專利名稱：一種低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一般地涉及一種電能計(jì)量裝置，特別地涉及一種低壓配電領(lǐng)域 多回路電能計(jì)量裝置。
背景技術(shù)：
如圖1所示， 一種多回路電能計(jì)量裝置，其采用1個(gè)多路切換開(kāi)關(guān)、1個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片和一控制CPU,多路負(fù)載的電流信號(hào)經(jīng)多路電子開(kāi)關(guān)后流入A/D 轉(zhuǎn)換芯片，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)流入CPU，由CPU對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，算出 各路負(fù)載的電參量。此方案的優(yōu)點(diǎn)是成本較低；缺點(diǎn)是軟件實(shí)現(xiàn)比較困難，開(kāi) 發(fā)周期長(zhǎng)，不利于產(chǎn)品的快速投產(chǎn)運(yùn)行。如圖2所示，另多回路電能計(jì)量裝置，其采用多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片和一控制 CPU,多路負(fù)載的電流信號(hào)分別流入A/D轉(zhuǎn)換芯片，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)流入 CPU，由CPU對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，算出各路負(fù)載的電參量。此方案的優(yōu)點(diǎn) 是計(jì)量精度高；缺點(diǎn)是成本高，軟件實(shí)現(xiàn)困難，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，同樣不利于產(chǎn)品 的快速投產(chǎn)運(yùn)行。如圖3所示，另多回路電能計(jì)量裝置，其采用多個(gè)電能計(jì)量芯片和一控制 CPU，多路負(fù)載的信號(hào)分別流入電能計(jì)量芯片，由電能芯片計(jì)算出各路負(fù)載的 電參量，再傳給CPU，由CPU對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。此方案的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)量精度高， 軟件實(shí)現(xiàn)較易，開(kāi)發(fā)周期較短；缺點(diǎn)是成本高，因此不利于大規(guī)模生產(chǎn)。中國(guó)專利申請(qǐng)CN 02139693.0提供了一種智能電能計(jì)量控制集成電表，采 用一個(gè)微處理器CPU和多個(gè)電子元器件，用塑料外殼包裝，外殼上設(shè)計(jì)有面 板，其特征在于多個(gè)用戶回路的計(jì)量、控制器件高度集成，構(gòu)成電能取樣計(jì)數(shù) 模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊、 拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊；電能取樣計(jì)數(shù)模 塊的大部分元器件集成在計(jì)數(shù)器板上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀 寫(xiě)存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板上，拉合閘控制模塊集成在拉閘
電路板上，工作電源模塊集成在開(kāi)關(guān)電源板上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成 在顯示板上；其工作過(guò)程是集成電表初始化后，由電能取樣計(jì)數(shù)模塊采集用 戶的用電數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)送至CPU進(jìn)行計(jì)算后保存到串行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器模 塊，并通過(guò)串行通訊模塊上報(bào)到供電局和抄表員，用戶也可通過(guò)顯示電路隨時(shí) 査看用電情況，同時(shí)設(shè)置拉合閘控制模塊控制用戶的超功率用電和欠費(fèi)拉閘斷 電催交，這個(gè)過(guò)程可分為集成電表初始化、電能取樣計(jì)數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超 功率處理、報(bào)錯(cuò)處理、對(duì)外通訊、遠(yuǎn)程拉、合閘處理、顯示和校表。但其并未 解決通過(guò)單一模塊式的裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的電能計(jì)量。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要提供一種高性能、低成本、簡(jiǎn)潔實(shí)用的低壓配電領(lǐng)域多回 路電能計(jì)量裝置，主要應(yīng)用于監(jiān)控要求較簡(jiǎn)單的配電出線回路中。一種低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置，包括復(fù)數(shù)個(gè)回路電流輸入端、復(fù) 數(shù)個(gè)高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)、電能計(jì)量芯片和微處理器，其特征在于所述回路電 流輸入端連接高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入端，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的控制腳連 接微處理器的控制腳，其信號(hào)輸出端與電能計(jì)量芯片的電流通道相連，母線電 壓進(jìn)入電能計(jì)量芯片的電壓通道端，電能計(jì)量芯片和微處理器的SPI通訊端口 連接在一起。