CN203799543U - 一种单相电能表仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单相电能表仿真系统，包括仿真电表、掌上机、上位机，仿真电表包括壳体，壳体内设有微处理器，微处理器分别连接电源模块、存储模块、时钟复位保护模块、红外通信模块和数据读写模块，微处理器的第一输出端连接跳合闸控制模块；仿真电表通过内部设有的红外通信模块连接红外掌上机，仿真电表通过内部设有的数据读写模块连接上位机。本装置能够直观、有效的达到示范操作的目的，为电力行业人员的学习、培训、试验提供良好的设备，降低误操作带来的经济损失。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种仿真系统，尤其涉及一种单相电能表仿真系统。
背景技术
随着电力市场化进程的不断深入,电力行业正面临着前所未有的机遇和挑战。为了保证电力系统的高可靠性,电力企业需要对系统的各个环节进行严格检测。
目前，电力公司针对电能表鉴定人员进行培训及考核时，都使用真实的电能表和检定设备，并且沿用传统的纸质卷子进行理论考试。在考核的过程中，实践操作需要将电能表和检定系统直接接入电网，由于检定人员的误操作或者不规范操作会引起设备的损坏，造成资源浪费和培训成本的提高；同时，传统的理论考试方式也存在考核方式单调、周期长、题目陈旧以及评分效率地等诸多问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种单相电能表仿真系统，为电力行业人员的学习、培训、试验提供良好的仿真系统，能够安全、高效、便捷地进行单相电能表的仿真操作，降低设备损坏率，减少资源浪费。
本实用新型采用的技术方案为：
一种单相电能表仿真系统，包括仿真电表、掌上机、上位机，所述的仿真电表包括壳体，壳体内设有微处理器，微处理器分别连接电源模块、存储模块、时钟复位保护模块、红外通信模块和数据读写模块，微处理器的第一输出端连接跳合闸控制模块；仿真电表通过内部设有的红外通信模块连接红外掌上机，仿真电表通过内部设有的数据读写模块连接上位机。
所述的微处理器的第二输出端连接显示模块，显示模块采用液晶显示屏。
所述的电源模块包括变压、稳压电路，变压、稳压电路的输入端用于连接市电电压，变压、稳压电路的第一输出端连接微处理器，变压、稳压电路的第二输出端连接数据读写模块。
所述的红外通信模块包括红外接收单元和红外发射单元，红外接收单元采用红外一体化接收头，红外发射单元采用透明的红外发光二极管。
所述的数据读写模块采用RS485通信接口。
所述的跳合闸控制模块包括达灵顿放大电路，达灵顿放大电路的输入端连接微处理器的第一输出端，达灵顿放大电路的输出端连接磁保持继电器的控制极。
本实用新型通过仿真电表内部设置的红外通信模块连接红外掌上机或者通过数据读写模块连接上位机，由红外掌上机或者上位机发送命令信号，传输给微处理器，经过微处理器的处理，由存储模块记录储存，由时钟复位保护模块保护微处理器的正常运行，最后发送给显示模块显示和跳合闸控制模块控制磁保持继电器的跳合闸动作，能够直观、有效的达到示范操作的目的，为电力行业人员的学习、培训、试验提供良好的设备，降低误操作带来的经济损失。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图；
图2为本实用新型的仿真功能原理框图；
