CN101458267A - 实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表 - Google Patents

Abstract

一种实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表，包括仪表壳体、设置在仪表壳体前面侧的LCD显示屏及控制按钮和设置在仪表壳体后面侧的上、下排接线端子以及设置在壳体内的电路板，所述电路板还包含全波、基波检测电路；本发明能够测量各相及合相基波、谐波和全波有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量频率，各相电压及电流有效值、功率因数等多种电能参数。通过在线实时检测电网的基波电压、电流及谐波的电压、电流，并利用全波、基波、谐波的运算关系得到所要的各相谐波电压、谐波电流、电压谐波占有率、电流谐波占有率，并具有日期时间显示，可以直接取代常规电力变送器及测量仪表。

Description

实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表

技术领域

本发明涉及一种电力监控系统用的电力参数测量仪表，特别涉及一种适用于能源管理系统、变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、智能建筑、智能型配电盘、开关柜领域的实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表。该电力参数测量仪表能测量常用电力参数，如三相电压、电流、谐波电压、谐波电流、谐波电压百分量、谐波电流百分量、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有(无)功电能等。

背景技术

电压质量对电力系统的安全运行有着重要的意义，电网过高的谐波使电网中出现过高的电压脉冲并影响电网电压的失衡，严重影响电力工业本身及电力用户的电器安全。随着电力系统的发展，许多电力元件却发展较慢，如电力参数仪表，目前市场上的电力仪表精度低、性能差，还没具基、谐波检测功能的电力参数仪表，已不能满足当今电力事业现代化发展的需要和电力自动化控制系统功能的要求，如对电力控制和调度系统，SCADA系统(变电站的数据和安全监控综合自动化系统等)。即使具有谐波检测功能，也非常不完全，并不能真正地检测到谐波。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种RS485连网通讯、高精度测量电力参数如谐波电压、谐波电流、有功功率、无功功率等及具事件记录功能的实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表。

本发明的目的是通过以下具体技术方案予以实现的：

一种实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表，包括仪表壳体、设置在仪表壳体前面侧的LCD显示屏及控制按钮和设置在仪表壳体后面侧的上、下排接线端子以及设置在壳体内的电路板，所述电路板上包含电源电路、键盘输入电路、液晶显示驱动电路、开关量输入输出电路、单片机处理电路、电能脉冲输出电路、信号检测处理电路、实时时钟电路、扩展存储器，其特征在于，电路板上还包含全波、基波检测电路；所述电源电路的输入端接上排接线端子中的电源接线端子，输出+12V、-12V和电源VCC，给所述键盘输入电路、液晶显示驱动电路、开关量输入输出电路、单片机处理电路、电能脉冲输出电路、信号检测处理电路、实时时钟电路、扩展存储器、全波、基波检测电路供电；所述信号检测处理电路的电流信号采样端接下排端子的IA、IA⁺、IB、IB⁺、IC、IC⁺接线端子，信号检测处理电路的电压信号采样端接下排端子的VA、VB、VC、VN接线端子，所述信号检测处理电路的输出端接全波、基波检测电路的信号输入端，全波、基波检测电路的一个信号输出端接电能脉冲输出电路的输入端，全波、基波检测电路的另一个信号输出端接单片机处理电路的一个信号输入端，电能脉冲输出电路的输出端接上排接线端子的Ep+、Ep-、Eq+、Eq-接线端子；所述开关量输入输出电路的开关量输入端接上排接线端子中的开关量输入接线端子DI1、DI2、DI3、DI4、COM2，开关量输出端接上排接线端子中的开关量输出接线端子DO1、DO2、DO3、DO4、COM3，信号控制端接单片机处理电路的控制信号输出端；单片机处理电路的通讯接口通过RS485通讯接口电路连接于上排接线端子中的通讯接线端子A、B、COM1；单片机处理电路还接实时时钟电路和扩展存储器。

本发明全波、基波检测电路所采用的两块芯片均为ATT7022B电能检测芯片。

由于本发明全波、基波检测电路采用两块ATT7022B电能检测芯片，是一精度高且功能强的多动能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片，因此能够测量各相及合相基波、谐波和全波有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量频率，各相电压及电流有效值、功率因数等多种电能参数。其通过在线实时检测电网的基波电压、电流及谐波的电压、电流，并利用全波、基波、谐波的运算关系得到所要的各相谐波电压、谐波电流、电压谐波占有率、电流谐波占有率，并具有日期时间显示，可以直接取代常规电力变送器及测量仪表，广泛应用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中。

本发明采用现代微处理器技术和交流采用技术，具有如下特点：

1、可直接从电流、电压互感器接入信号，可任意设定PT/CT变比。

2、具有开关量输入输出功能。

3、遵循Modbus-RUT协议，可通过RS-485接口接入SCADA、PLC系统中，多块仪表可设置不同地址并行使用。

4、方便安装、接线简单、工程量小。

5、精度高，电压、电流、功率、有功电能为0.5级，谐波电压、谐波电流、三相电压矢量和、三相电流矢量和、无功电能为1级，频率为0.05Hz，温度漂移系数为100PPM/℃(0-50℃)。

附图说明

图1为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的原理框图。

图2为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的正面结构示意图。

图3为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的后面接线端子示意图。

图4为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的下排接线端子电压V型接线、电流采用三CT接线图。

图5为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的下排接线端子电压V型接线、电流采用两CT接线图。

图6为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的下排接线端子电压U型接线、电流采用三CT接线图。

图7为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的下排接线端子电压U型接线、电流采用两CT接线图。

