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        新型單相多功能電能表的設(shè)計(jì)

        2012-07-03 07:05:30王夢(mèng)玲邱益農(nóng)
        電力工程技術(shù) 2012年1期
        關(guān)鍵詞:雙絞線電力線過(guò)流

        王夢(mèng)玲,邱益農(nóng)

        (1.南京供電公司,江蘇 南京 210008;2.江蘇聯(lián)宏自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司,江蘇 南京 210036)

        隨著大型公共建筑智能化的進(jìn)一步推廣,市場(chǎng)急需符合Lonworks技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的各種電能表。目前絕大部分單相電能表不同時(shí)具備測(cè)量、遙控、定時(shí)控制及過(guò)流或過(guò)載保護(hù)等功能,且?guī)缀醵际荝S485通信接口,其存在以下不足:不支持多種通信介質(zhì);只能是總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);通信距離短、節(jié)點(diǎn)容量小,抗干擾能力差;只能是主從式通信。本文采用LonWorks技術(shù),結(jié)合ATT7025微處理器設(shè)計(jì)了一種能實(shí)現(xiàn)測(cè)量、遙控、定時(shí)控制及過(guò)流或過(guò)載保護(hù)于一體的單相多功能電能表。

        1 LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        LonWorks是由美國(guó)Echelon公司開(kāi)發(fā)的一種完整的、全開(kāi)放的、互操作性強(qiáng)、可靠性高、成熟的分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它支持多種通信介質(zhì)包括雙絞線、電力線、無(wú)線(RF)、紅外(IR)、同軸電纜和光纖;常用的雙絞線傳輸速率達(dá)78 Kbps/S,傳輸距離達(dá)2700m;電力線傳輸速率5.4Kbps/S,傳輸距離300~30 km;支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ò偩€型、星型、環(huán)型、自由拓樸),在同一個(gè)網(wǎng)域內(nèi),還可以通過(guò)中繼器、網(wǎng)橋、路由器將多個(gè)網(wǎng)段或子網(wǎng)聯(lián)接成一個(gè)大的網(wǎng)域,一個(gè)網(wǎng)域內(nèi)可支持3萬(wàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn);LonWorks技術(shù)的核心是LonTalk通訊協(xié)[1],該協(xié)議提供一整套完善的通信服務(wù),使裝置中的應(yīng)用程序能在網(wǎng)上對(duì)其他裝置發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文而無(wú)須知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒚Q(chēng)、地址或其他裝置的功能,所有采用LonWorks技術(shù)的產(chǎn)品都遵循LonTalk通信協(xié)議,因此不同廠家生產(chǎn)的帶LonWorks接口的產(chǎn)品都可以很方便地接入同一個(gè)LonWorks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。

        2 新型單相電能表設(shè)計(jì)原理

        單相電子式多功能電能表的原理如圖1所示,其硬件包括ATT7025單片機(jī)、LonWorks通信接口模塊、RS485通信接口、紅外通信單元、電源、電壓和電流采樣電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、LCD顯示單元、脈沖輸出單元、輸出控制單元、掉電檢測(cè)單元、系統(tǒng)容錯(cuò)處理單元。

        圖1 單相電子式多功能電能表設(shè)計(jì)原理

        2.1 單片機(jī)ATT7025

        在該單相電能表的設(shè)計(jì)中,選擇了ATT7025單片機(jī)作為產(chǎn)品的核心。ATT7025是帶MCU的多功能單相電表芯片,該IC片內(nèi)集成了單相計(jì)量MEU、MCU(兼容 8052)、LCD 驅(qū)動(dòng)器、一路 SPI接口、一路I2C接口、兩路UART通信口、多路IO口;片內(nèi)含有32 K字節(jié)FLASH程序存儲(chǔ)器,256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器,1 K字節(jié)外部數(shù)據(jù)寄存器;可充分利用其各個(gè)功能,最大限度地降低成本。

        2.2 EMU

        ATT7025片內(nèi)集成的單相電能計(jì)量單元(EMU)具有測(cè)量有功電能、無(wú)功電能、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等電參數(shù)功能,能滿足作為多功能電力監(jiān)控終端的要求,同時(shí)具備有功、無(wú)功電量脈沖輸出口。電流采用錳銅電阻片,直接串在電流回路中的采樣方式;電壓采用電阻分壓的采樣方式。

        2.3 UART0和UART1

        該電能表既能接入LonWorks雙絞線或Lon-Works電力線網(wǎng)絡(luò),又能接入RS485總線網(wǎng)絡(luò),采用同一外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。尤其在LonWorks通信模塊設(shè)計(jì)中將LonWorks雙絞線與電力線通信模塊設(shè)計(jì)成接口完全兼容的結(jié)構(gòu),接口之間的切換非常方便靈活,可適應(yīng)不同場(chǎng)合的應(yīng)用。

