電能表自動校驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳愛春（寧夏啟元藥業(yè)有限公司，寧夏 銀川 750010）

電能表作為企事業(yè)單位和居民用電的電能計(jì)量裝置，其國內(nèi)和國際每年的需求量都是非常大的，作為全球制造業(yè)中心，電子式電能表占了大部分。近兩年來，國內(nèi)電能表招標(biāo)和國際招標(biāo)有了相同的特點(diǎn)：合同數(shù)量大、供貨時(shí)間短和產(chǎn)品價(jià)格低。采用傳統(tǒng)的電能表校驗(yàn)系統(tǒng)，表計(jì)誤差合格率較低，測試系統(tǒng)使用的計(jì)算機(jī)占用了較大的空間，不同的測試點(diǎn)需要測試人員人工改變負(fù)荷大小，這些都直接或間接造成了企業(yè)工時(shí)的浪費(fèi)，增加了企業(yè)的制造成本。

針對這種現(xiàn)狀，提出了以三星ARM9內(nèi)核的S3C2440A為微處理器,WindowsCE5.0為嵌入式操作系統(tǒng)構(gòu)成電能表自動校驗(yàn)系統(tǒng)平臺，利用原有的電能表誤差測試臺的通信接口，采用多線程編程技術(shù)和軟誤差修正編寫校表軟件，對電能表校驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。同時(shí)，結(jié)合成熟的無線以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了被測表校驗(yàn)誤差等信息接入企業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提高了表計(jì)信息的使用效率。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)方案由電能表誤差測試臺、誤差調(diào)測試系統(tǒng)和企業(yè)信息管理系統(tǒng)組成，如圖1所示:

圖1 改進(jìn)的電能表自動誤差校驗(yàn)方案

電能表誤差測試臺根據(jù)誤差調(diào)測試系統(tǒng)發(fā)送過來的校表參數(shù)按規(guī)定公式完成誤差的計(jì)算并將其發(fā)送給誤差調(diào)測試系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)誤差調(diào)測試系統(tǒng)的指令和參數(shù)完被測表的誤差修正。誤差調(diào)測試系統(tǒng)自動完成負(fù)載點(diǎn)、校驗(yàn)圈數(shù)、校表系數(shù)、等參數(shù)的設(shè)置和被測表超差與否的判斷，操作人員根據(jù)完成校驗(yàn)后的提示拆卸被測表并將誤差修正后仍不合格的被測表分離。同時(shí)，誤差調(diào)測試系統(tǒng)將被測表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)通過無線以太網(wǎng)接口接入企業(yè)的信息管理系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計(jì)

誤差調(diào)測試系統(tǒng)硬件部分以S3C2440A處理器為核心，在外圍相應(yīng)地配有其他的功能模塊，存儲模塊LCD和觸摸屏、電源電路模塊以及無線網(wǎng)卡模塊等組成，如圖2所示：

圖2 誤差調(diào)測試系統(tǒng)硬件構(gòu)成

硬件結(jié)構(gòu)圖該結(jié)構(gòu)以S3C2440A為核心,4MNOR型Flash存放BootLoader引導(dǎo)程序，64MSDRAM作為內(nèi)存，128MNAND?Flash存放編譯好的誤差調(diào)測試應(yīng)用程序，LCD液晶屏用來顯示設(shè)置的參數(shù)、誤差信息和操作按鈕，操作員通過觸摸屏完成參數(shù)的設(shè)置和校驗(yàn)的啟動，USB接口主要是用來下載操作系統(tǒng)和同步調(diào)試應(yīng)用程序，Wi-Fi將誤差調(diào)測試系統(tǒng)接入企業(yè)的局域網(wǎng)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括誤差調(diào)測試應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)定制和通信接口設(shè)計(jì)。WindowCE是為小型設(shè)備如掌上電腦和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，是一個(gè)實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)。由于這些設(shè)備只有有限的資源，WindowCE必須能夠適應(yīng)這種限制，目前它的最小內(nèi)核只有500KB,不僅可以處理進(jìn)程、線程等操作系統(tǒng)對象，而且還可以讀寫文件、注冊表和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。WindowCE提供了豐富靈活的有線/無線網(wǎng)絡(luò)連接支持，另外還支持GPS、GPRS、ISDN等多種通信方式。WindowCE還為硬件上快速開發(fā)應(yīng)用提供了兩組端對端的開發(fā)工具集，包括操作系統(tǒng)卡發(fā)工具集Platform?Builder和應(yīng)用程序開發(fā)工具集MicrosoftEmbeddedVisualC++以及集成了.NETCoMPactFramework的MicrosoftVisualStudio.NET[4-5]。

3.1 操作系統(tǒng)定制

一個(gè)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)所包含的WindowCE特征取決于開發(fā)目標(biāo)，使用PlatformBuilder定制WindowCE平臺，執(zhí)行以下操作：

3.1.1 從PlatformBuilder的預(yù)配置BSP（BoardSupportPackage,BSP）選擇一個(gè)BSP或者開發(fā)者自己創(chuàng)建一個(gè)BSP;

3.1.2 從PlatformBuilder提供的設(shè)計(jì)模板中選擇一個(gè)基本的操作系統(tǒng)配置;

3.1.3 選擇開發(fā)者希望包含的附加應(yīng)用程序、媒體或網(wǎng)絡(luò)通信等支持，如InternetExplorer、PocketWord、藍(lán)牙等；