图8为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的全波、基波检测电路的电原理示意图。

图9为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的有功电能与无功电能脉冲输出电路的电原理示意图。

图10为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的电源电路的电原理示意图。

图11为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的开关量输入与输出电路的电原理示意图。

图12为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的开关量输入隔离模块的电原理示意图。

图13为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的串行通信模块的电原理图。

图14为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的单片机处理电路的电原理示意图。

图15为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表按SET键的查看操作流程图。

图16为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表按左键的查看操作流程图。

图17为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表按右键的查看操作流程图。

图18为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表按ENTER键的查看操作流程图。

图19为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的系统设置流程图。

图20为本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的主-从查询一回应周期表示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能仪表的电路及使用方法作进一步的说明。

如图1、图2和图3所示，一种实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表，包括仪表壳体1、设置在仪表壳体1前面侧的LCD显示屏2及控制按钮3和设置在仪表壳体1后面侧的上、下排接线端子4、5以及设置在壳体内的电路板。控制按钮3包括SET键、左、右键和Enter键。

图3中的上排接线端子4中的12脚为电源火线L，13脚为电源零线N，11脚为电源地线Nc，17脚为有功电能脉冲输出端Ep+，18脚为有功电能脉冲输出端Ep-，19脚为无功电能脉冲输出端Eq+，20脚为无功电能脉冲输出端Eq-，21、22、23脚为RS485通讯接口A、B、COM1，24、25、26、27、28为开关量输入接线端子DI1、DI2、DI3、DI4、COM2，34、35、36、37、38为开关量输出接线端子DO1、DO2、DO3、DO4、COM3。下排接线端子5中的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10脚分别接接线端子Ua、Ub、Uc、Un、IA⁺、IA、IB⁺、IB、IC⁺、IC。

电路板分成上、下、前三块电路板，其中下块电路板包含有信号检测处理电路和全波、基波检测电路；上块电路板包含有电源电路、开关量输入输出电路、电能脉冲输出电路；前电路板包括键盘输入电路、液晶显示驱动电路、单片机处理电路、实时时钟电路、扩展存储器。

参看图4，当电压V型接线、电流采用三CT时，接线端子VA、VB、VC分别接电压互感器PT的次级三个抽头，电压互感器PT的初级三个抽头分别接A、B、C三相电压信号，接线端子VN接接线端子VB。接线端子IA、IA⁺、IB、IB⁺、IC、IC⁺分别通过三个CT接A、B、C三相电流信号。

参看图5，电压V型接线、电流采用两CT时，接线端子VA、VB、VC分别接电压互感器PT的次级三个抽头，电压互感器PT的初级三个抽头分别接A、B、C三相电压信号，接线端子VN接接线端子VB。接线端子IA、IA⁺、IC、IC⁺分别通过两个CT接A、C两相电流信号。

参看图6，电压U型接线、电流采用三CT时，接线端子VA、VB、VC、VN分别直接接A、B、C三相电压信号和零线N。接线端子IA、IA⁺、IB、IB⁺、IC、IC⁺分别通过三个CT接A、B、C三相电流信号。

参看图7，电压U型接线、电流采用两CT时，接线端子VA、VB、VC、VN分别直接接A、B、C三相电压信号和零线N。接线端子IA、IA⁺、IC、IC⁺分别通过两个CT接A、C两相电流信号。

上面的接线方法应当注意的是，在电压采用V型接线时，相电压将不能检测，三相电压矢量和也不能检测，分相功率与功率因数的数据也不是最终真实数据。在电压采用V型接线且电流采用两CT时，三相电流的矢量和也将不能检测。

参看图8，全波、基波检测电路由两块ATT7022B电能检测芯片IC1、IC2及外围电路构成，与信号检测处理电路配合使用。ATT7022B电能检测芯片IC1、IC2为一精度高且功能强的多动能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片，为珠海炬力公司出品。电能检测芯片IC1的主要功能是测量基波，电能检测芯片IC2的主要功能是测量谐波。

全波、基波检测电路中的电能检测芯片IC1的3、4脚通过电阻R10、R11接电流互感器T1的次级两端，电流互感器T1的初级两端通过接口JK1的5、6脚接接线端子IA、IA⁺，在电流互感器T1的次级两端连接一电阻R7，其中在电阻R10、R11与电能检测芯片IC1的3、4脚之间分别取出电压信号V1P、V1N。

电能检测芯片IC1的6、7脚通过电阻R12、R13接电流互感器T2的次级两端，电流互感器T2的初级两端通过接口JK1的7、8脚接接线端子IB、IB⁺，在电流互感器T2的次级两端连接一电阻R8，其中在电阻R12、R13与电能检测芯片IC1的6、7脚之间分别取出电压信号V3P、V3N。

电能检测芯片IC1的9、10脚通过电阻R14、R15接电流互感器T3的次级两端，电流互感器T3的初级两端通过接口JK1的9、10脚接接线端子IC、IC⁺，在电流互感器T3的次级两端连接一电阻R9。其中在电阻R14、R15与电能检测芯片IC1的9、10脚之间分别取出电压信号V5P、V5N。

电能检测芯片IC1的3、4、6、7、9、10脚还分别通过补偿电容C6、C5、C4、C3、C2、C1接地和分别通过电阻R21、R20、R19、R18、R17、R16接电能检测芯片IC1的11脚，电能检测芯片IC1的11脚通过接口JK1的4脚接接线端子VN，从电能检测芯片IC1的11脚取出一基准电压信号VREF。

