智能电能表通信模块接口带载能力测试装置的制作方法

本实用新型属电能计量技术领域，具体而言，涉及一种智能电能表通信模块接口带载能力测试装置。

背景技术：

智能电能表作为智能电网的重要组成部分，得到了越来越广泛的应用。国家电网公司制定了一系列的企业标准，对电能表的性能提出了要求。通信模块与电能表的通信接口连接以实现载波通信，为验证通信接口带载能力，标准规定：单相电能表的通信模块接口接入96Ω电阻，V_CC端口电压值应为±12V±1V，电流范围为0mA～125mA；三相电能表的通信模块接口接入30Ω电阻，V_CC端口电压值应为±12V±1V，电流范围为0mA～400mA。

传统的检测方法需在被测电能表通信模块接口处人工接入阻值为96Ω(单相电能表)或30Ω(三相电能表)的纯阻性电阻，其精度要求为±5％。测试时，根据电能表的类型，更换相应阻值的电阻，通过测量对应的电压和电流值以判断被测表通信模块接口的带载能力是否满足标准要求。此方法需人工接线和更换电阻，当被检测的电能表数量较大时，会严重影响检测效率；测试中电阻发热的问题还可能会导致电阻的阻值发生偏移，影响测试结果的准确性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服了现有技术的不足，提供一种智能电能表通信模块接口带载能力测试装置，根据被测电能表的类型，自动调整以适应检测需求，得到V_cc端电压，实现电能表通信模块接口带载能力的自动测试。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案来实现：

一种智能电能表通信模块接口带载能力测试装置，包括：电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、三极管Q₁、三极管Q₂、继电器J₁、A/D转换器、温度传感器、DSP、D/A转换器、控制单元和显示器；

电阻R₁和电阻R₂串联，然后两端分别与电能表通信模块接口的V_CC端和GND连接；三极管Q₁的集电极与通信模块接口V_CC端连接，三极管Q₁的发射极经电阻R₁和继电器J₁接地；电阻R₂两端的电压作为A/D转换器的一个输入，电阻R₃两端的电压作为A/D转换器的另一个输入；A/D转换器的输出端与DSP输入端连接，DSP的输出端与D/A转换器连接并接入控制单元的一个输入端，电阻R₃两端的电压信号作为控制单元的另一个输入；温度传感器输出与DSP连接，DSP输出端与三极管Q₂基级相连，三极管Q₂集电极与继电器J₁的线圈相连，三极管Q₂发射极接地；显示器与DSP连接，以显示实际电流值i_d及通信模块接口V_CC端的电压值V₀。

所述控制单元，包括：电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈、电阻R₉、电阻R₁₀、放大器A₁和放大器A₂；

电阻R₄的一端与D/A转换器的输出连接，另一端与放大器A₁的反相端连接；电阻R₇的两端分别与放大器A₁的反相端和输出端连接；放大器A₁的同相端经电阻R₆接地，电阻R3两端的电压信号经电阻R₅与放大器A₂的同相端连接；放大器A₁输出端经电阻R₈与放大器A₂反相端连接；放大器A₂的反相端接地；电阻R₉和电容C₁串联，两端分别与放大器A₂的反相端和输出端连接；放大器A₂的输出端经电阻R₁₀与三极管Q₁的基极连接。

本实用新型的使用原理是：DSP根据被测电能表的类型确定设定值，由DSP输出并经D/A转换器转换成模拟信号，作为控制单元的一个输入信号；电阻R₃两端的电压反映了流过三极管Q₁的电流，作为控制单元的另一个输入信号；控制单元对这二个输出信号进行比较，根据比较结果，通过控制单元控制三极管Q₁的基极与发射极之间的电压，使流过三极管Q₁的电流与设定值相等；取电阻R₃两端的电压输入到A/D转换器，将得到的流过三极管Q₁的电流转换成数字信号，由DSP处理并由显示器显示具体电流值值i_d；电阻R₁和电阻R₂串联，两端分别与电能表内通信模块接口的V_CC端和GND端连接，取电阻R₂两端的电压输入到A/D转换器，将得到的三极管Q₁集电极和发射极两端的电压转换成数字信号，通过DSP处理并由显示器显示具体电压值V₀，根据此值可判断电能表通信模块接口带载能力是否满足要求；当监测到的流过三极管Q₁的电流值i_d超过三极管Q₁最大允许电流或温度传感器检测到的温度超过预定值时，DSP发送控制信号，通过三级管Q₂控制继电器J₁的线圈，使继电器J₁断开，起过保护作用。

本实用新型采用闭环负反馈的比例积分控制方法，实现无静差控制。控制单元包括减法电路和比例积分电路。电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇和放大器A₂构成差分式减法电路，放大器A₂输出V₁与电流给定值和实际值i_d有以下关系：

当电阻满足R₄＝R₅＝R₆＝R₇时，上式可简化为：

电阻R₈、电阻R₉、电容C₁和放大器A₁构成比例积分电路，比例积分电路由比例环节和积分环节两部分叠加而成；比例环节对减法电路的输出电压V₁进行放大，放大系数为K_p，可根据系统最优设置选择K_p值；积分环节对减法电路的输出电压V₁积分；如果电压V₁的值不近似为零，则电容C₁不断充电，对输出电压V₁积分，直到运放A₂的输出电压V₂达到限值，从而实现电流的无静差控制。