本實(shí)用新型中，所述低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置設(shè)有一路開(kāi)關(guān)量可 編程越限報(bào)警輸出接口，使用者可自由設(shè)置，對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載中一些異常情況進(jìn) 行監(jiān)測(cè)并可報(bào)警輸出。所述低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置還有對(duì)多個(gè)回路開(kāi)關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè) 功能。所述低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置具有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，采用 MODBUS-RTU協(xié)議，完成配電回路中智能"遙測(cè)"、"遙信"、"遙控"功能和故 障報(bào)警輸出的智能配電管理要求。本實(shí)用新型中，所述回路電流輸入端包括一個(gè)電流互感器、兩個(gè)取樣電阻 和RC濾波電路，電流互感器的信號(hào)輸出端通過(guò)取樣電阻和RC濾波后接高速200720068729.8說(shuō)明書(shū)第3/ll頁(yè)信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入端。本實(shí)用新型中，母線電壓通過(guò)電流型電壓互感器、取樣電阻和RC濾波電路接入電能計(jì)量芯片的電壓監(jiān)測(cè)端。本實(shí)用新型的低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置可監(jiān)控母線電壓和多個(gè) 配出回路中的回路電流，同時(shí)還可以對(duì)配出回路的功率、電能進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn) 電能計(jì)量管理，配出回路中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)也可以輸入到該監(jiān)控制裝置中，并 可本地監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程遙信負(fù)載回路的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將眾多配出回路的測(cè)量、計(jì)量、 開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制和數(shù)字通訊等功能集于一體，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、降 低了設(shè)備成本、減少了使用者投資，方便了使用者的使用和檢修，必將引領(lǐng)國(guó) 內(nèi)外智能配電領(lǐng)域的發(fā)展方向，成為智能配電中出線回路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展主流。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種多回路電能計(jì)量裝置的原理圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種多回路電能計(jì)量裝置的原理圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)的另一種多回路電能計(jì)量裝置的原理圖。圖4為本實(shí)用新型多回路電能計(jì)量裝置的原理圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例1的接線圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例1的電路原理圖。圖7為高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)CD4052的原理圖。圖8為開(kāi)關(guān)量輸入原理圖。圖9為開(kāi)關(guān)量越限輸出原理圖。圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例1的采樣過(guò)程圖。圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例2的接線圖。圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例2的電路原理圖。圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例2的采樣過(guò)程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白 了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。 實(shí)施例l如圖4所示，本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)多回路電能計(jì)量采用了多個(gè)電子切換開(kāi)關(guān)、 一個(gè)電能計(jì)量芯片和一個(gè)控制CPU，多路負(fù)載的電流信號(hào)流入電子開(kāi)關(guān)，電子 開(kāi)關(guān)在CPU的控制下，按順序控制導(dǎo)通，信號(hào)流入電能芯片，由電能芯片計(jì) 算出各路負(fù)載的電參量，再傳給CPU，由CPU對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。