电能检测芯片IC1的4脚接电容C16和电解电容C15的并接一端，电容C16和电解电容C15的并接另一端接地。

电能检测芯片IC1的8、15脚接地。

电能检测芯片IC1的12、18脚并接后一方面通过电阻R28接电源VCC，另一方面接电能检测芯片IC2的12、18脚。电容C13和电解电容C14并联后一端接电能检测芯片IC2的12、18脚，另一端接地。

电能检测芯片IC1的13脚与由电阻R1、R2构成的串联电路连接后再通过接口JK1的1脚接接线端子VA，其中在电阻R2与电能检测芯片IC1的13脚之间取出一电压信号V2P。电能检测芯片IC1的13脚还通过电阻R22和接口JK1的4脚接接线端子VN并通过电容C7接地。

电能检测芯片IC1的14脚通过电阻R23接接口JK1的4脚并通过电容C8接地。在电阻R23与电容C8之间取出一电压信号V2N。

电能检测芯片IC1的16脚与由电阻R3、R4构成的串联电路连接后再通过接口JK1的2脚接接线端子VB，其中电阻R4与电能检测芯片IC1的16脚之间取出一电压信号V4P。电能检测芯片IC1的16脚还通过电阻R24和接口JK1的4脚接接线端子VN并通过电容C9接地。

电能检测芯片IC1的17脚通过电阻R25接接口JK1的4脚并通过电容C10接地。在电阻R25和电容C10之间取出一电压信号V4N

电能检测芯片IC1的19脚与由电阻R5、R6构成的串联电路连接后再通过接口JK1的3脚接接线端子VC，其中电阻R6与电能检测芯片IC1的19脚之间取出一电压信号V6P。电能检测芯片IC1的19脚还通过电阻R26和接口JK1的4脚接线端子VN并通过电容C11接地。

电能检测芯片IC1的20脚通过电阻R27接接口JK1的4脚并通过电容C12接地。在电阻R27与电容C12之间取出一电压信号V6N。

电能检测芯片IC1的21、22脚并接后接电能检测芯片IC2的21脚、22脚。

电能检测芯片IC1的23脚接地，电能检测芯片IC1的26、34、41脚接电源VCC。电容C19和电解电容C20并联后一端接电能检测芯片IC1的33脚，另一端接地。电容C24和电解电容C22并联后一端接电能检测芯片IC1的39脚，另一端接地。晶振TX1两端接电能检测芯片IC1的42、43脚并通过电容C17、C18接地，电能检测芯片IC1的44脚接地。

电能检测芯片IC1的1脚通过下板接口JK2的1脚接CPU处理器芯片IC3的5脚，电能检测芯片IC1的2脚通过下板接口JK2的2脚接CPU处理器芯片IC3的4脚，以配合通讯。

参见图9，电能检测芯片IC1的24、25、29、30、31、32脚为空脚。电能检测芯片IC1的27脚为有功脉冲输出脚，其与电能脉冲输出电路中的光耦IC13的信号输入端的1脚连接，电能检测芯片IC1的28脚为无功脉冲输出脚，其与电能脉冲输出电路中的光耦IC12的信号输入端的1脚连接，电源VCC分别通过电阻R28、R29加载到光耦IC12、IC13的信号输入端的2脚上，光耦IC13信号输出端的3、4脚分别连接接口JK4的7、8脚，光耦IC12信号输出端的3、4脚分别连接接口JK4的5、6脚。接口JK4的5、6、7、8脚接上排接线端子4中的电能脉冲输出端Ep+、Ep-、Eq+、Eq-，接口JK4的4、5脚为空脚，接口JK4的2、3脚分别接485通讯模块JK5的4、1脚，接口JK4的1脚接电源-12V。

电能检测芯片IC1的35脚为电能检测芯片IC1的片显信号接口，其通过下板接口JK2的7脚接CPU处理器芯片IC3的14脚。

电能检测芯片IC1的36、37、38脚为电能检测芯片IC1的SPI口，36脚为串行数据时钟线SCLK，37脚为串行数据输入线DIN，38脚为串行数据输出线DOUT。电能检测芯片IC1的36、37、38脚通过下板接口JK2的6、5、4脚和上板接口JK6的13、12、11脚接入到CPU处理器芯片IC3的SPI口10、11、12脚。

电能检测芯片IC1的40脚输出电能反向信号，在本实施例中为空脚。

全波、基波检测电路的电能检测芯片IC2的3、4、6、7、9、10脚分别通过电容C30、C29、C28、C27、C26、C25接地，同时分别接电压信号V1P、V1N、V3P、V3N、V5P、V5N。电能检测芯片IC2的8、15脚直接接地。电容C32和电解电容C31并联后一端接地，另一端电能检测芯片IC2的5脚。

电能检测芯片IC2的11脚为空脚。

电能检测芯片IC2的13、14、16、17、19、20脚分别通过电容C33、C34、C35、C36、C37、C38接地，同时分别接电压信号V2P、V2N、V4P、V4N、V6P、V6N。

电能检测芯片IC2的23脚接地，电能检测芯片IC2的26、34、41脚接电源VCC。电容C39和电解电容C40并联后一端接电能检测芯片IC2的33脚，另一端接地。电容C44和电解电容C42并联后一端接电能检测芯片IC2的39脚，另一端接地。晶振TX2两端接电能检测芯片IC2的42、43脚并通过电容C43、C44接地，电能检测芯片IC2的44脚接地。

电能检测芯片IC2的24、25、27、28、29、30、31、32为空脚。

电能检测芯片IC2的1脚通过下板接口JK2的11脚接CPU处理器芯片IC3的8脚，电能检测芯片IC2的2脚通过下板接口JK2的10脚接CPU处理器芯片IC3的7脚。