        LonWorks通信模塊與ATT7025通過(guò)串行口進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸,LonWorks通信模塊定時(shí)從ATT7025讀取各種參數(shù)和數(shù)據(jù),包括電參數(shù)、電參數(shù)超限報(bào)警、時(shí)間、日期、輸出狀態(tài)、定時(shí)時(shí)間等,協(xié)議轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)以LonWorks輸出網(wǎng)絡(luò)變量或輸入網(wǎng)絡(luò)變量的形式輸出;通過(guò)輸入網(wǎng)絡(luò)變量可遠(yuǎn)程控制電能表的斷送電、或定時(shí)控制斷送電等。

        2.4 斷送電控制

        該電能表具有斷送電控制功能,采用大容量的磁保持繼電器,最大支持60 A的電流容量,從而可實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)控制功能、過(guò)流或過(guò)載保護(hù)功能、定時(shí)控制功能、遠(yuǎn)程控制功能。

        3 軟件設(shè)計(jì)

        單相電能表軟件系統(tǒng)包括程序初始化及主程序、定時(shí)器處理模塊、顯示控制處理模塊、通信命令處理模塊、電參數(shù)運(yùn)算及儲(chǔ)存模塊、電量結(jié)算處理模塊以及系統(tǒng)自檢與軟件抗干擾處理模塊。整個(gè)程序是通過(guò)查詢方式執(zhí)行的,通過(guò)查詢電表事件發(fā)生的條件情況,判斷電能表事件是否發(fā)生,來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作,這種執(zhí)行方式只要保證MCU的執(zhí)行速度足夠快,是能夠保證事件響應(yīng)的時(shí)效性的。

        電能表的工作過(guò)程:每次上電要進(jìn)行系統(tǒng)初始化,初始化包括對(duì)ATT7025單片機(jī)定時(shí)器、串行口、中斷等工作方式的設(shè)定,寫(xiě)入時(shí)鐘及鐵電存儲(chǔ)芯片F(xiàn)M3104的控制字。新電能表的初次工作要對(duì)X25045初始值設(shè)定,包括電能表表號(hào)的設(shè)置、時(shí)段的設(shè)置、時(shí)鐘的設(shè)置、存儲(chǔ)地址的分配等。該系統(tǒng)設(shè)置了3個(gè)時(shí)段,單片機(jī)每秒從時(shí)鐘芯片F(xiàn)M3104中讀取時(shí)鐘值,然后根據(jù)存儲(chǔ)芯片中預(yù)先設(shè)置好的時(shí)段,分析該時(shí)刻屬于哪個(gè)時(shí)段,根據(jù)相應(yīng)的時(shí)段把電能存儲(chǔ)在ATT7025的RAM存儲(chǔ)器中,然后電能每累計(jì)夠1 kW·h便寫(xiě)入到FM3104相應(yīng)的地址中。16位液晶顯示器輪流顯示時(shí)段與電能信息。若有通信請(qǐng)求將采用中斷方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。若停電,將執(zhí)行掉電保護(hù)程序。

        4 新型單相電子式多功能電能表特點(diǎn)

        新型電能表可以測(cè)量電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù);能設(shè)置電壓、電流、功率、電量預(yù)設(shè)門(mén)限值與超上、下限報(bào)警功能;能遠(yuǎn)程輸出控制、有過(guò)流過(guò)載保護(hù)、能夠定時(shí)控制。這些功能普通電能表均不具有。通信方面,新型電能表有LonWorks雙絞線接口或電力線接口或RS485接口而普通電能表只有RS485接口??傊撔滦碗娔鼙硎钦嬲龑?shí)現(xiàn)了集測(cè)量、遙控、定時(shí)控制及過(guò)流或過(guò)載保護(hù)于一體的多功能電能表。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        新型單相電子式多功能電能表集測(cè)量、遙控、定時(shí)控制及過(guò)流或過(guò)載保護(hù)于一體,適應(yīng)了建筑能源管理系統(tǒng)建設(shè)的要求和國(guó)家電網(wǎng)配電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的要求,及時(shí)、準(zhǔn)確、全面反映用戶用電的相關(guān)信息;提出了電能表的自保護(hù)功能的新技術(shù),解決了電能表的多種形式的自動(dòng)停送電的功能,提高了電能表計(jì)的通信網(wǎng)絡(luò)化功能,為電力用戶管理在高級(jí)應(yīng)用方面打下了基礎(chǔ)。目前已在全國(guó)多個(gè)建筑能源管理系統(tǒng)中獲得了實(shí)際的應(yīng)用。

        [1]李秀梅,華洪濤.LONWORKS網(wǎng)絡(luò)——開(kāi)放的、互可操作的控制網(wǎng)絡(luò)[J].科技資訊,2007(7):174-175.

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