专利名称：基于组态软件的多功能电能表功能检测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能电能表检测装置，尤其涉及一种基于组态软件的多功能电 能表功能检测装置及其方法。
背景技术：
多功能电能表(智能电表)是指由测量单元和数据处理单元等组成，除计量有功 /无功电能量外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、存储和输出数据的电能 表。它主要用于电力系统中重要的关口计量点和电力大客户的计费结算。随着电子技术的 飞速发展和智能电网的建设，多功能电能表的功能扩展日新月异，除了基本的电能计量功 能外，一般还具备需量测量、费率和时段、测量数据存储、冻结、事件记录、通信等诸多功能， 功能上已可以取代失压计时器、电能质量监测仪等多种仪表。由于多功能电能表功能复杂，在启用各项功能前，必须通过特定的通信协议对多 功能电能表进行参数设置。因此，在投入使用前，生产企业要根据不同地区的具体应用情况 对电能表进行参数设置，在电能表运行期间，供电企业也需要对部分参数进行更改。电能表 的功能和通信协议是相对独立又紧密联系的两个部分，电能表的多功能需要通过通信协议 进行参数设置，但参数设置正确并不能保证电能表的功能运行正确。因此对电能表的功能 检测必须结合通信协议一起考核。近几年随着供电公司对用电管理要求的不断深化，作为主要计量强检设备的电能 表，其功能也在随之不断地丰富和完善。为了保证电能表在现场能够安全、稳定地工作，杜 绝伪劣产品影响电能的公平公正计量，国家和行业颁布了一系列的标准来规范电能表的功 能和性能指标，检测机构也做出了很多努力完善电能表的检测工作；目前电能表型式试验 项目最多已达到三十几项，包括产品绝缘性能、机械性能、电磁兼容等多项指标考核。在众 多考核项目中，电能表的多功能部分的功能检测却一直没有得到电力用户和检测机构的足 够重视。目前所有的电能表检测装置，仅仅是对电能表的误差和部分简单的单项通信协议 进行检测，例如写表地址、写时间等，而没有结合通信协议一起检测电能表的备用时段投 切、失压失流记录、冻结数据等其他功能的装置和方法。由于缺乏面向电能表功能检测的检 测装置，人工检测耗时耗力，无法满足对电能表的各种功能进行全面测试的工作需要，不能 及时发现电能表产品的质量隐患，直接导致了部分电能表产品在运行中发现功能不符合规 范要求的现象，给供电企业造成严重的经济损失和不良的社会影响。另一方面，由于技术进步和需求的不断变化，电能表的功能和通信协议会不断更 新变化，常规的检测系统软件部分要实现某一任务，都是通过编写固定的程序来实现的，这 种方法不能及时地适应电能表的功能和通信协议的变化。
发明内容
针对上述现有技术手段存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种结构简单、 操作方便、便于检测更新和节约人力物力的基于组态软件的多功能电能表功能检测装置及其方法。本发明的目的是这样实现的一、多功能电能表功能检测装置(简称装置)如图1，本装置包括PC机、程控三相功率源、电能表、串口扩展器和物理层转换器；程控三相功率源由信号源、电压功率放大器和电流功率放大器组成；物理层转换器包含无线转换器、载波转换器和RS-485转换器本装置的连接关系是PC机和信号源通过RS-232接口相连；信号源输出端分别连接电压功率放大器和 电流功率放大器的输入端；电压功率放大器的输出端通过电压线并行连接到一只或多只电 能表的电压回路；电流功率放大器的输出端通过电流线串行连接到一只或多只电能表的电 流回路；PC机和串口扩展器相连，用于扩展PC机的串口数量；串口扩展器扩展出来的串口 分别与物理层转换器中的无线转换器、载波转换器和RS-485转换器相连；无线转换器和具 备无线通信功能的电能表通过无线信道连接；载波转换器和具备载波通信功能的电能表通 过电压线连接；RS-485转换器和具备RS-485通信功能的电能表通过RS-485总线连接。