智能電能表現(xiàn)場校驗儀的開發(fā)與設計

1、智能電能表現(xiàn)場校驗儀的開發(fā)與設計【大比特導讀】隨著電網(wǎng)建設的逐步完善， 相應的電力配電裝置得到 了迅猛的發(fā)展，電能表的準確度等級越來越高，對電能表現(xiàn)場校驗儀的要求也 隨之提高，電能表現(xiàn)場校驗儀電能指標一般要求達到0.05級，功能上要有諧 波分析、錯誤接線判斷、向量圖顯示、更正系數(shù)計算等隨著電網(wǎng)建設的逐步完善，相應的電力配電裝置得到了迅猛的發(fā)展，電能 表的準確度等級越來越高，對電能表現(xiàn)場校驗儀的要求也隨之提高，電能表現(xiàn) 場校驗儀電能指標一般要求達到0.05級，功能上要有諧波分析、錯誤接線判 斷、向量圖顯示、更正系數(shù)計算等，另外所測數(shù)據(jù)要求被保存并能上傳到PC機 供管理應用，還要求攜帶方便，體積小

2、、功耗低，因此采用ARM和CP2102技術 就能很好的滿足設計要求。一、硬件原理硬件由模擬輸入通道、采樣保持電路、A/D轉換器、CP2102數(shù)字信號處理 器、ARM及其外圍器件組成。輸入通道中，三相電壓直接接入，經(jīng)過精密電阻 分壓取樣到A/D轉換器。電流采樣分為經(jīng)內(nèi)附精密互感器、5A鉗型互感器、 500A鉗型互感器三種方式獲得以適應現(xiàn)場校驗的不同需求。采集到的信號經(jīng)16位串行A/D轉換將模擬信號變換為數(shù)字信號。由采樣保 持器保證采樣的同步性，使每相電壓、電流同時采樣，最后以串行方式輸入給 數(shù)字信號處理CP2102.CP2102是數(shù)字信號處理器（Digital Singnal Processor

3、） 的簡稱，它對采樣信號進行高速運算、加工處理并將處理結果經(jīng)總線傳送給中 央處理器ARM.中央處理器ARM對CP2102處理結果進行后期處理，實現(xiàn)人機對 話、數(shù)據(jù)存儲、功能切換等功能。顯示器采用640X480分辨率的26k真彩色大 屏幕，背景色可調(diào)以適應不同環(huán)境。二、ARM和CP2102技術原理中央處理器ARM是該儀器的核心部件，采用三星公司設計開發(fā)的基于精簡 指令集的ARM9核的S3C2410,該器件為低價格、低功耗、高性能小型微控制 器，適合應用到各種便攜設備，能夠降低整個系統(tǒng)成本。它具有豐富的內(nèi)部設 備，其中主要包括：存儲器管理單元MMU,16KB的指令緩沖器和16KB數(shù)據(jù)緩沖 器，存儲

4、器控制器（SDRAM控制器）、NAND Flash和NOR Flash控制器，LCD控 制器（支持STN和TFT），4通道的外部DMA請求控制，3個串行口，SD存儲卡讀 取口，2個USB接口（1個USB主機接口和1個USB設備接口），5個脈寬調(diào)制定 時器，看門狗定器，117個通用I/O端口（其中24可用于中斷請求）。在本儀器中主要完成系統(tǒng)控制和通訊協(xié)議的轉換。ARM的外圍器件包括32M的8位FLASH 存儲器K9F5608,它不僅保存著本儀器的應用程序，同時現(xiàn)場校驗的數(shù)據(jù)和抄表 數(shù)據(jù)都可以存儲。FLASH存儲器在系統(tǒng)中主要用于存放引導程bootloader、操 作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像和應用程序代碼等，