电能检测芯片IC2的35脚为电能检测芯片IC2的片显信号接口，其通过下板接口JK2的14脚接CPU处理器芯片IC3的15脚。

电能检测芯片IC2的36、37、38脚为电能检测芯片IC2的SPI口，36脚为串行数据时钟线SCLK，37脚为串行数据输入线DIN，38脚为串行数据输出线DOUT。电能检测芯片IC1的36、37、38脚通过下板接口JK2的6、5、4脚和上板接口JK6的13、12、11脚接入到CPU处理器芯片IC3的SPI口10、11、12脚。

电能检测芯片IC1的40脚为空脚。

参看图10，电源电路的变压器T4的初级通过熔断器RT和接口JK3的1、2、3脚接上排接线端子4中的电源接线端子L、N、NC，次级并联有一电容C45并接桥堆DB1的输入端，通过桥堆DB1进行整流，桥堆DB1的输出端并联一电解电容C46，电解电容C46的正端接二极管D2的正极和变压器T5的第一绕组的抽头1的公共连接端，负端接地；二极管D2的负极与二极管D3的负极对接，二极管D3的正极接三极管Q1的集电极与变压器T5第一绕组的抽头2的公共连接端，三极管Q1的发射极接地，在三极管Q1的基极与发射极之间连接一由电解电容C47和电阻R30组成的串联支路，三极管Q1的基极接光偶IC13的输入一端，光偶IC13的输入另一端接二极管D4的负极与电容C48的公共连接端，二极管D4的正极接变压器T5的第二绕组的抽头3，电容C48的另一端接变压器T5的第二绕组的抽头4。

变压器T5的第三绕组的抽头10接二极管D5的正极，二极管D5的负极接电解电容C49和电阻R31的公共连接端一端，电解电容C49和电阻R31的公共连接端另一端与第三绕组的抽头5接地，电解电容C49两端输出+12V电源。

变压器T5的第四绕组的抽头6接二极管D6的正极，二极管D6的负极接电解电容C50并接地，电解电容C50另一端接和第四绕组的抽头7，电解电容C50两端输出-12V电源。

变压器T5的第五绕组的抽头8接二极管D7的正极，二极管D7的负极接电解电容C51的正端，变压器T5的第五绕组的抽头9和电解电容C51的负端接地。电解电容C50两端输出电源VCC。电源VCC的正端接电阻R29、R30、R31的公共连接端，电阻R29的另一端接光偶IC13的输出一端与并联型三端稳压基准TL的阴极端的公共连接端，电阻R32的另一端接光偶IC13的输出另一端，电容C52跨接在并联型三端稳压基准TL的阴极端和参考电压输入端之间，电阻R34跨接在并联型三端稳压基准TL的参考电压输入端与阳极端之间，电阻R33另一端接并联型三端稳压基准TL的参考电压输入端，并联型三端稳压基准TL的阳极端接地。

参看图14，单片机处理电路的CPU处理器芯片IC3的型号为MEGA128，其内部有128kB的FLASH存储器、4kB的RAM存储器和4kB的EEPROM，工作于8M时性能高达8MIPS。

电容C53接在CPU处理器芯片IC4的62、63脚上，CPU处理器芯片IC3的63脚接地；CPU处理器芯片IC3的64脚接电源VCC。

CPU处理器芯片IC3的9脚接液晶显示接口电路的电阻R35的一端，电阻R35的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接电源VCC和接口JK8的4脚，集电极接接口JK8的6脚。接口JK8的5、7脚接地，接口JK8的1脚为液晶显示SPI显示口片显选口CSO，接CPU处理器芯片IC4的13脚；接口JK8的2脚为液晶显示SPI显示口的串行数据时钟线SCLK接CPU处理器芯片IC4的10脚，接口JK8的3脚为液晶显示SPI显示口的串行数据输入线DIN接CPU处理器芯片IC4的11脚。接口JK8的接LCD液晶显示屏。该LCD液晶显示屏采用带背光的大屏幕、高清晰度LCD显示，可视性强。

仿真器接口JK7的1、2、3、4、5、9、10分别CPU处理器芯片IC3的57、63、55、64、56、54、63脚，仿真器接口JK7的6、7、8脚为空脚。

CPU处理器芯片IC3的61、60、59、58、1、20、19、18脚为空脚。CPU处理器芯片IC3的22、23脚接地，晶振TX3连接在CPU处理器芯片IC3的23、24脚上，CPU处理器芯片IC3的23、24脚还分别通过电容54、55接地。

控制按钮3的SET键S1、左、右键S2、S3和Enter键S4分别与电阻R36、R37、R38、R39串联后再并联，在电阻R36、R37、R38、R39上加载电源VCC，其中SET键S1与电阻R36公共连接端接CPU处理器芯片IC3的29脚，左键S2与电阻R37公共连接端接CPU处理器芯片IC3的30脚，右键S3与电阻R38公共连接端接CPU处理器芯片IC3的31脚，Enter键S4与电阻R39与公共连接端接CPU处理器芯片IC3的32脚。

CPU处理器芯片IC3的33、34脚接存储器IC4的27、22脚和与非门电路IC5A的1、2脚，存储器的型号为62C256，用于保存电压的过低与过高的报警信息，最多可以记录3000条的报警数据。报警发生的时间来源于专用的日历芯片IC6，日历芯片IC6的型号为RX-8025。CPU处理器芯片IC3的35至41脚通过总线方式连接存储器IC4的25、24、21、23、2、26、1脚，CPU处理器芯片IC3的44至51脚通过总线方式连接地址锁存器IC5的3、4、7、8、13、14、17、18脚和存储器IC4的11至19脚。

