集中式多用户全电子式电能表的设计及应用.pdf

2 0 1 0 年 第6 期 童 撼晨 妓 6 5 集中式 多用户全 电子式电能表的设计及应 用 李洋 ， 赵琦 ， 马宜德 1 ． 山东科技 大学， 山东 青岛2 6 6 5 1 0； 2 ． 山东煤矿机 电装备安 全检测 中心 ， 山东 枣庄2 7 7 1 0 1 摘要本 文指出集中式多用 户全 电子武 电能表 符合我国国情 ， 具有很好的发展 前景。在 简介其基本结 构原理 的基础上 ， 着重对各部 分硬 件 的设计进行 了叙述 ， 并对其市场前景进行分析。 关键词 电子武集 中式多用户 单 片机 系统 中图分类号 T M 9 3 3 ． 4 文献标识码A 1 引言 电子式多用户电能表采用单片计算机作为中央处 理器 ， 每块表可对 多达 上百户 的用 电情 况进行 集 中检 测、 循环显示。各户的用电量可以就地读取或者是由 红外抄表器采集数据并打印出来， 也可以使用配套的 “ 多用户电能表计算机网络 自动抄表系统” 进行远距 离、 大面积计算机 自动抄表。由于电子式多用户电能 表采用 了“ 分户 用 电、 集 中检测 ” 的方式 ， 可有 效 地 防 止偷漏电行 为和抄表 过程 中人 为伪数据 的产生 ， 而且 整机体积小、 质量轻、 安装方便 ， 工程费用较低。 2 基 本结构 原 理 电子式 多用户 电能表 主要 由采样 电路 、 单 片机 系 统和输出电路三部分组成。 2 ． 1 采样 电路 主要 由 电压 、 电 流采 样 和 专 用 电 能 表 芯 片 如 B L 0 9 3 2 B 、 A D E 7 7 5 5等 构成。它的任务是完成每个 用户的用电量累积、 存储 ， 并同时将电量转换成相应的 脉冲分别输出或送入单片机处理。电能计量单元集中 安装在一个印刷电路板上 ， 其面积比一个纸烟盒还小 ， 每户一块 ， 每户单独计量， 互不影响。 2 ． 2单片机 系统 它是一个智能数据采集处理和控制单元。整个系 统安装在一个 2 0 08 0 m m 的印刷电路板上。它的任 务是接收并存储各用户电量 ， 经处理后控制公用显示 器， 定时、 轮流显示各户用 或剩余 电量， 控制对外通 信， 完成抄表或远控等工作。 2 ． 3 输 出电路 主要包括公用显示器和对外通信、 控制接口等。 公用显示器轮流显示每户户号和电量 ， 可 2 4 h连续工 作， 各用户随时可查看 自己的实际用电量情况。 收稿日期 2 0 1 0 0 5 2 6 作者简介 李洋 1 9 8 8一 ， 男 ， 山东枣庄 人 。 山东科技 大学 2 0 0 6级 电气专业学生， 曾担任2 0 0 9 年山东科技大学机器人大赛代表队副队 长 。 不难看出， 上述集中式多用户电能表是集电子技 术、 计算机技术和通信技术相结合的高科技产品。它 具有体积小、 可容户数多 一块 2 4户集中式多用户电 能表其面积约为用单表简单集 中安装的 1 ／ 3 ， 同时又 具有 “ 一户一表” 的功能。 3 各部分硬件分析与设计 3 ． 1 脉冲输出的电量计算集成电路 A D 7 7 5 5 是 A n M o g D e v i c e s 公司生产的电量计量集 成电路， 技术指标超过了 I E C 1 0 3 6规定的准确度要求， 且目前国内已有其替代品， 如上海贝岭的 B L 0 9 3 2即可 以很好地替代 A D 7 7 5 5 。这里主要对 A D 7 7 5 5 工作方式 介绍如下 电流和电量通过其互感器送入各输入通道 ， 电压 和电流通道上额定值要设计在最大输 出电压的半刻度 上 ， 使 电表能满足过压和过流的要求 。把 C F频率输出 端接到单 片机 的端 口， 设 置 S C F0 ， S 1 0 ， S O1 ， C F 的最高输出频率为2 1 ． 7 6 H z ， M C U对输入脉冲进行计 数， 计数值的大小即反映电能消耗的多少。本设计中， 分流器电阻在 3 4 0 fl条件下 ， 表常数为 3 2 0 0脉冲／ k Wh ， 即每 k Wh电产生 3 2 0 0脉冲。从 C P经光耦输出 到 C P U计数 。 3 ． 2 C 8 0 5 1 F 3 6 0混合信 号、 I S P F L A S H微 控制器 具有片内上电复位电路、 V D D监视器、 看门狗定 时器和时钟振荡器的 C 8 0 5 1 F 3 6 0器件是真正能独立工 作的片上系统。F L A S H存储器还具有在系统重新编 程能力， 可用于非易失性数据存储， 并允许现场更新 8 0 5 1固件。用户软件对所有外设具有完全 的控制， 可 以关断任何一个或所有外设以节省功耗。 片内 S i l i c o n l a b s 二线 C 2 开发接 口允许使用安 装在最终应用系统上的产品MC U进行非侵入式 不 占 用片内资源 、 全速、 在系统调试。调试逻辑支持观察 和修改存储器和寄存器， 支持断点、 单步、 运行和停机 命令。