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安科瑞電氣股份有限公司

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多回路電能管理終端設計及應用

時間:2017/7/6閱讀:917

邱春玲1 楊立海2 畢博2 花成龍2 余思思2 韓來發(fā)2

(1.同濟大學建設設計研究院(集團)有限公司,上海 200092)

(2.安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定201801)

 

摘要:通過提出一種基于71M6543+STM32F103的“單MCU+多計量芯片”的zui大12個三相用戶的設計方案,設計出一種精度高、可靠性好的多回路電能管理終端,并在實際應用中得到肯定。

關鍵字:多回路;電能管理;多用戶;電能表

 

0   前言

  隨著我國對用電管理能耗分析的相關要求越來越明晰化,對終端用電的計量與監(jiān)控需求也越來越細化(如要求插座、照明與空調(diào)分三路進行計量與監(jiān)控),而傳統(tǒng)的終端用電計量設備只能計量單個回路,這就導致一個配電系統(tǒng)中需要使用大量的終端計量設備,不利于配電系統(tǒng)的裝配與維護。

  近些年來,隨著我國居民住宅建設的迅速發(fā)展,城市樓房所用電能表的數(shù)量也日益增多?,F(xiàn)行建筑電氣設計常將單塊電能表集中掛成一面“表墻”,體積較大,維護管理不便[1]。如在智能小區(qū)、學生公寓等場所,分戶計量時每層需安裝多塊電表,給施工、抄表、控制等帶來諸多困難。本文設計出一種計量精度高、功能全、性能可靠的多回路電能管理終端,并已經(jīng)在實際中應用中得到了肯定。

功能介紹:

  本文設計的多回路電能管理終端的主要包括以下功能:

  計量:可計量每個回路的尖、峰、平、谷各時段的電能及總電能,精度為1級。

  檢測:實時檢測各回路的相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓頻率等。

  設置:可以自由設置復費率的時段、時間及通訊參數(shù)。

  顯示:實時顯示各回路的用電量。

  通信:通過RS485接口進行遠程抄表,可支持Modbus與DL/T 645-2007協(xié)議。

2 設計方案

  本終端的設計包括硬件設計與軟件設計兩個部分。

2.1硬件設計

  主控部分硬件包括:MCU、LED數(shù)碼顯示、時鐘電路、RS485通訊、按鍵輸入。其中,顯示界面采用的是LED數(shù)碼管,用戶可以通過輪顯顯示來了解當前的使用電量和剩余電量;通訊采用兩路RS485,一路為主控模塊與電腦、通訊管理機等設備之間的通訊,另外一路為主控模塊與計量模塊之間的通訊。

  計量部分硬件包括:計量芯片、鐵電存儲、磁保持控制電路、有功脈沖輸出、信號輸入。其中,計量芯片對電壓、電流信號分別進行采集,并將有功電能數(shù)據(jù)存儲至鐵電中,用于后續(xù)數(shù)據(jù)的查看、對比。每個計量部分和主控部分之間采用RS485通訊,以進行數(shù)據(jù)處理和控制。多回路計量終端采集到的電能zui終會存儲至鐵電中。具體的硬件處理流程如圖1所示。

圖1 終端硬件處理流程

2.2 軟件設計

  軟件設計分為計量板與主控板兩個部分,其中,計量板包括:電能計量程序、繼電器控制程序及與主控通訊程序,軟件處理流程如圖2所示;主控板包括:顯示處理程序、與計量通訊程序、上位機通訊程序、按鍵處理程序,其軟件處理流程如圖3所示。

圖2 計量板軟件處理流程

圖3 主控板軟件處理流程

  軟件設計過程中,計量板部分將電能的計量與繼電器控制交給71M6543完成,并且每個三相回路配置一塊芯片,保證的電能計量的高精度與高可靠性,也使得繼電器控制具有實時性與準確性;主控部分的主控芯片STM32F103只負責通訊、顯示按鍵等操作。

  在設計繼電器控制程序時,考慮到現(xiàn)場應用的復雜性,設計實現(xiàn)了強制控制、時間控制、負載控制及預付費控制四種控制邏輯。其中,強制控制優(yōu)先級zui高,可強制控制繼電器合閘或分閘;時間控制可根據(jù)預設的時段表進行分/合閘操作,負載控制可識別是否接入惡性負載進行分/合閘操作;預付費控制可實現(xiàn)先交費后使用的功能。繼電器具體控制邏輯如圖4所示。

圖4 繼電器控制邏輯圖

3 檢驗測試數(shù)據(jù)

  校準后的多回路電能管理終端在額定電壓為220V,基本電流為10A,zui大電流為60A的條件下,1~4回路的精度檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

電壓

負載 %Ib

功率因數(shù)

有功電能誤差

回路1(%)

回路2(%)

回路3(%)

回路4(%)

220V

Imax

1.0

-0.222

+0.089

+0.023

-0.089

220V

Imax

0.5L

+0.267

-0.089

-0.089

-0.133

220V

Imax

0.8C

-0.222

+0.044

+0.045

-0.044

220V

5

1.0

+0.065

-0.046

+0.038

+0.050

220V

10

0.5L

+0.464

-0.204

-0.222

-0.222

220V

10

0.8C

-0.204

+0.373

+0.000

-0.089

220V

10

1.0

-0.012

+0.000

+0.267

+0.071

220V

100

1.0

+0.000

+0.232

+0.241

-0.089

220V

100

0.5L

+0.214

-0.044

+0.071

+0.000

220V

100

0.8C

+0.160

-0.178

+0.348

+0.232

 

 

4 應用方案

  多回路電能管理終端在某廣場商鋪中的應用情況如圖5所示。三相四線電壓總進線經(jīng)過塑殼斷路器接入到電能管理終端上,電能管理終端再分別接到各個回路上,使得一個配電箱中僅使用一個多回路電能管理終端就可實現(xiàn)對多個回路的計量、檢測和控制,同時配電系統(tǒng)的裝配與維護也會更加便利。電能管理終端通過RS485總線配合安科瑞遠程預付費電能管理系統(tǒng),用戶可以通過電腦后臺控制、充值、抄表等功能。如圖6所示,為遠程預付費電能管理系統(tǒng)應用圖。

圖5 電能管理終端應用圖

圖6 遠程預付費電能管理系統(tǒng)應用圖

5 結(jié)束語

  根據(jù)提出的多回路電能管理終端設計方案,以STM32F103為主控芯片,71M6543為計量芯片設計終端的硬件組成部分,并以此為基礎設計調(diào)試終端的軟件程序。經(jīng)調(diào)試,多回路電能管理終端成功研制,并且在實際應用中得到了肯定。

 

文章來源:《智能建筑電氣技術(shù)》2016年5期

 

參考文獻:

[1] 萬全.新型多用戶電子式電能表的研究和設計[D].湖南:湖南大學,2004:1-28

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