专利名称：用于保护测控装置的内嵌式高精度电能计量模块的制作方法
技术领域：
本实用新型主要功能是用于计量保护测控对象的正向有功电能，并能向外输出电能计量脉冲，供其它设备采集。属于电能计量设备制造的技术领域。
背景技术：
当前，电力系统中对现场的自动化水平要求越来越高，对被测控对象一般都要配置微机型保护测控装置加以监控保护，另外还要加装一块电度表进行电量的采集；但是对于一些不是特别重要的测量对象，为了节约成本，可以考虑使用电度计量与保护测控功能合一的装置实现电量的计量。
目前多数保护测控一体化装置只能提供电度脉冲输入接口，用于采集外部电度表输出的电度脉冲，本身不具备电能采集的功能。还有部分厂家的装置采用软件积分的方法计算电能，由于这种方法大都是基于一个嵌入式中央处理器(MCU)的基础上实现的，这个MCU既要完成测量计算、保护计算、逻辑出口管理、人机接口管理、对外通讯等，MCU的负荷率较高，对电能累积计算的实时性较差，所以大都只能以秒为最小间隔时间，以某一个功率值做为这一段累积时间(秒)的平均功率对电能进行累积，由此带来的累积误差较大，电能计量精度得不到有效保证。这种方式的计量精度一般只能达到2％。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是提供一种用于保护测控装置的内嵌式高精度电能计量模块，该模块体积小、接口简单方便、成本低、精度高，简化系统的组网规模，减少施工量，节约电缆等等，综合成本可以大大降低。
技术方案本实用新型的基本实现方案是电压、电流及信号放大回路是测量模块与电能计量模块公用；信号处理转换，电能的积分计算，电能脉冲的输出是采用“飞利浦公司单片机(P89C58)+电能专用处理芯片(CS5460A)”单独实现的，与测量模块无关。
该模块内嵌在保护测控装置内，它包括电压处理模块、电流处理模块、信号调理模块、电能计量模块、主CPU处理模块、通讯接口模块；其中电压处理模块的输入端接电压输入信号，电流处理模块的输入端接电流输入信号，电压处理模块电流处理模块的输出端分别接信号调理模块的输入端，信号调理模块的输出端接CS5460A电能计量模块的输入端，电能计量模块、CPU处理模块、通讯接口模块串联连接。
具体电路的连接为电压处理模块中的电压处理电路“U8”的输出端“AI1”接信号调理模块中的接口“J1”的“In”端，电流处理模块中的电流处理电路“U7”的输出端“AI10”接信号调理模块中的接口“J1”的“Ua”端；信号调理模块中的接口“J1”的“Ia、Uc”端接CS5460A电能计量模块中第一计量电路“U4”的“9、10”端，信号调理模块中的接口“J1”的“Ib、Uc”端接CS5460A电能计量模块中第二计量电路“U5”的“9、10”端；电能计量模块中第一计量电路“U4”的“串行数据接口”端接CPU处理模块中CPU处理电路“U1”的“输入输出口”端，电能计量模块中第二计量电路“U5”的“串行数据接口”端接CPU处理模块中CPU处理电路“U1”的“输入输出口”端；CPU处理模块中CPU处理电路“U1”的“TXD、RXD”端接通讯接口模块中通讯接口电路“U40”的“T1N、R10”端。
本模块实现方案主要有如下特点一方面，由于本模块的功能主要是电能累积计算，MCU的负荷率较低，所以处理的实时性可以得到有效保证。
另一方面，由于采用的是电能专用处理芯片，该芯片每秒可以处理转换得到几千次实时功率值，然后由该芯片实现上述每点功率值在一定时间内的积分计算，该时间间隔可以达到几百微秒级，而且这种采样、装换、积分计算可以由CS5460A单独实现，不需其它软、硬件干预，MCU可以通过接口定时从CS5460A读取再做一定的处理。这种方式的计量精度可以达到0.5％。
综上所述，采用“MCU+电能专用处理芯片(CS5460A)”的方式去实现电能的累积计算在精度上可以得到有效保证，
有益效果本模块体积小、接口简单方便、成本低、精度高，在一些不需要对电量计费，只需对用电量进行厂内监控的场合，完全可以用内嵌电能计量模块的保护测控装置实现常规模式下，需要保护测控装置和电度表两个装置才能实现的功能。这种合二为一的方案可以大大减少厂用电系统的硬件成本，简化系统的组网规模，减少施工量，节约电缆等等，可以使用户的综合成本大大降低。
本模块的应用，不仅在软件计算上实现了与保护测量的相互独立，同时在硬件上也是独立实现，精度可以达到0.5％，可以满足实际应用的需求。
图1为本实用新型的基本实现框图，其中有电压处理模块1、电流处理模块2、信号调理模块3、CS5460A电能计量模块4、P89C58主CPU处理模块5、通讯接口模块6。
图2为本实用新型电压处理模块1、电流处理模块2、信号调理模块3、CS5460A电能计量模块4的电原理图。
图3为本实用新型P89C58主CPU处理模块5、通讯接口模块6的电原理图。
具体实施方式
本实用新型模块中各模块的功能如下所述电压处理模块1、电流处理模块2主要功能是将外部输入的高电压、大电流信号转换为低电压信号。这两个模块是保护测量模块和电能计量模块的公用模块。
信号调理模块3的主要功能是通过电阻网络将处理后的低电压信号转换成电能计量专用芯片所需量程内的小信号。
