CN2192889Y

CN2192889Y - 多用户集中计量自动抄表式智能电度表

Info

Publication number: CN2192889Y
Application number: CN 94212680
Authority: CN
Inventors: 车仁生; 宁培元; 刘润璞; 黄庆成; 刘精石; 王鹤令; 刘志琦; 罗永波; 李俊峰; 郭一通; 党九彪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2004-05-27

Abstract

本实用新型是一种多用户集中计量、自动抄表式的智能电度表，由具有过流、过压保护和自动恢复功能的电流传感器、具有过压保护和自动恢复功能的电压传感器、巡回检测显示仪表、抄表器组成。所有传感器和巡回检测显示仪表装在一个全封闭节能表箱内。抄表器通过RS232-C串口抄录巡回检测显示仪表的用电信息并转储给电业部门管理计算机。支持居民买电制和多费率计价制的实施。主要用于新建改建和扩建居民住宅楼的电能计量、抄表和管理。

Description

本实用新型涉及一种民用电能计量和抄表领域，更具体地说，本实用新型是一种多用户集中计量、自动抄表方式的智能电度表。

目前民用电能的计量方式主要有两种：一种为单用户计量方式；一种为多用户集中计量方式。前者为传统的计量方式，所用的电能计量仪表有基于电磁系机械转盘输出的电度表，基于纯电子部件电信号输出的电度表和混合式机械／电子输出的电度表等三类。单用户计量方式增加了用电管理部门的抄表工作量和丢表、窃电现象的发生。因此，近年来发展了多用户集中计量方式，所用的电能计量仪表有基于集中安装的单用户电度表柜和以纯电子或单片机为核心的多路分时采样方式的多用户电度表。由于纯电子部件和单片机的可靠性和高精度的信号处理能力，宽广的工作环境和温度范围。因而受到人们越来越多的关注。

作为对比文件，中国实用新型CN2083755U公开了一种多用户的“数字电度表”采用了一种多路分时采样电路，由电流传感器阵列、电压传感器、模拟开关、MC1596乘法器和CC14433 A／D转换器组成，数字电路部分采用计数器、寄存器以及加法器等逻辑组合电路实现对采样电路的控制、计算、存储和数显等。其主要缺点是：（1）电流传感器采用电抗变压器式电流电压变换器，结构复杂，难以保证传感器性能的一致性，而且无过压、过流保护功能。当过载时容易被烧毁。（2）模拟乘法器MC1596因V_Y输入的动态范围和线性范围均较小，温度特性差，达不到普通电度表要求的精度。（3）数字电路部分采用的逻辑组合电路，不仅结构复杂，而且可靠性也较差。（4）无数据输出和自动抄表功能。

中国实用新型专利CN2130266Y公开了一种“多用户集控智能电度表”，该表是对CN2083755U的一种改进，主要增加了漏电保护的检测和执行控制机构，其不足之处是：（1）漏电和超载保护的控制执行机构由单片机开关量输出端控制，使检测和控制的引线增加了两倍，使整机布线复杂，影响仪表的可靠性和管理户数的扩大。（2）电压互感器无过压保护，当过压时易被击穿和烧毁。（3）没有给出抄表的具体技术方案。

本实用新型的目的，就是为了克服上述现有技术的不足，提出一种多用户集中计量、自动抄表方式的智能电度表。该方案的特征是：仪表由电流传感器组、电压传感器、巡回检测显示仪表和抄表器四部分组成。电流传感器内包括电流互感器和过流、过压保护及自动恢复控制电路。其两根电源输入线分别接在三相四线制电网的一根火线（A、B、C）和零线（0）上，两根电源输出线（火线和零线）接在用户接线端子上，两根电流信号线（信号线和信号零线）通过双绞线与巡回检测显示仪表相接。电压传感器内包括三支电压互感器和三相过压保护及自动恢复控制电路，其四根电源输入线分别接在电网三相火线（A、B、C）和零线（0）上，其中三组电压信号线（信号线和信号零线）通过双绞线与巡回检测显示仪表相接。一组具有过压保护及自动恢复功能的交流220V电源线送给巡回检测显示仪表作为其交流电源。巡回检测显示仪表用一片高精度模拟乘法器MC1594和一片8098单片机，一个带有实时时钟的掉电自动保护SRAM插座DS1216D和一片RS232－C专用驱动芯片TC232，模拟乘法器将每户瞬时电流、电压相乘后，送单片机内10位A／D转换器的输入端进行A／D转换，20MS内采集32个数据进行平均送内存，根据电费率的不同，按设定的时间进行累加，求得每户电能量，在8098的控制下逐户巡回检测，巡回检测周期为20MS乘以户数。抄表器由一片80C31单片机、一片PSD301可编程单片机通用外围接口芯片，点阵式液晶显示器和一组键盘组成，在PSD301内的EPROM中固化16×16点阵汉字库和抄表管理程序。抄表器与巡回检测显示仪表的数据通讯由RS232－C串口来完成。可进行抄表、打印票据和向电业管理计算机转储数据。所有传感器和巡回检测显示仪表均装在一个全封闭节能表箱内。巡回检测显示仪表的显示器部分的直流供电由全封闭节能表箱门上的行程开关控制，当防盗门关闭时，显示器部分不工作，可以实现节能、防偷电窃表。