运放A₁输出V₂与输入电压V₁关系如下：

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种智能电能表通信模块接口带载能力测试装置，根据被测电能表的类型，通过控制单元控制三极管Q₁的基极与发射极之间的电压，使流过三极管Q₁的电流与设定值近似相等；装置还可以监测流过三极管Q₁的实际电流值i_d，根据得到的通信模块接口V_cc端和GND之间的电压值V₀，自动判断被测电能表通信模块接口的带载能力是否满足要求。

附图说明

图1是本实用新型的装置原理示意图；

图2是本实用新型的实现自动检测的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

图1所示是本实用新型的装置原理示意图，一种智能电能表通信模块接口带载能力测试装置，包括：电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、三极管Q₁、三极管Q₂、继电器J₁、A/D转换器、温度传感器、DSP、D/A转换器、控制单元及显示器组成。电阻R₁和电阻R₂串联，然后两端分别与电能表通信模块接口的V_CC端和GND连接；三极管Q₁的集电极与通信模块接口V_CC端连接，三极管Q₁的发射极经电阻R₁和继电器J₁接地；电阻R₂两端的电压作为A/D转换器的一个输入，电阻R₃两端的电压作为A/D转换器的另一个输入；A/D转换器的输出端与DSP输入端连接，DSP的输出端与D/A转换器连接并接入控制单元的一个输入端，电阻R₃两端的电压信号作为控制单元的另一个输入；温度传感器输出与DSP连接，DSP输出端与三极管Q₂基级相连，三极管Q₂集电极与继电器J₁的线圈相连，三极管Q₂发射极接地；显示器与DSP连接，以显示实际电流值i_d及通信模块接口V_CC端的电压值V₀。

测试时，交流电源输出与被测电能表的参比电压相同，为电表提供电源。当被测表为单相电能表时，DSP确定电流设定值为125mA；当被测表为三相电能表时，DSP确定电流设定值为400mA；由DSP输出并经D/A转换器转换成模拟信号，作为控制单元的一个输入信号；电阻R₃两端的电压反映了流过三极管Q₁的电流，作为控制单元的另一个输入信号；控制单元对这两个输出信号进行相减后进行比例积分控制，通过控制单元控制三极管Q₁的基极与发射极之间的电压，使流过三极管Q₁的电流与设定值相等，实现电流的无静差控制；取电阻R₃两端的电压输入到A/D转换器，将得到的流过三极管Q₁的电流转换成数字信号，由DSP处理并由显示器显示具体数值i_d；电阻R₁和电阻R₂串联，两端分别与电能表内通信接口的V_cc端和GND端连接，取电阻R₂两端的电压输入到A/D转换器，将得到的三极管Q1集电极和发射极两端电压转换成数字信号，通过DSP处理并由显示器显示具体数值V₀；当V₀在±12V±1V范围内时，则被测表满足标准的要求；当V₀不在±12V±1V范围内时，则被测表不满足标准的要求；当监测到的流过三极管Q₁的电流值i_d超过其最大允许电流或温度传感器监测到的温度超过预设值(如70℃)时，DSP发送控制信号，通过三级管Q₂控制继电器J₁的线圈，使继电器J₁断开，起到过流和过温保护作用。

控制单元包括：电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈、电阻R₉、电阻R₁₀、放大器A₁和放大器A₂；电阻R₄的一端与D/A转换器的输出连接，另一端与放大器A₁的反相端连接；电阻R₇的两端分别与放大器A₁的反相端和输出端连接；放大器A₁的同相端经电阻R₆接地，电阻R₃两端的电压信号经电阻R₅与放大器A₂的同相端连接；放大器A₁输出端经电阻R₈与放大器A₂反相端连接；放大器A₂的反相端接地；电阻R₉和电容C₁串联，两端分别与放大器A₂的反相端和输出端连接；放大器A₂的输出端经电阻R₁₀与三极管Q₁的基极连接。

电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇和放大器A₂构成差分式减法电路，实现电流给定值和实际值i_d相减，电阻R₈、电阻R₉、电容C₁和放大器A₂构成比例积分电路，实现对和i_d差值无静差控制。

图2是本实用新型的实现自动检测的流程图，检测智能电能表通信接口带载能力的步骤如下：

步骤1：开启电源，测试开始；

步骤2：根据被测电能表类型，设定电流值初始值

步骤3：检测电阻R₃电压，得到流过三极管Q₁电流；

步骤4：温度传感器检测功率器件温度；

步骤5：检测温度超过预设温度，系统报警，测试中断；检测温度小于预设值，进入步骤7；

步骤6：检测电流超过三极管Q₁最大允许电流，系统报警，测试中断；检测电流小于三极管Q₁最大允许电流，进入步骤7；

步骤7：DSP比较电流设定值与电流实际值i_d；

步骤8：电流设定值与电流实际值i_d不相等时，进入步骤9；电流设定值与电流实际值i_d相等时，进入步骤11；

步骤9：通过比例积分控制调节三极管Q₁基极端与发射极之间的电压，

步骤10：返回步骤3，直至实际电流i_d与设定值近似相等；

步骤11：检测电能表通信模块接口V_CC端与GND之间电压V₀.

步骤12：DSP判断V₀是否在±12±1V范围内，给出测试结果：如相等，则判断被测电能表满足要求；如不在范围内，则判断被测电能表不满足要求；

步骤13：测试结束。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种智能电能表通信模块接口带载能力测试装置，根据被测电能表的类型，通过控制单元控制三极管Q₁的基极与发射极之间的电压，使流过三极管Q₁的电流与设定值近似相等；装置还可以监测流过三极管Q₁的电流值i_d和功率器件的温度，具有保护作用；由得到的V_CC端和GND之间的电压值V₀，自动判断被测电能表通信模块接口的带载能力是否满足要求。

本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。