CN110763985A - 一种电流自动标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流自动标定装置及方法，该装置包括：控制器；可编程交流电源，输出0‑50V范围内的交流电压；隔离变压器，将可编程交流电源输出的交流电压降压及扩流，输出0‑20A范围内的交流电流给外部智能照明开关模块；电流变送器，用于测量隔离变压器输出的电流，并将隔离变压器输出的交流电流转化为4‑20mA范围内的直流模拟信号发送给控制器。控制器对比该直流模拟信号与智能照明开关模块的采样电流，从而对智能照明开关模块进行参数标定和检测。实现对智能照明开关模块电流的全自动标定和检测，简化了高精度交流校准装置的要求，降低了电流标定装置的生产成本，提高了智能照明开关模块的生产效率。

Description

一种电流自动标定装置及方法

技术领域

本发明属于电流标定的设计领域，尤其涉及一种电流自动标定装置及方法。

背景技术

智能照明开关模块的主要功能是根据定时和场景用于灯具的开关，是实现舒适照明的主要方案，也是节能的有效措施，可广泛地应用于各类建筑，如办公大楼、宾馆酒店、商业中心、体育场馆、娱乐场所等。为提高灯具和控制模块的寿命，智能照明开关模块可以检测负载的电流，通过检测电流来检测灯具和设备的情况，判断灯具和设备的负荷以及是否存在故障问题，使灯具寿命进一步得到延长，对于难安装区域的灯具及昂贵灯具的维护具有特殊意义。而电流标定装置可对智能照明开关模块进行参数标定和检测。

目前市场上相对先进的是提供一种高精度的交流电校准装置，这种装置可以提供高于0.05级的高精度交流信号源，精度很高，但是价格昂贵，且不具备全自动的标定功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流自动标定装置及方法，可对智能照明开关模块进行全自动的电流标定和检测，且成本低，能有效提高智能照明开关模块的生产效率。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种电流自动标定装置，用于校准和检测智能照明开关模块的电流，包括：

控制器；

可编程交流电源，与所述控制器电连接，可输出0-50V范围内的交流电压；

隔离变压器，与所述可编程交流电源电连接，并将所述可编程交流电源输出的交流电压降压及扩流，输出0-20A范围内的交流电流给外部智能照明开关模块；

电流变送器，与所述隔离变压器电连接，所述电流变送器用于测量所述隔离变压器输出的电流，并将所述隔离变压器输出的交流电流转化为4-20mA范围内的直流模拟信号发送给所述控制器；

其中，所述控制器被配置为对所述外部智能照明开关模块进行电流采样，接收所述电流变送器发送的直流模拟信号，对比所述直流模拟信号与所述智能照明开关模块的采样电流，对所述智能照明开关模块进行参数标定和检测。

根据本发明一实施例，所述电流自动标定装置还包括负载电阻组件，所述负载电阻组件的一端与所述电流变送器的输出口相连，所述负载电阻组件的另一端与所述外部智能照明开关模块相连。

根据本发明一实施例，所述电流自动标定装置还包括HMI人机接口，所述HMI人机接口连接所述控制器与外部上位机，实现标定过程的启停和方便外部上位机与所述控制器进行数据通信。

根据本发明一实施例，所述负载电阻组件包括多个电阻元件，多个所述电阻元件经过串、并联，用于稳定所述变送器的输出电流。

根据本发明一实施例，所述隔离变压器的功率大于500W，所述隔离变压器的变压参数为10:1或20:1。

一种电流标定方法，用于电流自动标定装置，包括：

预设两个电流标定值：第一标定值、第二标定值；

根据所述第一标定值输出等比例的交流电压，所述交流电压流经隔离变压器输出0-20A范围内交流电流分别给智能照明开关模块、电流变送器，采集所述智能照明开关模块的电流，记为X0；采集所述电流变送器的电流，记为Y0；

根据所述第二标定值输出等比例的交流电压，所述交流电压流经隔离变压器输出0-20A范围内交流电流分别给智能照明开关模块、电流变送器，采集所述智能照明开关模块的电流，记为X1；采集所述电流变送器的电流，记为Y1；

