馮 博

（沈陽工程學(xué)院電氣工程系，遼寧 沈陽 110036）

本文的主要闡述內(nèi)容是針對(duì)電能表檢定裝置的設(shè)計(jì)思路以及采用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析。通過對(duì)該裝置的研究歷史以及今后的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)要介紹，闡述了電能表檢定裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和核心的控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。通過對(duì)當(dāng)今流行的總線進(jìn)行技術(shù)對(duì)比，設(shè)計(jì)出了以CAN總線技術(shù)為基礎(chǔ)的多表位電能表檢定裝置。

1 傳統(tǒng)的電能表檢定裝置

電能表作為一種電能的計(jì)量?jī)x器，必須經(jīng)過檢驗(yàn)合格才可以使用。使用中的電能表在工作一段時(shí)間后，由于受到材質(zhì)的老化以及機(jī)械磨損等因素的影響，其工作的性能會(huì)發(fā)生一定的變化，容易造成計(jì)量誤差的產(chǎn)生。因此國(guó)家規(guī)定，對(duì)于電能表要在使用一段時(shí)間后必須定期進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的檢定，被稱為周期檢定。

電能表的檢定裝置可以根據(jù)測(cè)試裝置的電源以及控制系統(tǒng)的不同分為電工式及電子式檢定設(shè)備。電工式電能表檢定裝置的缺點(diǎn)是不能夠進(jìn)行調(diào)頻，且隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)完全被電子式標(biāo)準(zhǔn)表所代替； 電子式電能表檢定裝置采用了微機(jī)控制，對(duì)于需要檢定的電表使用誤差儀來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行檢定的精確性得到了大幅度的提高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化操作。

2 采用CAN總線技術(shù)的電能表檢定裝置設(shè)計(jì)思路

采用CAN總線技術(shù)的電能表檢定裝置的最大通信速率能夠達(dá)到1Mbps，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉以及很強(qiáng)的抗干擾能力，即便總線中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障也不會(huì)中斷其他節(jié)點(diǎn)的通信傳輸，很符合該檢定裝置的使用。

電能表檢定裝置采用的是CAN總線的控制系統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)中一共有96個(gè)誤差儀、一臺(tái)主控器、一臺(tái)PC機(jī)，其組成系統(tǒng)圖1所示。

圖1 電能表檢定裝置組成圖

圖2 模擬信號(hào)放大采集裝置電路圖

2.1 電能表檢定裝置脈沖信號(hào)接收器

結(jié)合成本以及系統(tǒng)穩(wěn)定等多方因素綜合考慮，本裝置使用MCU計(jì)數(shù)器。MCU計(jì)數(shù)器的控制及數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)，同時(shí)這些模塊都集中在MCU計(jì)數(shù)器的內(nèi)部，不受外來信號(hào)的干擾，可以對(duì)輸入的脈沖信號(hào)精確的計(jì)數(shù)。

2.2 電能表檢定裝置模擬信號(hào)采集模塊

檢定裝置的誤差儀需要對(duì)兩種模擬信號(hào)進(jìn)行采集并測(cè)量，包括一路直流信號(hào)，工作電壓在0V-30V范圍內(nèi)；三路溫度信號(hào)，當(dāng)溫度在0℃-100℃時(shí)，所需電壓為0V-12V，因此需要選用4個(gè)運(yùn)算放大模塊來對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理。該信號(hào)采集系統(tǒng)選取了LM324型模塊，其內(nèi)部包含四個(gè)獨(dú)立放大器，最小的CMR是 65db，能夠承受的最大失調(diào)輸入電壓為5mV，輸出電壓在5mV-20mV范圍之內(nèi)。直流測(cè)試信號(hào)放大器如圖2所示。

2.3 電能表檢定裝置脈沖信號(hào)輸入裝置

根據(jù)對(duì)檢定裝置的設(shè)計(jì)要求，所有誤差儀都需要具備對(duì)兩路誤差進(jìn)行測(cè)量的要求。第一路誤差系統(tǒng)主要包含五個(gè)信號(hào)，分別是正向有功信號(hào)、反向有功信號(hào)、光電信號(hào)、正向無功信號(hào)、反向無功信號(hào)。第二路誤差系統(tǒng)一共有被檢測(cè)信號(hào)6個(gè)，除了包括第一路誤差系統(tǒng)的5個(gè)信號(hào)外又多了一個(gè)多功能的端口信號(hào)。

2.4 電能表檢定裝置CAN總線通信線路

CAN通信接口電路主要由兩部分組成，包括CAN電平驅(qū)動(dòng)電路和通訊隔離電路。通過該通信電路可以將誤差儀與CAN總線進(jìn)行有效的連接。CAN總線電平利用電壓差分信號(hào)，顯性電平時(shí)高電平與低電平之間的差電壓在0.9V-2V之間，隱性電平時(shí)，高低電平之間的電壓差值在0V-0.5V之間，此時(shí)需要的共模電壓是2.5V。

在目前主要有兩種方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢定裝置通信傳輸功能模塊的設(shè)計(jì)，一種采用磁隔離設(shè)計(jì)，采用光耦合隔離設(shè)計(jì)。光耦合隔離采用光電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，不但傳輸?shù)乃俾视辛撕艽蟮奶岣?，而且在傳輸?shù)倪^程中不會(huì)受到其他信號(hào)的干擾，安全性以及穩(wěn)定性相比于磁隔離有了很大的技術(shù)進(jìn)步。因此在誤差儀的通信電路中的應(yīng)用比較廣泛。

結(jié)語

本文通過對(duì)以CAN總線技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行電能表檢定裝置進(jìn)行研制，通過一條CAN總線的連接實(shí)現(xiàn)了對(duì)96個(gè)誤差表位的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)墓ぷ?，通過對(duì)多表位同時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)并且驗(yàn)證了利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，通過對(duì)誤差數(shù)據(jù)時(shí)間間隔的控制，可以實(shí)現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)不間斷的實(shí)時(shí)傳入到主機(jī)系統(tǒng)，能夠保證該裝置連續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行工作，同時(shí)保證了對(duì)電能表進(jìn)行檢定的精確度的提高，電能表檢測(cè)裝置的使用效率也得到了大幅度的提升，能夠更好的在電表檢定工作中發(fā)揮作用。

[1]陳航天.電能表檢定裝置及技術(shù)的發(fā)展[J].廣東輸電技術(shù)，2008（01）：42-44.

[2]吳玲艷.感應(yīng)式電能表與電子式電能表的分析與比較[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2006（S1）：71-72.

[3]張翱翔.智能多用戶電能表研究與設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2010.

[4]達(dá)文光.淺談電能表檢定裝置現(xiàn)狀及技術(shù)要求[J].甘肅科技，2010（22）：82-84.

[5]張麗偉，申秀香，賈立平.0.01級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置的組成與應(yīng)用[J].河北電力技術(shù)，2012（03）：18-20.