附图1为本实用新型总体结构和接线图

附图2为本实用新型电流传感器的电路原理图

附图3为本实用新型电压传感器的电路原理图

附图4为本实用新型巡回检测显示仪表的电路原理图

附图5为本实用新型抄表器的电路原理图

现结合附图详细说明如下：

附图1为本实用新型总体结构和接线图，图中O、A、B、C分别表示三相四线制电网的零线和A、B、C三根相线。电流传感器共有N个，分三组，每个传感器监测一个用户，每组共用一根相线（A或B或C），以保证三相电网负载的平衡。V_Il…V_Ii…V_In和V_A、V_B、V_C分别表示巡回检测显示仪表电流信号的输入端和三相电压信号的输入端，RS232－C接口的TXD表示数据输出端，RXD表示数据输入端，GND表示信号公共端。电流传感器、电压传感器、巡回检测显示仪表以及电网配线和用户接线端子均装在一个全封闭的表箱内，安装在居民楼的楼道内或配电室内，抄表器由电业局抄表员随身携带，定期抄表、打印票据，并把数据通过RS232－C接口转送到电业局营业室的管理计算机。

附图2为本实用新型电流传感器的电路原理图。由电流互感器CT（共有三个线圈N₁、N₂、N₃）、过压检测电路（包括压敏电阻R_Y、分压电阻R_V和电压互感器PT）、双比较器或门电路（包括IC1、IC2、D₁、D₂、R₁、C₁、W₁、W₂）、触发延时驱动电路（包括IC3、R、C、R₂和双向可控硅T）、限电继电器J（包括限流电阻R₃及常闭触点J₁、J₂）和整流稳压电路（包括C₂、C₃、R₄、D₃、D₄、WD）等六部分组成。电网零线经常闭触点J₁直接送用户端子，电网火线A（或B、C）经电流互感器初级线圈N₁，常闭触点J₂送用户端子，当用户端电压或电流在整定值范围内时，由电网正常送电，当端电压或电流超出整定值时，则J₁、J₂断开，延时3－5分钟后自动恢复，在正常使用范围内，用户端电流的精确计量由电流互感器的一个初级线圈N₂与负载电阻R_L变成电压信号V_I，送巡检仪表。C_L是为了校正电流互感器的相角差。电流互感器的另一次级线圈N₃的一端接线路地，一端接比较器IC1的正向输入端，用于过流检测，IC1的负输入端接限流整定电位器W₂，当过流信号超过整定值后，IC1翻转；电压互感器PT的初级线圈的一端接整流稳压电路的正端：另一端串接压敏电阻R_Y和分压电阻R_V后接在电流互感器初级线圈的一端上，PT的次级线圈一端接在线路地上，另一端接在IC2的（＋）输入端。IC2的（－）输入端接在过压整定电位器W₁的中心抽头上，当电网过压时压敏电阻R_Y阻值突然下降，PT的次级信号增大，当超过整定电压时，IC2翻转，IC3由NE555接成单稳态触发器形式。延时时间由RC时间常数决定，其输入端2接或门电路（由D₁、D₂、R₁、C₁组成）的输出端，其输出端3通过电阻R2接双向可控硅T的A₁端。

限流继电器J的一端通过限流电阻R₃与电网的火线相接，另一端与双向可控硅的A₂极相接，T的G端接线路正并与电网零线相接。在正常工作条件下，T关断，当电网电压或用户负载电流超过整定值后，在IC1、IC2控制下，IC3的3端输出一负脉冲（脉宽由RC决定），控制T、J导通，J₁、J₂动作，切断用户电源，延时3－5分钟后自动恢复。