CPU处理器芯片IC3的21、52脚接电源VCC，CPU处理器芯片IC3的43脚接地址锁存器IC5的11脚。地址锁存器IC5的的1脚接地。CPU处理器芯片IC3的25、26脚接日历芯片IC6的2、13脚，同时电源VCC分别通过电阻R40、R41加载到CPU处理器芯片IC3的25、26脚通过I²C接口模式连接到日历芯片IC6的2、13脚上。

CPU处理器芯片IC3的42脚接IC5B的4脚和IC5C的9、10脚，IC5A的3脚接IC5B的5脚和IC5D的12脚，IC5C的8脚IC5D的13脚，IC5B的6脚为空脚；IC5D的11脚接电源管理芯片IC8的13脚。IC5为内部具有四路与非门电路的逻辑芯片。

地址锁存器IC5的2、5、6、9、12、15、16、19脚连接存储器IC4的10、9、8、7、6、5、4、3脚，存储器IC4的20、28脚与电源管理芯片IC8的12、2脚。

日历芯片IC6的6脚接电源管理芯片IC8的2脚，11脚接地，日历芯片IC6的5、3、10、12、7脚为空脚。

电源管理与看门狗芯片IC7的3脚接电源VCC和电阻R42的一端，电阻R42的另一端接二极管D8的正极，二极管D8的负极接可充电的3.6V电池BAT的正极，可充电的3.6V电池BAT的负极接地。IC7的1脚接可充电的3.6V电池BAT的正极，IC7的9脚接电阻R43、R44的公共连接端，电阻R43的另一端接可充电的3.6V电池BAT的正极，电阻R44的另一端接地，电解电容C56跨接在可充电的3.6V电池BAT的正、负极上。IC7的11脚接CPU处理器芯片IC3的10脚。IC7的7脚通过电容C57接地，IC7的8、14、4脚接地；IC7的15、16、5、6、10脚为空脚。采用可充电的3.6V电池BAT可以保证仪表掉电后存储器IC7中的数据不丢失与日历芯片IC9的正常走时。

参看图11，开关量输入输出电路由锁存器IC8、驱动器IC9、继电器J1、J2、J3、J4组成，锁存器IC8的型号为SN74LS273(或SN74HC273)，驱动器IC9的型号为MC1413(可用ULN2003替代)，锁存器IC8的9、6、5、2脚分别与驱动器IC9的4、5、6、7脚连接，驱动器IC9的8脚接地，9脚接电源VCC，驱动器IC9的13、12、11、10脚分别接四路继电器开关量输出电路，其中驱动器IC9的13、12、11、10脚分别继电器J4、J3、J2、J1的线包一端，继电器J1、J2、J3、J4的线包另一端接电源VCC，继电器J1、J2、J3、J4的常开触头一端并接成公共端DOG，通过接口JK9的1脚接上排接线端子4中的开关量输出接线端子COM3，继电器J1、J2、J3、J4的常开触头另一端DO1、DO2、DO3、DO4分别通过接口JK9的5、4、3、2脚接上排接线端子4中的开关量输出接线端子DO1、DO2、DO3、DO4。

开关量输入接线端子DI1、DI2、DI3、DI4接口JK9的9、8、7、10脚开关量输入模块JK10的4、3、1、5脚，

锁存器IC8的1脚接电阻R45和电容C58的公共连接端，电阻R45的另一端接电源VCC，电容C58的另一端接地。

锁存器IC8的片选信号11脚通过上板接口JK6的14脚接在CPU处理器芯片IC3的16脚，锁存器IC8的数据输入线3脚通过上板接口JK6接在CPU处理器芯片IC3的10、11脚。锁存器IC8的RXD1口8脚通过上板接口JK6的3脚接CPU处理器芯片IC3的RXD1口27脚，锁存器IC8的TXD1口7脚通过上板接口JK6的4脚接CPU处理器芯片IC3的TXD1口28脚，锁存器IC8的12、13、14、15、16、17、18、19为空脚，驱动器IC9的1、2、3、14、15、16脚为空脚。

参看图12，开关量输入模块JK10由四个光耦U1A、U2A、U1B、U2B、电阻R46—R53、锁存器IC10组成，锁存器IC10的型号为SN74LS244(或SN74HC244)。锁存器IC10的片选信号CS4的1脚通过上板接口JK6的15脚接在CPU处理器芯片IC3的17脚，锁存器IC10的数据输入线上板接口JK6的11、14脚接在CPU处理器芯片IC3的11、10脚。锁存器IC10的RXD1口18脚通过上板接口JK6的3脚接CPU处理器芯片IC3的RXD1口27脚，锁存器IC10的TXD1口16脚通过上板接口JK6的4脚接CPU处理器芯片IC3的TXD1口28脚。电源VCC分别通过电阻R50、R51、R52、R53加在锁存器IC10的2、4、6、8脚和开关量输入模块JK10的11、10、9、8脚上，开关量输入模块JK10的四个光耦U1A、U2A、U1B、U2B的输入端1脚接在开关量输入模块JK10的1、4、5、3脚上，四个光耦U1A、U2A、U1B、U2B输入端的2脚分别接电阻R48、R46、R49、R47的一端，电阻R48、R46、R49、R47的另一端并接后通过关量输入模块JK10的2脚接+12V，四个光耦U1A、U2A、U1B、U2B输出端的3脚均接地。四个光耦U1A、U2A、U1B、U2B输出端的4脚分别开关量输入模块JK10的10、9、8、11脚。