本實(shí)用新型 相比背景技術(shù)中的3種實(shí)現(xiàn)方案，解決了成本高和軟件開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)；并 保證了相當(dāng)?shù)挠?jì)量精度，特別適合對(duì)計(jì)量精度要求不高，實(shí)時(shí)性要求不高的一 般配電出線回路。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)闡述本實(shí)用新型。如圖6所示， 一種低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置，本實(shí)施例為三相多 回路電能計(jì)量裝置，其中設(shè)有9個(gè)回路電流輸入端，因此可以監(jiān)測(cè)三相母線 UA、 UB、 UC和3個(gè)三相回路的9個(gè)電流，本監(jiān)控裝置還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，可采用MODBUS-RTU協(xié)議，完成配電回路中智能"遙測(cè)"、"遙信"、"遙 控"功能和故障報(bào)警輸出的智能配電管理；設(shè)置開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出接口， 對(duì)9個(gè)回路開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。參見(jiàn)圖6，回路電流輸入端包含電流互感器，監(jiān)測(cè)的回路電流通過(guò)電流互感器、取樣電阻和RC濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置，電流互感器、兩個(gè)取樣電阻和兩個(gè)濾波電容為常規(guī)接法。本實(shí)施例中，如圖7所示，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3、 IC4、 IC5采用CD4502，該電子開(kāi)關(guān)為雙四選一，即輸入有4個(gè)雙路信號(hào)(12、 l腳為第l路輸入，14、5腳為第2路輸入，15、 2腳為第3路輸入，11、 4腳為第4路輸入)，輸出為l個(gè)雙路(13、 3腳為輸出)，其由微處理器來(lái)控制其通道的導(dǎo)通和關(guān)閉(10、9腳為控制腳)，控制時(shí)序見(jiàn)表如下所示BACD4052B00OX， OY011X, 1Y102X， 2Y113X， 3Y當(dāng)A、 B兩個(gè)腳都為低電平時(shí)，13、 3腳輸出的信號(hào)為12、 l腳輸入的信 號(hào)；當(dāng)A腳為高電平，B腳為低電平時(shí)，13、 3腳輸出的信號(hào)為14、 5腳輸入 的信號(hào)；當(dāng)A腳為低電平，B腳為高電平時(shí)，13、 3腳輸出的信號(hào)為15、 2腳 輸入的信號(hào)；當(dāng)A、 B兩個(gè)腳都為高電平時(shí)，13、 3腳輸出的信號(hào)為11、 4腳 輸入的信號(hào)。配合3個(gè)回路的9個(gè)電流，設(shè)置了 3個(gè)高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3、IC4和IC5， 9個(gè)電流輸入端分別與高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的輸入端連接在一起。9個(gè)電流輸入 端(為標(biāo)識(shí)清晰，9個(gè)電流分為A、 B、 C三組，每組3路)，自上而下分別為 第1個(gè)三相負(fù)載的A相電流IA1+、 IA卜分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3的Y0、 X0腳，第1個(gè)三相負(fù)載的B相電流IB1+、 IB卜分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4 的YO、 X0腳，第1個(gè)三相負(fù)載的C相電流Id+、 IC卜分別流入高速信號(hào)切換 開(kāi)關(guān)IC5的Y0、 X0腳；第2個(gè)三相負(fù)載的A相電流IA2+、 IA2—分別流入高速 信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3的Yl、 XI腳，第2個(gè)三相負(fù)載的B相電流IB2+、 IB2—分別 流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4的Y1、 XI腳，第2個(gè)三相負(fù)載的C相電流IC2+、 IC2-分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5的Y1、 XI腳；第3個(gè)三相負(fù)載的A相電 流IA3+、 IA3—分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3的Y2、 X2腳，第3個(gè)三相負(fù)載 B相電流IB3+、 IB3-分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4的Y2、 X2腳，第3個(gè)三 相負(fù)載的C相電流IC3+、 IC3-分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5的Y2、 X2腳。高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3、 IC4、 IC5開(kāi)關(guān)控制腳A連接在一起并與微控制 器IC6/MC9S08AW32的10 口 PTC2 口相連、控制腳B連接在一起并與微控制 器IC6/MC9S08AW32的IO 口 PTC4 口相連，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3的輸出口 YOUT、 XOUT分別與電能計(jì)量芯片ICl/ADE7758的IAP、 IAN 口連接，高速 信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4的輸出口 YOUT、XOUT分別與電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758 的IBP、 IBN 口連接，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5的輸出口 YOUT、 XOUT分別與 電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758的ICP、 ICN 口連接。
