工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)及應用 -安裝調(diào)試能源采集儀表

樹根互聯(lián)教育《工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應用》以技術(shù)積累與行業(yè)實踐經(jīng)驗賦能人才培養(yǎng)項目二

采集生產(chǎn)能源數(shù)據(jù)任務二安裝調(diào)試能源采集儀表>>賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務說明知識準備任務實施課后思考任務描述采集方案得到甲方確認后，開始能源采集儀表的安裝調(diào)試工作。這個環(huán)節(jié)中，唐工安排小鄭負責廠房內(nèi)的電能源儀表的安裝任務，首先安裝的是就近有物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的電能源采集儀表的安裝。在本任務中，小鄭需要制作信號線端子和電源線，根根據(jù)接線原理圖把220V的供電電源接入到能源采集儀表，完成輸入電流和輸入電壓的接線；同時需要把電能源儀表與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)通過RS485接口進行連接，全部接線完成后，需要對安裝好的能源采集儀表進行上電測試，檢驗是否正確安裝。知識導圖任務目標知識目標：了解電能源采集儀表的外觀結(jié)構(gòu)；了解電能源采集儀表的各種組網(wǎng)方式；技能目標：能根據(jù)任務要求準備勞保用品和工具；能使用萬用表測量供電電壓；能制作信號線端子、電源線；能理解接線原理圖、安裝圖；熟悉電能源采集儀表的接口；熟悉電能源采集儀表的RS485組網(wǎng)方式；能正確完成電能源采集儀表的電壓、電流輸入進行接線；能正確完成電能源采集儀表的供電電源接線；能正確完成能源采集儀表的通信接線；能規(guī)范操作能源采集儀表的通電測試。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務說明知識準備任務實施課后思考1.能源采集儀表的面板說明RootBand-Pro(Z)智能采集終端（以下簡稱根云小匠），是針對能源管理所開發(fā)的一款智能電力監(jiān)控儀表，能夠提供高精度的三相電壓、電流和功率等基本測量數(shù)據(jù)，并具有分時計費、需量計算、剩余電流保護及溫度保護等功能。儀表的外觀如圖所示。1.能源采集儀表的面板說明（1）天線接口：通過無線上網(wǎng)方式時，安裝對應的天線以增強信號；（2）硬件序列號：每個硬件出廠唯一的編號；（3）接線端子：用于實現(xiàn)電氣連接；（4）SIM卡槽：用4G上網(wǎng)方式時，放置SIM卡的位置；1.能源采集儀表的面板說明（5）指示燈指示燈說明Run運行狀態(tài)指示燈。正常運行狀態(tài)下，Run指示燈每隔1秒亮一次，持續(xù)時間1秒

Net裝置的微功率無線/Lora模塊接收到數(shù)據(jù)時閃爍Data無線通信數(shù)據(jù)指示燈，裝置的無線模塊對外發(fā)送數(shù)據(jù)時，該燈會閃爍Comm.RS485通信指示燈，當裝置通過RS485通信進行數(shù)據(jù)傳遞時，該燈會閃爍1.能源采集儀表的面板說明（6）液晶顯示：根云小匠可通過液晶查看實時數(shù)據(jù)，默認界面顯示正向有功電能。其他顯示內(nèi)容，詳看附錄D。（7）按鍵：按鍵說明如表所示。按鍵按鍵說明▼短按切換顯示數(shù)據(jù)的組別（實時數(shù)據(jù)、參數(shù)查詢）/輸入密碼/修改設置參數(shù)長按退出設置新密碼頁面?短按確認參數(shù)長按進入/退出參數(shù)整定界面2.能源采集儀表的接口說明根云小匠的接口如圖2-2-2所示，其接口說明如表2-2-3所示。序號端子號端口數(shù)量輸入/輸出端子定義①V1，V2，V3，VN4輸入電壓端子②DO11，DO12，DO21，DO224輸出繼電器輸出端子③1，2（?Ir，Ir-）2輸入剩余電流端子④3~10（TC1~TC4）8輸入測溫端子⑤I11，I12，I21，I22，I31，I326輸入電流端子⑥D(zhuǎn)IC，DI1，DI2，DI3，DI45輸入開關(guān)量輸入端子⑦D+，D-