图3为本实用新型的仿真电表结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本实用新型包括仿真电表、红外掌上机、上位机，仿真电表包括壳体，壳体内设有微处理器，微处理器分别连接电源模块、存储模块、时钟复位保护模块、红外通信模块和数据读写模块；电源模块包括变压、稳压电路，变压、稳压电路的输入端用于连接市电电压，变压、稳压电路的第一输出端连接微处理器，变压、稳压电路的第二输出端连接数据读写模块；红外通信模块包括红外接收单元和红外发射单元，红外接收单元采用红外一体化接收头，红外发射单元采用透明的红外发光二极管，红外通信模块通过红外无线连接掌上机；数据读写模块采用RS485通信接口，通过数据线连接到上位机；微处理器的第一输出端连接跳合闸控制模块，第二输出端连接显示模块，显示模块采用液晶显示屏；跳合闸控制模块包括达灵顿放大电路，达灵顿放大电路的输入端连接微处理器的第一输出端，达灵顿放大电路的输出端连接磁保持继电器的控制极，磁保持继电器的控制极连接磁保持继电器。
仿真电表结构，如图3所示，仿真电表壳体1前面板右下角有屏幕按键4，可以作用于液晶显示屏2显示界面翻屏，浏览所有显示内容，也在仿真电表死机时用做复位键；液晶显示屏下侧有三部分指示灯，红色脉冲灯5，绿色电源灯6和红外接收、发射口7；仿真表尾部有4个接入孔，可供电压零线火线接入和输出，电压接入孔上面有6个辅助端子（可根据需要扩展为8个），其中第一端子8和第二端子9为脉冲端子，第三端子10、第四端子11为RS485通信端口的A、B口，第五端子12、第六端子13为多功能口，可扩展为另一路RS485通信接口；液晶显示窗右侧有长方形卡槽3，可根据需要实现IC卡读卡需求；RS485通信端口为上位机或集抄设备从仿真电表上读取数据的端口，另外上行设置（也是通过此端口对仿真电表仿真数据进行设置）。
如图2所示，本实用新型不仅可以实现仿真电表的显示功能，还可以实现对仿真表各项功能的人工控制。人工可控功能为控制RS485通信接口通断（即RS485串行口）、控制跳合闸控制模块（跳闸端子）、控制电流回路开路、控制电压回路断路、控制脉冲输出、能改变其电压功耗、能改变其电流功耗、液晶显示屏的花屏（终端）、字段全亮、计量功能控制等。
本实用新型的微处理器采用R8C/L38A系列的MCU；电源采用220V交流供电，可人工设置时段、电量，以实现模拟电能表的计量功能，省却了在真实电力系统中使用真实电能表进行试验培训等活动中误操作或其他不适当行为造成的损失。电源采用两路电源供电，将市电220V电压经变压、稳压电路变为+5V电压，且两路电源隔离，一路供给微处理器及系统电路，另一路供给与上位机连接的RS485通信接口；存储模块采用具有高速处理功能、低功耗、高代码效率的瑞萨R8C/138A单片机，可对红外通信模块、RS485通信接口、继电器开合闸等各功能数据、状态量进行存储；时钟复位保护模块（即看门狗）采用CD4060芯片，自带的振荡器可在4S内产生完整周期方波信号，CD4060芯片接收微处理器发出的周期信号，若信号不正常则产生复位信号给微处理器，防止微处理器进入死机状态；显示模块采用液晶显示屏，可以显示当前时间、电压、电流、电量、不同时段、各等级电价及全显等内容，以表现不同状况下仿真电表显示内容。磁保持继电器采用9V-80A的型号；红外通信模块为红外接收单元和红外发射单元组成，红外发射单元为颜色透明的红外发光二极管，红外接收单元为红外一体化接收头电路，通过红外线传输数据，实现红外通信模块与掌上机的通信，通信方式为非接触式的控制，读取该仿真表上内容。另外，也可通过RS485通信接口与上位机进行通讯，实现人工的读写控制，红外发射单元采用38KHz调频载波，该信号由微处理器产生，使信号在传输时避免较大干扰，提高传输质量。
下面以控制继电器跳合闸为例，详细解释说明本仿真系统的工作过程，如图2所示：