電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758是一種高精確度三相電能測(cè)量IC，集成了數(shù) 字積分、參考基準(zhǔn)電壓源、溫度敏感元件等，有可用于有功功率、復(fù)功率、視 在功率、有效值的測(cè)量以及以數(shù)字方式校正系統(tǒng)誤差(增益、相位和失調(diào)等)所 必須的信號(hào)處理電路。該芯片適用于各種三相電路(不論三線制或者四線制) 中測(cè)量有功功率、復(fù)功率、視在功率。其中電流通道由三對(duì)差分電壓輸入，分 別是IAP腳、IAN腳，IBP腳、IBN腳，ICP腳、ICN腳。電壓通道具有三路 單端電壓輸入通道，分別為VAP腳、VBP腳、VCP腳、VN腳。DOUT腳、 SCLK腳、DIN腳、CS腳為SPI通訊管腳，用于和微處理器通訊傳輸數(shù)據(jù)。三相母線電壓UA、 UB、 UC通過(guò)電壓互感器、取樣電阻和RC濾波電路 采樣分別進(jìn)入電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758的VAP腳、VBP腳、VCP腳和VN 腳；電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758的IQR腳、CS腳、DIN腳、SCK腳和DOUT 腳接成總線連接微處理器MC9S08AW32的PTE5/MISO腳、PTE6/MOSI腳和 PTE7/SPSCK腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。微處理器IC6/MC9S08AW32的PTC1/SDA腳和PTC0/SCL腳連接非易失 性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器IC2/FM24C16A，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。參見(jiàn)圖8，以U2那一路為例，輸入端為DI-1，即外部的開(kāi)關(guān)量信號(hào)由DI-1 輸入。當(dāng)外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)為合閘，則DI-1與地連通，電流信號(hào)經(jīng)限流電阻R4 (R22為分流電阻)后流入光耦U2，此時(shí)光耦內(nèi)部的A、 K腳導(dǎo)通發(fā)光，使 光耦內(nèi)部的C、 E腳也導(dǎo)通，使輸入DI1為低電平，DI1與微處理器 IC6/MC9S08AW32的開(kāi)關(guān)量輸入接口相連，微處理器IC6/MC98S08AW32通過(guò) 讀取DIl的低電平來(lái)判斷輸入開(kāi)關(guān)量為合閘狀態(tài)。若當(dāng)外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)為分閘，則DI-1與地不連通，光耦內(nèi)部也未導(dǎo)通， 則DIl為高電平，單片機(jī)通過(guò)讀取DIl的高電平來(lái)判斷輸入開(kāi)關(guān)量為分閘狀態(tài)。 微處理器IC6/MC9S08AW32上的PTD0/AD8腳、PTD1/AD9腳、PTD2/KBI5 腳、PTD3/KBI6腳、PTD4/AD12腳、PTD5/AD13腳、PTD6/AD14腳、 PTD7/KBI7/AD15腳、PTF0/TP12腳、PTF1/TP13腳、PTF2/TP14腳、PTF3/TP15 腳、PTF4/TP20腳、PTF5/TP21腳、PTF6腳、PTF7腳、PTE3/TP11腳、PTE2/TP10 腳皆為開(kāi)關(guān)量輸入接口。微處理器IC6/MC9S08AW32的PTG4/KBI4為可編程越限報(bào)警輸出接口 ，
進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸出；其原理如圖9所示。當(dāng)檢測(cè)到外部某種設(shè)定的信號(hào)超過(guò)允許 范圍時(shí)，微處理器IC6/MC9S08AW32輸出一個(gè)高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)經(jīng) DOl傳給三極管Ql，此時(shí)三極管Q1導(dǎo)通，繼電器U1內(nèi)部線圈有電流經(jīng)過(guò)， 使觸點(diǎn)吸合，由D01+、 DOl-輸出一個(gè)報(bào)警的信號(hào)。當(dāng)外部未超限，貝ij DOl 輸出低電平信號(hào)，繼電器U1斷開(kāi)，沒(méi)有報(bào)警信號(hào)輸出。微處理器IC6/MC9S08AW32的PTE1/RXD1和PTE0/TXD1腳為RS485通 信接口，可對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。微處理器IC6/MC9S08AW32分時(shí)切換選擇高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3、 IC4和 IC5的輸入信號(hào)，使不同回路的電流分時(shí)切換的輸入到電能計(jì)量芯片 IC1/ADE7758的電流輸入端，這樣電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758監(jiān)測(cè)的電壓、 電流、功率和電能就是對(duì)應(yīng)的母線電壓、開(kāi)關(guān)選擇的回路電流、功率和電能， 微處理器IC6/MC9S08AW32不斷切換不同回路的電流就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)所有的 不同回路的多電量參數(shù)，具體過(guò)程如下所述。