本装置的工作原理是本装置通过PC机中的检测软件控制程控三相功率源输出电压、电流信号给电能 表；程控三相功率源输出电压、电流信号的幅度、相位和相序均可以调节，从而在实验室就 可以模拟出电能表在现场运行的工况和各种异常用电状态；PC机通过串口扩展器和物理 层转换器最终和电能表连接，建立了 PC机中的检测软件与电能表的通信信道，使检测软件 能够读取和设置电能表的各种数据和参数；检测软件控制电能表运行在工况时，可以检测 电能表的通信协议符合性，可以在设置电能表参数后检测电能表的功能是否运行正确；检 测软件控制电能表运行在异常用电状态时，可以检测电能表的事件记录功能是否正确。本发明具有以下优点和积极效果①本装置将电能表运行工况和通信协议结合在一起考核电能表的功能，实现了功 能检测自动化，提高了对电能表功能检测的检测效果；②功能检测项目可自行配置和修改，无需修改源程序，提高了系统的实用性；③通信协议可自行配置、修改和增补，同时支持无需修改源程序，提高了系统的灵 活性；④本装置可同时进行多块电能表的功能检测，提高了电能表的检测效率。
图1是本装置结构框图；图2是本装置PC机检测软件的基本流程图。其中10-PC 机；20-程控三相功率源，21-信号源，22-电压功率放大器，23-电流功率放大器；
5
30-电能表，31,32……3n_第一、第二……第n电能表；40-串口扩展器；50-物理层转换器，51-无线转换器，52-载波转换器，53-RS-485 转换器；V-电压线；I-电流线；Z-485 总线。
具体实施例方式一、装置1、总体如图1，本装置包括PC机10、程控三相功率源20、被检测电能表30、串口扩展器40 和物理层转换器50 ；程控三相功率源20由信号源21、电压功率放大器22和电流功率放大器23组成；物理层转换器50包含无线转换器51、载波转换器52和RS-485转换器53 本装置的连接关系是PC机10和信号源21通过RS-232接口相连；信号源21输出端分别连接电压功率 放大器22和电流功率放大器23的输入端；电压功率放大器22的输出端通过电压线V并行 连接到一只或多只被检测的电能表30的电压回路；电流功率放大器23的输出端通过电流 线I串行连接到一只或多只被检测的电能表30的电流回路；PC机10和串口扩展器40相 连，用于扩展PC机10的串口数量；串口扩展器40扩展出来的串口分别与物理层转换器50 中的无线转换器51、载波转换器52和RS-485转换器53相连；无线转换器51和具备无线 通信功能的电能表30通过无线信道连接；载波转换器52和具备载波通信功能的电能表30 通过电压线V连接；RS-485转换器53和具备RS-485通信功能的电能表30通过RS-485总 线Z连接。程控三相功率源20的基本技术指标如下①电压量程:3X57.7V/220V.3X100V/380V②电流量程3 X 0. 1A 25A③电流、电压调节范围0 120%额定值④输出频率45Hz 65Hz⑤移相范围0 360°2、功能块1) PC 机 10PC机10是一种常用个人计算机，其硬件配置为主流配置，安装专用PC机检测软件 和串口扩展器40。PC机检测软件见后文介绍。
2)程控三相功率源20程控三相功率源20由信号源21、电压功率放大器22和电流功率放大器23构成， 信号源21分别与电压功率放大器22和电流功率放大器23连接；有标准上市产品。程控三相功率源20具备RS-232通信接口，能输出低失真度的正弦波信号，能实现 任意电压、电流、相位的独立调整。程控三相功率源20可以是分体式，也可以是一体式结构。(1)信号源 21信号源21是一种常用数字信号源，能直接输出三相电压和三相电流，通过RS-232 通信接口实现任意电压、电流、相位的独立调整和谐波的输出。(2)电压功率放大器22电压功率放大器22是对信号源21输出的交流电压信号进行功率放大，以满足三 相功率源输出功率的要求。其工作原理是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将输入信号的功率进行放大。(3)电流功率放大器23电流功率放大器23是对信号源21输出的交流电流信号进行功率放大，以满足三 相功率源输出功率的要求。其工作原理同电压功率放大器22。