后，监控装置还可通过RS-232或RS-485接口与后台计算机通讯。
6.1显示功能
监控装置对下级智能设备上报的各种信息进行处理后实时显示，这些信息包括采集数据、设置参数等，包括系统的交流工作电压、整流器输出电压和电流、蓄电池组电压和电流、直流母线电压和绝缘电阻、整流模块的电压和电流、电池组单体电池电压、支路接地电阻等。
通过监控装置的LCD触摸屏，可以随时查阅系统运行信息和历史信息、当前告警信息等。
同时，在设置系统参数的过程中，能显示各种设置情况和动态的实时帮助信息。
6.2设置功能
设置功能是将监控装置或下级设备运行过程中需要的参数，通过LCD触摸屏输入到系统中去，这些参数会在以后的运行中影响整个系统的工作。
对下级设备的设置是通过串口实现的，监控装置会提示设置是否成功。
另外，系统的设置也分为用户级和工厂级两个级别，用户级指的是在监控模块运行的过程中，对一些常用的可更改的参数，用户可自行修改，而且立刻生效；而工厂级设置是核心的、重要的参数，除工厂维护人员外，其他人不可擅自更改，而且在修改工厂级参数后，必须复位上电监控装置，这些参数方可生效。
当然，用户级和工厂级设置都有密码保护功能，并且用户级密码可以随时修改，而工厂级密码则不能。
6.3控制功能
控制功能是监控装置根据所采集数据，对下级设备执行相应的动作。
这些动作包括有：
微调整流模块的输出电压、调节整流模块的限流点、控制整流模块的开关机，控制命令是通过串口发出的。
除监控装置可自动进行这些控制外，用户也可在触摸屏上手动执行这些动作，当然也要通过密码检查。
6.4告警功能
在监控装置中，下级设备产生的告警信息，经过串口发送至监控装置中，此时，监控装置会自动弹出告警屏并显示当前告警信息并会有告警图标提示有告警产生。
同时系统运行中，监控装置也能根据所采集数据自行判断，并产生相应的告警信息。
在告警页面按“↓”和“↑”键可以浏览当前所有的告警信息，按返回键则回到系统原来的状态。
6.5历史记录
历史记录是指将系统运行过程中一些重要的状态和数据，根据时间等条件存储起来，以备查询。
这些记录包括历史告警记录、历史事件记录、历史绝缘记录和电池测试记录，同时还具有历史数据的清除和下载等维护功能。
历史告警信息的最大存储量为128条，每一条包括告警的类型、起始时间和结束时间，并保证掉电后不会消失，用户可在LCD上随时浏览。
历史事件信息的最大存储量为128条，每一条包括事件的类型（均充、放电或测试）、起始时间和结束时间，并保证掉电后不会消失，用户可在LCD上随时浏览。
历史绝缘记录是将每天的直流母线正负极对地绝缘电阻值记录下来，绘制出每月的绝缘电阻变化的图表或曲线。
记录数据的最大存储量为12月，用户可以在LCD上随时浏览。
电池测试记录是将每次电池组放电测试过程的每节电池的电压和内阻值记录下来，包括放电测试浮充时刻、放电测试起始时刻和结束时刻共三组数据，同时输出根据这三组测试数据得出的电池性能分析结果，用户可以在LCD上随时浏览。
历史数据的维护包括历史告警和事件记录的清除，以及历史绝缘和电池测试数据的下载。
清除功能是可以清除掉设备投运前，试验产生的历史记录。
6.6通讯功能
监控装置通讯包括与下级设备和后台的通讯。
与下级设备的通讯采用RS485方式，实现在一条总线上挂多个设备的目的，使每个串口可以处理多达32个下级设备；与后台的通讯通过串口连接电站监控设备，或串接协议转换设备来实现远程连接。
6.7电池管理
电池管理是监控装置的核心功能，采用二级监控模式，对电池组的端电压、充放电电流、电池环境温度及其它参数作实时在线监测。
可准确地根据电池的充放电情况估算电池容量的变化，还能按用户事先设置的条件自动转入限流均充状态，并通过控制充电电压和电流来完成电池的正常均充过程。
另外可自动完成电池的定时均充维护，均/浮充电压温度补偿等工作，实现全智能化，不需要人工干预。
电池管理的基本思想：
●在保证负载电流基本不变，以电池充电电流和总负载电流作为主要参考依据，通过调节整流模块输出电压及限流点，稳定负载电流，控制电池充电电压和电流，防止电池充电过流；
●以电池充电电流为依据，控制整流器由浮充转入均充；
●以充电电流，充电时间为依据，控制整流器由均充转入浮充；
●系统配有温度传感器时，电池的均/浮充电压根据温度作适当补偿。
通过以上管理措施，达到对电池充电过程的自动控制，实现全智能化，不需要任何人工干预，最大限度地延长电池的使用寿命，这是电池管理的中心思想。
