專利名稱：基于組態(tài)軟件的多功能電能表功能檢測裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多功能電能表檢測裝置，尤其涉及一種基于組態(tài)軟件的多功能電 能表功能檢測裝置及其方法。
背景技術：
多功能電能表(智能電表)是指由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元等組成，除計量有功 /無功電能量外，還具有分時、測量需量等兩種以上功能，并能顯示、存儲和輸出數(shù)據(jù)的電能 表。它主要用于電力系統(tǒng)中重要的關口計量點和電力大客戶的計費結(jié)算。隨著電子技術的 飛速發(fā)展和智能電網(wǎng)的建設，多功能電能表的功能擴展日新月異，除了基本的電能計量功 能外，一般還具備需量測量、費率和時段、測量數(shù)據(jù)存儲、凍結(jié)、事件記錄、通信等諸多功能， 功能上已可以取代失壓計時器、電能質(zhì)量監(jiān)測儀等多種儀表。由于多功能電能表功能復雜，在啟用各項功能前，必須通過特定的通信協(xié)議對多 功能電能表進行參數(shù)設置。因此，在投入使用前，生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)不同地區(qū)的具體應用情況 對電能表進行參數(shù)設置，在電能表運行期間，供電企業(yè)也需要對部分參數(shù)進行更改。電能表 的功能和通信協(xié)議是相對獨立又緊密聯(lián)系的兩個部分，電能表的多功能需要通過通信協(xié)議 進行參數(shù)設置，但參數(shù)設置正確并不能保證電能表的功能運行正確。因此對電能表的功能 檢測必須結(jié)合通信協(xié)議一起考核。近幾年隨著供電公司對用電管理要求的不斷深化，作為主要計量強檢設備的電能 表，其功能也在隨之不斷地豐富和完善。為了保證電能表在現(xiàn)場能夠安全、穩(wěn)定地工作，杜 絕偽劣產(chǎn)品影響電能的公平公正計量，國家和行業(yè)頒布了一系列的標準來規(guī)范電能表的功 能和性能指標，檢測機構也做出了很多努力完善電能表的檢測工作；目前電能表型式試驗 項目最多已達到三十幾項，包括產(chǎn)品絕緣性能、機械性能、電磁兼容等多項指標考核。在眾 多考核項目中，電能表的多功能部分的功能檢測卻一直沒有得到電力用戶和檢測機構的足 夠重視。目前所有的電能表檢測裝置，僅僅是對電能表的誤差和部分簡單的單項通信協(xié)議 進行檢測，例如寫表地址、寫時間等，而沒有結(jié)合通信協(xié)議一起檢測電能表的備用時段投 切、失壓失流記錄、凍結(jié)數(shù)據(jù)等其他功能的裝置和方法。由于缺乏面向電能表功能檢測的檢 測裝置，人工檢測耗時耗力，無法滿足對電能表的各種功能進行全面測試的工作需要，不能 及時發(fā)現(xiàn)電能表產(chǎn)品的質(zhì)量隱患，直接導致了部分電能表產(chǎn)品在運行中發(fā)現(xiàn)功能不符合規(guī) 范要求的現(xiàn)象，給供電企業(yè)造成嚴重的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。另一方面，由于技術進步和需求的不斷變化，電能表的功能和通信協(xié)議會不斷更 新變化，常規(guī)的檢測系統(tǒng)軟件部分要實現(xiàn)某一任務，都是通過編寫固定的程序來實現(xiàn)的，這 種方法不能及時地適應電能表的功能和通信協(xié)議的變化。