3)电能表 30电能表30包括第一电能表31、第二电能表32……第n电能表3n。每个电能表都有标准上市产品。电能表30以内置的微处理器为核心，由测量单元和数据处理单元等组成，除计量 有功/无功电能量外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、存储和输出数据 的单、三相的电能。4)串口扩展器40串口扩展器40是为了解决普通PC机10串口数量不足，扩展PC机10串口数量的 标准上市产品。本装置采用Moxa公司的C320Turbo型多串口卡。5)物理层转换器50物理层转换器50是一种把PC机10的RS-232物理接口转换成与电能表30物理 通信接口相匹配的装置，由无线转换器51、载波转换器52和RS-485转换器53组成。(1)无线转换器51无线转换器51是一种将RS-232通信接口转换成无线通信接口的设备；常见的有GPRS调制解调器，有标准的上市产品。(2)载波转换器52载波转换器52是一种将RS-232通信接口转换成载波通信接口的设备；根据电能表30具体的载波类型选择使用；常见的有青岛东软公司的PR016型转换 器和北京福星晓程公司的DEM03201型转换器。(3) RS-485 转换器 53RS-485转换器53是一种将RS-232通信接口转换成RS-485通信接口的设备。常 见的是使用美国德州仪器公司的SN75LBC184芯片或美国MAXIM公司MAX3221E芯片制造。 有标准上市产品。
二、方法本发明提供PC机检测软件采用的是基于组态软件的功能检测方法，包括下列步 骤①开始0，基本参数输入1，主要是确定被检测的电能表30的电压、电流规格以及 通信模式等基本参数；②功能检测项目配置2，主要是配置电能表30的功能检测项目，每种功能检测项 目由组件模块进行配置(排列组合)，实现对电能表30各种功能的自动检测；所述的组件模块包括7个模块源控制模块，参数设置模块，数据读取模块，比较 判断模块(数字类、字符类、逻辑类、人工判断)，延时模块，数据恢复模块和提示信息模块；③协议一致性检测3，主要是确定被检测的电能表30的通信协议是否符合要求， 便于后续的功能检测顺利进行；④电能表参数存储4，主要是保存电能表30在检测前的一些重要参数，以便检测 完成后恢复电能表30的原始参数；⑤基于组态的功能检测5，根据步骤②预先设置好的功能检测项目对电能表30的 各种功能进行检测并给出检测结论；⑥电能表参数恢复6，将步骤④中存储的参数恢复到电能表30 ；⑦数据保存7，将检测的详细过程和结论保存到数据库，便于查询管理；结束8。PC机检测软件使用的通信协议取自软件自带的协议数据库，协议数据库可以方便 地在程序中进行扩展，无需修改主程序。所述步骤②中的7个模块a、源控制模块的功能是控制程控三相功率源20输出的电压、电流信号给电能表 30，模拟出电能表30产生各种记录和事件所需的运行工况。b、参数设置模块的功能是依据电能表30的功能给电能表30写入必须的运行参 数，使电能表30具备特定的功能。c、数据读取模块的功能是通过串口扩展器40和物理层转换器50读取电能表30 的各类参数，用于数据比较或数据恢复。d、比较判断模块的功能是将读取到或观察到的数据内容与电能表30预计产生的 数据进行对比，以确定电能表30的功能是否合格；其具体又分为数字类、字符类、逻辑类和人工判断共4类数据的比较。e、延时模块的功能是为了配合源控制模块产生各种记录和事件所需的运行工况 而进行的时间延长控制。f、数据恢复模块的功能是将数据读取模块中读出的参数重新设置到电能表30 中。g、提示信息模块的功能是为保证检测过程顺利进行而给检测人员提供的辅助参
考fn息。
权利要求