系統(tǒng)上電后，初始化電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758，將電能計(jì)量芯片 IC1/ADE7758定義為周期計(jì)量，采用中斷方式。程序定義一個(gè)變量loop=l， 2， 3 (loop=l則表示計(jì)量的為第1路三相負(fù)載，loop=2則表示計(jì)量的為第2路 三相負(fù)載，loop = 3則表示計(jì)量的為第3路三相負(fù)載)。微處理器 IC6/MC9S08AW32開(kāi)始工作，對(duì)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)外部中斷到來(lái)時(shí)，微處 理器IC6/MC9S08AW32對(duì)電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758讀取上個(gè)loop的電流， 電壓、功率、電能值，并將電子開(kāi)關(guān)切換到下路通道。整個(gè)采樣過(guò)程見(jiàn)圖10。在一個(gè)完整的采樣計(jì)量周期T內(nèi)，分為3個(gè)相同 的時(shí)間段tl、 t2、 t3，分別對(duì)應(yīng)loopl、 loop2、 loop3。在loopl的時(shí)間段內(nèi)， 微處理器IC6/MC9S08AW32控制電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通第1路三相負(fù)載的A、 B、 C三 相電流II，使電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758對(duì)第1路三相負(fù)載進(jìn)行電參量的測(cè) 量，并將電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758測(cè)得的電參量傳給微處理器 IC6/MC98S08AW32,讓微處理器IC6/MC98S08AW32對(duì)loopl時(shí)間段內(nèi)的電參 量進(jìn)行處理，在loop2的時(shí)間段內(nèi)，微處理器IC6/MC98S08AW32控制電子開(kāi) 關(guān)導(dǎo)通第2路三相負(fù)載的A、 B、 C三相電流12，使電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758 對(duì)第2路三相負(fù)載進(jìn)行電參量的測(cè)量，并將電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758測(cè)得
的電參量傳給微處理器IC6/MC9S08AW32，讓微處理器IC6/MC9S08AW32對(duì) loop2時(shí)間段內(nèi)的電參量進(jìn)行處理，在loop3的時(shí)間段內(nèi)，微處理器 IC6/MC9S08AW32控制電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通第3路三相負(fù)載的A、 B、 C三相電流13， 使電能計(jì)量芯片IC1/ADE7758對(duì)第3路三相負(fù)載進(jìn)行電參量的測(cè)量，并將電 能計(jì)量芯片IC1/ADE7758測(cè)得的電參量傳給微處理器IC6/MC9S08AW32，讓 微處理器IC6/MC9S08AW32對(duì)bop3時(shí)間段內(nèi)的電參量進(jìn)行處理。這樣，在 整個(gè)采樣周期T內(nèi)，分別有1/3的時(shí)間對(duì)每路三相負(fù)載進(jìn)行測(cè)量。由圖10可 以看出在整個(gè)采樣周期T中，對(duì)于3路負(fù)載中的每路來(lái)說(shuō)，有效的采樣計(jì)量時(shí) 間為T(mén)/3，其余2T/3的時(shí)間段內(nèi)是空白的，即未對(duì)電流信號(hào)采樣。故在計(jì)量電 能時(shí)，整個(gè)周期T內(nèi)，3路負(fù)載每路只是計(jì)量了T/3時(shí)間內(nèi)的電能，因此要計(jì) 量每路負(fù)載在總的周期T內(nèi)的電能值，我們采用將T/3時(shí)間內(nèi)計(jì)量得到的電能 值乘以3倍，即第1路三相負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SPlXtlX3，第2路 三相負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為ZP2Xt2X3，第3路三相負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總 的電能為2P3Xt3X3， tl=t2=t3。每個(gè)周期T內(nèi)，每路的電能都按照以上方 式計(jì)量，然后再將各個(gè)周期T內(nèi)的電能累加，則可以得到每路負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間的電能值。實(shí)施例2本實(shí)施例為單相多回路電能計(jì)量裝置，其中設(shè)有9個(gè)回路電流輸入端，因 此可以監(jiān)測(cè)母線電壓UL和9個(gè)回路電流，本監(jiān)控裝置還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)RS485接 口，可采用MODBUS-RTU協(xié)議，完成配電回路中智能"遙測(cè)"、"遙信"、"遙 控"功能和故障報(bào)警輸出的智能配電管理；設(shè)置開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出接口， 對(duì)9個(gè)回路開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。參見(jiàn)圖12，回路電流輸入端包含電流互感器，監(jiān)測(cè)的回路電流通過(guò)電流 互感器、取樣電阻和RC濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置，電流互感器、兩個(gè)取樣電阻 和兩個(gè)濾波電容為常規(guī)接法。