3.1.4 添加開發(fā)者希望添加的特征，包括無線網(wǎng)卡的驅(qū)動等。文中定制的操作系統(tǒng)將所需的無線網(wǎng)卡等硬件的驅(qū)動加入，將不需要的WindowCE組件如PocketWord等刪除，以便將節(jié)約的內(nèi)存空間留給應(yīng)用程序使用。

3.2 誤差調(diào)測試程序設(shè)計(jì)

誤差調(diào)測試程序在操作員完成電能表誤差測試臺上的掛架后自動完成企業(yè)所生產(chǎn)相電能表的校驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了在統(tǒng)一主界面下對多型號電能表的測試目的。程序采用MicrosoftVi?sualStudio.NET開發(fā)，操作界面如圖3所示。

誤差調(diào)測試程序主要采用了多線程編程技術(shù)和測試誤差的軟修正技術(shù)，以此提高電能表的誤差合格率。

3.2.1 多線程編程在此自動校表軟件中，校表通訊部分采用了多線程編程技術(shù)，即接收線程和發(fā)送線程。接收線程實(shí)時(shí)監(jiān)測通訊端口，只要通訊端口有數(shù)據(jù)則就被觸發(fā)就接收，此端口返回的數(shù)據(jù)是電能表誤差測試臺體返回的，根據(jù)端口返回的數(shù)據(jù)來判斷表位誤差是否正確，從而決定是否重新發(fā)送校表命令。發(fā)送線程為每一個(gè)表位創(chuàng)建了一發(fā)送隊(duì)列，通過先進(jìn)先出原理來實(shí)現(xiàn)，發(fā)送線程判斷只要此發(fā)送隊(duì)列有數(shù)據(jù)并且發(fā)送狀態(tài)不處于等待狀態(tài)就向端口發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了通訊多線程，大大提高了通訊和校表速度。

3.2.2 軟誤差修正軟誤差修正是指對被測電能表的誤差曲線進(jìn)行修正，文中軟誤差修正只針對以下三個(gè)特殊點(diǎn)進(jìn)行修調(diào):1.0的100%Ib，0.5L的100%Ib和1.0的5%Ib。在軟件修調(diào)過程中調(diào)測試程序自動根據(jù)調(diào)試點(diǎn)來控制切換測試臺體，等臺體所出誤差穩(wěn)定后，如果表的誤差范圍電能表誤差等級允許的范圍內(nèi)就認(rèn)為誤差合格，如果某表誤差不在容許的誤差范圍內(nèi)，就可以根據(jù)表位誤差值和誤差調(diào)試算法計(jì)算一個(gè)準(zhǔn)確值按其所對應(yīng)的表位進(jìn)行修調(diào)，一般只修調(diào)一次表誤差就可達(dá)到正確范圍。

3.3 通信接口設(shè)計(jì)

文中通信接口設(shè)計(jì)主要是指誤差調(diào)測試程序在完成誤差校驗(yàn)后將電能表的誤差等校驗(yàn)信息通過無線以太網(wǎng)接入企業(yè)信息管理系統(tǒng)，為企業(yè)電能表的校驗(yàn)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。文中采用Socket編程技術(shù)進(jìn)行將數(shù)據(jù)提交到企業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

圖3 誤差調(diào)測試參數(shù)設(shè)置界面

圖4 誤差調(diào)測試程序與服務(wù)器端口連接流程

Socket通常也稱作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄。美國伯克利大學(xué)為了能夠方便的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件在Unix上推出的一種應(yīng)用程序訪問通信協(xié)議。socket的出現(xiàn)使程序員可以很方便的訪問TCP/IP，從而開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的程序。應(yīng)用程序通常通過"套接字"向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求。Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，程序員可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序[6]。圖4是誤差調(diào)測試程序終端與企業(yè)服務(wù)器端建立網(wǎng)絡(luò)連接的流程。

誤差調(diào)測試系統(tǒng)的應(yīng)用程序雖然是一個(gè)典型的客戶—服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，采用Socket作為交互數(shù)據(jù)接口，用戶必須在此基礎(chǔ)上自己定義其應(yīng)用的通信協(xié)議，其通信協(xié)議的幀格式如下：

?

這里的記錄是指被測電能表的誤差等數(shù)據(jù)，由于單相和三相電能表這些參數(shù)的差異致使其數(shù)據(jù)長度不能統(tǒng)一。校驗(yàn)碼是用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性和正確性，由儀表數(shù)、儀表類型和記錄數(shù)三個(gè)部分進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算得到的。

4 結(jié)語

目前改進(jìn)的電能表自動校驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際使用中提高了生產(chǎn)效率。一方面，縮短了工時(shí)，在完成48表位的單相電能表的測試工作，所用時(shí)間為原來手工記錄測試的10%；另一方面，軟誤差修調(diào)技術(shù)的采用使所有表的誤差線性趨于一致并且將產(chǎn)品合格率由90%左右提高至95%左右。同時(shí)也為管理部門實(shí)時(shí)了解企業(yè)的生產(chǎn)情況提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。不過這項(xiàng)改進(jìn)的電能表校驗(yàn)系統(tǒng)是針對該公司現(xiàn)有的設(shè)備而開發(fā)的，不具有通用性。

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[2]張玫,曹建榮,段晨旭.全自動電能表誤差校驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)[J].電力自動化設(shè)備，2004，24（8）:59-61.

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[4]黃嘉輝.C#.NET網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社,2004.

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[6]黃嘉輝.C#.NET網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社,2004.