智能電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

1、智能電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)【大比特導(dǎo)讀】隨著電網(wǎng)建設(shè)的逐步完善， 相應(yīng)的電力配電裝置得到 了迅猛的發(fā)展，電能表的準(zhǔn)確度等級(jí)越來(lái)越高，對(duì)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的要求也 隨之提高，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀電能指標(biāo)一般要求達(dá)到0.05級(jí)，功能上要有諧 波分析、錯(cuò)誤接線判斷、向量圖顯示、更正系數(shù)計(jì)算等隨著電網(wǎng)建設(shè)的逐步完善，相應(yīng)的電力配電裝置得到了迅猛的發(fā)展，電能 表的準(zhǔn)確度等級(jí)越來(lái)越高，對(duì)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的要求也隨之提高，電能表現(xiàn) 場(chǎng)校驗(yàn)儀電能指標(biāo)一般要求達(dá)到0.05級(jí)，功能上要有諧波分析、錯(cuò)誤接線判 斷、向量圖顯示、更正系數(shù)計(jì)算等，另外所測(cè)數(shù)據(jù)要求被保存并能上傳到PC機(jī) 供管理應(yīng)用，還要求攜帶方便，體積小

2、、功耗低，因此采用ARM和CP2102技術(shù) 就能很好的滿足設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換器、CP2102數(shù)字信號(hào)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(guò)精密電阻 分壓取樣到A/D轉(zhuǎn)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(yīng)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的不同需求。采集到的信號(hào)經(jīng)16位串行A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。由采樣保 持器保證采樣的同步性，使每相電壓、電流同時(shí)采樣，最后以串行方式輸入給 數(shù)字信號(hào)處理CP2102.CP2102是數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Singnal Processor

3、） 的簡(jiǎn)稱，它對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行高速運(yùn)算、加工處理并將處理結(jié)果經(jīng)總線傳送給中 央處理器ARM.中央處理器ARM對(duì)CP2102處理結(jié)果進(jìn)行后期處理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì) 話、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(yīng)不同環(huán)境。二、ARM和CP2102技術(shù)原理中央處理器ARM是該儀器的核心部件，采用三星公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基于精簡(jiǎn) 指令集的ARM9核的S3C2410,該器件為低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制 器，適合應(yīng)用到各種便攜設(shè)備，能夠降低整個(gè)系統(tǒng)成本。它具有豐富的內(nèi)部設(shè) 備，其中主要包括：存儲(chǔ)器管理單元MMU,16KB的指令緩沖器和16KB數(shù)據(jù)緩沖 器，存儲(chǔ)

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(qǐng)求控制，3個(gè)串行口，SD存儲(chǔ)卡讀 取口，2個(gè)USB接口（1個(gè)USB主機(jī)接口和1個(gè)USB設(shè)備接口），5個(gè)脈寬調(diào)制定 時(shí)器，看門(mén)狗定器，117個(gè)通用I/O端口（其中24可用于中斷請(qǐng)求）。在本儀器中主要完成系統(tǒng)控制和通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。ARM的外圍器件包括32M的8位FLASH 存儲(chǔ)器K9F5608,它不僅保存著本儀器的應(yīng)用程序，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)和抄表 數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)。FLASH存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中主要用于存放引導(dǎo)程bootloader、操 作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像和應(yīng)用程序代碼等，

5、系統(tǒng)上電或者復(fù)位后從FLASH中運(yùn)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(chǔ)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(hào)處理器TMS320VC33,該芯片是一 種32bit的浮點(diǎn)CP2102,其程序、數(shù)據(jù)和外設(shè)地址都映射在同一存儲(chǔ)空間，并 有豐富的尋址方式和較大的尋址空間，因此對(duì)外設(shè)的訪問(wèn)非常靈活方便。CP2102以處理速度見(jiàn)長(zhǎng)，它將處理信號(hào)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(yùn)算速度高的場(chǎng)合。在 本儀

6、器中，各種電測(cè)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(jì)算處理的，同時(shí)，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(wú)功電能的高頻脈沖。三、功能實(shí)現(xiàn)儀器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為0.05級(jí)，主要由采樣電路和A/D來(lái)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(cè)信號(hào)不同步，會(huì)帶來(lái)附加誤 差，利用軟件方法可以修正殘余誤差。參3經(jīng)測(cè)試，基本電能誤差能夠滿足設(shè) 計(jì)要求。由于ARM的高性能，結(jié)合電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的各種情況，儀器提供了豐 富的擴(kuò)展功能，主要有以下幾個(gè)方面。儀器可以從上位機(jī)接收待校表信息，包括相線、常數(shù)、類型、互感器倍 率、編號(hào)、變壓器容量等，校表時(shí)只用輸

7、入編號(hào)即可調(diào)入全部信息進(jìn)行校驗(yàn)。 校驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)時(shí)也可以包含以上信息并且具有校驗(yàn)時(shí)間、誤差、測(cè)量時(shí)的電測(cè) 量信息。可以手動(dòng)或通過(guò)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(wú)功。存儲(chǔ)數(shù)量1000塊。大屏幕液晶可以在校驗(yàn)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?？梢燥@示兩個(gè)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(shí)顯示有功、 無(wú)功誤差。能進(jìn)行走字試驗(yàn)，可進(jìn)行電能累計(jì)，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(cuò)誤或正確的接線），直接計(jì) 算錯(cuò)誤接線情況下的更正系數(shù)，可及時(shí)追補(bǔ)損失的

