引言

電能作為應(yīng)用最廣泛的能源之一,其計(jì)量和統(tǒng)計(jì)的終端設(shè)備為電能表,電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理及用能考核有較大影響,并且隨著碳達(dá)峰和碳中和概念的提出,合理用電、精確監(jiān)控用電和挖掘節(jié)能點(diǎn)成為未來(lái)企業(yè)一個(gè)重要工作環(huán)節(jié)。本文針對(duì)多功能電能表的計(jì)量校準(zhǔn)軟件,提出基于C#平臺(tái),結(jié)合功率校表方法,設(shè)計(jì)一款適用于多臺(tái)多功能電能表的校準(zhǔn)軟件,硬件上采用Rs485通信,波特率2200～38400bps可選,同時(shí)最多可校準(zhǔn)18塊多功能電能表,通過(guò)基準(zhǔn)源輸出標(biāo)準(zhǔn)的電源參數(shù)和多功能電能表的示值進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算增益校正寄存器、相位校正寄存器和偏差校正寄存器的值,通過(guò)串口寫入計(jì)算后的值完成校準(zhǔn),經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后多功能電能表與基準(zhǔn)源誤差較小。

1多功能電能表硬件電路

多功能電能表硬件上采用ARM處理器作為主控制器,采用電量計(jì)量芯片處理計(jì)算電參數(shù)。主控制器型號(hào)為GD32F303RCT6,該處理器具有32位高性能精簡(jiǎn)指令集CPU,處理能力高達(dá)250MIPs,自帶單周期的DsP指令,GD32F303RCT6片上F1ash為256kb,RAM為48kb,具有豐富的外設(shè)資源,多達(dá)3個(gè)UsART＋2個(gè)UART,3路sPI,2路sDIO,2路CAN總線,16通道ADC。電量計(jì)量芯片型號(hào)為RN8302B,該芯片帶有7路ADC通道,實(shí)現(xiàn)三相電壓、電流及零線電流的采集。除了常規(guī)的電能脈沖校表法外,RN8302B芯片還支持功率校表法。

ARM處理器主要負(fù)責(zé)讀取、顯示、存儲(chǔ)參數(shù)以及通信,計(jì)量芯片負(fù)責(zé)電量參數(shù)的計(jì)算,處理器與計(jì)量芯片采用sPI協(xié)議進(jìn)行通信,通信速率可達(dá)3,5Mbps。多功能電能表硬件電路如圖1和圖2所示,電壓通道采用電阻分壓方式,電流通道采用互感器方式,電流通道和電壓通道均采用差分輸入,以提高抗干擾能力。

RN8302B芯片提供多種電參數(shù),包括全波、基波有功電能和無(wú)功電能及視在電能,全波、基波有功功率和無(wú)功功率及視在功率,全波、基波和諧波電流/電壓有效值等,處理器只需按照sP1協(xié)議讀取計(jì)量芯片參數(shù)的地址,即可獲得電量參數(shù)。另外,RN8302B芯片支持各種配置,包括增益、接線方式、閾值、校正等,同時(shí)RN8302B芯片還提供多種狀態(tài)寄存器,用于指示RN8302B芯片的工作運(yùn)行狀態(tài)。

2校準(zhǔn)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)完成后,需要開發(fā)對(duì)應(yīng)的程序,驅(qū)動(dòng)計(jì)量芯片、液晶顯示屏工作及存儲(chǔ)、通信。當(dāng)下位程序開發(fā)完成后,多功能電能表基本可以工作,但其顯示的數(shù)值與實(shí)際的真實(shí)值存在一些誤差,需要開發(fā)上位程序?qū)ζ溥M(jìn)行校準(zhǔn)。本文采用C#作為上位程序開發(fā)平臺(tái),利用多功能電能表的通信接口讀取儀表的示值,計(jì)算各校正寄存器的值,通過(guò)通信接口下發(fā)到儀表,寫入對(duì)應(yīng)的寄存器,完成校準(zhǔn)。

2.1功率校表

RN8302B芯片支持功率校準(zhǔn)模式,利用標(biāo)準(zhǔn)源輸出三相電壓和電流,計(jì)算有效值的理論值與儀表的示值進(jìn)行對(duì)比,假設(shè)電壓額定輸入U(xiǎn)n時(shí),芯片電壓通道輸入端電壓有效值為Vu,理論計(jì)算值為U理論,經(jīng)MCU轉(zhuǎn)換LCD顯示值為U示值,標(biāo)準(zhǔn)的電壓有效值寄存器值為U標(biāo)準(zhǔn),則U標(biāo)準(zhǔn)選擇應(yīng)滿足下列條件:

條件(2）保證U通道增益校正在一個(gè)合理范圍,條件(2）中K的選取應(yīng)方便MCU將有效值寄存器值轉(zhuǎn)換成LCD顯示值。電流通道與電壓相似,計(jì)算增益寄存器的值、相位和偏差寄存器的值,寫入計(jì)算值即可。

功率校表法流程圖如圖3所示。

2.2軟件設(shè)計(jì)

在C#開發(fā)平臺(tái)中,根據(jù)功能選擇控件,搭建軟件顯示界面,需要的控件有按鈕、字符顯示、串口、時(shí)鐘、日歷、下拉列表框等。搭建的顯示界面如圖4所示。

圖4校準(zhǔn)軟件界面

選擇串口下拉列表,選擇對(duì)應(yīng)的串口號(hào),選擇波特率下拉列表,選擇合適的波特率,輸入標(biāo)準(zhǔn)源輸出的電壓與電流參數(shù),點(diǎn)擊"讀取"按鈕,讀取各儀表的顯示值,軟件對(duì)應(yīng)地計(jì)算相應(yīng)儀表的校正寄存器值,最后點(diǎn)擊"發(fā)送",將校正寄存器值通過(guò)串口下發(fā)到各儀表并寫入寄存器內(nèi),完成校準(zhǔn)。從圖4可以看出,通過(guò)校準(zhǔn)后,4塊儀表顯示值與標(biāo)準(zhǔn)源輸入誤差很小。

3結(jié)語(yǔ)

在基于ARM處理器和計(jì)量芯片,利用功率校表技術(shù),結(jié)合C#軟件開發(fā)的校表平臺(tái)校正后,多功能電能表的精度大幅提高,為各類儀表行業(yè)校準(zhǔn)提供了一種新的思路和實(shí)現(xiàn)方式。