CN215730024U - 一种电子式三相远程费控内置的智能电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，涉及计量设备技术领域，解决了现有技术中电能表的负荷开关在实际工作中可靠性不强，有时会出现电能表不能根据主站下发的命令正确开合闸，影响电表供电的技术问题。该装置包括内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块、微控制器和通讯模块；内置三相磁保持继电器模块包括继电器、继电器拉合闸电路和信号继电器控制电路；内置三相磁保持继电器模块的信号端均与微控制器连接；微控制器通过是否检测到低电平判断继电器是否合闸；电源模块与计量模块、微控制器连接；微控制器通过通讯模块与主站连接通讯。本实用新型用于增强负荷开关的可靠性，使电能表稳定供电。

Description

一种电子式三相远程费控内置的智能电能表

技术领域

本实用新型涉及计量设备技术领域，尤其涉及一种电子式三相远程费控内置的智能电能表。

背景技术

为满足国家电网公司智能电网建设需要，实现对电能质量的综合治理，不断加强电力管理系统的核心竞争力是智能电网建设的重要步骤。其中，智能电能表是电力管理系统中不可或缺的一部分。传统的三相智能电能表为机电式电表，一般是先用电后缴费。随着远程通信技术的发展，出现了能够进行电能数据采集、分析和管理的智能电能表，智能电能表能够进行自动抄表和用电数据自动分析，极大地降低了抄表读数过程中的工作量，实现了预付费再用电，便于电网管理，同时也能够对用户进行智能管理。

现有的三相远程费控电能表一般通过负荷开关实现电路的通断，负荷开关可以远程控制或本地控制。当负荷开关远程控制时，一般由主站或售电系统借助虚拟介质对三相远程费控电能表进行充值及参数设置实现费控功能。远程主站或售电系统向三相远程费控电能表下发跳闸命令或允许合闸命令，给用户断电或供电。

在实现本实用新型过程中，实用新型人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的三相远程费控电能表的负荷开关在实际工作中可靠性不强，有时会出现电能表不能根据主站下发的命令正确开合闸，影响电表供电。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，以解决现有技术中存在的现有的三相远程费控电能表的负荷开关在实际工作中可靠性不强，有时会出现电能表不能根据主站下发的命令正确开合闸，影响电表供电的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，包括内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块、微控制器和通讯模块；所述内置三相磁保持继电器模块包括继电器、内置三相磁保持继电器拉合闸电路和信号继电器控制电路；所述内置三相磁保持继电器模块的信号端均与所述微控制器连接；所述微控制器通过是否检测到低电平判断所述内置三相磁保持继电器模块的继电器是否合闸；所述电源模块与所述计量模块、微控制器连接；所述微控制器通过所述通讯模块与主站连接通讯。

优选的，所述电源模块包括开关电源电路、DC-DC电源电路、限流芯片电路、降压稳压供电电路和备用电池；所述开关电源电路包括电压输入电路、原边电路、电压输出主回路和吸收电路；所述原边电路包括高频变压器、钳位电路和开关电源芯片电路。

优选的，所述计量模块包括计量芯片及其连接电路；所述计量芯片的型号为HT7032。

优选的，所述计量模块还包括采样电路；所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路；所述采样电路经取样后将电能表输入的电流数据和电压数据传输给所述计量模块处理；所述计量模块将所述电流数据和电压数据由模拟信号转换成数字信号后，传输给所述微控制器。

优选的，所述微控制器的型号为HT6035；所述微控制器均与所述内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块和通讯模块连接。

优选的，所述内置三相磁保持继电器模块还包括内置三相磁保持继电器检测电路；所述内置三相磁保持继电器检测电路与所述微控制器连接；所述微控制器通过所述内置三相磁保持继电器检测电路检测所述继电器开合闸情况。

优选的，所述通讯模块可根据所述电子式三相远程费控内置的智能电能表具体型号选择配置，与所述主站进行数据交互。

优选的，所述电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括RS485模块；所述RS485模块的RS485接口与采集器相连，能够与所述主站进行数据交互。

优选的，所述电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括红外模块；所述红外模块采用调制式通讯与外部设备交互电表数据。

优选的，所述电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括ESAM模块；所述ESAM模块的SPI接口和所述微控制器通讯，能够完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护、临时密钥导出和数据文件存储。

实施本实用新型上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本实用新型通过内置三相磁保持继电器模块，能够增强三相远程费控电能表的负荷开关的可靠性，使三相远程费控电能表稳定供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本实用新型实施例的原理框图；

