本发明属于电能计量培训技术领域，尤其涉及一种高压计量箱接线仿真培训系统及其操作方法。
背景技术：
在电力系统生产中，电能是最终产品，对电能的计量极为重要；电能计量的准确性一方面与计量装置有关，另一方面也与操作人员密不可分，因此，对操作人员进行高压计量箱接线和操作培训显得尤为重要。
现在市场上常见的高压计量箱只能适用于高压计量现场，并且由于其体积庞大，比较笨重，不方便搬入培训室进行培训教学；在对操作人员进行接线培训时，现有的高压计量箱具有实际的高压，而操作人员在不熟练的情况下进行操作，对培训而言存在不安全因素；现有的高压计量箱采用实际的电压互感器和电流互感器，增加了培训装置的制作成本，增加了培训装置的重量，不便于实际操作。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种高压计量箱接线仿真培训系统及其操作方法。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种高压计量箱接线仿真培训系统，包括依次连接的上位机、控制机、虚拟仿真三相功率源、仿真高压计量组合互感器以及仿真高压计量表箱；所述控制机还分别与仿真高压计量组合互感器、仿真高压计量表箱连接；
所述虚拟仿真三相功率源，用于在上位机的控制下选择输出三相三线控制信号或三相四线控制信号，模拟真实的三相高电压和大电流功率源功能；
所述仿真高压计量组合互感器，用于模拟真实的电压互感器和电流互感器功能；
所述仿真高压计量表箱，用于模拟真实的三相电能表功能；
所述控制机，用于采集仿真高压计量组合互感器和仿真高压计量表箱接线端子的接线情况信息，并上传给上位机，同时执行上位机发送的控制指令；
所述上位机，用于对控制机发送控制指令、接收控制机上传的信息，并进行信号处理与分析，将实际试验接线情况在上位机的仿真界面上显示出来。
进一步的，所述仿真高压计量组合互感器包括第一仪表箱以及设置在第一仪表箱内的仿真电压互感器和仿真电流互感器；所述仿真电压互感器和仿真电流互感器的一次输入接线端子分别与虚拟仿真三相功率源的输出端、控制机连接，其二次输出接线端子分别与仿真高压计量表箱的接线端子、控制机连接。
进一步的，所述仿真电压互感器和仿真电流互感器均为三台。
进一步的，所述仿真高压计量表箱包括第二仪表箱以及设置在第二仪表箱内的三相三线仿真电能表和三相四线仿真电能表；所述三相三线仿真电能表或三相四线仿真电能表的接线端子分别与仿真高压计量组合互感器的二次输出接线端子、控制机连接。
进一步的，所述三相三线仿真电能表和三相四线仿真电能表的外观均与实际的三相三线电能表和三相四线电能表一致，且均包括接线端子和显示单元。
进一步的，所述控制机包括头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块、RS232收发器模块、MCU模块以及供电单元模块；所述MCU模块分别与所述头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块以及供电单元模块连接；所述MCU模块还与RS232收发器模块连接；
所述头接线端驱动输出模块，用于接收MCU模块发出的驱动控制信号，给待判断的接线端子施加逻辑电平；
所述尾接线端采集输入模块，用于对与其连接的接线端子扫描并将接线端子的电平信号传输给MCU模块，逐一查询除待判断接线以外的其他接线端子的电平状态；
所述极性与信号判别模块，用于实现信号的放大和模数转换；
所述RS232收发器模块，用于将尾接线端采集输入模块的信号传输至上位机或者将上位机的控制指令传输至控制机；
所述MCU模块，用于控制头接线端驱动输出模块驱动待判断接线端子，并不断扫描尾接线端采集输入模块的电平信号，判断各个模拟接线端子之间接线的通断关系；同时还负责控制头接线端驱动输出模块具体驱动哪根接线端子对应的导线；
所述供电单元模块，用于为整个控制机提供电源。
进一步的，所述头接线端驱动输出模块采用74HC374或8位锁存器集成电路。
进一步的，所述尾接线端采集输入模块采用75HC244或8位3态门集成电路。