CS5460A电能计量模块4的主要功能是对转换后的电流、电压输入信号经过处理计算后得到实时的电流、电压、及有功功率值。
P89C58主CPU处理模块5的主要功能是对被测对象的实时功率进行累积，并且能够向外部输出与电能量大小成比例的脉冲序列。
通讯接口模块6的主要功能是实现电能计量模块和保护测控装置主CPU模块间的数据交换。
该模块内嵌在保护测控装置内，它包括电压处理模块1、电流处理模块2、信号调理模块3、电能计量模块4、主CPU处理模块5、通讯接口模块6；其中电压处理模块1的输入端接电压输入信号，电流处理模块2的输入端接电流输入信号，电压处理模块1电流处理模块2的输出端分别接信号调理模块3的输入端，信号调理模块3的输出端接CS5460A电能计量模块4的输入端，电能计量模块4、CPU处理模块5、通讯接口模块6串联连接。
电压处理模块1中的电压处理电路“U8”的输出端“AI1”接信号调理模块3中的接口“J1”的“In”端，电流处理模块2中的电流处理电路“U7”的输出端“AI10”接信号调理模块3中的接口“J1”的“Ua”端；信号调理模块3中的接口“J1”的“Ia、Uc”端接CS5460A电能计量模块4中第一计量电路“U4”的“9、10”端，信号调理模块3中的接口“J1”的“Ib、Uc”端接CS5460A电能计量模块4中第二计量电路“U5”的“9、10”端；电能计量模块4中第一计量电路“U4”的“串行数据接口”端接CPU处理模块5中CPU处理电路“U1”的“输入输出口”端，电能计量模块4中第二计量电路“U5”的“串行数据接口”端接CPU处理模块5中CPU处理电路“U1”的“输入输出口”端；CPU处理模块5中CPU处理电路“U1”的“TXD、RXD”端接通讯接口模块6中通讯接口电路“U40”的“T1N、R10”端。
本模块是WDZ系列厂用电保护测控装置的嵌入式组件，和保护测控装置配套使用，既能实现对厂用电系统电动机、电源进线、低压变压器等对象的保护及测量功能，同时能够准确计量以上对象的有功电能。
本模块主要采用的功能元件是飞利浦公司的MCU——P89C58单片机和电能专用采集芯片——CS5460A；本模块必须与WDZ系列保护测控装置配套使用，才能实现它的电能采集功能。基本的电路设计可以参照图2基本原理图设计实现。
本模块使用的主要元器件清单如下
权利要求1.一种用于保护测控装置的内嵌式高精度电能计量模块，其特征在于该模块内嵌在保护测控装置内，它包括电压处理模块(1)、电流处理模块(2)、信号调理模块(3)、电能计量模块(4)、主CPU处理模块(5)、通讯接口模块(6)；其中电压处理模块(1)的输入端接电压输入信号，电流处理模块(2)的输入端接电流输入信号，电压处理模块(1)电流处理模块(2)的输出端分别接信号调理模块(3)的输入端，信号调理模块(3)的输出端接CS5460A电能计量模块(4)的输入端，电能计量模块(4)、CPU处理模块(5)、通讯接口模块(6)串联连接。
2.根据权利要求1所述的用于保护测控装置的内嵌式高精度电能计量模块，其特征在于电压处理模块(1)中的电压处理电路“U8”的输出端“AI1”接信号调理模块(3)中的接口“J1”的“In”端，电流处理模块(2)中的电流处理电路“U7”的输出端“AI10”接信号调理模块(3)中的接口“J1”的“Ua”端；信号调理模块(3)中的接口“J1”的“Ia、Uc”端接CS5460A电能计量模块(4)中第一计量电路“U4”的“9、10”端，信号调理模块(3)中的接口“J1”的“Ib、Uc”端接CS5460A电能计量模块(4)中第二计量电路“U5”的“9、10”端；电能计量模块(4)中第一计量电路“U4”的“串行数据接口”端接CPU处理模块(5)中CPU处理电路“U1”的“输入输出口”端，电能计量模块(4)中第二计量电路“U5”的“串行数据接口”端接CPU处理模块(5)中CPU处理电路“U1”的“输入输出口”端；CPU处理模块(5)中CPU处理电路“U1”的“TXD、RXD”端接通讯接口模块(6)中通讯接口电路“U40”的“T1N、R10”端。
专利摘要用于保护测控装置的内嵌式高精度电能计量模块是用于计量保护测控对象的正向有功电能，并能向外输出电能计量脉冲，供其它设备采集，该模块内嵌在保护测控装置内，它包括电压处理模块(1)、电流处理模块(2)、信号调理模块(3)、电能计量模块(4)、主CPU处理模块(5)、通讯接口模块(6)；其中电压处理模块(1)的输入端接电压输入信号，电流处理模块(2)的输入端接电流输入信号，电压处理模块(1)电流处理模块(2)的输出端分别接信号调理模块(3)的输入端，信号调理模块(3)的输出端接CS5460A电能计量模块(4)的输入端，电能计量模块(4)、CPU处理模块(5)、通讯接口模块(6)串联连接。
文档编号G01R11/00GK2886580SQ200620070198
公开日2007年4月4日 申请日期2006年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者刘俊 申请人:江苏金智科技股份有限公司