本實(shí)施例中，如圖7所示，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3'、 IC4'、 IC5'采用 CD4502，其工作原理與實(shí)施例l中所述是相同的，在此不再累述。配合單相回路的9個(gè)電流，設(shè)置了3個(gè)高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3'、 IC4'和 IC5'， 9個(gè)電流輸入端分別與高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的輸入端連接在一起。9個(gè)電　流輸入端(為標(biāo)識(shí)清晰，9個(gè)電流分為A、 B、 C三組，每組3路，A組為第1、 4、 7路單相負(fù)載，B組為第2、 5、 8路單相負(fù)載，C組為第3、 6、 9路單相負(fù) 載)，自上而下分別為第1路單相負(fù)載的電流IAH、 IA卜分別流入高速信號(hào)切 換開(kāi)關(guān)IC3'的Y0、 X0腳，第4路單相負(fù)載的電流IB，+、 IB,—分別流入高速 信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4'的YO、 X0腳，第7路單相負(fù)載的電流IQ+、 IC卜分別流 入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5'的YO、 XO腳；第2路單相負(fù)載的電流IA2+、 IA2-分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3'的Y1、X1腳，第5路單相負(fù)載的電流IB2+、 IBh分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4'的Y1、 XI腳，第8路單相負(fù)載的電流 IC2+、 IC2—分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5'的Y1、 XI腳；第3路單相負(fù)載的 電流1八3+、 IA3—分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3'的Y2、 X2腳，第6路單相 負(fù)載的電流IB3+、 IB3-分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4'的Y2、 X2腳，第9 路單相負(fù)載的電流IC3+、 IC3-分別流入高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5'的Y2、 X2腳。 高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3'、 IC4'、 IC5'開(kāi)關(guān)控制腳A連接在一起并與微處 理器IC6' /MC9S08AW32的10 口 PTC2 口相連、控制腳B連接在一起并與微 處理器IC6' /MC9S08AW32的IO口PTC4口相連，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3' 的輸出口 YOUT、 XOUT分別與電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758的IAP、 IAN 口連接，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC4'的輸出口YOUT、 XOUT分別與電能計(jì)量芯 片IC1' /ADE7758的IBP、 IBN 口連接，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC5'的輸出口 YOUT、 X0UT分別與電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758的ICP、 ICN 口連接。為 提高測(cè)量精度，在本實(shí)例中釆用三相電能芯片來(lái)計(jì)量單相負(fù)載的電參量，在每 個(gè)采樣時(shí)間段內(nèi)，可同時(shí)測(cè)量三路單相負(fù)載的電參量。電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758的工作原理與實(shí)施例1中所述是相同的， 在此也不再累述。單相母線電壓UL、 UN通過(guò)電壓互感器、取樣電阻和RC濾 波電路采樣進(jìn)入電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758的VAP腳、VN腳，VBP腳、 VCP腳與VAP腳連一起；電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758的IQR腳、CS腳、 DIN腳、SCK腳和DOUT腳接成總線連接微處理器IC6' /MC9S08AW32的 PTE5/MISO腳、PTE6/MOSI腳和PTE7/SPSCK腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。微處理器IC6' /MC9S08AW32的PTC1' /SDA腳和PTC0/SCL腳連接非 易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器IC2' /FM24C16A，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)量的輸入輸出原理同實(shí)施例1，在此不再累述。微處理器IC6' /MC9S08AW32的PTC1/SDA腳和PTCO/SCL腳連接非易 失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器IC2' /FM24C16A，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。