分别比对X0与Y0、X1与Y1，并将比对结果进行线性修正，经线性修正后的电流值Y＝K*X+B，其中，

K＝(Y1-Y0)/(X1-X0)

B＝Y0-(Y1-Y0)*X0/(X1-X0))

将K、B写入所述智能照明开关模块的参数标定存储器中。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明一实施例中的电流自动标定装置，控制器控制可编程交流电源输出电压、经过隔离变压器隔离降压后，电流流经电流变送器到负载和智能开关模块的各个通道；控制器通过电流变送器测量到的电流，和智能照明开关模块各个通道检测到的电流进行比对，评估智能照明开关模块电流测量的线性度，对智能照明开关模块进行参数标定和检测，实现对智能照明开关模块电流的全自动标定和检测，简化了高精度交流校准装置的要求，降低了电流标定装置的生产成本，提高了智能照明开关模块的生产效率。

2)本发明一实施例中的电流自动标定装置，由于采用了负载电阻组件进行限流，可避免出现由于负载太小当可编程交流电源电压输出变动时，导致输出电流幅度变动较大而使电流自动标定装置不稳定的情况，可在一定程度上稳定电流自动标定装置的输出电流。

3)本发明一实施例中的电流自动标定装置，由于设置了HMI人机接口，可使上位机与控制器进行数据通信，便于监控整个电流标定和检测过程。

附图说明

图1为本发明一实施例中的电流自动标定装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的电流标定方法的框图。

附图标记说明：

1：控制器；2：可编程交流电源；3：隔离变压器；4：电流变送器；5：负载电阻组件；6：HMI人机接口；7：智能照明开关模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电流自动标定装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

本发明提供的电流自动标定装置，包括：控制器1；可编程交流电源2，与控制器1电连接，输出0-50V范围内的交流电压；隔离变压器3，与可编程交流电源2电连接，并将可编程交流电源2输出的交流电压降压及扩流，输出0-20A范围内的交流电流给外部智能照明开关模块7；电流变送器4，与隔离变压器3电连接，该电流变送器4用于测量隔离变压器3输出的电流，并将隔离变压器3输出的交流电流转化为4-20mA范围内的直流模拟信号发送给控制器1。

其中，控制器1被配置为对外部智能照明开关模块7进行电流采样，接收电流变送器4发送的直流模拟信号，对比该直流模拟信号与智能照明开关模块7的采样电流，从而对智能照明开关模块7进行参数标定和检测。实现对智能照明开关模块7电流的全自动标定和检测，简化了高精度交流校准装置的要求，降低了电流标定装置的生产成本，提高了智能照明开关模块7的生产效率。

具体的，如图1所示。该电流自动标定装置包括控制器1、可编程交流电源2、隔离变压器3、电流变送器4、负载电阻组件5、HMI人机接口6。可编程交流电源2与控制器1电连接，输出0-50V范围内的交流电压；隔离变压器3与可编程交流电源2电连接，并将可编程交流电源2输出的交流电压降压及扩流，输出0-20A范围内的交流电流给外部智能照明开关模块7；电流变送器4，与隔离变压器3电连接，并将隔离变压器3输出的交流电流转化为4-20mA范围内的直流模拟信号发送给控制器1；负载电阻组件5的一端与电流变送器4的输出口相连，负载电阻组件5的另一端与外部智能照明开关模块7相连；HMI人机接口6连接控制器1与外部上位机，方便外部上位机与控制器1进行数据通信。

可编程交流电源2接收控制器1的通讯指令，产生可设定的低压交流电压，将220VAC交流电压转变为0-50V A范围内的交流电压。

隔离变压器3的功率要求在500W以上，采用10:1或者20:1的变压参数，将可编程交流电源2的电压进一步降压和扩流，给智能照明开关模块7提供大功率低电压的电流，由于输出的是低电压大电流，所以即使外部开路，输出电压也不会超过5V，保证了整个系统的安全性。