RS485通信端子⑧L/+，N/-

電源端子根云小匠可以通過有線或者無線方式進行組網(wǎng)。3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式以有線方式進行組網(wǎng)時，通過根云小匠的RS485通信接口接入物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，由物聯(lián)網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺或其他采集服務器。以無線方式進行組網(wǎng)時，則支持4種無線通信方式：GPRS無線通信、LoRa通信、NB-IoT通信、4G通信，這些通信方式在選型時根據(jù)實際需求進行選擇。通過根云小匠對應的無線通信模塊，可以實現(xiàn)這些無線通信方式，直接把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺或者其他采集服務器。無線方式組網(wǎng)免去了接線，可以減少現(xiàn)場布線成本，降低施工成本，但是對環(huán)境的無線信號穩(wěn)定性要求會更高。有線方式無線方式（1）RS485通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式在儀表選型時首要考慮的是具有什么聯(lián)網(wǎng)通信接口；以前是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實現(xiàn)點對點的通信方式，但這種方式不能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個問題。RS485代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，是一個對通訊接口的硬件描述，它只需要兩根通訊線，即可以在兩個或兩個以上的設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接，是半雙工的通訊方式，在具體某個時間點，一個設備只能進行發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。（1）RS485通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式根云小匠采用RS485接口通信時，使用的通信協(xié)議為ModbusRTU，波特率可選1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，奇偶校驗位和停止位都可以進行設置；其組網(wǎng)示意如圖所示。該組網(wǎng)方案適用于集中安裝場所，如工廠內(nèi)部，大型商場等。（2）GPRS通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式GPRS（英文全稱為：Generalpacketradioservice，中文名稱為：通用無線分組業(yè)務）是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。它經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說這項技術(shù)位于第二代(2G)和第三代(3G)移動通訊技術(shù)之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。最初有人想通過擴展GPRS來覆蓋其他標準，只是這些網(wǎng)絡都正在轉(zhuǎn)而使用GSM標準，這樣GSM就成了GPRS唯一能夠使用的網(wǎng)絡。（2）GPRS通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式根云小匠GPRS信道的工作方式為客戶端方式，其通過GPRS信道與遠端服務器建立連接后進行通信，工作模式為永久在線模式，在此模式下，只要上電后模塊檢測到GSM網(wǎng)絡狀態(tài)正常，即向主站發(fā)起數(shù)據(jù)連接。只要連接建立，模塊將一直工作于數(shù)據(jù)交換狀態(tài)；其組網(wǎng)方式如圖所示。該組網(wǎng)方案適用于分散、距離較遠，對數(shù)據(jù)實時性較強的場合。（3）LoRa通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式LoRa（英文全稱為：LongRangeRadio，中文名稱為：遠距離無線電）是semtech公司開發(fā)的一種低功耗局域網(wǎng)無線標準，其最大的特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現(xiàn)了低功耗和遠距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴大3-5倍。根云小匠電腦LoRa通信使用的是470-510MHz這個無線電計量儀表使用的頻段。支持透傳功能，通過設置參數(shù)可使能透傳功能，該工作模式下，裝置可將LoRa/RS485接收的報文轉(zhuǎn)發(fā)至RS485/LoRa接口；其組網(wǎng)方式如圖所示。該組網(wǎng)方案適用于分散安裝的環(huán)境場景，比如商業(yè)區(qū)、工業(yè)園區(qū)等場合。（4）NB-IoT通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式NB-IoT（英文全稱為：NarrowBandInternetofThings，中文名稱為：窄帶物聯(lián)網(wǎng)）是一種利用移動基站進行通信的窄帶低功耗廣域網(wǎng)絡技術(shù)，它使用了授權(quán)的頻段，可直接部署于現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡上，需要運營商提供服務和支持。根云小匠的NB-IoT通信的工作鏈接使用UDP鏈接，裝置通過NB-IoT信道向指定的服務器和端口發(fā)送UDP鏈接的數(shù)據(jù)，并且可以接收服務器發(fā)送的請求命令；其組網(wǎng)方式如圖所示。