一種應用CAN總線技術的電表智能檢定裝置

馮博

摘 要：作為電力系統(tǒng)的終端計量裝置，電表承擔著對電能進行統(tǒng)計和計量的作用，因此高精度的電能表檢定裝置在檢測電表的過程中的作用非常重要。如何提高電能表計量數(shù)據(jù)的精確度，如何提高電能統(tǒng)籌的準確性，是當前研究的一個重點方向。本文設計出了以CAN總線作為控制系統(tǒng)的電能表智能檢定裝置，實現(xiàn)了對被檢表的誤差數(shù)據(jù)進行分析和傳輸目的，從而很好地完成對電能表的檢定工作。

關鍵詞：智能檢定裝置；誤差分析；CAN總線技術

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A

本文的主要闡述內(nèi)容是針對電能表檢定裝置的設計思路以及采用的相關技術進行分析。通過對該裝置的研究歷史以及今后的發(fā)展趨勢做了簡要介紹，闡述了電能表檢定裝置進行設計的理論依據(jù)和核心的控制系統(tǒng)的主要特點。通過對當今流行的總線進行技術對比，設計出了以CAN總線技術為基礎的多表位電能表檢定裝置。

1 傳統(tǒng)的電能表檢定裝置

電能表作為一種電能的計量儀器，必須經(jīng)過檢驗合格才可以使用。使用中的電能表在工作一段時間后，由于受到材質(zhì)的老化以及機械磨損等因素的影響，其工作的性能會發(fā)生一定的變化，容易造成計量誤差的產(chǎn)生。因此國家規(guī)定，對于電能表要在使用一段時間后必須定期進行相關參數(shù)的檢定，被稱為周期檢定。

電能表的檢定裝置可以根據(jù)測試裝置的電源以及控制系統(tǒng)的不同分為電工式及電子式檢定設備。電工式電能表檢定裝置的缺點是不能夠進行調(diào)頻，且隨著電子技術的進步，已經(jīng)完全被電子式標準表所代替； 電子式電能表檢定裝置采用了微機控制，對于需要檢定的電表使用誤差儀來進行數(shù)據(jù)分析，對誤差數(shù)據(jù)進行檢定的精確性得到了大幅度的提高，同時實現(xiàn)了微機自動化操作。

2 采用CAN總線技術的電能表檢定裝置設計思路

采用CAN總線技術的電能表檢定裝置的最大通信速率能夠達到1Mbps，它具有構造簡單、成本低廉以及很強的抗干擾能力，即便總線中的某個節(jié)點出現(xiàn)故障也不會中斷其他節(jié)點的通信傳輸，很符合該檢定裝置的使用。

電能表檢定裝置采用的是CAN總線的控制系統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)中一共有96個誤差儀、一臺主控器、一臺PC機，其組成系統(tǒng)圖1所示。

2.1 電能表檢定裝置脈沖信號接收器

結合成本以及系統(tǒng)穩(wěn)定等多方因素綜合考慮，本裝置使用MCU計數(shù)器。MCU計數(shù)器的控制及數(shù)據(jù)處理能力較強，同時這些模塊都集中在MCU計數(shù)器的內(nèi)部，不受外來信號的干擾，可以對輸入的脈沖信號精確的計數(shù)。

2.2 電能表檢定裝置模擬信號采集模塊

檢定裝置的誤差儀需要對兩種模擬信號進行采集并測量，包括一路直流信號，工作電壓在0V-30V范圍內(nèi)；三路溫度信號，當溫度在0℃-100℃時，所需電壓為0V-12V，因此需要選用4個運算放大模塊來對采集的模擬信號進行處理。該信號采集系統(tǒng)選取了LM324型模塊，其內(nèi)部包含四個獨立放大器，最小的CMR是 65db，能夠承受的最大失調(diào)輸入電壓為5mV，輸出電壓在5mV-20mV范圍之內(nèi)。直流測試信號放大器如圖2所示。

2.3 電能表檢定裝置脈沖信號輸入裝置

根據(jù)對檢定裝置的設計要求，所有誤差儀都需要具備對兩路誤差進行測量的要求。第一路誤差系統(tǒng)主要包含五個信號，分別是正向有功信號、反向有功信號、光電信號、正向無功信號、反向無功信號。第二路誤差系統(tǒng)一共有被檢測信號6個，除了包括第一路誤差系統(tǒng)的5個信號外又多了一個多功能的端口信號。

2.4 電能表檢定裝置CAN總線通信線路

CAN通信接口電路主要由兩部分組成，包括CAN電平驅(qū)動電路和通訊隔離電路。通過該通信電路可以將誤差儀與CAN總線進行有效的連接。CAN總線電平利用電壓差分信號，顯性電平時高電平與低電平之間的差電壓在0.9V-2V之間，隱性電平時，高低電平之間的電壓差值在0V-0.5V之間，此時需要的共模電壓是2.5V。

在目前主要有兩種方案可以實現(xiàn)對檢定裝置通信傳輸功能模塊的設計，一種采用磁隔離設計，采用光耦合隔離設計。光耦合隔離采用光電信號進行信號傳輸，不但傳輸?shù)乃俾视辛撕艽蟮奶岣?，而且在傳輸?shù)倪^程中不會受到其他信號的干擾，安全性以及穩(wěn)定性相比于磁隔離有了很大的技術進步。因此在誤差儀的通信電路中的應用比較廣泛。

結語

本文通過對以CAN總線技術為基礎進行電能表檢定裝置進行研制，通過一條CAN總線的連接實現(xiàn)了對96個誤差表位的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)墓ぷ?，通過對多表位同時監(jiān)測，設計并且驗證了利用CAN總線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，通過對誤差數(shù)據(jù)時間間隔的控制，可以實現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)不間斷的實時傳入到主機系統(tǒng)，能夠保證該裝置連續(xù)穩(wěn)定的進行工作，同時保證了對電能表進行檢定的精確度的提高，電能表檢測裝置的使用效率也得到了大幅度的提升，能夠更好的在電表檢定工作中發(fā)揮作用。

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