工作時(shí)，微處理器IC6' /MC9S08AW32同時(shí)控制高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)IC3'、 IC4'、IC5'的輸入信號(hào)，使不同回路的電流分時(shí)切換輸入到電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758的電流通道，這樣電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758監(jiān)測(cè)的電壓、電流、 功率和電能就是對(duì)應(yīng)的母線電壓、開(kāi)關(guān)選擇的回路電流、功率和電能，微處理 器IC6' /MC9S08AW32不斷切換不同回路的電流就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)所有的不同回路的多電量參數(shù)，具體過(guò)程如下所述。系統(tǒng)上電后，初始化電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758，將電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758定義為周期計(jì)量，采用中斷方式。程序定義一個(gè)變量loop=l， 2， 3(loop二l表示計(jì)量的為第1、 2、 3路單相負(fù)載，10叩=2表示計(jì)量的為第4、 5、 6路單相負(fù)載，loop=3表示計(jì)量的為第7、 8、 9路單相負(fù)載)。微處理器 IC6' /MC9S08AW32開(kāi)始工作，對(duì)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)外部中斷到來(lái)時(shí)，微 處理器IC6' /MC9S08AW32對(duì)電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758讀取上個(gè)loop的 電流，電壓、功率、電能值，并將電子開(kāi)關(guān)切換到下路通道。整個(gè)采樣過(guò)程見(jiàn)圖13。在一個(gè)完整的采樣計(jì)量周期T內(nèi)，分為3個(gè)相同 的時(shí)間段tl、 t2、 t3，分別對(duì)應(yīng)loopl、 loop2、 loop3。在loopl的時(shí)間段內(nèi)， CPU控制電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通第1、 2、 3路單相負(fù)載的電流I1、 12、 13，使電能計(jì)量 芯片IC1' /ADE7758對(duì)第1、 2、 3路單相負(fù)載進(jìn)行電參量的測(cè)量，并將電能 計(jì)量芯片IC1' /ADE7758測(cè)得的電參量傳給微處理器IC6' /MC9S08AW32， 讓微處理器IC6'/MC9S08AW32對(duì)loopl時(shí)間段內(nèi)的電參量進(jìn)行處理，在loop2 的時(shí)間段內(nèi)，微處理器IC6' /MC9S08AW32控制電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通第4、 5、 6路 單相負(fù)載的電流I4、 15、 16，使電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758對(duì)第4、 5、 6路 單相負(fù)載進(jìn)行電參量的測(cè)量，并將電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758測(cè)得的電參 量傳給微處理器IC6'/MC9S08AW32，讓微處理器IC6'/MC9S08AW32對(duì)loop2 時(shí)間段內(nèi)的電參量進(jìn)行處理，在1o叩3的時(shí)間段內(nèi)，微處理器IC6' /MC9S08AW32控制電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通第7、 8、 9路單相負(fù)載電流17、 18、 19，使 電能計(jì)量芯片IC1' /ADE7758對(duì)第7、 8、 9路單相負(fù)載進(jìn)行電參量的測(cè)量， 并將電能計(jì)量芯片Id' /ADE7758測(cè)得的電參量傳給微處理器IC6' /MC9S08AW32,讓微處理器IC6' /MC9S08AW32對(duì)loop3時(shí)間段內(nèi)的電參量 進(jìn)行處理。這樣，在整個(gè)采樣周期T內(nèi)，分別有1/3的時(shí)間對(duì)每路負(fù)載測(cè)量。 由圖13可以看出在整個(gè)采樣周期T中，對(duì)于9路負(fù)載中的每路來(lái)說(shuō)，有效的 采樣計(jì)量時(shí)間為T(mén)/3，其余2T/3的時(shí)間段內(nèi)是空白的，即未對(duì)電流信號(hào)采樣。 故在計(jì)量電能時(shí)，整個(gè)周期T內(nèi)，9路負(fù)載每路只是計(jì)量了 T/3時(shí)間內(nèi)的電能， 因此要計(jì)量每路負(fù)載在總的周期T內(nèi)的電能值，我們采用將T/3時(shí)間內(nèi)計(jì)量得 到的電能值乘以3倍，即第1路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SPlxtlx3，第2 路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SP2xtlx3，第3路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為 SP3xtlx3，第4路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SP4xt2x3，第5路負(fù)載在T時(shí) 間內(nèi)總的電能為SP5xt2x3,第6路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SP6xt2x3， 7 路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SP7xt3x3，第8路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為 SP8xt3x3，第9路負(fù)載在T時(shí)間內(nèi)總的電能為SP9xt3x3。