附图3为本实用新型电压传感器的电路原理图。电压传感器由三支电压互感器PTA、PTB、PTC及过压保护控制电路组成。三支电压互感器PTA、PTB、PTC初级线圈的一端接到电网零线上，另外三端分别经过压保护继电器J的常闭触点J₁、J₂、J₃与电网的三根相线A、B、C相接，电压互感器的次级线圈分别并以相角差补偿电容C_A、C_B、C_C后，通过双绞线送到巡回检测显示仪表的V_A、V_B、V_C端，巡回检测显示仪表的交流电源亦通过过压保护继电器触点J₂后提供，当任何一相电网电压超过整定值时，继电器J导通，其常闭触点J₁、J₂、J₃断开，用来保护电压互感器和巡回检测显示仪表不被损坏，过压保护控制电路原理与电流传感器内的过压保护控制电路相同。

附图4为本实用新型巡回检测显示仪表电路原理图，主要由一片高精度模拟乘法器MC1594L、一片高精度运放OP07、一片单片微机8098、一个带有实时时钟的掉电自动保护SRAM插座DS1216D、一片EPROM2764、一片RS232－C专用驱动芯片TC232、显示器、键盘接口8279及其电源控制开关k所组成。MC1594L可达到±0.5％的精度，为本实用新型的实用性提供了保证。其输入端9和10分别通过模拟开关与三相电压信号V_A、V_B、V_C和用户电流信号V_I1…V_Ii…V_IN信号端相接，其输出端14为电功率瞬时值，经反向放大器OP07放大后接8098中A／D转换器的一个信号输入端ACH7。静态RAM6264插在插座DS1216D上（DS1216D是一个256／1M位32脚插座，它带有一个内部CMOS实时时钟，一个非易失性SRAM控制电路和一个嵌入式锂电池，解决数据的掉电保护和多费率计价的时间控制），与EPROM2764一起由8098的AD0～AD15和ALE线控制，模拟乘法器将每户瞬时电流、电压相乘后，送单片机内10位A／D转换器的输入端进行A／D转换，20MS内采集32个数据进行平均送内存，根据电费率的不同，按设定的时间进行累加，求得每户电能量，在8098的控制下逐户巡回检测，巡回检测周期为20MS乘以户数。RC232－C串口驱动器TC232的10脚和9脚分别接8098的TXD和RXD端，7和6脚与标准RS232－C插座相接，与抄表器的R232－C口进行通讯。显示器与键盘由专用接口芯片8279驱动，接受8098 AD0～AD7、

、

和HST_O的控制，8279、显示器和键盘的＋5V供电由行程开关K来控制，当全封闭表箱的防盗门关闭时，开关K被撞开，停止供电，8279和显示器不工作，当需进行抄表时，防盗门打开，K自动合上，供电，8279和显示器进行工作，以便延长显示器的使用寿命和节省能耗。

附图5为本实用新型抄表器的电路原理图。由一片80C31单片机；一片PSD301可编程单片机通用外围接口芯片；一片RS232－C串口驱动器TC232；点阵式液晶显示器和键盘组成。PSD301内有两个可编程逻辑列阵PADA和PADB、256K位的高速EPROM、16K的高速SRAM、输出锁存器和输出端口，其口线PA0～PA7、PB0～PB7用于控制键盘；地址线A16～A18用于控制液晶显示器；其数据线AD0～AD7、AD8～AD15分别与80C31的P0.0～P0.7和P2.0～P2.7相接；其控制线

、

、PSEN、ALE分别与80C31的同名线相接；80C31的串口线TXD和RXD通过串口驱动器TC232与RS232－C标准接口插座相接；PSD301的EPROM中固化有16×16点阵的汉字库和数据通讯、显示、键盘控制和打印程序，SRAM中用于存放抄表数据。

本实用新型与现有技术相比的主要优点有：

1. 采用具有过流、过压保护和自动恢复功能的电流互感器作为电流传感器，直接串接在每个用户的火线和零线回路上，不需要单片机控制，每户送给单片机的信号线只有一对，使仪表系统布线简单，可靠性增强，并可防止电流互感器和用户家用电器的意外烧毁。

2. 电压传感器采用了具有过压自动保护和自动恢复功能的电压互感器，有效地避免了电网过压时电压互感器的损坏。

3. 电功率测量采用高精度MC1594单片模拟乘法器，其线性误差<0.5％，温度对其基本无影响，保证了电功率测量精度和数据的快速采集。

4. 数字电路部分采用先进的8098单片机为核心的最小系统。并直接使用其片内的四通道A／D转换器，结构紧凑，成本低，资源利用率和可靠性均较高。

5 内部存储器SRAM，采用先进的带有实时时钟的掉电自动保护插座DS1216D，可同时实现数据的掉电自动保护和多费率计价功能，具有高的集成度和可靠性。

6 巡回检测显示仪表与抄表器的RS232－C接口采用先进的单块专用驱动芯片TC232，结构简单，可靠性高，亦可与管理计算机联网。

7 抄表器采用以80C31单片机和PSD301可编程单片机通用外围接口芯片为核心的掌上电脑方式，即可快速抄表、打印票据，又可转储信息，实现了自动抄表，提高了抄表效率。

