一種應用CAN總線技術的電表智能檢定裝置

馮 博

（沈陽工程學院電氣工程系，遼寧 沈陽 110036）

本文的主要闡述內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頻，且隨著電子技術的進步，已經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。

圖1 電能表檢定裝置組成圖

圖2 模擬信號放大采集裝置電路圖

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；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輸入電壓為5mV，輸出電壓在5mV-20mV范圍之內。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。

[1]陳航天.電能表檢定裝置及技術的發(fā)展[J].廣東輸電技術，2008（01）：42-44.

[2]吳玲艷.感應式電能表與電子式電能表的分析與比較[J].內蒙古電力技術，2006（S1）：71-72.

[3]張翱翔.智能多用戶電能表研究與設計[D].長沙理工大學，2010.

[4]達文光.淺談電能表檢定裝置現(xiàn)狀及技術要求[J].甘肅科技，2010（22）：82-84.

[5]張麗偉，申秀香，賈立平.0.01級標準電能表檢定裝置的組成與應用[J].河北電力技術，2012（03）：18-20.