5、系統(tǒng)上電或者復位后從FLASH中運行bootloader,由bootloader初始化硬件并將操作系統(tǒng)拷貝到SDRAM中去執(zhí)行。 SDRAM存儲芯片采用57V641620,它共有4MX16位字節(jié)寬度，采用3.3V供電。CP2102采用TI公司生產(chǎn)的第三代數(shù)字信號處理器TMS320VC33,該芯片是一 種32bit的浮點CP2102,其程序、數(shù)據(jù)和外設地址都映射在同一存儲空間，并 有豐富的尋址方式和較大的尋址空間，因此對外設的訪問非常靈活方便。CP2102以處理速度見長，它將處理信號的典型算法，如快速傅立葉變換（FFT） 以硬件形式加以支持，提高了處理速度，特別適合要求運算速度高的場合。在 本儀

6、器中，各種電測量如電壓、電流、功率、頻率、相位、功率因數(shù)、諧波等 都是由它完成計算處理的，同時，它還產(chǎn)生電能脈沖，包括有功電能的高頻脈 沖、低頻脈沖和無功電能的高頻脈沖。三、功能實現(xiàn)儀器的設計指標為0.05級，主要由采樣電路和A/D來保證，算法也有很大 的影響。該儀器采用非同步采樣，采樣頻率與被測信號不同步，會帶來附加誤 差，利用軟件方法可以修正殘余誤差。參3經(jīng)測試，基本電能誤差能夠滿足設 計要求。由于ARM的高性能，結合電能表現(xiàn)場校驗的各種情況，儀器提供了豐 富的擴展功能，主要有以下幾個方面。儀器可以從上位機接收待校表信息，包括相線、常數(shù)、類型、互感器倍 率、編號、變壓器容量等，校表時只用輸

7、入編號即可調(diào)入全部信息進行校驗。 校驗結果存儲時也可以包含以上信息并且具有校驗時間、誤差、測量時的電測 量信息?？梢允謩踊蛲ㄟ^485得到被校表的峰谷平電量信息，包括正反向有功 和正反向無功。存儲數(shù)量1000塊。大屏幕液晶可以在校驗界面顯示三相電壓、電流、功率、頻率、功率因 數(shù)，顯示電流檔位（基表、5A鉗表、500A鉗表）信息。可以顯示兩個誤差，如果 是主表副表則顯示兩塊表的誤差，如果是多功能電能表則可以同時顯示有功、 無功誤差。能進行走字試驗，可進行電能累計，檢查電能表字輪的工作狀態(tài)。能顯示相量圖和相位值，具備查接線功能（錯誤或正確的接線），直接計 算錯誤接線情況下的更正系數(shù)，可及時追補損失的

8、電量。能夠測試計量裝置中低壓電流互感器CT的角差、比差、誤差。具有諧波分析功能，顯示線路失真度、各次諧波含量、波形，還可以校 驗基波表。正是采用了 ARM技術，才能使具有強大功能的電能表現(xiàn)場校驗儀體積 小、功耗（現(xiàn)場校驗儀的重要指標）小、便于攜帶，它必將成為電能計量工作人 員的有效設備。四、電能表現(xiàn)儀與智能系統(tǒng)系統(tǒng)主要由3部分組成：主站管理軟件模塊、主站數(shù)據(jù)庫模塊和PDA現(xiàn)場 校表模塊，整個校表的工作流程可以分為：主站軟件生成計劃，經(jīng)過計量專職的審核后生效。校表人員將要執(zhí)行的校表任務下載到PDA中?，F(xiàn)場校表。校表人員帶著PDA和校驗儀來到校表現(xiàn)場進行校表工作，如 果現(xiàn)場出現(xiàn)異常，則通過PDA的

9、無線通信功能連接主站的專家診斷系統(tǒng)，處理 各種接線錯誤。上傳校驗結果。校表完成后，校表人員可以通過無線方式或串口通信方 式上傳校驗結果到主站。統(tǒng)計各種報表。五、系統(tǒng)實現(xiàn)主站管理軟件模塊的設計主站管理軟件模塊采用具有高安全性和穩(wěn)定性的C/S（Client/Server）模式，讀寫主站數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電表等信息的管理、校表工作的安排、對校表數(shù)據(jù) 的處理、現(xiàn)場接線錯誤的診斷、各類報表的統(tǒng)計等功能。主站管理軟件的開發(fā) 使用了 Borland公司的delphi 6開發(fā)工具，它具有可視化開發(fā)環(huán)境（IDE）、編 譯器速度快、強大的數(shù)據(jù)庫支持功能、靈活的VCL組件、跨平臺開發(fā)等特點， 備受應用程序開發(fā)者的青睞。通