每個(gè)周期T內(nèi)，每 路的電能都按照以上方式計(jì)量，然后再將各個(gè)周期T內(nèi)的電能累加，則可以得 到每路負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間的電能值。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu) 點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí) 施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神 和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入 要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū) 及其等效物界定。
權(quán)利要求1、一種低壓配電領(lǐng)域多回路電能計(jì)量裝置，包括復(fù)數(shù)個(gè)回路電流輸入端、復(fù)數(shù)個(gè)高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)、電能計(jì)量芯片和微處理器，其特征在于所述回路電流輸入端連接高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入端，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的控制腳連接微處理器的控制腳，其信號(hào)輸出端與電能計(jì)量芯片的電流通道相連，母線電壓進(jìn)入電能計(jì)量芯片的電壓通道端，電能計(jì)量芯片和微處理器的SPI通訊端口連接在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于包括三相 多回路電能計(jì)量裝置和單相多回路電能計(jì)量裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于，電能 計(jì)量裝置設(shè)有監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入接口 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于，電能計(jì)量裝置設(shè)有一路開(kāi)關(guān)量可編程越限報(bào)警輸出接口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于，電能 計(jì)量裝置具有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口 ，采用MODBUS-RTU協(xié)議對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于，電能 計(jì)量裝置設(shè)有保證存儲(chǔ)安全的非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于，所述 回路電流輸入端包括一個(gè)電流互感器、兩個(gè)取樣電阻和RC濾波電路，電流互 感器的信號(hào)輸出端通過(guò)取樣電阻和RC濾波后接高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入 端。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于，母線 電壓通過(guò)電流型電壓互感器、取樣電阻和RC濾波電路接入電能計(jì)量芯片的電 壓監(jiān)測(cè)端。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的多回路電能計(jì)量裝置，其特征在于所述高 速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的輸出端連接成總線連接電能計(jì)量芯片的電流通道。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種主要應(yīng)用于監(jiān)控要求較簡(jiǎn)單的配電出線回路中的多回路電能計(jì)量裝置，其包括復(fù)數(shù)個(gè)回路電流輸入端、復(fù)數(shù)個(gè)高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)、電能計(jì)量芯片和微處理器，其特征在于所述回路電流輸入端連接高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入端，高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的控制腳連接微處理器的控制腳，其信號(hào)輸出端與電能計(jì)量芯片的電流通道相連，母線電壓進(jìn)入電能計(jì)量芯片的電壓通道端，電能計(jì)量芯片和微處理器的SPI通訊端口連接在一起；微控制器定時(shí)控制復(fù)數(shù)個(gè)高速信號(hào)切換開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)切換順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)多回路電量如母線電壓、回路電流、功率等的監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、降低了設(shè)備成本、簡(jiǎn)化了使用者投資，方便了使用者的使用和檢修。
文檔編號(hào)G01R11/00GK201053976SQ200720068729
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者吳建明, 波 姚, 芳 朱, 湯建軍 申請(qǐng)人:上海安科瑞電氣有限公司