参看图13，485通讯模块JK5内包含有485接口芯片IC14、光耦合集成电路IC15、IC16、三极管Q3、Q4，485接口芯片IC14的型号为75LBC184，光耦合集成电路IC15、IC16的型号为PS250-1。

485通讯模块JK5的6脚为RXD0口，其通过上板接口JK6的1脚接CPU处理器芯片IC3的2脚，485通讯模块JK5的8脚为TXD0口，其通过上板接口JK6的2脚接CPU处理器芯片IC3的3脚，三端稳压管IC11的2脚接电源-12V，电解电容C58跨接在三端稳压管IC11的1、2脚之间，三端稳压管IC11的1脚接485通讯模块JK5的3脚为485通讯模块JK5提供+5V电源，485通讯模块JK5的2脚接电源-12V，485通讯模块JK5的7脚接电源VCC，485通讯模块JK5的9脚接地，485通讯模块JK5的1、4脚接RS485通讯接口A、B。

485通讯模块JK5的6脚RXD0口接电阻R50、R51的公共连接端和光耦合集成电路IC16的4脚，电阻R50的另一端接+5V，电阻R51的另一端和光耦合集成电路IC16的3脚接地，电容C59的一端接+5V，另一端接地。光耦合集成电路IC16的1脚通过电阻R52接485通讯模块JK5的3脚，光耦合集成电路IC16的2脚接485接口芯片IC14的1脚。

485通讯模块JK5的8脚TXD0口通过电阻R53接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极接电阻R54的一端和光耦合集成电路IC15的1脚，电阻R54的另一端接+5V，三极管Q4的发射极与光耦合集成电路IC15的2脚接地。光耦合集成电路IC15的3脚接电容C60的一端和485通讯模块JK5的2脚，电容C60的另一端接电阻R55的一端和+5V，电阻R55的另一端接光耦合集成电路IC15的4脚和485接口芯片IC14的4脚以及电阻R56的一端，电阻R56的另一端接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接485通讯模块JK5的2脚，三极管Q3的集电极接电阻R57的一端和485接口芯片IC14的2、3脚，电阻R57的另一端接+5V。

485接口芯片IC14的5脚接485通讯模块JK5的2脚，485接口芯片IC14的6、7脚为发送端，分别通过电阻R58、R59接485通讯模块JK5的1、4脚，485接口芯片IC14的8脚接电容C61的一端和+5V，电容C61的另一端也接+5V。

本发明的键盘输入电路、液晶显示驱动电路为本领域技术人员所熟知，在此不作详细描述。

本实施例的仪表提供异步半双工RS485通讯接口，采用MODBUS-RTU协议，各种数据讯息均可在通讯线路上传送。在一条线路上可以同时连接多达128个仪表，每个仪表可设定其通讯地址。

本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表操作指南如下

依照说明正确接线后，接通工作电源即进入测量状态。正常情况下仪表处于查看模式，当需要重新设置日期时间、电压电流变比、地址波特率等时，可进入系统设置模式。

一、查看模式(查看电压、电流、功率、电度、频率以及日期和时间)

在测量状态下，单击相应功能键可以依次切换查看：电压V、频率、电流I、功率PQS、功率因数、开关量输入/输出状态、有功电度Ep和无功电度Eq及日期和时间。

电压显示一次侧值，单位为V，当一次侧电压达到预定界限时，显示单位转换为kV。

电流显示一次侧值，单位为A，当一次侧电流达到预定界限时，显示单位转换为kA。

功率显示一次侧值，有功功率单位为W，无功功率单位为Var，当功率值达到预定界限时，显示单位转换为kW或者MW和kvar或者Mvar，当接线方式为三相四线时，如果出现某相有功功率或功率因数为负值，则有可能该相电流进线与出线接反。

显示电度为二次侧值，电度显示的单位固定为kWh，当显示电度时，显示两位小数，即精确到0.01kWh。

具体查看流程如下：

参看图15

按SET键：相电压+频率→线电压+频率→谐波电压+频率→三相电压矢量和→谐波电压百分量THD。

参看图16

按左键：电流+合相功率因素频率→谐波电流+合相功率因数→三相电压矢量和→谐波电压百分量THD。

参看图17

按右键：有功功率→无功功率→功率因数。

参看图18

按Enter键：I/O输入输出显示→日期显示→时间显示→正向有功功率→负向有功功率→正向无功功能→负向无功电能。

显示时：有功功率、无功功率、功率因数显示时，1、2、3分别代表A、B、C相参数值，∑代表合相参数。

二、系统设置模式

1、系统设置操作字符说明见表1

表1

 

字符	文字说明	字符	文字说明
				Prog	设置模式	PASS	修改密码
PASS.adj	密码校对	EpEq CLEAr	电能清零
				PT	电压变比	DAtE	设置日期
CT	电流变比	tinE	设置时间
				Addr	通讯地址	SAvE	保存
bAUd	通讯波特率	Node	接线模式

2、进入/退出系统设置模式

在正常情况下，仪表处于正常工作状态，同时按下←键与ENTER键会进入系统设置模式，进入系统设置模式前，首先需要输入正确的密码PASS(出厂时一般设置为0000)。