10、信模塊。在主站和PDA的通信中使用GPRS前置機的數(shù)據(jù)轉發(fā)功能，實 現(xiàn)無線通訊，大大減少外網(wǎng)對主站服務器的攻擊。同時，提供了和營銷系統(tǒng)、 專家診斷系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)管理。可以在系統(tǒng)中設置部門及各部門下的工作人員，根據(jù)人員的 級別分配相應的菜單權限。檔案管理。操作人員可以對部門、電表、變電所、用戶、區(qū)域等信息進 行管理，同時提供操作日志查詢。任務管理。它包括計劃任務的生成、校表任務的下載、校表結果的上 傳。報表管理。針對計量所的實際需要，提供了各類報表和直觀的統(tǒng)計圖。主站數(shù)據(jù)庫設計主站服務器安裝Oracle 8i數(shù)據(jù)庫。Oracle數(shù)據(jù)庫具有安全性強、兼容性 好、高可用性、高生產(chǎn)率、多線程處理能力

11、等特點，是世界上使用最廣泛的關 系數(shù)據(jù)系統(tǒng)之一。數(shù)據(jù)庫在整個系統(tǒng)中屬于底層共享的數(shù)據(jù)資源支持層，對上 層應用提供了基礎數(shù)據(jù)的存儲、管理、查詢等功能的支持。數(shù)據(jù)庫包括客戶 表、變電所表、線路表、電表表、測量點表、任務表、計劃表、校驗結果表PDA校表模塊的軟硬件設計PDA校表模塊包括校驗儀和帶GPRS上網(wǎng)卡的PDA.其中校驗儀用于對電表進 行校驗檢測，PDA用于保存校驗儀數(shù)據(jù)及和主站的數(shù)據(jù)通訊。PDA校表軟件參照標準及實際校驗流程設計。軟件模塊提供界面手工輸入 直觀檢查信息，比如電表外殼是否完好、電流量程是否正常、是否失流、是否 失壓、是否超載等信息；通過串口轉紅外通訊方式接收電表數(shù)據(jù)；通過串口接

12、收 校驗儀（PWS）的數(shù)據(jù)，如果是帶紅外的PWS,則可以通過前面的紅外端口接收 PWS數(shù)據(jù)。PDA軟件提供兩種方式實現(xiàn)與主站的數(shù)據(jù)通訊：1,GPRS通訊方式。PDA在檢表現(xiàn)場與主站的服務器進行無線通訊，實時查 詢獲取信息及上傳結果，如果接線有異常的話，通過主站進行實時診斷和處理;2,串口通訊方式。用串口線連接PDA和主站客戶端，通過客戶端連接服務 器數(shù)據(jù)庫取得工作內(nèi)容，上傳校驗信息等。六、系統(tǒng)功能及特點與傳統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校驗相比，該系統(tǒng)具有以下功能特點:1,校表自動化。采集的數(shù)據(jù)通過串口或紅外通訊方式自動輸入到PDA，并且 存儲在PDA中，再上傳到主站數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了無紙化、自動化作業(yè)。2,校表智能化。系統(tǒng)提供的錯誤接線專家診斷模塊能通過GPRS無線網(wǎng)絡， 輔助校表人員進行接線錯誤判斷，提高工作效率。3,任務安排合理化。通過生成年計劃算法，結合考慮用戶類型、去年計劃 完成情況、用戶區(qū)域等信息，可以將校表地點、時間相近的用戶或變電所安排 在同一天校表，避免了校表人員勞于奔波。校驗報表、關口電能表運行點非優(yōu) 校驗報表、重要電能表運行點二率報表、校驗結果統(tǒng)計、校驗結果分析等。而 且，所有這些統(tǒng)計報表都有