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術手段存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構簡單、 操作方便、便于檢測更新和節(jié)約人力物力的基于組態(tài)軟件的多功能電能表功能檢測裝置及其方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一、多功能電能表功能檢測裝置(簡稱裝置)如圖1，本裝置包括PC機、程控三相功率源、電能表、串口擴展器和物理層轉(zhuǎn)換器；程控三相功率源由信號源、電壓功率放大器和電流功率放大器組成；物理層轉(zhuǎn)換器包含無線轉(zhuǎn)換器、載波轉(zhuǎn)換器和RS-485轉(zhuǎn)換器本裝置的連接關系是PC機和信號源通過RS-232接口相連；信號源輸出端分別連接電壓功率放大器和 電流功率放大器的輸入端；電壓功率放大器的輸出端通過電壓線并行連接到一只或多只電 能表的電壓回路；電流功率放大器的輸出端通過電流線串行連接到一只或多只電能表的電 流回路；PC機和串口擴展器相連，用于擴展PC機的串口數(shù)量；串口擴展器擴展出來的串口 分別與物理層轉(zhuǎn)換器中的無線轉(zhuǎn)換器、載波轉(zhuǎn)換器和RS-485轉(zhuǎn)換器相連；無線轉(zhuǎn)換器和具 備無線通信功能的電能表通過無線信道連接；載波轉(zhuǎn)換器和具備載波通信功能的電能表通 過電壓線連接；RS-485轉(zhuǎn)換器和具備RS-485通信功能的電能表通過RS-485總線連接。本裝置的工作原理是本裝置通過PC機中的檢測軟件控制程控三相功率源輸出電壓、電流信號給電能 表；程控三相功率源輸出電壓、電流信號的幅度、相位和相序均可以調(diào)節(jié)，從而在實驗室就 可以模擬出電能表在現(xiàn)場運行的工況和各種異常用電狀態(tài)；PC機通過串口擴展器和物理 層轉(zhuǎn)換器最終和電能表連接，建立了 PC機中的檢測軟件與電能表的通信信道，使檢測軟件 能夠讀取和設置電能表的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)；檢測軟件控制電能表運行在工況時，可以檢測 電能表的通信協(xié)議符合性，可以在設置電能表參數(shù)后檢測電能表的功能是否運行正確；檢 測軟件控制電能表運行在異常用電狀態(tài)時，可以檢測電能表的事件記錄功能是否正確。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果①本裝置將電能表運行工況和通信協(xié)議結(jié)合在一起考核電能表的功能，實現(xiàn)了功 能檢測自動化，提高了對電能表功能檢測的檢測效果；②功能檢測項目可自行配置和修改，無需修改源程序，提高了系統(tǒng)的實用性；③通信協(xié)議可自行配置、修改和增補，同時支持無需修改源程序，提高了系統(tǒng)的靈 活性；④本裝置可同時進行多塊電能表的功能檢測，提高了電能表的檢測效率。


圖1是本裝置結(jié)構框圖；圖2是本裝置PC機檢測軟件的基本流程圖。其中10-PC 機；20-程控三相功率源，21-信號源，22-電壓功率放大器，23-電流功率放大器；
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30-電能表，31,32……3n_第一、第二……第n電能表；40-串口擴展器；50-物理層轉(zhuǎn)換器，51-無線轉(zhuǎn)換器，52-載波轉(zhuǎn)換器，53-RS-485 轉(zhuǎn)換器；V-電壓線；I-電流線；Z-485 總線。
具體實施例方式一、裝置1、總體如圖1，本裝置包括PC機10、程控三相功率源20、被檢測電能表30、串口擴展器40 和物理層轉(zhuǎn)換器50 ；程控三相功率源20由信號源21、電壓功率放大器22和電流功率放大器23組成；物理層轉(zhuǎn)換器50包含無線轉(zhuǎn)換器51、載波轉(zhuǎn)換器52和RS-485轉(zhuǎn)換器53 本裝置的連接關系是PC機10和信號源21通過RS-232接口相連；信號源21輸出端分別連接電壓功率 放大器22和電流功率放大器23的輸入端；電壓功率放大器22的輸出端通過電壓線V并行 連接到一只或多只被檢測的電能表30的電壓回路；電流功率放大器23的輸出端通過電流 線I串行連接到一只或多只被檢測的電能表30的電流回路；PC機10和串口擴展器40相 連，用于擴展PC機10的串口數(shù)量；串口擴展器40擴展出來的串口分別與物理層轉(zhuǎn)換器50 中的無線轉(zhuǎn)換器51、載波轉(zhuǎn)換器52和RS-485轉(zhuǎn)換器53相連；無線轉(zhuǎn)換器51和具備無線 通信功能的電能表30通過無線信道連接；載波轉(zhuǎn)換器52和具備載波通信功能的電能表30 通過電壓線V連接；RS-485轉(zhuǎn)換器53和具備RS-485通信功能的電能表30通過RS-485總 線Z連接。