输入密码的方法为：

(1)同时按←键与ENTER键进入输入密码状态；

(2)按左右方向键减小或增大数值至正确的密码(按下左键或右键不放，约5秒后将进入快速加减状态)；

(3)按SET键将退出参数设置模式，返回到正常显示

(4)按ENTER键确认密码进入系统设置模式。

如果密码输入正确，即进入系统设置模式，否则显示“Error”，需重新输入密码。

仪表出厂时默认的密码设置为0000。

在系统设置模式下，设置完成后按SET键退出设置模式，此时系统将提示是否保存(显示SAvE)，按ENTER键保存，按SET键放弃保存，返回到测量状态。

系统设置模式下的各项目都被存储在非易失性存储器中，一旦设置成功，再次设置前，一直有效。

3、系统设置模式下的操作

系统设置模式下，SET键用来返回上级菜单，左右键用来切换设置的项目或者改变需要设置的内容，回车键用来确认需要设置的项目。系统设置模式下主要有以下设置项目：通讯地址及波特率设置(Addr，bAUd)，输入信号状况设置(Pt、Ct、nodE)，密码(CodE)，电能清零(CLr.E)及日期时间(dAtE、tinE)设置。

4、电压变比设置

在设置状态下，按右方向键进入Pt，按回车键进行电压变比设置，通过左右方向键来实现数值的改变，长时间按左键或右键将进行快速加减，确定后按回车键确认退出。见表2。

表2

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
Pt	电压倍率项目
		0001	电压倍率设置(可选0001～9999)

5、电流变比设置

在设置状态下，按右方向键进入Ct，按回车键进行电流变比设置，通过左右方向键来实现数值的改变，长时间按左键或右键将进行快速加减，确定后按回车键确认退出。见表3。

表3

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
Ct	电流倍率项目
		0001	电流倍率设置(可选0001～9999)

6、接线模式

在设置状态下，按右方向键进入nodE，按回车键进行接线方式设置，通过左右方向键来实现模式数值的改变，确定后按回车键确认退出。见表4

表4

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
node	接线模式项目
		U 3Pt3Ct	接线模式设置(可选U 3Pt3Ct、V 3Pt3Ct、V3Pt2Ct)

7、通讯地址设置

在设置状态下，按右方向键进入Addr，按回车键进行通讯地址设置，通过左右方向键来实现数值的改变，长时间按左键或右键将进行快速加减，确定后按回车键确认退出。见表5。

表5

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
Addr	通讯地址项目
		0001	通讯地址设置(可选001～247)

8、波特率设置

在设置状态下，按右方向键进入bAUd，按回车键进行通讯波特率设置，通过左右方向键来实现数值的改变，确定后按回车键确认退出。见表6。

表6

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
bAUd	通讯波特率项目
		0001	通讯波特率设置(可选2400、4800、9600、19200)

9、修改密码

在设置状态下，按右方向键进入PASS，按回车键进行密码设置，通过左右方向键来实现数值的改变，长时间按左键或右键将进行快速加减，确定后按回车键确认退出。见表7。

表7

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
PASS	密码修改项目
		0001	密码设置(可选0～9999)

10、电能清零

在设置状态下，按右方向键进入EpEq，按回车键进行电能清零设置，通过右方向键来实现电能的清零，确定后按回车键确认退出。见表8

表8

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
EpEq	电能清零项目
		CLEAr	电能清零

11、日期设置

在设置状态下，按右方向键进入dAtE，按回车键进行日期设置，通过左方向键确定修改年月日，通过右方向键来实现数据的增加(循环)，长时间按右键将进行快速增加，确定后按回车键确认退出。见表9。

表9

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
dAtE	日期修改项目
		20000101	日期修改(年00～99，月01～12，日01～31)

12、时间设置

在设置状态下，按右方向键进入tinE，按回车键进行时间设置，通过左方向键确定修改时分秒，通过右方向键来实现数据的增加(循环)，长时间按右键将进行快速增加，确定后按回车键确认退出。见表10

表10

 

显示实例	解释
		Prog	输入参数设置
tinE	时间修改项目
		12-00-00	时间修改(时00～23，分00～59，秒00～59)

13、系统设置流程图

参见图19。

本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表通讯操作方法如下：

本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表使用的是MODBUS-RTU通讯协议，硬件采用RS—485。MODBUS-RTU为一标准的通讯协议，所以其格式在此不作说明。本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表的开关量输出(遥控)实现与测试如下：

本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表共有4路开关量(内部继电器)输出，分别对应仪表后部的接线端子DO1、DO2、DO3、DO4，公共端子为COM3。

开关量输出的控制必须通过通讯口进行遥控控制，通信地址为0039H的16位数据的低4位(详见7.2ACR320ELH的参量地址表)。当0039H寄存器的低4位某位修改为“1”时，对应的外部端子与COM3接通，修改为“0”时，对应的外部端子与COM3断开。如将0039H寄存器修改为“0001H”时，DO1与COM3接通，DO2、DO3、DO4与COM3断开；将0039H修改为“000FH”时，DO1～DO4全部与COM3接通。

继电器输出控制寄存器的设置方法可参见6.2预置多寄存器。

当修改开关量输出寄存器时，若仪表正确响应数据(参见6.2预置多寄存器下的响应数据帧)，则表示仪表已正确响应命令。用户也可通过查询0039H的数据(用03H查询数据帧命令)来进行操作确认。

以下为几个具体例子供参考

(1)、遥控DO1与COM3接通，DO2、DO3、DO4与COM3断开，发送命令为表18：

表18

 

Addr	Func	Data Startreg hi	Data startreg lo	Data#of regshi	Data#of regslo	Bytecount	Valuehi	Valuelo	CRClo	CRChi
											01H	10H	00H	39H	00H	01H	02H	00H	01H	62H	F9H

(2)、遥控DO2与COM3接通，DO1、DO3、DO4与COM3断开，发送命令为表19：

表19

 