图2是本实用新型实施例的电压输入电路图；

图3是本实用新型实施例的开关电源电路图；

图4是本实用新型实施例的限流芯片电路图；

图5是本实用新型实施例的DC-DC电源电路图；

图6是本实用新型实施例的降压稳压供电电路图；

图7是本实用新型实施例的计量芯片及其连接电路图；

图8是本实用新型实施例的电压采样电路图；

图9是本实用新型实施例的计量芯片与微控制器的连接电路图；

图10是本实用新型实施例的零线电流采样图；

图11是本实用新型实施例的微控制器及其连接电路图；

图12是本实用新型实施例的ICP烧录引脚连接关系图；

图13是本实用新型实施例的秒脉冲输出图；

图14是本实用新型实施例的信号继电器控制电路；

图15是本实用新型实施例的内置三相磁保持继电器拉合闸电路；

图16是本实用新型实施例的内置三相磁保持继电器检测电路；

图17是本实用新型实施例的继电器检测LED灯连接关系图；

图18是本实用新型实施例的RS485模块电路图；

图19是本实用新型实施例的红外模块电路图；

图20是本实用新型实施例的ESAM模块电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

实施例一：

如图1～图20所示，本实用新型提供了一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，包括内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块、微控制器和通讯模块；内置三相磁保持继电器模块包括继电器、内置三相磁保持继电器拉合闸电路和信号继电器控制电路；内置三相磁保持继电器模块的信号端均与微控制器连接；微控制器通过是否检测到低电平判断内置三相磁保持继电器模块的继电器是否合闸；电源模块与计量模块、微控制器连接；微控制器通过通讯模块与主站连接通讯。具体的，电子式三相远程费控内置的智能电能表通过在表内安置三相磁保持继电器模块作为负荷开关，从而控制电表开合闸，给用户供断电。负荷开关内置，与电能表一体，更方便信号的稳定传输。电能表工作时，电压、电流经取样电路分别取样后，送入计量芯片进行处理，并转化为数字信号送到微控制器进行计算。微控制器用于分时计费和处理各种输入输出数据，通过RS485串行接口将计量芯片的数据读出，并根据预先设定的时段完成分时有无功电能计量和最大需量测量功能，并根据需要显示各项数据。通过红外或RS485接口等进行通讯传输，完成运行参数的监测，记录存储各种数据。如图14、图15所示，微控制器与内置三相磁保持继电器的各信号端连接，与内置三相磁保持继电器进行双向通信。电表接收到主站下发的合闸命令时，微控制器通过功率驱动芯片KY8023S6向内置三相磁保持继电器模块下发指令，内置三相磁保持继电器的运行接口接收到低电平信号合闸。KY8023S6芯片内置了两路独立的功率驱动电路，具有驱动电流大，静态功耗小的特点，其输出直接与继电器线圈连接，可实现磁保持继电器触点的闭合和断开。微控制器能够通过输出高低电平控制内置三相磁保持继电器开合闸。本实用新型能够增强三相远程费控电能表的负荷开关的可靠性，使三相远程费控电能表稳定供电。

作为可选的实施方式，电源模块包括开关电源电路、DC-DC电源电路、限流芯片电路、降压稳压供电电路和备用电池；开关电源电路包括电压输入电路、原边电路、电压输出主回路和吸收电路；原边电路包括高频变压器、钳位电路和开关电源芯片电路。具体的，如图2所示，电子式三相远程费控内置的智能电能表的输入电压经过电压输入电路的两个整流桥，将交流电变成直流电，更适用于电表通信。如图3所示，电压整流后最大峰值电压可达780V，现场可达1000V，因此需要采用过压保护芯片把电压钳位在630V～770V。如图5所示，DC-DC电源电路输入12V电压，输出5.7V电压，能够为各模块和继电器供电。如图4所示，限流保护芯片输入12V电压，输出稳定电压12V和5V两组电源，分别给通讯模块和RS485模块供电。如图6所示，降压稳压供电电路与微控制器连接，为微控制器及与微控制器连接的其他模块提供电流。备用电池是为了在停电情况下，给电表提供备用电源保存数据，不至于数据丢失。

作为可选的实施方式，计量模块包括计量芯片及其连接电路；计量芯片的型号为HT7032。具体的，如图7所示，HT7032是专用的计量芯片，能够提高电压、电流的采样分辨率，更精确的测量电能数据，从而提高电能表的计量准确度。专用的计量芯片使电表的计量功能更加格式和规范化。电流采样电阻采用0805贴片电阻，更适用于芯片集成封装。

作为可选的实施方式，计量模块还包括采样电路；采样电路包括电流采样电路和电压采样电路；采样电路经取样后将电能表输入的电流数据和电压数据传输给计量模块处理；计量模块将电流数据和电压数据由模拟信号转换成数字信号后，传输给微控制器。具体的，如图8所示，电压信号经由1206贴片电阻采样后，输入计量芯片处理。如图10所示，计量芯片的采样电路还包括零线电流采样。如图9所示，计量芯片通过引脚连接电路将数字量的采样数据传输给微控制器处理。

作为可选的实施方式，微控制器的型号为HT6035；微控制器均与内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块和通讯模块连接。具体的，如图11所示，微控制器通过与各模块双向传输电表的数据，能精确地计量组合无功电能、正反向有功电能、四象限电量无功电能。具有分时计量功能和计量分相有功电能量功能，能准确记录正向有功最大需量，能实时测量处理有功功率、无功功率、视在功率、电压、电流、功率因数和频率等电网参数。如图12所示，用户可以通过ICP接口对微控制器进行编程。微控制器部分接口采用SW模式烧写。如图13所示，秒脉冲信号与微控制器连接，通过光耦输出。