程控三相功率源20的基本技術指標如下①電壓量程:3X57.7V/220V.3X100V/380V②電流量程3 X 0. 1A 25A③電流、電壓調(diào)節(jié)范圍0 120%額定值④輸出頻率45Hz 65Hz⑤移相范圍0 360°2、功能塊1) PC 機 10PC機10是一種常用個人計算機，其硬件配置為主流配置，安裝專用PC機檢測軟件 和串口擴展器40。PC機檢測軟件見后文介紹。
2)程控三相功率源20程控三相功率源20由信號源21、電壓功率放大器22和電流功率放大器23構成， 信號源21分別與電壓功率放大器22和電流功率放大器23連接；有標準上市產(chǎn)品。程控三相功率源20具備RS-232通信接口，能輸出低失真度的正弦波信號，能實現(xiàn) 任意電壓、電流、相位的獨立調(diào)整。程控三相功率源20可以是分體式，也可以是一體式結(jié)構。(1)信號源 21信號源21是一種常用數(shù)字信號源，能直接輸出三相電壓和三相電流，通過RS-232 通信接口實現(xiàn)任意電壓、電流、相位的獨立調(diào)整和諧波的輸出。(2)電壓功率放大器22電壓功率放大器22是對信號源21輸出的交流電壓信號進行功率放大，以滿足三 相功率源輸出功率的要求。其工作原理是利用三極管的電流控制作用或場效應管的電壓控 制作用將輸入信號的功率進行放大。(3)電流功率放大器23電流功率放大器23是對信號源21輸出的交流電流信號進行功率放大，以滿足三 相功率源輸出功率的要求。其工作原理同電壓功率放大器22。3)電能表 30電能表30包括第一電能表31、第二電能表32……第n電能表3n。每個電能表都有標準上市產(chǎn)品。電能表30以內(nèi)置的微處理器為核心，由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元等組成，除計量 有功/無功電能量外，還具有分時、測量需量等兩種以上功能，并能顯示、存儲和輸出數(shù)據(jù) 的單、三相的電能。4)串口擴展器40串口擴展器40是為了解決普通PC機10串口數(shù)量不足，擴展PC機10串口數(shù)量的 標準上市產(chǎn)品。本裝置采用Moxa公司的C320Turbo型多串口卡。5)物理層轉(zhuǎn)換器50物理層轉(zhuǎn)換器50是一種把PC機10的RS-232物理接口轉(zhuǎn)換成與電能表30物理 通信接口相匹配的裝置，由無線轉(zhuǎn)換器51、載波轉(zhuǎn)換器52和RS-485轉(zhuǎn)換器53組成。(1)無線轉(zhuǎn)換器51無線轉(zhuǎn)換器51是一種將RS-232通信接口轉(zhuǎn)換成無線通信接口的設備；常見的有GPRS調(diào)制解調(diào)器，有標準的上市產(chǎn)品。(2)載波轉(zhuǎn)換器52載波轉(zhuǎn)換器52是一種將RS-232通信接口轉(zhuǎn)換成載波通信接口的設備；根據(jù)電能表30具體的載波類型選擇使用；常見的有青島東軟公司的PR016型轉(zhuǎn)換 器和北京福星曉程公司的DEM03201型轉(zhuǎn)換器。(3) RS-485 轉(zhuǎn)換器 53RS-485轉(zhuǎn)換器53是一種將RS-232通信接口轉(zhuǎn)換成RS-485通信接口的設備。常 見的是使用美國德州儀器公司的SN75LBC184芯片或美國MAXIM公司MAX3221E芯片制造。 有標準上市產(chǎn)品。