电流变送器4用于测量隔离变压器3输出的电流，将0-20A交流电流信号转化为4-20mA直流模拟信号发送给控制器1。

控制器1是该电流自动标定装置的核心，它具备4-20mA电流采样功能、同时具备与可编程交流电源2、智能照明开关模块7和HMI人机接口6的通讯功能，并对电流标定和检测的整个过程进行监控。控制器1控制可编程交流电源2输出电压、经过隔离变压器3隔离降压后，电流流经电流变送器4到负载电阻组件5和智能照明开关模块7的各个通道；控制器1通过电流变送器4测量到智能照明开关模块7的电流，同时对智能照明开关模块7各个通道进行电流检测，对比电流变送器4测量的电流与直接从智能照明开关模块7采集的电流，即可评估智能照明开关模块7电流的线性度，从而对智能照明开关模块7进行参数标定和检测。

HMI人机接口6，连接控制器1与外部上位机，方便外部上位机与控制器1进行数据通信，监控整个电流标定和检测过程。

负载电阻组件5包括多个电阻元件，由多个电阻元件经过串、并联而成。如图1所示，该负载电阻组件5共包括多个电阻元件，这些电阻元件两两串联为一组，再进行并联。该负载电阻组件5用于稳定该电流自动标定装置的输出电流，避免出现因负载电阻太小，导致可编程交流电源2电压输出变动时，输出电流大幅度变动，从而使该电流自动标定装置不稳定的情况。

本发明电流自动标定装置适用的智能照明开关模块7具有多个通道，各个通道具备电流检测功能，在进行电流标定时，不同的通道可采用同一组电流信号进行标定，电流测量范围在0-20A AC以内；此外该智能照明开关模块7具备通讯功能，在进行电流标定时可与控制器1进行通讯，将采样数据传输给控制器1，控制器1接收到检测数据后对该智能照明开关模块7的标定参数进行配置。

下面简要介绍一下本发明电流自动标定装置的电流标定方法及检测过程，具体如下：

电流标定方法采用线性修正法，如图2所示。根据智能照明开关模块7的电流范围预设两个标定值：第一标定值、第二标定值，这里以第一标定值为电流范围的5％、第二标定值为电流范围的95％为例。由于交流电流流经的主要就是隔离变压器3、负载电阻组件5和智能照明开关模块7的继电器，这些设备基本上是一个恒定的电阻，根据确定好的电流预设值可以预先设置好可编程交流电源2的5％和95％两个标定点对应的输出电压。具体的电流标定过程如下：

控制器1接收到来自上位机的软件命令启动标定；

5％标定：控制器1根据5％预设值控制可编程交流电源2送出一个交流电压，该交流电压流经隔离变压器3输出0-20A范围内交流电流分别给智能照明开关模块7、电流变送器4，智能照明开关模块7的各个通道对电流进行采样，以第一通道为例(其他通道按照同样方法计算)测量得到的电流记为X0，并传输给控制器1；控制器1同时采集电流变送器4的测量值，将电流变送器4的测量值记为Y0；

95％标定：控制器1根据95％预设值控制可编程交流电源2送出交流电压，该交流电压流经隔离变压器3输出0-20A范围内交流电流分别给智能照明开关模块7、电流变送器4，智能照明开关模块7的各个通道对电流进行采样，以第一通道为例(其他通道按照同样方法计算)测量得到的电流记为X1，并传输给控制器1；控制器1同时采集电流变送器4的测量值，将电流变送器4的测量值记为Y1；

线性修正：控制器1对智能照明开关模块7的5％和95％的测量值和电流变送器的测量值分别进行比对，例如第一通道，智能照明开关模块7修正后的显示值为Y＝KX+B，

K＝(Y1-Y0)/(X1-X0)

B＝Y0-(Y1-Y0)*X0/(X1-X0))

控制器1将修正后的标定值K和B写入智能照明开关模块7的各个通道标定参数的存储器中，完成整个电流标定的过程。

电流检测过程采用5个采样点进行检测，分别为零点、四分之一量程、二分之一量程、四分之三量程、满量程依次顺序设置为五个分度值。

根据智能照明开关模块7的电流范围，预设测量值在电流范围的0％、25％、50％、75％和100％五个点。由于交流电流流经的主要就是隔离变压器3、负载电阻组件5和智能照明开关模块7的继电器，这些设备基本上是一个恒定的电阻，根据确定好的电流预设值可以预先设置好可编程交流电源2的0％、25％、59％、75％和100％五个标定点对应的输出电压。具体的检测过程如下：