在合闸状态下，当需要人工控制仿真电表执行跳闸命令时，操作人员需要在上位机上选择跳闸控制选项，上位机将此动作信号经RS485通信接口或红外通信模块传递给微处理器，微处理器接到信号后进行处理，处理后的信号经过放大电路发送给磁保持继电器的控制引脚，将原状态的ON高、OFF低改为发出ON低、OFF高的信号，磁保持继电器接收到ON低、OFF高电压后，将常闭触点断开，进入跳闸状态，并等待下一次控制信号的改变。同时，电路反馈给微处理器跳闸状态信号，微处理器收到信号后给显示模块一个显示状态信息，然后在液晶显示屏上显示跳闸字符。
当需要仿真控制电流、电压量时，在上位机软件的参数设定界面，设定电压、电流值，如电压设定200V、电流1.5A；或者电压260V、电流5V；此设定参数通过RS485通信或者红外掌上机通信发送给微处理器，微处理器将处理后的信息发送给显示屏。这样，在液晶显示屏的电压显示一屏上显示电压数值为200V或者260V，电流显示1.5A或5V。如此可以模拟单相表工作在带负载状况下电压偏低和电压偏高的情况。
当需要仿真脉冲输出时，在正常情况下，若脉冲常数为6400，则表示一度电内微处理器脉冲引脚会发出80ms的脉冲6400次，即脉冲灯闪烁6400次，后端负载较大则闪烁较快，而无负载情况下，脉冲灯不亮。在上位机控制界面发出脉冲输出命令，此命令通过RS485通信或红外通信将次命令传递给仿真电表的微处理器，微处理器在I/O输出口输出一个80ms的脉冲信号，此脉冲信号通过脉冲灯接地，脉冲的高电平可使脉冲灯闪烁一次。即可做到人工操作一次，脉冲灯亮一下。另外本仿真表上位机参数设置里另有脉冲间隔设置一项。如，设置脉冲间隔时间为20ms，则微处理器输出一个间隔为20ms周期为100ms的脉冲信号，此时脉冲灯闪烁间隔为20ms。
液晶显示屏的功能有全屏、花屏、字段全亮的功能，在液晶显示屏界面上可以显示硬件状态控制信息和计量功能控制状态信息；当需要改变电压、电流功耗时，通过上位机连接微处理器，从而人工修改电压、电流功耗，此时所设置内容可在液晶屏上完整显示，与此同时向上位机发送反馈信号，表示动作完成。
以上动作模拟了真实单相表的电量采样、累计计量的功能，以人工设置数据代替真实计量参与其后各项计算和动作，最终完成仿真过程。各部分功能可分步进行，或单独进行，对教学、培训、实验可进行直观、有效的示范作用。
Claims (6)
1.一种单相电能表仿真系统，其特征在于：包括仿真电表、红外掌上机、上位机，所述的仿真电表包括壳体，壳体内设有微处理器，微处理器分别连接电源模块、存储模块、时钟复位保护模块、红外通信模块和数据读写模块，微处理器的第一输出端连接跳合闸控制模块；仿真电表通过内部设有的红外通信模块连接红外掌上机，仿真电表通过内部设有的数据读写模块连接上位机。
2.根据权利要求1所述的单相电能表仿真系统，其特征在于：所述的微处理器的第二输出端连接显示模块，显示模块采用液晶显示屏。
3.根据权利要求2所述的单相电能表仿真系统，其特征在于：所述的电源模块包括变压、稳压电路，变压、稳压电路的输入端用于连接市电电压，变压、稳压电路的第一输出端连接微处理器，变压、稳压电路的第二输出端连接数据读写模块。
4.根据权利要求3所述的单相电能表仿真系统，其特征在于：所述的红外通信模块包括红外接收单元和红外发射单元，红外接收单元采用红外一体化接收头，红外发射单元采用透明的红外发光二极管。
5.根据权利要求4所述的单相电能表仿真系统，其特征在于：所述的数据读写模块采用RS485通信接口。
6.根据权利要求5所述的单相电能表仿真系统，其特征在于：所述的跳合闸控制模块包括达灵顿放大电路，达灵顿放大电路的输入端连接微处理器的第一输出端，达灵顿放大电路的输出端连接磁保持继电器的控制极。
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