電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，基于FPGA和ADS8556的方案進(jìn)行高精度電能計(jì)量模塊設(shè)計(jì)和波形逼真顯示。自定義FPGA內(nèi)部NIOSII軟核處理器，具有FPU浮點(diǎn)運(yùn)算模塊、觸摸控制模塊、大屏幕液晶控制模塊、八通道串口模塊等。通過無線模塊與附近基站進(jìn)行通信以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端附近的GPRS信號(hào)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)?？梢愿鼡Q不同廠家的電力載波模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)低壓電力線載波通信情況進(jìn)行檢測(cè)。
【專利說明】電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電能校驗(yàn)領(lǐng)域，特別是涉及電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)的快速發(fā)展與應(yīng)用，用電信息采集系統(tǒng)日趨成熟，但其終端設(shè)備因安裝在各種復(fù)雜的環(huán)境中特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)，安裝地點(diǎn)偏僻、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜對(duì)用電終端設(shè)備的應(yīng)用產(chǎn)生了較明顯的影響。常常由于各種原因?qū)е卢F(xiàn)場(chǎng)各種終端設(shè)備不能良好的工作，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常使用。
[0003]如圖1所示，目前市場(chǎng)上針對(duì)終端校驗(yàn)的設(shè)備只具有很有限的功能，對(duì)電能表進(jìn)行校驗(yàn)或?qū)衅鬟M(jìn)行校驗(yàn)。而能同時(shí)對(duì)電度表、集中器、采集器及專變終端進(jìn)行校驗(yàn)的便攜式校驗(yàn)儀目前在國內(nèi)外市場(chǎng)上還未見到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀。電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)、測(cè)試的儀器從而能在現(xiàn)場(chǎng)快速找到問題終端的故障原因進(jìn)行修復(fù)提高工作效率。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，該校驗(yàn)儀包括FPGA中央處理模塊，與該中央處理模塊連接的FPGA外圍接口模塊、FPGA電源管理模塊和電能計(jì)量模塊。
[0007]所述FPGA外圍接口模塊連接有GPRS/GPS模塊、藍(lán)牙模塊。
[0008]所述FPGA外圍接口模塊通過磁隔離模塊與端口擴(kuò)展模塊，該端口擴(kuò)展模塊連接有485主機(jī)、485從機(jī)、脈沖輸入模塊、脈沖輸出模塊或PLC模塊。
[0009]所述電能計(jì)量模塊包括:依次連接的電壓電流有效值測(cè)量模塊、功率測(cè)量模塊、電能脈沖輸出模塊、相位測(cè)量模塊、增益及相位調(diào)整模塊。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]I)采用大容量FPGA結(jié)合六通道并行16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8556，實(shí)際采樣頻率600kSPS實(shí)現(xiàn)了每通道4096點(diǎn)的高分辨率采樣，既能夠在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確計(jì)算電能誤差，又能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流波形的逼真顯示。
[0012]2)自定義FPGA內(nèi)部N1S II軟核處理器，具有FPU浮點(diǎn)運(yùn)算模塊、觸摸控制模塊、大屏幕液晶控制模塊、八通道串口模塊等。
[0013]3)通過無線模塊與附近基站進(jìn)行通信以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端附近的GPRS信號(hào)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)。
[0014]4)可以更換不同廠家的電力載波模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)低壓電力線載波通信情況進(jìn)行檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:傳統(tǒng)電能計(jì)量設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖；
[0016]圖2:本實(shí)用新型電能計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)原理圖；
[0017]圖3:本實(shí)用新型外觀示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】:
[0019]如圖2-3所示，本實(shí)用新型電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀包括FPGA中央處理模塊，與該中央處理模塊連接的FPGA外圍接口模塊、FPGA電源管理模塊和電能計(jì)量模塊。電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，基于FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)和ADS8556 (模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片)的方案進(jìn)行高精度電能計(jì)量模塊設(shè)計(jì)和波形逼真顯示。自定義FPGA內(nèi)部N1S II軟核處理器，具有FPU(浮點(diǎn)運(yùn)算模塊)、觸摸控制模塊、大屏幕液晶控制模塊、八通道串口模塊等。通過無線模塊與附近基站進(jìn)行通信以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端附近的GPRS信號(hào)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)?？梢愿鼡Q不同廠家的電力載波模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)低壓電力線載波通信情況進(jìn)行檢測(cè)。