电池管理的工作原理：
●限流充电
整流器在对电池组充电（浮充或均充）的状态下，当电池的充电电流大于用户设定的充电限流值时，电池管理程序会根据负荷电流的大小，自动调节整流模块的输出限流点，使电池的充电电流限制在用户设定的范围内。
随着限流充电状态的进展，当电池组的端电压上升到用户设定的浮充或均充电压值后，电池管理程序自动调节整流模块的输出限流点到100%额定值，进入稳压浮充或均充状态。
注：
在限流浮充状态下，系统会自动闭锁“浮充欠压”告警信号。
●自动均充
用户可选择是否采用自动均充这种维护方式，一旦设定，电池管理程序可自动记录均充和浮充的开始时刻。
监控装置在上电或复位初始、或者在交流恢复供电初始，会自动控制整流器对电池进行浮充。
在浮充状态下，若电池组因事故放电等原因使其充电电流大于用户设定的充电限流值，则进行限流浮充，当限流浮充时间达到15分钟后（用户可设定），电池管理程自动控制整流器对电池进行限流均充。
随着限流均充状态的进展，当电池组的端电压上升到用户设定的均充电压值后，电池管理程序自动控制整流器进入稳压均充状态。
●自动均转浮充
电池在均充状态下，如果均充时间超过用户设定的均充保护时间，电池管理程序则自动控制整流模块转入浮充状态；或者当电池的稳压均充电流小于用户设定的转换电流值，且电池容量计算累加到100%标称值时，进入倒计时，当倒计时达到用户设定的转换时间后，电池管理程序同样会自动控制整流器转入浮充状态。
●定期均充
用户可选择是否采用定时均充这种维护方式。
定期均充的时间间隔可以设定，一旦设定，电池管理程序就可自动计算电池定期均充的时间，确定在何时启动定期均充，何时停止定期均充。
所有这些操作都是自动进行的，运行维护人员可以在现场通过监控装置上的显示来明确这一过程，也可在远程监控中心的主机上查看这一过程。
●温度补偿
用户可以选择是否对电池的均/浮充电压进行温度补偿控制，并可以设置温度补偿的中心点和温度补偿系数。
一旦设定，电池管理程序就会根据电池的环境温度自动对电池的均/浮充电压进行微调。
●容量分析
监控装置可根据电池电流、充放电状态对电池容量进行估算，并在LCD上实时显示出来，使用户能一目了然地看到电池组容量的实时变化。
●自动与手动相结合
监控装置可在“自动”和“手动”两种系统控制方式下工作：
在“自动”方式下，监控装置可自动完成上述的所有功能，完全不需要人工干预。
在“手动”方式下，电池的管理交给现场维护人员来完成，维护人员可通过菜单来选择对电池进行浮充或均充，通过调节整流模块的输出电压和限流点实现对电池的稳压限流充电，并且还可以对整流模块进行开关机控制。
手动方式下，监控装置只通过通信采集系统的实时数据，而不对电池作限流充电、自动均充以及均∕浮充电压温度补偿的控制，也不作充电过流、过压和欠压报警，但仍可对电池的容量进行估算。
由于长期均充可能导致电池寿命下降或损坏，为了防止在“手动”方式下均充时间过长，监控装置仍然会自动监视均充时间，当均充时间超过用户设定的均充保护时间时，就会控制整流模块转入浮充。
●异常处理
当直流电源系统出现异常时，为了保证电池不因过充而损坏，同时兼顾到直流负载需求情况，监控装置会自动把电池置为浮充状态，直到系统恢复正常为止。
这些异常情况包括直流母线接地，直流母线过压，电池组均充过压，单体电池过压，单体电池过温，电池组环境温度过高，电池组出口断路，整流模块通信中断，母线电压、电池组电压和电流变送器通信中断，电池巡检模块通信中断。
●专家维护系统
用户可根据具体工程情况，设定电池的类型、容量和单体数量。
一旦设定完这些基本的参数以后，电池管理专家维护系统会按各类型电池的典型维护数据，自动计算并设置有关的运行参数，如均∕浮充电压值、充电限流值等，极大地方便用户管理，有效地防止不合理的设置参数造成电池寿命下降或损坏。
电池管理的维护参数
●电池类型：
指系统配套蓄电池的型式。
它包括“防酸式铅酸蓄电池”、“阀控式铅酸蓄电池-1”和“阀控式铅酸蓄电池－2”，缺省值：
“阀控式铅酸蓄电池－2”；
●标称容量：
指系统配套的蓄电池以10小时率标称的容量C10（20℃或25℃）。
缺省值：
100Ah；
●单体数量：
指系统配套的蓄电池以2V单体计算的总数量。
缺省值：
108；
●浮充电压：
指在基准温度（20℃或25℃）条件下，电池组长期浮充运行的充电电压值。
缺省值：
专家维护数据；
●均充电压：