二、方法本發(fā)明提供PC機檢測軟件采用的是基于組態(tài)軟件的功能檢測方法，包括下列步 驟①開始0，基本參數(shù)輸入1，主要是確定被檢測的電能表30的電壓、電流規(guī)格以及 通信模式等基本參數(shù)；②功能檢測項目配置2，主要是配置電能表30的功能檢測項目，每種功能檢測項 目由組件模塊進行配置(排列組合)，實現(xiàn)對電能表30各種功能的自動檢測；所述的組件模塊包括7個模塊源控制模塊，參數(shù)設置模塊，數(shù)據(jù)讀取模塊，比較 判斷模塊(數(shù)字類、字符類、邏輯類、人工判斷)，延時模塊，數(shù)據(jù)恢復模塊和提示信息模塊；③協(xié)議一致性檢測3，主要是確定被檢測的電能表30的通信協(xié)議是否符合要求， 便于后續(xù)的功能檢測順利進行；④電能表參數(shù)存儲4，主要是保存電能表30在檢測前的一些重要參數(shù)，以便檢測 完成后恢復電能表30的原始參數(shù)；⑤基于組態(tài)的功能檢測5，根據(jù)步驟②預先設置好的功能檢測項目對電能表30的 各種功能進行檢測并給出檢測結(jié)論；⑥電能表參數(shù)恢復6，將步驟④中存儲的參數(shù)恢復到電能表30 ；⑦數(shù)據(jù)保存7，將檢測的詳細過程和結(jié)論保存到數(shù)據(jù)庫，便于查詢管理；結(jié)束8。PC機檢測軟件使用的通信協(xié)議取自軟件自帶的協(xié)議數(shù)據(jù)庫，協(xié)議數(shù)據(jù)庫可以方便 地在程序中進行擴展，無需修改主程序。所述步驟②中的7個模塊a、源控制模塊的功能是控制程控三相功率源20輸出的電壓、電流信號給電能表 30，模擬出電能表30產(chǎn)生各種記錄和事件所需的運行工況。b、參數(shù)設置模塊的功能是依據(jù)電能表30的功能給電能表30寫入必須的運行參 數(shù)，使電能表30具備特定的功能。c、數(shù)據(jù)讀取模塊的功能是通過串口擴展器40和物理層轉(zhuǎn)換器50讀取電能表30 的各類參數(shù)，用于數(shù)據(jù)比較或數(shù)據(jù)恢復。d、比較判斷模塊的功能是將讀取到或觀察到的數(shù)據(jù)內(nèi)容與電能表30預計產(chǎn)生的 數(shù)據(jù)進行對比，以確定電能表30的功能是否合格；其具體又分為數(shù)字類、字符類、邏輯類和人工判斷共4類數(shù)據(jù)的比較。e、延時模塊的功能是為了配合源控制模塊產(chǎn)生各種記錄和事件所需的運行工況 而進行的時間延長控制。f、數(shù)據(jù)恢復模塊的功能是將數(shù)據(jù)讀取模塊中讀出的參數(shù)重新設置到電能表30 中。g、提示信息模塊的功能是為保證檢測過程順利進行而給檢測人員提供的輔助參
考fn息。
權利要求
一種基于組態(tài)軟件的多功能電能表功能檢測裝置，其特征在于本裝置包括PC機(10)、程控三相功率源(20)、電能表(30)、串口擴展器(40)和物理層轉(zhuǎn)換器(50)；程控三相功率源(20)由信號源(21)、電壓功率放大器(22)和電流功率放大器(23)組成；物理層轉(zhuǎn)換器(50)包含無線轉(zhuǎn)換器(51)、載波轉(zhuǎn)換器(52)和RS-485轉(zhuǎn)換器(53)本裝置的連接關系是PC機(10)和信號源(21)通過RS-232接口相連；信號源(21)輸出端分別連接電壓功率放大器(22)和電流功率放大器(23)的輸入端；電壓功率放大器(22)的輸出端通過電壓線(V)并行連接到一只或多只被檢測的電能表(30)的電壓回路；電流功率放大器(23)的輸出端通過電流線(I)串行連接到一只或多只被檢測的電能表(30)的電流回路；PC機(10)和串口擴展器(40)相連，用于擴展PC機(10)的串口數(shù)量；串口擴展器(40)擴展出來的串口分別與物理層轉(zhuǎn)換器(50)中的無線轉(zhuǎn)換器(51)、載波轉(zhuǎn)換器(52)和RS-485轉(zhuǎn)換器(53)相連；無線轉(zhuǎn)換器(51)和具備無線通信功能的電能表(30)通過無線信道連接；載波轉(zhuǎn)換器(52)和具備載波通信功能的電能表(30)通過電壓線(V)連接；RS-485轉(zhuǎn)換器(53)和具備RS-485通信功能的電能表(30)通過RS-485總線(Z)連接。