在使用 C 2进行调试时， 所有的模拟和数字外设 都可全功能运行。两个 c 2接 口引脚可以与用户功能 共享 ， 使在系统编程和调试功能不 占用封装引脚 。 3 ． 3 显 示电路 电表显示电路运用 7 4 H C 1 6 4驱动数码管， 采用六 础 瞧晨 缔技 2 0 1 0 年第6 期 个数码管进行显示。在此单片机应用系统中， 显示器 显示采用静态扫描显示， 在工作时每一个显示器都要 占用单独的具有锁存功能的I ／ O接口用于笔划段字形 代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接 口电路， 就不用管它了， 直到要显示新的数据时， 再发 送新的字形码， 因此， 采用这种显示方法， 可大大降低 单片机中C P U模块的开支， 最终可使集中式多用户全 电子式电能表的价格降到人们可以接受的程度。 4类型及 适用范 围 1 按分路电能计量户数， 集中式多用户全电子 式电能表可设计为两种类型 一类为容量仅有几户至 几十户的表 ， 这种表可设计为嵌墙式和外挂式两种， 一 般为一个单元装设一块， 安装在楼梯间。另一类为容 量可达上百户以上的柜式电能表， 这类表专为大型公 寓设计 ， 根据 目前大型公寓用电管理要求 ， 这类表除具 有远程 自动抄表、 预付费等功能外 ， 还具有负载 限定及 识别能力， 对公寓内禁止使用的电炉、 电热垫等一些带 有安全隐患的用电器能 自动识别并断电， 以确保用电 安全 。 2 适用范围 根据实际情况， 电子式多用户电能 表供电方式可满足以下几种情况 ① 单相进线 单相 多户出线； ② 三相四线制进线 单相多户出线， 即每相 可接多户， 要求每相所接户数尽量相等； ③ 三相进线 三相多户出线， 用户为三相用 电设备， 如中央空调；④ 三相四线制进线 单、 三相混合出线， 其中三相出线可 接三相用电电器， 而单相出线主要用于照明和单相供 电的电器 。 5结语 我国居民住宅或公寓多以楼房为主， 一些物业管 理部门多采用将多个单块表集中安装在楼梯间， 这样 简单的组合占用很多地方、 既不美观也不经济。设计 一 种体积小、 功能全又经济的集中式多用户全电子式 电能表十分必要 。这样一个单 元 、 乃 至一幢楼 同用一 块集 中式表即可 。目前 ， 市场 上普通单 相全 电子式 电 能表 指仅具有电能计量功能、 额定电流为 4 0 A的 ， 市场报价一般在 8 0元左右； 预付费 I c卡式全电子电 能表的市场报价则在2 5 0元至 3 0 0元之间。若考虑到 外表壳和空气开关 按六回路考虑 ， 普通单相表的报 价将达到 2 1 0元 ， 而具 有 I C卡 功能 的将接 近 4 0 0元 。 现若以 1 9户为例 ， 采用 D Z 4 7空气开关， 具有普通集中 式远抄功能的多用 户全 电子式 电能表 ， 平均每户 费用 仅需 1 7 0元左右， 带预付费功能的每户所需费用也可 控制在3 0 0 元以内。综上所述， 集中式多用户全电子 式电能表 ， 体积小、 功能全、 性价 比高， 符合我国国情， 具有很大的市场潜力。 上接第6 4页 壹 塾 l 燃自 图2 车辆标签安装位置 3 ． 4红 外线复 示站软件 复示站软件应针对独立探点车辆轴温跟踪的要 求， 以红外中心软件为基础重新开发。兖矿铁路是在 复示站软件主程序的基础上开发的车辆轴温跟踪模 块。红外设备探测的轴温数据处理仍以原程序为主 ， 跟踪数据的处理由跟踪模块执行。 车辆轴温跟踪模块是独立探点改造的核心内容。 它通过利用车号系统采集的车号信息、 探测站软件提 供的 A B端信息， 根据轴序规则 ， 将红外线轴温信息按 车号和轴序存人数据库， 并形成分析文件供值班人员 查阅。软件可反应 出每辆车近期轴承温度的变化， 是 否出现异常温升。将轴承温度的动态变化情况及时 地、 直观地反应 出来， 变被动等待热轴发生为提前预 警 ， 有效的防范热轴故障的扩大和减少损失。 车辆轴温跟踪模块由“ 列车查询” 、 “ 车辆查询” 、 “ 温升变化曲线” 、 “ 最高温查询” 四个部分， 分别提供 不同的轴温跟踪信息。 “ 最高温查询” 是车辆轴温跟踪的主要手段， 值班 人员每天交接班后打开此报表 ， 就可知道是否存在需 要重点跟踪的车辆 。 4效益 分析 独立探点轴温跟踪探测的实现， 把独立探点被动 等待热轴报警的探测方式， 变为提前防范热轴发生的 主动方式， 避免了热轴引起的车辆切轴导致的恶性事 故的发生， 为自备车辆的运行安全提供了有效 的技术 保证。 自备车辆安装电子标签后 ， 还为装车时的车号 自 动录入创造了条件， 从而可以压缩铁路车辆矿停时间、 提高装车效率。 车辆轴温 自动跟踪功能还为研究轴承温度的变化 规律提供了手段。通过轴温曲线可以方便的掌握 自备 车辆在不同环境温度下的正常温升范围， 合理安排车 辆的修理时间， 为车辆轴承的预防性维修提供依据。