該組網(wǎng)方案適用低功耗的、廣域范圍的、傳輸數(shù)據(jù)量小且更新頻率也不高的物聯(lián)網(wǎng)設備，如水表、氣表、路燈、停車、共享單車、物流集裝箱、空氣監(jiān)測儀等各種戶外場景。（5）4G通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式4G通信技術(shù)（英文全稱為：the4thgenerationmobilecommunicationtechnology，中文名稱為：第四代移動通信技術(shù)）是在3G技術(shù)上的一次更好的改良，其相較于3G通信技術(shù)來說一個更大的優(yōu)勢，是將WLAN技術(shù)和3G通信技術(shù)進行了很好的結(jié)合，使圖像的傳輸速度更快，讓傳輸圖像的質(zhì)量和圖像看起來更加清晰。在智能通信設備中應用4G通信技術(shù)讓用戶的上網(wǎng)速度更加迅速，速度可以高達100Mbps。（5）4G通信組網(wǎng)3.能源采集儀表的組網(wǎng)方式根云小匠的4G信道的工作方式為客戶端方式，裝置通過4G信道與遠端服務器建立連接后，進行通信。其4G通信模塊的工作模式為永久在線模式，只要上電后模塊檢測到LTE網(wǎng)絡狀態(tài)正常，即向主站發(fā)起數(shù)據(jù)連接。只要連接建立，模塊將一直工作于數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。該組網(wǎng)方案適用于不方便布線、網(wǎng)絡穩(wěn)定且數(shù)據(jù)量不是非常大的場景。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務說明知識準備任務實施課后思考1.任務準備本次任務采用的工具及勞保用具同“1.3.3任務實施”中的“1.任務準備”。2.測量供電電壓戴好低壓絕緣手套，萬用表設置為“測量交流電壓”，量程調(diào)至600V交流電檔位，打開供電電源開關(guān)。找準交流電壓正負極位置，使用測量筆（黑色筆測負極，紅色筆測正極），測量電源電壓是否與智能電表的工作電壓相符（本次示例使用的是：品牌名為根云小匠、型號為RootBand-Pro（Z）的智能電表，以下簡稱根云小匠，其工作電壓是交流電220V），如圖所示，圖中的電壓值在電壓偏差范圍內(nèi)。如果供電電源的電壓與電表參數(shù)電壓相符再進行下一步操作，若不符則需重新選擇220V的供電電源。3.制作信號線按照任務1.3中“制作電源線端子”的操作步驟，制作信號線，并分別接入根云小匠的信號端子口，制作完成后的信號線端子如左圖所示。由于本任務需要使用上位機（電腦）對根云小匠進行配置調(diào)試，因此信號線另一端需接入RS485/USB的轉(zhuǎn)換器以便調(diào)試，制作完成后的信號線如右圖所示。說明：信號線長度需要根據(jù)現(xiàn)場需要接線長度進行裁剪。4.制作電源線本任務需要制作電源線，制作步驟參考1.3中“制作電源線端子”的剝線、壓線操作步驟，數(shù)量和電源線長度需根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，如圖所示。5.安裝能源采集儀表（1）安裝前檢查安裝前應進行通電檢查，以保障根云小匠的可靠性和性能滿足設計要求。安裝前檢查安裝地點、環(huán)境負荷是否符合要求，周圍無振動和易燃易爆物品，以及無腐蝕氣體等。安裝點的溫度和濕度不應超過根云小匠規(guī)定的工作溫濕度范圍。檢查安裝位置，注意檢修方便，有足夠的的空間放置有關(guān)的線、端子排等必要的設備。關(guān)閉設備電源。5.安裝能源采集儀表（2）主機安裝圖采用35mm標準導軌式安裝，如圖所示。5.安裝能源采集儀表（3）接線原理圖如圖2-2-12所示是本任務使用的接線原理圖，本任務的負載（工作站）使用220V的單相電壓。5.安裝能源采集儀表（4）電流輸入接線本任務的需要采集能源數(shù)據(jù)的工作站的工作電壓為220V的單相電壓，因此采集單相電流；使用的是5A的開口電流互感器，其安裝圖如圖所示。5.安裝能源采集儀表（5）電壓輸入接線根云小匠可以直接接入220/380VAC的星形系統(tǒng)。如果被監(jiān)測系統(tǒng)的電壓高于220/380V，則需要使用電壓互感器（簡稱為PT）把電壓按比例降到裝置允許的輸入范圍內(nèi)。本任務的電壓輸入為220V，無需電壓互感器，實物接線接入完成如圖所示。5.安裝能源采集儀表（6）供電電源接線用交流電給根云小匠供電時，相線接L/+端，中性線接N/-端。用于直流電給根云小匠供電時，電源端子接線不需要區(qū)分正/負極。本任務使用的是220V交流電源給根云小匠供電，將220V電源按照下圖2-2-16所示正確的連接到L/+、L/-處。5.安裝能源采集儀表（6）供電電源接線供電電源接入根云小匠的電源線端子后，需要檢查線端子是否有短路情況。將萬用表調(diào)整至蜂鳴檔，在無任何負載情況下（生產(chǎn)設備不通電），使用紅黑測量筆，測量正負電源線端子，如圖所示。若萬用表蜂鳴器響，說明兩個端子口之間有短路，需要檢查并重新接入，之后再次檢查。若萬用表蜂鳴器不響且無數(shù)值，說明無問題，可執(zhí)行后續(xù)操作。5.安裝能源采集儀表（7）通信接線通信電纜可以采用普通的屏蔽雙絞線，長度根據(jù)實際需要裁剪，但總長度不宜超過1200米，各個設備的RS485口正負極性必須連接正確，電纜屏蔽層一端接地。如果屏蔽雙絞線較長，建議在其末端接一個約120Ω的電阻以提高通信的可靠性。通信接線如圖所示：5.安裝能源采集儀表（7）通信接線本任務需要通過RS-485/USB轉(zhuǎn)換器與上位機連接以便調(diào)試，通信線接線示意如圖所示。需要注意的是，根云小匠的D+接口需要對應轉(zhuǎn)換器的T/R+接口，以及對應Gbox上的A1接口；根云小匠的D-接口對應轉(zhuǎn)換器的T/R-借款，以及對應GBox上的B1接口相接。說明：如果需要拓展網(wǎng)關(guān)端口，可以將網(wǎng)關(guān)的A1、B1端口外接至接線端子中進行轉(zhuǎn)接。6.設備通電測試（1）在給電表上電測試之前，需要檢查：電源線連接是否正確，電表供電是否為交流220V，以下操作步驟請在佩戴絕緣手套后進行。（2）打開外部電源，為電表供電。（3）儀表上電后，如果連接正常