一种基于组态软件的多功能电能表功能检测装置，其特征在于本装置包括PC机(10)、程控三相功率源(20)、电能表(30)、串口扩展器(40)和物理层转换器(50)；程控三相功率源(20)由信号源(21)、电压功率放大器(22)和电流功率放大器(23)组成；物理层转换器(50)包含无线转换器(51)、载波转换器(52)和RS-485转换器(53)本装置的连接关系是PC机(10)和信号源(21)通过RS-232接口相连；信号源(21)输出端分别连接电压功率放大器(22)和电流功率放大器(23)的输入端；电压功率放大器(22)的输出端通过电压线(V)并行连接到一只或多只被检测的电能表(30)的电压回路；电流功率放大器(23)的输出端通过电流线(I)串行连接到一只或多只被检测的电能表(30)的电流回路；PC机(10)和串口扩展器(40)相连，用于扩展PC机(10)的串口数量；串口扩展器(40)扩展出来的串口分别与物理层转换器(50)中的无线转换器(51)、载波转换器(52)和RS-485转换器(53)相连；无线转换器(51)和具备无线通信功能的电能表(30)通过无线信道连接；载波转换器(52)和具备载波通信功能的电能表(30)通过电压线(V)连接；RS-485转换器(53)和具备RS-485通信功能的电能表(30)通过RS-485总线(Z)连接。
2.按权利要求1所述装置的基于组态软件的功能检测方法，其特征在于包括下列步骤①开始(0)，基本参数输入(1)，主要是确定被检测的电能表30的电压、电流规格以及 通信模式等基本参数；②功能检测项目配置(2)，主要是配置电能表(30)的功能检测项目，每种功能检测项 目由组件模块进行配置，实现对电能表(30)各种功能的自动检测；所述的组件模块包括7个模块源控制模块，参数设置模块，数据读取模块，比较判断 模块，延时模块，数据恢复模块和提示信息模块；③协议一致性检测(3)，主要是确定被检测的电能表(30)的通信协议是否符合要求， 便于后续的功能检测顺利进行；④电能表参数存储(4)，主要是保存电能表(30)在检测前的一些重要参数，以便检测 完成后恢复电能表(30)的原始参数；⑤基于组态的功能检测(5)，根据步骤②预先设置好的功能检测项目对电能表(30)的 各种功能进行检测并给出检测结论；⑥电能表参数恢复(6)，将步骤④中存储的参数恢复到电能表(30)；⑦数据保存(7)，将检测的详细过程和结论保存到数据库，便于查询管理； 结束⑶。检测软件使用的通信协议取自软件自带的协议数据库，协议数据库可以方便地在程序 中进行扩展，无需修改主程序。
3.按权利要求2所述基于组态软件的功能检测方法，其特征在于 所述步骤②中的7个模块a、源控制模块的功能是控制程控三相功率源(20)输出的电压、电流信号给电能表 (30)，模拟出电能表(30)产生各种记录和事件所需的运行工况；b、参数设置模块的功能是依据电能表(30)的功能给电能表(30)写入必须的运行参 数，使电能表(30)具备特定的功能；c、数据读取模块的功能是通过串口扩展器(40)和物理层转换器(50)读取电能表(30) 的各类参数，用于数据比较或数据恢复；d、比较判断模块的功能是将读取到或观察到的数据内容与电能表(30)预计产生的数 据进行对比，以确定电能表(30)的功能是否合格；其具体又分为数字类、字符类、逻辑类和人工判断共4类数据的比较；e、延时模块的功能是为了配合源控制模块产生各种记录和事件所需的运行工况而进 行的时间延长控制；f、数据恢复模块的功能是将数据读取模块中读出的参数重新设置到电能表(30)中；g、提示信息模块的功能是为保证检测过程顺利进行而给检测人员提供的辅助参考信肩、o
全文摘要
本发明公开了一种基于组态软件的多功能电能表功能检测装置及其方法，涉及一种多功能电能表检测装置。本装置包括PC机、程控三相功率源、电能表、串口扩展器和物理层转换器；本方法包括基本参数输入、功能检测项目配置、协议一致性检测、电能表参数存储、基于组态的功能检测、电能表参数恢复和数据保存。本发明具有以下优点和积极效果将电能表运行工况和通信协议结合在一起考核电能表的功能，实现了功能检测自动化，提高了对电能表功能检测的检测效果；功能检测项目可自行配置和修改；通信协议可自行配置、修改和增补；可同时进行多块电能表的功能检测，提高了电能表的检测效率。
文档编号G01R35/04GK101876694SQ20091027289
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者叶利, 夏水斌, 李帆, 郭玥, 马利人 申请人:湖北省电力试验研究院