进一步的，所述极性与信号判别模块是由跨导放大器与过零检测电路组成。跨导放大器的作用是把信号充分放大，以保证检测的灵敏度，过零检测电路的作用是把正弦波模拟信号变为数字信号，便于MCU模块处理；MCU模块得到这些信号后，按照一定的算法，则可判断出极性的正与反。
进一步的，所述MCU模块采用PQFP44封装的MPC82G 516A单片机芯片，MPC82G516 A 是基于80C51的高效1-T结构的单芯片微处理器，每条指令需要1~7个时钟信号 (比标准8051快6~7倍)，与8051指令集兼容。因此在与标准8051有同样的处理能力的情况下，MPC82G516A只需要非常低的运行速度，同时由此能很大程度的减少耗电量。
进一步的，一种高压计量箱接线仿真培训系统的操作方法，包括如下步骤：
步骤1：上位机加载测试设置高压计量箱接线仿真界面，打开RS232串口与控制机连接，如果连接成功，则跳转至步骤2，否则返回上位机仿真界面；
步骤2：在上位机仿真界面上创建数据缓冲区，并通过RS232串口发送控制指令和接收信息，实时侦听控制机上传的数据；
步骤3：当侦听到数据缓冲区有数据时，接收数据，并进行验证，验证失败直接抛弃数据，验证成功则储存数据，达到接收数据目的；
步骤4：在接线后，控制机根据虚拟仿真三相功率源、仿真互感器和仿真电能表的数据进行处理显示；
步骤5：接线正确，则在上位机仿真界面上显示对应连接线；接线错误，则在上位机仿真界面上显示错误接线并给出显著标识。
与现有技术相比，本发明所提供的高压计量箱接线仿真培训系统，包括依次连接的上位机、控制机、虚拟仿真三相功率源、仿真高压计量组合互感器以及仿真高压计量表箱，通过采用虚拟仿真三相功率源和仿真互感器来实现高压仿真计量箱的接线培训操作，在实际培训过程中无高压输入，保证了接线培训过程中的安全性；仿真互感器、仿真电能表的形状尺寸和接线均与实际的互感器、电能表一致，使学员通过该仿真培训系统培训后更容易适应现场的实际接线工作；
本发明的控制机完全满足互感器检定接线模拟系统或其他类似的仿真测试系统的技术要求，能实现全电子化、实时地、准确地判断模拟接线的通断状态，并及时地、不断地将结果数据上传给上位机作接线的对错判断等进一步处理；上位机可以对仿真高压计量组合互感器和仿真高压计量表箱的模拟接线接线端子进行试验接线判断，并在上位机上能将实际试验接线情况显示出来，最大限度的激发学员对现场工作的理解力和实际操作能力，迅速提高学员操作技能，具有较强的生产实际意义；
本发明安全可靠、结构简单、轻便，制作成本低，既降低了培训成本，又保证了培训效果，具有很好的实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种高压计量箱接线仿真培训系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的一种高压计量箱接线仿真培训系统，包括依次连接的上位机、控制机、虚拟仿真三相功率源、仿真高压计量组合互感器以及仿真高压计量表箱；控制机还分别与仿真高压计量组合互感器、仿真高压计量表箱连接；仿真高压计量组合互感器包括第一仪表箱以及设置在第一仪表箱内的仿真电压互感器和仿真电流互感器；仿真高压计量表箱包括第二仪表箱以及设置在第二仪表箱内的三相三线仿真电能表和三相四线仿真电能表；仿真电压互感器和仿真电流互感器的一次输入接线端子分别与虚拟仿真三相功率源的输出端连接，仿真电压互感器和仿真电流互感器的二次输出接线端子分别选择与三相三线仿真电能表或三相四线仿真电能表的接线端子连接。仿真电压互感器和仿真电流互感器均为三台。
三相三线仿真电能表和三相四线仿真电能表的外观均与实际的三相三线电能表和三相四线电能表一致，且均包括接线端子和显示单元。