指在基准温度（20℃或25℃）条件下，电池组均充运行的充电电压值。
缺省值：
专家维护数据；
●充电限流：
指对电池充电时（浮充或均充）限制的最大充电电流值。
缺省值：
专家维护数据；
●自动均充：
选择电池管理是否对电池进行自动均充维护。
缺省值：
“是”；
●限流时间：
即浮充限流时间，指电池从进入限流浮充开始到启动均充的时间间隔，即电池连续限流浮充的时间。
缺省值：
15min；
●定期均充：
选择电池管理是否对电池进行定期均充维护。
缺省值：
“是”。
●均充周期：
指启动定期均充的时间间隔，即电池连续浮充（包含放电期间的时间）的时间。
缺省值：
90天；
●均充时间：
即均充保护时间，指每次自动或手动均充允许的最长充电时间。
缺省值：
24h；
●转换电流：
指电池均充进程中，从恒流转入稳压状态后，开始倒计时点的均充电流参考值。
缺省值：
专家维护数据；
●转换时间：
指电池均充进程中，从转换电流点开始计时，到转入浮充时的持续充电时间。
缺省值：
3h；
●温度补偿：
选择电池管理是否对电池进行温度补偿控制。
缺省值：
“是”。
如果选择温度补偿控制，则均∕浮充过压值应加上、浮充欠压值应减去对应的补偿电压值；
●补偿基准：
指对电池进行温度补偿控制的温度参考中心点。
可选择20℃或25℃，缺省值：
25℃。
●补偿系数：
指环境温度每变化1℃，对应单体2V电池的充电电压补偿值。
设置范围为0.003～0.005V/只/℃，缺省值：
专家维护数据。
7人机对话及操作说明
监控装置的显示界面分“信息界面”和“设置界面”。
信息界面：
包括主界面、各种菜单界面、告警信息界面和实时数据界面。
设置界面：
包括用户级设置界面和工厂级设置界面。
7.1主界面系统信息
监控装置的主界面显示如图5：
主界面显示系统信息。
在其它页面，如果超过一定时间没有屏幕操作，监控装置将自动回到主界面。
系统信息中包含系统运行的状态和实时数据。
特别说明：
系统状态：
显示系统当前的运行状况。
如果没有故障告警信号，显示“系统正常”；当系统存在故障告警信息时，此时按告警可进入当前报警界面，可查看所有的当前告警信息。
7.2主菜单显示页面
在主界面按菜单可进入系统的主菜单
按对应的图标进入相应设备的子菜单，按返回到屏幕主界面。
7.3历史纪录
历史记录的子菜单显示，包括历史告警记录、历史事件记录、历史绝缘记录和电池测试记录的数据查询。
告警记录和事件记录显示最多为43页共128条，记录条目从最近时刻排序。
电池测试记录显示最近一次半荷放电的测试数据，包括“浮充单节电压∕内阻”、“起始单节电压∕内阻”和“结束单节电压∕内阻”共六组数据。
对每组数据综合比对后产生的落后电池参数以红色显示。
7.4交流信息菜单
交流信息菜单显示如下，根据系统设计显示交流信息，如系统实际配置为交流线电压，则显示三线电压数据；或者系统实际配置为交流相电压，则显示相电压数据。
注：
当交流电压变送仪表与监控装置通信中断时，所有参数显示为X。
7.5整流模块菜单
整流模块信息的子菜单显示如下，包括实时运行数据和状态子项。
特别说明：
工作方式：
指该整流模块目前的运行方式，有“关机”、“自动”和“手动”。
关机指整流模块的主功率回路的开关管关断，无输出电压和电流，模块内部的辅助电源和监控部分仍然工作；自动指整流模块接受监控装置的控制；手动指整流模块不受监控装置的控制。
当整流模块与监控装置通信中断时，所有参数显示为X。
当系统设置有DC/DC模块时，DC/DC模块界面信息才会显示
7.6电池巡检菜单
电池巡检信息的子菜单显示如下，包括单节最高和最低，电压和内阻等实时数据。
特别说明：
当单体出现异常时，对应该节告警电池的显示变为红色。
当电池巡检模块与监控装置通信中断时，电池巡检实时数据显示为X。
7.7串口监视菜单
串口信息监视的子菜单显示如下，包括各个通信串口的实时发送数据和接收数据。
7.8开入监视菜单
开入信息监视的子菜单显示如下，包括采集的各个开入模块的接点状态情况。
开入信息的监视包括监控装置本机的15路开入接点、开入模块的接点状态显示。
开入接点状态分别采用符号“○”、“●”、“☆”和“★”标识，其代表的含义如下：
●――绿色，代表开入接点未使能；
○――红色，代表开入接点使能，指系统对应的配电开关合闸动作；
☆――黄色，代表开入接点使能，指系统对应的
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