作为可选的实施方式，内置三相磁保持继电器模块还包括内置三相磁保持继电器检测电路；内置三相磁保持继电器检测电路与微控制器连接；微控制器通过内置三相磁保持继电器检测电路检测继电器开合闸情况。具体的，如图16、图17所示，内置三相磁保持继电器合闸时，内置三相磁保持继电器检测端闭合，微控制器在信号检测接口检测到低电平，继电器检测LED灯熄灭；内置三相磁保持继电器拉闸时，内置三相磁保持继电器检测端断开，微控制器检测到高电平，继电器检测LED灯亮黄光。用户可以实时观测继电器检测LED灯的状态判断内置三相磁保持继电器是否正常工作。

作为可选的实施方式，通讯模块可根据电子式三相远程费控内置的智能电能表具体型号选择配置，与主站进行数据交互。具体的，电表上设置有通讯模块接口，可放置可插拔通讯模块与电表进行通信，与外部设备或主站建立通道传输数据。可选的，可插拔通讯模块为低压电力线载波通讯模块、微功率无线、4G、NB/GPRS、Zig-bee和RoLa通讯模块。三相电表型号不同，可通过具体型号和实际情况选择配置相应的通讯模块。

作为可选的实施方式，电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括RS485模块；RS485模块的RS485接口与采集器相连，能够与主站进行数据交互。具体的，如图18所示，RS485模块使用的芯片型号为RD485NE。RD485NE芯片是一款应用于RS-485和RS-422通信系统的收发芯片，传输和接收的数据传输率可高达2.5Mbps。RD485NE为半双工型，有驱动使能(DE)和接收使能(RE)管脚，当关闭时，驱动和接收输出为高阻。相比传统485芯片，RD485NE可以实现A、B反接通讯(总线A、B不分)。微控制器与集中器通过RS485接口进行数据交换，并能够通过RS485总线将电测量数据发送给主站。

作为可选的实施方式，电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括红外模块；红外模块采用调制式通讯与外部设备交互电表数据。具体的，如图19所示，红外模块与微控制器连接，通过红外接收头、发射管进行频率38KHz振荡的数据调制解调。微控制器能够通过红外模块与外部设备传输电采集数据，达到信息交互的效果。可选的，外部设备为红外掌上机，与电表通讯。

作为可选的实施方式，电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括ESAM模块；ESAM模块的SPI接口和微控制器通讯，能够完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护、临时密钥导出和数据文件存储。具体的，如图20所示，ESAM模块采用专用的ESAM芯片嵌入到电能表中。ESAM芯片的型号为SC1763Y，芯片的SPI接口与微控制器连接，除了可作为设备的唯一标识，提供安全的硬件平台以存储密钥和重要数据外，还可以利用内置算法完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护、临时过程密钥导出等多种功能，对电表的安全使用也做了进一步保护。

实施例仅是一个特例，并不表明本实用新型就这样一种实现方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，包括内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块、微控制器和通讯模块；所述内置三相磁保持继电器模块包括继电器、内置三相磁保持继电器拉合闸电路和信号继电器控制电路；所述内置三相磁保持继电器模块的信号端均与所述微控制器连接；所述微控制器通过是否检测到低电平判断所述内置三相磁保持继电器模块的继电器是否合闸；所述电源模块与所述计量模块、微控制器连接；所述微控制器通过所述通讯模块与主站连接通讯。

2.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述电源模块包括开关电源电路、DC-DC电源电路、限流芯片电路、降压稳压供电电路和备用电池；所述开关电源电路包括电压输入电路、原边电路、电压输出主回路和吸收电路；所述原边电路包括高频变压器、钳位电路和开关电源芯片电路。

3.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述计量模块包括计量芯片及其连接电路；所述计量芯片的型号为HT7032。

4.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述计量模块还包括采样电路；所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路；所述采样电路经取样后将电能表输入的电流数据和电压数据传输给所述计量模块处理；所述计量模块将所述电流数据和电压数据由模拟信号转换成数字信号后，传输给所述微控制器。

5.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述微控制器的型号为HT6035；所述微控制器均与所述内置三相磁保持继电器模块、电源模块、计量模块和通讯模块连接。

6.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述内置三相磁保持继电器模块还包括内置三相磁保持继电器检测电路；所述内置三相磁保持继电器检测电路与所述微控制器连接；所述微控制器通过所述内置三相磁保持继电器检测电路检测所述继电器开合闸情况。

7.根据权利要求2所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述通讯模块可根据电子式三相远程费控内置的智能电能表具体型号选择配置，与所述主站进行数据交互。

8.根据权利要求2所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括RS485模块；所述RS485模块的RS485接口与采集器相连，能够与所述主站进行数据交互。

9.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括红外模块；所述红外模块采用调制式通讯与外部设备交互电表数据。

10.根据权利要求1所述的一种电子式三相远程费控内置的智能电能表，其特征在于，所述电子式三相远程费控内置的智能电能表还包括ESAM模块；所述ESAM模块的SPI接口和所述微控制器通讯，能够完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护、临时密钥导出和数据文件存储。

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