CN101149425B - 一种电子式电能表调试、校验自动化系统 - Google Patents
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Abstract
一种电子式电能表调试、校验自动化系统，它属于电工仪器仪表行业，涉及电气自动化测量、计算机通讯、自动测试系统等技术领域。它解决了现有技术调试误差大、生产效率低的缺陷。本发明由多通道同步交流信号调理采样单元、VXI总线控制器和SPWM功率输出单元组成；多通道同步交流信号调理采样单元将采集的被校电子式电能表的误差值，传输给VXI总线控制器，VXI总线控制器经过运算、分析、调整，再反馈给被校电子式电能表；SPWM功率输出单元在VXI总线控制器控制下，给多通道同步交流信号调理采样单元和被校电子式电能表供电；本发明提高了电子式电能表产品生产工艺水平，提升了产品质量，增强了产品市场竞争能力。
Description
技术领域
本发明属于电工仪器仪表行业电能表检验装置，它涉及电气自动化测量、计算机通讯、自动测试系统等技术领域。
背景技术
传统的电能表调试、校验一般采用人工方式，在生产工艺设计中，电能表的调试、校验是相互独立的，多次重复挂表接线的过程，浪费了人力和时间，而且调试误差大、生产效率低，产品质量难以保证。电子式电能表的生产急需一种高速度、高可靠性的调试、校验自动化系统。
发明内容
为了克服现有电子式电能表调试、校验采用人工方式，调试误差大、生产效率低的缺陷，本发明提供一种电子式电能表调试、校验自动化系统。
本发明所述的一种电子式电能表调试、校验自动化系统由多通道同步交流信号调理采样单元、VXI总线控制器和SPWM功率输出单元组成；
所述多通道同步交流信号调理采样单元，将SPWM功率输出单元输出的三相标准功率电源信号和被校电子式电能表输出的电能脉冲信号进行调理，传送到VXI总线控制器中的模拟量输入模板。
所述VXI总线控制器包括0槽控制器、模拟量输入模板、数字脉冲输入输出模板、模拟量输出模板、开关量输入输出模板、多功能通讯模板。VXI总线控制器中的模拟量输入模板和数字脉冲输入输出模板，分别采集SPWM功率输出单元输出的标准功率电源的电能参量和被校电能表的电能脉冲信号，VXI总线控制器0槽控制器进行这些数据运算处理、分析，得到高精度的测试电源参数和标准电能脉冲，从而计算出被校电子式电能表的电参数测量误差和电能计量误差。VXI总线控制器将被校电子式电能表的各种误差值的修正结果反馈给被校电子式电能表。VXI总线控制器中的模拟量输出模板采用数字频率合成技术和多通道同步输出技术，实现高精度、高稳定性的三相正弦波输出，输出的波形幅值、频率、相位等由0槽控制器进行连续可调。VXI总线控制器中的开关量输入输出模板，实现对SPWM功率输出单元的脉宽调制控制、输出量程控制、故障保护控制。VXI总线控制器中的多功能通讯模板配置RS232、RS485、GPIB通讯功能，VXI总线控制器与上位机之间采用GPIB形式通讯。VXI总线控制器与被校电子式电能表、误差显示器之间采用RS485形式通讯，形成总线型网络拓扑结构。
所述SPWM功率输出单元，由VXI总线控制器中的模拟量输出模板的输出信号驱动，采用正弦波脉宽调制方式，实现标准功率电源的输出。SPWM功率输出单元的电源输出驱动被校电子式电能表，同时反馈给多通道同步交流信号调理采样单元和VXI总线控制器中的模拟量输入模板，形成实时的闭环控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是由采用先进的计算机网络技术、VXI总线自动测试技术、SPWM稳功源的程控技术、电子式电能表的网络通讯及自动修正误差技术，所构成的电子式电能表调试、校验自动化系统，提高了电子式电能表产品生产工艺水平，提升了产品质量，增加了产品市场竞争能力。
附图说明
图1为本发明的电子式电能表调试、校验自动化系统结构图；图2为本发明的多通道同步交流信号调理采样单元原理框图；图3为SPWM功率输出单元原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至3，本具体实施方式如图1所示，本发明的电子式电能表调试、校验自动化系统由多通道同步交流信号调理采样单元、VXI总线控制器和SPWM功率输出单元组成；所述多通道同步交流信号调理采样单元，将SPWM功率输出单元输出的三相标准功率电源信号和被校电子式电能表输出的电能脉冲信号进行调理，传送到VXI总线控制器中的模拟量输入模板。所述VXI总线控制器包括0槽控制器、模拟量输入模板、数字脉冲输入输出模板、模拟量输出模板、开关量输入输出模板、多功能通讯模板。VXI总线控制器中的模拟量输入模板和数字脉冲输入输出模板，分别采集标准功率电源的电能参量和被校电能表的电能脉冲信号，VXI总线控制器0槽控制器进行这些数据运算处理、分析，得到高精度的测试电源参数和标准电能脉冲，从而计算出被校电子式电能表的电参数测量误差和电能计量误差，实现宽量程高精度标准电能表功能。VXI总线控制器将被校电子式电能表的各种误差值的修正结果反馈给被校电子式电能表。VXI总线控制器中的模拟量输出模板采用数字频率合成技术和多通道同步输出技术，实现高精度、高稳定性的三相正弦波输出，输出的波形幅值、频率、相位等由0槽控制器进行连续可调。VXI总线控制器中的开关量输入输出模板，实现对SPWM功率输出单元的脉宽调制控制、输出量程控制、故障保护控制，实现高精度、高稳定性程控功率电源功能。