Addr	Func	Data Startreg hi	Data startreg lo	Data#ofregs hi	Data#of regslo	Bytecount	Valuehi	Valuelo	CRClo	CRChi
											01H	10H	00H	39H	00H	01H	02H	00H	02H	22H	F8H

(3)、遥控DO1、DO2、DO3、DO4与COM3全部接通，发送命令为表20：

表20

 

Addr	Func	Data Startreg hi	Data startreg lo	Data#of regshi	Data#of regs1o	Bytecount	Valuehi	Valuelo	CRClo	CRChi
											01H	10H	00H	39H	00H	01H	02H	00H	0FH	E3H	3DH

仪表若正确接收响应，则回应数据帧见表21

表21

 

Addr	Func	Data startreg hi	Data startreg lo	Data #ofregs hi	Data #ofregs lo	CRC16lo	CRC16hi
								01H	10H	00H	39H	00H	01H	D1H	C4H

本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表的参量地址表见表22

表22

在表22中，

数据类型：“word”指16位无符号整数；“Integer”指16位有符号整数；“Dword”指32位无符号整数。

读写属性：未标注“R/W”表示只读，读参量用03H号命令；“R/W”可读可写，写系统参量用10H号命令。禁止向未列出的或不具可写属性的地址写入。

波特率的设定范围2400bps、4800bps、9600bps、19200bp、在此范围外的设定是不允许的。如果写入超范围的设定值，仪表会启用默认波特率：9600bps。

所测电能值均为二次侧电能。高字节在前，低字节在后，单位kWh或kVarh，统计一次侧电能数据的时候，请乘以相应的变比。例如10KV/100V，75A/5A的仪表，请在计量抄表的数据乘以PT＝100和CT＝15的乘积1500。

本发明实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表提供4路开关量输入检测(遥信)功能和4路继电器(开关量)输出(遥控)功能。4路开关输入是采用无源干接点开关信号输入方式，仪表内部配备+12V的工作电源，无须外部供电。当外部开关接通的时候，经过仪表输入模块DI采集其为接通信息、显示“1”；当外部开关断开的时候，经过仪表输入模块DI采集其为断开信息、显示“0”。开关量输入模块不仅能够采集和显示本地的开关信息，同时可以通过仪表的数字接口RS485实现远程传输功能，即“遥信”功能。4路继电器输出功能可用于各种场所下的报警指示、保护控制等输出功能，设置方法参见“6.2预置多寄存器”。当对应的数据位置为“1”时，继电器输出导通，状态显示为“1”；当对应的数据位置为“0”时，继电器输出关断，状态显示为“0”。

当第五行显示为开关量状态时(即第五行数据没有任何单位及符号，在测量显示模式下可通过“Enter”键切换到此功能显示)，第5行的8位数据“XXXXXXXX”从左到右分别表示DI1、DI2、DI3、DI4、DO1、DO2、DO3、DO4(与仪表后部接线端子相对应。DI1~DI4为开关量输入，COM2其公共端；DO1~DO4为开关量继电器输出，COM3为其公共端)的开关状态。“1”代表输入开关接通或输出继电器闭合，“0”代表输入开关断开或输出继电器断开。

尽管上述实施例已经对本发明进行了描述，但是对于本行业的技术人员来说，仍可对本实施例作多种变化，因此，凡是采用本发明的相似变化，均应列入本发明的保护范围。

Claims (3)

1、一种实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表，包括仪表壳体、设置在仪表壳体前面侧的LCD显示屏及控制按钮和设置在仪表壳体后面侧的上、下排接线端子以及设置在壳体内的电路板，所述电路板上包含电源电路、键盘输入电路、液晶显示驱动电路、开关量输入输出电路、单片机处理电路、电能脉冲输出电路、信号检测处理电路、实时时钟电路、扩展存储器，其特征在于，电路板上还包含全波、基波检测电路；所述电源电路的输入端接上排接线端子中的电源接线端子，输出+12V、-12V和电源VCC，给所述键盘输入电路、液晶显示驱动电路、开关量输入输出电路、单片机处理电路、电能脉冲输出电路、信号检测处理电路、实时时钟电路、扩展存储器、全波、基波检测电路供电；所述信号检测处理电路的电流信号采样端接下排端子的IA、IA⁺、IB、IB⁺、IC、IC⁺接线端子，信号检测处理电路的电压信号采样端接下排端子的VA、VB、VC、VN接线端子，所述信号检测处理电路的输出端接全波、基波检测电路的信号输入端，全波、基波检测电路的一个信号输出端接电能脉冲输出电路的输入端，全波、基波检测电路的另一个信号输出端接单片机处理电路的一个信号输入端，电能脉冲输出电路的输出端接上排接线端子的Ep+、Ep-、Eq+、Eq-接线端子；所述开关量输入输出电路的开关量输入端接上排接线端子中的开关量输入接线端子DI1、DI2、DI3、DI4、COM2，开关量输出端接上排接线端子中的开关量输出接线端子D01、D02、D03、D04、COM3，信号控制端接单片机处理电路的控制信号输出端；单片机处理电路的通讯接口通过RS485通讯接口电路连接于上排接线端子中的通讯接线端子A、B、COM1；单片机处理电路还接实时时钟电路和扩展存储器。

2、根据权利要求1所述的实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表，其特征在于，所述全波、基波检测电路所采用的芯片为两块ATT7022B电能检测芯片。

3、根据权利要求1所述的实时电力监控系统用液晶显示多功能电力仪表，其特征在于，所述LCD显示屏为采用带背光的大屏幕、高清晰度LCD液晶显示屏。

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