控制器1接收到上位机的软件命令启动检测过程；

5个采样点检测：控制器1控制可编程交流电源2输出各个测量点对应的交流电压，智能照明开关模块7的各个通道对电流进行采样，记为Xi，并传输给控制器1；控制器1同时测量电流变送器4的测量值，将电流变送器4的测量值记为Yi；

将电流变送器4的测量值和智能照明开关模块7的各个通道的测量值进行比对，当测量采样的误差(Xi-Yi)/量程范围符合智能开关模块的精度就认为为精度合格；控制器1完成电流检测过程并将测量数据传送到上位机并进行记录。

综上所述，本发明提供的电流自动标定装置可达到1％的标定精度，用于自动校准和检测具有电流检测功能的智能照明开关模块7的电流信号。采用该电流自动标定装置可自动完成对智能照明开关模块7的电流标定和检测，其中，隔离变压器3的使用使得输出低电压大电流，即使外部开路输出电压也小于5V，安全性得到保证。另外，本发明还简化了对高精度交流校准装置的要求，降低了电流标定装置的生产成本，提高了智能照明开关模块7的生产效率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种电流自动标定装置，用于校准和检测智能照明开关模块的电流，其特征在于，包括：

控制器；

可编程交流电源，与所述控制器电连接，输出0-50V范围内的交流电压；

隔离变压器，与所述可编程交流电源电连接，并将所述可编程交流电源输出的交流电压降压及扩流，输出0-20A范围内的交流电流给外部智能照明开关模块；

电流变送器，与所述隔离变压器电连接，所述电流变送器用于测量所述隔离变压器输出的电流，并将所述隔离变压器输出的交流电流转化为4-20mA范围内的直流模拟信号发送给所述控制器；

其中，所述控制器被配置为对所述外部智能照明开关模块进行电流采样，接收所述电流变送器发送的直流模拟信号，对比所述直流模拟信号与所述智能照明开关模块的采样电流，对所述智能照明开关模块进行参数标定和检测。

2.如权利要求1所述的电流自动标定装置，其特征在于，还包括负载电阻组件，所述负载电阻组件的一端与所述电流变送器的输出口相连，所述负载电阻组件的另一端与所述外部智能照明开关模块相连。

3.如权利要求1所述的电流自动标定装置，其特征在于，还包括HMI人机接口，所述HMI人机接口连接所述控制器与外部上位机，实现标定过程的启停和方便外部上位机与所述控制器进行数据通信。

4.如权利要求2所述的电流自动标定装置，其特征在于，所述负载电阻组件包括多个电阻元件，多个所述电阻元件经过串、并联，用于稳定所述变送器的输出电流。

5.如权利要求1所述的电流自动标定装置，其特征在于，所述隔离变压器的功率大于500W，所述隔离变压器的变压参数为10:1或20:1。

6.一种电流标定方法，用于如权利要求1至5中任意一项所述的电流自动标定装置，其特征在于，包括：

预设两个电流标定值：第一标定值、第二标定值；

根据所述第一标定值输出等比例的交流电压，所述交流电压流经隔离变压器输出0-20A范围内交流电流分别给智能照明开关模块、电流变送器，采集所述智能照明开关模块的电流，记为X0；采集所述电流变送器的电流，记为Y0；

根据所述第二标定值输出等比例的交流电压，所述交流电压流经隔离变压器输出0-20A范围内交流电流分别给智能照明开关模块、电流变送器，采集所述智能照明开关模块的电流，记为X1；采集所述电流变送器的电流，记为Y1；

分别比对X0与Y0、X1与Y1，并将比对结果进行线性修正，经线性修正后的电流值Y＝K*X+B，其中，

K＝(Y1-Y0)/(X1-X0)

B＝Y0-(Y1-Y0)*X0/(X1-X0))

将K、B写入所述智能照明开关模块的参数标定存储器中。

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