8 全封闭表箱既是一个防盗、防窃电安全保险柜，又是一个节能控制器，当防盗门关闭时，耗电最大的显示器电源被切断，整个仪表耗电只相当于一块普通电磁系电度表的耗电量，其节能效果明显。

Claims

1、多用户集中计量自动抄表式智能电度表，由电流传感器组、电压传感器、巡回检测仪表、抄表器组成。其特征是：

(1)电流传感器内包括电流互感器和过流、过压保护及自动恢复控制电路，其两根电源输入线分别接在三相四线制电网的一根火线(A、B、C)和零线(0)上，两根电源输出线，火线和零线，接在用户接线端子上，两根电流信号线(信号线和信号零线)通过双绞线与巡回检测显示仪表相接；

(2)电压传感器内包括三支电压互感器和三相过压保护及自动恢复控制电路，其四根电源输入线分别接在电网的三相火线(A、B、C)和零线(0)上，其中三组电压信号线，信号线和信号零线，通过双绞线与巡回检测显示仪表相接，一组交流220V电源线送给巡回检测显示仪表作为其交流电源；

(3)巡回检测显示仪表用一片模拟乘法器MC1594，一片8098单片机，一个SRAM插座DS1216D和一片RS232-C专用驱动芯片TC232，模拟乘法器将每户瞬时电流、电压相乘后，送单片机内10位A/D转换器的输入端进行A/D转换，20MS内采集32个数据进行平均送内存，根据电费率的不同，按设定的时间进行累加，求得每户电能量，在8098的控制下逐户巡回检测，巡回检测周期为20MS乘以户数；

(4)抄表器由一片80C31单片机；一片PSD301可编程单片机通用外围接口芯片；一片RS232-C驱动芯片TC232；点阵式液晶显示器和一组键盘组成，在PSD301内的EPROM中固化16×16点阵汉字库；

(5)所有传感器和巡回检测显示仪表均装在一个全封闭节能表箱内，巡回检测显示仪表的显示器部分的直流供电由全封闭表箱门上的行程开关控制。

2、根据权利要求1所述的多用户集中计量自动抄表式智能电度表，其特征在于：电流传感器由电流互感器、过压检测电路、双比较器或门电路、触发延时驱动电路、限电继电器和整流稳压电路组成。电网零线经常闭触点J1直接送用户端子，电网火线A（或B、C）经电流互感器初级线圈N₁，常闭触点J₂送用户端子，电流互感器的一个次级线圈N₂与负载电阻R_L和相角差补偿电容C_L并联后送巡回检测显示仪表。电流互感器的另一次级线圈N₃的一端接线路地，一端接比较器IC1的正向输入端，IC1的负输入端接限流整定电位器W₂，电压互感器PT的初级线圈的一端接整流稳压电路的正端：另一端串接压敏电阻R_Y和分压电阻R_V后接在电流互感器初级线圈的一端上，PT的次级线圈一端接在线路地上，另一端接在IC2的（＋）输入端。IC2的（－）输入端接在过压整定电位器W₁的中心抽头上，IC3由NE555接成单稳态触发器形式。延时时间由RC时间常数决定，其输入端2接或门电路（由D₁、D₂、R₁、C₁组成）的输出端，其输出端3 通过电阻R2接双向可控硅T的A₁端。限流继电器J的一端通过限流电阻R₃与电网的火线相接，另一端与双向可控硅的A₂极相接，T的G端接线路正并与电网零线相接。

3、根据权利要求1所述的多用户集中计量自动抄表式智能电度表，其特征在于：电压传感器由三支电压互感器、限压继电器J及其常闭触点J₁、J₂、J₃及其过压检测和控制电路所组成。三支电压互感器的初级线圈的一端统一接到电网的零线上，另外三端分别经常闭触点J₁、J₂、J₃与电网的火线A、B、C相接，触点J₂和零线组成的～220V电源去巡回检测显示仪表供电。三支电压互感器的次级线圈与相角差补偿电容C_A、C_B、C_C并联后送巡回检测显示仪表。