2.按權利要求1所述裝置的基于組態(tài)軟件的功能檢測方法，其特征在于包括下列步驟①開始(0)，基本參數(shù)輸入(1)，主要是確定被檢測的電能表30的電壓、電流規(guī)格以及 通信模式等基本參數(shù)；②功能檢測項目配置(2)，主要是配置電能表(30)的功能檢測項目，每種功能檢測項 目由組件模塊進行配置，實現(xiàn)對電能表(30)各種功能的自動檢測；所述的組件模塊包括7個模塊源控制模塊，參數(shù)設置模塊，數(shù)據(jù)讀取模塊，比較判斷 模塊，延時模塊，數(shù)據(jù)恢復模塊和提示信息模塊；③協(xié)議一致性檢測(3)，主要是確定被檢測的電能表(30)的通信協(xié)議是否符合要求， 便于后續(xù)的功能檢測順利進行；④電能表參數(shù)存儲(4)，主要是保存電能表(30)在檢測前的一些重要參數(shù)，以便檢測 完成后恢復電能表(30)的原始參數(shù)；⑤基于組態(tài)的功能檢測(5)，根據(jù)步驟②預先設置好的功能檢測項目對電能表(30)的 各種功能進行檢測并給出檢測結(jié)論；⑥電能表參數(shù)恢復(6)，將步驟④中存儲的參數(shù)恢復到電能表(30)；⑦數(shù)據(jù)保存(7)，將檢測的詳細過程和結(jié)論保存到數(shù)據(jù)庫，便于查詢管理； 結(jié)束⑶。檢測軟件使用的通信協(xié)議取自軟件自帶的協(xié)議數(shù)據(jù)庫，協(xié)議數(shù)據(jù)庫可以方便地在程序 中進行擴展，無需修改主程序。
3.按權利要求2所述基于組態(tài)軟件的功能檢測方法，其特征在于 所述步驟②中的7個模塊a、源控制模塊的功能是控制程控三相功率源(20)輸出的電壓、電流信號給電能表 (30)，模擬出電能表(30)產(chǎn)生各種記錄和事件所需的運行工況；b、參數(shù)設置模塊的功能是依據(jù)電能表(30)的功能給電能表(30)寫入必須的運行參 數(shù)，使電能表(30)具備特定的功能；c、數(shù)據(jù)讀取模塊的功能是通過串口擴展器(40)和物理層轉(zhuǎn)換器(50)讀取電能表(30) 的各類參數(shù)，用于數(shù)據(jù)比較或數(shù)據(jù)恢復；d、比較判斷模塊的功能是將讀取到或觀察到的數(shù)據(jù)內(nèi)容與電能表(30)預計產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)進行對比，以確定電能表(30)的功能是否合格；其具體又分為數(shù)字類、字符類、邏輯類和人工判斷共4類數(shù)據(jù)的比較；e、延時模塊的功能是為了配合源控制模塊產(chǎn)生各種記錄和事件所需的運行工況而進 行的時間延長控制；f、數(shù)據(jù)恢復模塊的功能是將數(shù)據(jù)讀取模塊中讀出的參數(shù)重新設置到電能表(30)中；g、提示信息模塊的功能是為保證檢測過程順利進行而給檢測人員提供的輔助參考信肩、o
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于組態(tài)軟件的多功能電能表功能檢測裝置及其方法，涉及一種多功能電能表檢測裝置。本裝置包括PC機、程控三相功率源、電能表、串口擴展器和物理層轉(zhuǎn)換器；本方法包括基本參數(shù)輸入、功能檢測項目配置、協(xié)議一致性檢測、電能表參數(shù)存儲、基于組態(tài)的功能檢測、電能表參數(shù)恢復和數(shù)據(jù)保存。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果將電能表運行工況和通信協(xié)議結(jié)合在一起考核電能表的功能，實現(xiàn)了功能檢測自動化，提高了對電能表功能檢測的檢測效果；功能檢測項目可自行配置和修改；通信協(xié)議可自行配置、修改和增補；可同時進行多塊電能表的功能檢測，提高了電能表的檢測效率。
文檔編號G01R35/04GK101876694SQ20091027289
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權日2009年11月24日
發(fā)明者葉利, 夏水斌, 李帆, 郭玥, 馬利人 申請人:湖北省電力試驗研究院