VXI总线控制器中的多功能通讯模板配置RS232、RS485、GPIB通讯功能，VXI总线控制器与上位机之间采用GPIB形式通讯。VXI总线控制器与被校电子式电能表、误差显示器之间采用RS485形式通讯，形成总线型网络拓扑结构。整个系统以VXI总线自动测试控制器为测控核心。电子式电能表采用美国ADI公司的高性能电能计量芯片和Microchip公司的低功耗、嵌入式实时多任务SOC微处理控制器，使得电子式电能表具有远程通讯、在线修改等功能，通过接受VXI控制器的指令进行误差传递和修正，极大程度提高了工作效率和产品工艺先进性。每一只电能表都具有RS485通讯接口，设置不同的地址。在校验时可以和VXI总线控制器进行通讯，在现场实际使用过程中，可以实现远程集中抄表功能。误差显示器采用美国ATMEL公司的工业级微处理控制器和ALTERA的CPLD可编程逻辑成列芯片。实现对VXI总线控制器中的数字脉冲输入输出模板和电子式电能表的输出脉冲采集，进行脉宽、幅值、频率的计算，经过数据处理，计算出计量误差和报警值，将这些信息通过RS485接口传到VXI总线控制器上。
本具体实施方式如图2所示，以VXI总线控制器的模拟量输入模块、数字脉冲输入输出模板和多通道同步交流信号调理采样单元为核心构成宽量程高精度标准电能表。达到200KS/s采样率、16位精度，保证信号的采集精度和速度。信号调理部分采用高精度电子式互感器，与传统的电磁互感器相比，具有精度高、量程范围广、无磁饱和、隔离性能好、抗干扰强等特点。对交流电信号采用自适应、同步交流采集原理进行信号的采集、处理、变换。采样模块利用硬件同步采样方式，并通过数字锁相环电路直接控制采样保持电路来获得更高的同步精度。为了使采样信号f*(t)能反映被采样的模拟信号f(t)，采样频率必须满足采样定理，即采样频率fs必须大于模拟量所含最高次有效谐波频率fmax的两倍。实际采样时一般使fs≥10fmax，以保证采样信号能够准确地代表被采样的模拟信号。采用傅氏滤波或快速傅立叶变换(FFT)等有等间隔采样要求的滤波算法提取信号特征量。
本具体实施方式如图3所示，模拟量输出模板、开关量输入输出模板以及SPWM功率输出单元为核心构成程控标准功率电源。模拟量输出模板采用直接数字频率合成技术(DDS)，16位输出精度。在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，为系统提供了优于模拟信号源的性能。SPWM功率输出单元的放大部分，采用先进的电力电子技术IPM智能功率模块，把功率器件与传感器、检测和控制电路、保护电路及故障自诊断电路等集成为一体并具有功率输出能力的新型器件。由于这类器件可代替人工来完成复杂的功率控制，因此它被赋予智能的特征，包括欠电压保护、过电压保护、过电流、短路保护、过热保护、输出电压过冲保护、瞬态电流限制、软启动和最大输入功率限制等保护电路，从而大大提高了系统的稳定性与可靠性。功率放大电路设计将多电平变换技术、功率因数校正技术、以及软开关技术结合到了一个应用的契合点，提出了一种新颖的多脉波变流三电平无源无损软开关PFC电路拓扑，极大程度上提高了电源的工作效率。功率主电路采用AC/DC/AC结构，前级为功率因数校正(PFC)电路，由Boost变换器构成，用于提高网测功率因数、降低网侧电流的THD值，并为逆变部分提供一个合适的直流母线电压。后级的全桥逆变电路完成正弦波逆变、快速调压稳流功能。逆变输出的高频SPWM波经过LC滤波，得到平滑正弦波。以VXI的模拟量输出模块为核心构成多通道同步输出的三相SPWM信号源。
Claims (1)
1.一种电子式电能表调试、校验自动化系统，其特征在于所述自动化系统由多通道同步交流信号调理采样单元、VXI总线控制器和SPWM功率输出单元组成；
所述多通道同步交流信号调理采样单元，将SPWM功率输出单元输出的三相标准功率电源信号和被校电子式电能表输出的电能脉冲信号进行调理，传送到VXI总线控制器中的模拟量输入模板；
所述VXI总线控制器包括0槽控制器、模拟量输入模板、数字脉冲输入输出模板、模拟量输出模板、开关量输入输出模板、多功能通讯模板；VXI总线控制器中的模拟量输入模板和数字脉冲输入输出模板，分别采集SPWM功率输出单元输出的标准功率电源的电能参量和被校电能表的电能脉冲信号，VXI总线控制器0槽控制器进行这些数据运算处理、分析，得到测试电源参数和标准电能脉冲，从而计算出被校电子式电能表的电参数测量误差和电能计量误差；VXI总线控制器将被校电子式电能表的各种误差值的修正结果反馈给被校电子式电能表；VXI总线控制器中的模拟量输出模板采用数字频率合成技术和多通道同步输出技术，实现三相正弦波输出，输出的波形幅值、频率、相位由0槽控制器进行连续可调；VXI总线控制器中的开关量输入输出模板，实现对SPWM功率输出单元的脉宽调制控制、输出量程控制、故障保护控制；VXI总线控制器中的多功能通讯模板配置RS232、RS485、GPIB通讯功能，VXI总线控制器与上位机之间采用GPIB形式通讯；VXI总线控制器与被校电子式电能表、误差显示器之间采用RS485形式通讯，形成总线型网络拓扑结构；
所述SPWM功率输出单元，由VXI总线控制器中的模拟量输出模板的输出信号驱动，采用正弦波脉宽调制方式，实现标准功率电源的输出；SPWM功率输出单元的电源输出驱动被校电子式电能表，同时反馈给多通道同步交流信号调理采样单元和VXI总线控制器中的模拟量输入模板，形成实时的闭环控制。
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