控制机包括头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块、RS232收发器模块、MCU模块以及供电单元模块；MCU模块分别与头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块以及供电单元模块连接；MCU模块还与RS232收发器模块连接；通过RS232收发器模块实现上位机与控制机的数据交换通信；头接线端驱动输出模块分别与仿真电压互感器和仿真电流互感器一次输入接线端子的端头连接，尾接线端采集输入模块分别与仿真电压互感器和仿真电流互感器一次输入接线端子的端尾连接；头接线端驱动输出模块还分别与仿真电压互感器和仿真电流互感器二次输出接线端子的端头连接，尾接线端采集输入模块分别选择与三相三线仿真电能表或三相四线仿真电能表接线端子的端尾连接；通过尾接线端采集输入模块检测仿真互感器（包括仿真电压互感器和仿真电流互感器）一次输入接线端子端尾、仿真电能表（包括三相三线仿真电能表和三相四线仿真电能表）接线端子端尾的电平状态，如果检测到的电平状态与头接线端驱动输出模块输出的逻辑电平一致，则认为该线路为通路，同时通过RS232收发器模块反馈给上位机，且在上位机的仿真界面上显示。
头接线端驱动输出模块采用74HC374或8位锁存器集成电路；尾接线端采集输入模块采用75HC244或8位3态门集成电路；极性与信号判别模块是由跨导放大器与过零检测电路组成；跨导放大器的作用是把信号充分放大，以保证检测的灵敏度，过零检测电路的作用是把正弦波模拟信号变为数字信号，便于MCU模块处理；MCU模块得到这些信号后，按照一定的算法，则可判断出极性的正与反。
MCU模块采用PQFP44封装的MPC82G 516A单片机芯片，MPC82G516 A 是基于80C51的高效1-T结构的单芯片微处理器，每条指令需要1~7个时钟信号 (比标准8051快6~7倍)，与8051指令集兼容。因此在与标准8051有同样的处理能力的情况下，MPC82G516A只需要非常低的运行速度，同时由此能很大程度的减少耗电量。
控制机在进行接线判断时，MCU模块发出驱动控制信号，通过头接线端驱动输出模块产生逻辑低电平驱动某一根接线端子导线的端头，给识别的端头馈以低电平，而其他导线端头均馈以高电平；MCU模块采用程序扫描的方式，扫描周期小于100ms，通过尾接线端采集输入模块，逐一查询其他导线尾端的电平状态，若尾接线端采集输入模块对应的接线端尾上测到的电平为低电平，说明该点与端头连通，若测到的电平为高电平，说明该点与线头断开，MCU模块将尾接线端采集输入模块接线端尾电平状态全部采集一遍，这样判断出被驱动导线与其他导线的通断连接关系；按此过程循环，头接线端驱动输出模块扫描式的快速进行驱动其余模拟导线的接线端头，当全部线的端头逐一被驱动完成后，MCU模块就能实时地采集到全部导线的通断状况，得到全部导线之间的连接关系； MCU模块完成全部导线的通断状况的采集后按照通信协议通过RS232收发器模块将导线通断连接关系的结果上传给上位机，上位机再根据标准的通断关系与RS232收发器模块送来的实际连接关系比较，进行接线关系对错的判断。至此，整个接线判断过程结果。从采集到发送数据完成的整个周期，不大于100ms，实时采集了全部导线相互的连接关系。
上位机还通过RS232串口下发控制指令，经过控制机控制虚拟仿真三相功率源选择输出三相三线控制信号或三相四线控制信号，完成虚拟仿真三相功率源与仿真电流互感器和仿真电压互感器之间的接线，实现按两元件或三元件接线的培训；完成仿真电流互感器和仿真电压互感器与三相三线仿真电能表或三相四线仿真电能表之间的接线，模拟三相三线仿真电能表或三相四线仿真电能表的接线培训。
一种高压计量箱接线仿真培训系统的操作方法，包括如下步骤：
步骤1：上位机加载测试设置高压计量箱接线仿真界面，打开RS232串口与控制机连接，如果连接成功，则跳转至步骤2，否则返回上位机仿真界面；
步骤2：在上位机仿真界面上创建数据缓冲区，并通过RS232串口发送控制指令和接收信息，实时侦听控制机上传的数据；
步骤3：当侦听到数据缓冲区有数据时，接收数据，并进行验证，验证失败直接抛弃数据，验证成功则储存数据，达到接收数据目的；
步骤4：在接线后，控制机根据虚拟仿真三相功率源、仿真互感器（包括仿真电压互感器和仿真电流互感器）和仿真电能表（包括三相三线仿真电能表和三相四线仿真电能表）的数据进行处理显示；
步骤5：接线正确，则在上位机仿真界面上显示对应连接线；接线错误，则在上位机仿真界面上显示错误接线并给出显著标识。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。