8、電量。能夠測(cè)試計(jì)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(yàn)基波表。正是采用了 ARM技術(shù)，才能使具有強(qiáng)大功能的電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀體積 小、功耗（現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的重要指標(biāo)）小、便于攜帶，它必將成為電能計(jì)量工作人 員的有效設(shè)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(kù)模塊和PDA現(xiàn)場(chǎng) 校表模塊，整個(gè)校表的工作流程可以分為：主站軟件生成計(jì)劃，經(jīng)過(guò)計(jì)量專職的審核后生效。校表人員將要執(zhí)行的校表任務(wù)下載到PDA中。現(xiàn)場(chǎng)校表。校表人員帶著PDA和校驗(yàn)儀來(lái)到校表現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校表工作，如 果現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常，則通過(guò)PDA的

9、無(wú)線通信功能連接主站的專家診斷系統(tǒng)，處理 各種接線錯(cuò)誤。上傳校驗(yàn)結(jié)果。校表完成后，校表人員可以通過(guò)無(wú)線方式或串口通信方 式上傳校驗(yàn)結(jié)果到主站。統(tǒng)計(jì)各種報(bào)表。五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主站管理軟件模塊的設(shè)計(jì)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(xiě)主站數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電表等信息的管理、校表工作的安排、對(duì)校表數(shù)據(jù) 的處理、現(xiàn)場(chǎng)接線錯(cuò)誤的診斷、各類報(bào)表的統(tǒng)計(jì)等功能。主站管理軟件的開(kāi)發(fā) 使用了 Borland公司的delphi 6開(kāi)發(fā)工具，它具有可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）、編 譯器速度快、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持功能、靈活的VCL組件、跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)， 備受應(yīng)用程序開(kāi)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(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，實(shí) 現(xiàn)無(wú)線通訊，大大減少外網(wǎng)對(duì)主站服務(wù)器的攻擊。同時(shí)，提供了和營(yíng)銷系統(tǒng)、 專家診斷系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)管理?？梢栽谙到y(tǒng)中設(shè)置部門(mén)及各部門(mén)下的工作人員，根據(jù)人員的 級(jí)別分配相應(yīng)的菜單權(quán)限。檔案管理。操作人員可以對(duì)部門(mén)、電表、變電所、用戶、區(qū)域等信息進(jìn) 行管理，同時(shí)提供操作日志查詢。任務(wù)管理。它包括計(jì)劃任務(wù)的生成、校表任務(wù)的下載、校表結(jié)果的上 傳。報(bào)表管理。針對(duì)計(jì)量所的實(shí)際需要，提供了各類報(bào)表和直觀的統(tǒng)計(jì)圖。主站數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主站服務(wù)器安裝Oracle 8i數(shù)據(jù)庫(kù)。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)具有安全性強(qiáng)、兼容性 好、高可用性、高生產(chǎn)率、多線程處理能力

11、等特點(diǎn)，是世界上使用最廣泛的關(guān) 系數(shù)據(jù)系統(tǒng)之一。數(shù)據(jù)庫(kù)在整個(gè)系統(tǒng)中屬于底層共享的數(shù)據(jù)資源支持層，對(duì)上 層應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、查詢等功能的支持。數(shù)據(jù)庫(kù)包括客戶 表、變電所表、線路表、電表表、測(cè)量點(diǎn)表、任務(wù)表、計(jì)劃表、校驗(yàn)結(jié)果表PDA校表模塊的軟硬件設(shè)計(jì)PDA校表模塊包括校驗(yàn)儀和帶GPRS上網(wǎng)卡的PDA.其中校驗(yàn)儀用于對(duì)電表進(jìn) 行校驗(yàn)檢測(cè)，PDA用于保存校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)及和主站的數(shù)據(jù)通訊。PDA校表軟件參照標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際校驗(yàn)流程設(shè)計(jì)。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(guò)串口轉(zhuǎn)紅外通訊方式接收電表數(shù)據(jù)；通過(guò)串口接

12、收 校驗(yàn)儀（PWS）的數(shù)據(jù)，如果是帶紅外的PWS,則可以通過(guò)前面的紅外端口接收 PWS數(shù)據(jù)。PDA軟件提供兩種方式實(shí)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(chǎng)與主站的服務(wù)器進(jìn)行無(wú)線通訊，實(shí)時(shí)查 詢獲取信息及上傳結(jié)果，如果接線有異常的話，通過(guò)主站進(jìn)行實(shí)時(shí)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(guò)客戶端連接服務(wù) 器數(shù)據(jù)庫(kù)取得工作內(nèi)容，上傳校驗(yàn)信息等。六、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)與傳統(tǒng)的電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)相比，該系統(tǒng)具有以下功能特點(diǎn):1,校表自動(dòng)化。采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口或紅外通訊方式自動(dòng)輸入到PDA，并且 存儲(chǔ)在PDA中，再上傳到主站數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化、自動(dòng)化作業(yè)。2,校表智能化。系統(tǒng)提供的錯(cuò)誤接線專家診斷模塊能通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)， 輔助校表人員進(jìn)行接線錯(cuò)誤判斷，提高工作效率。3,任務(wù)安排合理化。通過(guò)生成年計(jì)劃算法，結(jié)合考慮用戶類型、去年計(jì)劃 完成情況、用戶區(qū)域等信息，可以將校表地點(diǎn)、時(shí)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(yàn)報(bào)表、關(guān)口電能表運(yùn)行點(diǎn)非優(yōu) 校驗(yàn)報(bào)表、重要電能表運(yùn)行點(diǎn)二率報(bào)表、校驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)、校驗(yàn)結(jié)果分析等。而 且，所有這些統(tǒng)計(jì)報(bào)表都有