[0020]電能計(jì)量裝置中的電能計(jì)量算法基于準(zhǔn)同步采樣算法，其采樣原理是等間隔采樣和周期迭代過程，從而獲得了接近“理想同步采樣”的測(cè)量準(zhǔn)確度。準(zhǔn)同步采樣最顯著的特點(diǎn)是其采樣周期不要求與信號(hào)周期嚴(yán)格同步，這在實(shí)際同步采樣難以實(shí)現(xiàn)真正同步的場(chǎng)合具有很大的優(yōu)越性。準(zhǔn)同步采樣的另一個(gè)特點(diǎn)是其測(cè)量裝置不僅不比同步采樣復(fù)雜，相反有所簡化。準(zhǔn)同步采樣與采樣的起點(diǎn)無關(guān)，因此可在任意時(shí)刻對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)被測(cè)信號(hào)的頻率的要求僅為預(yù)先知道一個(gè)近似值，允許信號(hào)頻率在一定的范圍內(nèi)變化而不影響測(cè)量結(jié)果的精確性，正因?yàn)槿绱耍瑴?zhǔn)同步采樣測(cè)量裝置可省去同步采樣裝置中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的同步環(huán)節(jié)，在電網(wǎng)電壓、功率測(cè)量中利用準(zhǔn)同步算法，不但可獲得極高的準(zhǔn)確性，而且測(cè)量裝置也極其簡單。
[0021]本實(shí)用新型以FPGA硬件模塊實(shí)現(xiàn)IIR濾波器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓電流有效值計(jì)算、有功功率計(jì)算、無功功率計(jì)算功能。
[0022]電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀系統(tǒng)工作過程說明:
[0023]DFPGA內(nèi)部N1S II軟核處理器通過AVALON總線管理外圍接口模塊、電源模塊、電能計(jì)量模塊；
[0024]2 ) FPGA外部接口模塊具有獨(dú)立的觸摸控制、多通道高速串口通信、RTC接口、磁隔離1擴(kuò)展管理、USB通信模塊；磁隔離將外部接口和FPGA物理隔離，有效的保護(hù)FPGA不受外部惡劣環(huán)境影響；
[0025]3)電源管理模塊控制各個(gè)模塊的電源開關(guān)，及時(shí)關(guān)閉暫時(shí)不用的功能模塊供電，有效的降低功耗，延長電池續(xù)航時(shí)間；
[0026]4)電能計(jì)量模塊，包括電壓電流有效值測(cè)量模塊、功率測(cè)量模塊、電能脈沖輸出模塊、相位測(cè)量模塊、增益及相位調(diào)整模塊外部采樣電路輸出的數(shù)字電壓電流信號(hào)，通過電壓增益乘法器調(diào)整因?yàn)樵骷仍斐傻恼`差；電壓電流經(jīng)過數(shù)字乘法器和直流低通濾波器、功率增益乘法器，輸出有功功率信號(hào)，通過電能累加器和脈沖輸出模塊，輸出功率脈沖信號(hào)；過零脈沖信號(hào)經(jīng)過相位調(diào)整單元和相位計(jì)算單元，輸出準(zhǔn)確的初始相位信號(hào)和頻率信號(hào)。
[0027]電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀具有以下功能:
[0028]I)校驗(yàn)功能:可現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)專變采集終端、電子式單、三相電能表、集中器等設(shè)備；同時(shí)可以校驗(yàn)有功、無功脈沖并顯示誤差；
[0029]2)查線功能:可顯示電參數(shù)矢量圖，現(xiàn)場(chǎng)查找三相三線、三相四線終端的接線錯(cuò)誤；
[0030]3) 485和紅外功能:使用485和紅外通訊口抄讀多功能電能表數(shù)據(jù)；
[0031]4)遙控檢測(cè)功能:可通過控制端口并使用相應(yīng)的命令檢測(cè)設(shè)備的控制功能；
[0032]5)遙信檢測(cè)功能:雙路開關(guān)量輸出，與設(shè)備遙信端子連接可查詢?cè)O(shè)備控制狀態(tài)；
[0033]6)載波檢測(cè)功能:可更換不同種類載波從節(jié)點(diǎn)模塊，與集中器主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電力載波通信，檢測(cè)主節(jié)點(diǎn)載波通信功能；
[0034]7)實(shí)時(shí)記錄功能:內(nèi)嵌實(shí)時(shí)時(shí)鐘及中文操作系統(tǒng)，可存儲(chǔ)1000組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)；
[0035]8) GPRS信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)功能:檢測(cè)設(shè)備所在位置的GPRS接收信號(hào)強(qiáng)度和信道位錯(cuò)誤率。
[0036]本實(shí)用新型具有如下效果:
[0037]其一，能夠有效提高現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)電能計(jì)量設(shè)備的效率，高分辨率觸摸屏，極大程度方便了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
[0038]其二，磁隔離1將外部接口和FPGA核心物理隔離，有效的保護(hù)FPGA不受外部惡劣環(huán)境影響。
[0039]其三，鉗型互感器通過模擬開關(guān)與PGA (Programmable Gain Amplifier)可編程增益放大器連接，通過高速并行ADC采樣、計(jì)算、設(shè)置合適的放大增益，從而能夠準(zhǔn)確測(cè)量出微弱電流信號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷較小時(shí)，依然能夠進(jìn)行準(zhǔn)確校驗(yàn)。
[0040]其四，載波模塊可拔插設(shè)計(jì)，滿足對(duì)不同載波模塊的集中進(jìn)行檢測(cè)的需要。
[0041]其五，具有頻率計(jì)和脈沖波形發(fā)生器功能，可通過界面設(shè)置輸出脈沖個(gè)數(shù)、頻率、占空比等信息，在現(xiàn)場(chǎng)可替代示波器測(cè)量脈沖。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，其特征在于，該校驗(yàn)儀包括FPGA中央處理模塊，與該中央處理模塊連接的FPGA外圍接口模塊、FPGA電源管理模塊和電能計(jì)量模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，其特征在于，所述FPGA外圍接口模塊連接有GPRS/GPS模塊、藍(lán)牙模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，其特征在于，所述FPGA外圍接口模塊通過磁隔離模塊與端口擴(kuò)展模塊，該端口擴(kuò)展模塊連接有485主機(jī)、485從機(jī)、脈沖輸入模塊、脈沖輸出模塊或PLC模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，其特征在于，所述電能計(jì)量模塊包括:依次連接的電壓電流有效值測(cè)量模塊、功率測(cè)量模塊、電能脈沖輸出模塊、相位測(cè)量模塊、增益及相位調(diào)整模塊。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK204129207SQ201420560421
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】齊火箭, 徐海賓, 王嘉宏, 陳偉 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司