Σχετικά με τους ηλεκτρονικούς μετρητές και το ASKUE για "ανδρείκελα"

Ηλεκτρονικοί μετρητές

Ένας ηλεκτρονικός μετρητής είναι ένας μετατροπέας ενός αναλογικού σήματος σε ένα ρυθμό επανάληψης παλμών, ο υπολογισμός του οποίου δίνει την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται.

Το κύριο πλεονέκτημα των ηλεκτρονικών μετρητών σε σύγκριση με τους επαγωγικούς είναι η απουσία περιστρεφόμενων στοιχείων. Επιπλέον, παρέχουν ένα ευρύτερο φάσμα τάσεων εισόδου, καθιστούν εύκολη την οργάνωση πολυ-δασμολογικών συστημάτων μέτρησης και έχουν αναδρομική λειτουργία - δηλ. σας επιτρέπει να δείτε την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται για μια ορισμένη περίοδο - συνήθως μηνιαία. μετρούν την κατανάλωση ενέργειας, χωρούν εύκολα στη διαμόρφωση ASKUE συστήματα και έχουν πολλές επιπλέον λειτουργίες υπηρεσίας.

Μια ποικιλία από αυτά τα χαρακτηριστικά βρίσκεται στο λογισμικό. μικροελεγκτή, το οποίο αποτελεί απαραίτητο χαρακτηριστικό ενός σύγχρονου ηλεκτρονικού μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας.

Κατασκευαστικά ηλεκτρικό μετρητή ο μετρητής αποτελείται από ένα περίβλημα με μπλοκ ακροδεκτών, έναν μετασχηματιστή μέτρησης ρεύματος και έναν πίνακα τυπωμένου κυκλώματος στον οποίο είναι εγκατεστημένα όλα τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Τα κύρια συστατικά ενός σύγχρονου ηλεκτρονικού μετρητή είναι: μετασχηματιστής ρεύματος, οθόνη LCD, τροφοδοτικό ηλεκτρονικού κυκλώματος, μικροελεγκτής, ρολόι πραγματικού χρόνου, τηλεμετρική έξοδος, εποπτική μονάδα, χειριστήρια, οπτική θύρα (προαιρετικά).

Η οθόνη LCD είναι μια αλφαριθμητική ένδειξη πολλαπλών ψηφίων και προορίζεται να υποδείξει τρόπους λειτουργίας, πληροφορίες σχετικά με την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος, την εμφάνιση της ημερομηνίας και της τρέχουσας ώρας.

Η πηγή ισχύος χρησιμοποιείται για την απόκτηση της τάσης τροφοδοσίας του μικροελεγκτή και άλλων στοιχείων του ηλεκτρονικού κυκλώματος. Ένας επόπτης συνδέεται άμεσα με την πηγή. Ο επιβλέπων παράγει ένα σήμα επαναφοράς για τον μικροελεγκτή όταν ενεργοποιείται και απενεργοποιείται και επίσης παρακολουθεί αλλαγές στην τάση εισόδου.

Το ρολόι πραγματικού χρόνου έχει σχεδιαστεί για να μετράει την τρέχουσα ώρα και ημερομηνία. Σε ορισμένους ηλεκτρικούς μετρητές, αυτές οι λειτουργίες ανατίθενται στον μικροελεγκτή, ωστόσο, για να μειώσει το φορτίο του, κατά κανόνα, χρησιμοποιούν ένα ξεχωριστό τσιπ, για παράδειγμα το DS1307N. Χρησιμοποιώντας ένα ξεχωριστό τσιπ σας επιτρέπει να απελευθερώσετε τη δύναμη του μικροελεγκτή και να τον κατευθύνετε σε πιο απαιτητικές εργασίες.

Η τηλεμετρική έξοδος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση στο σύστημα ASKUE ή απευθείας στον υπολογιστή (κατά κανόνα, μέσω του μετατροπέα διεπαφών RS485 / RS232). Η οπτική θύρα, η οποία δεν είναι διαθέσιμη σε όλους τους ηλεκτρικούς μετρητές, σας επιτρέπει να λαμβάνετε πληροφορίες απευθείας από το ηλεκτρικό μετρητή και, σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμεύει για τον προγραμματισμό τους (παραμετροποίηση).

Η καρδιά του ηλεκτρονικού μετρητή είναι ένας μικροελεγκτής. Θα μπορούσε να είναι όπως Τσιπ μικροτσίπ (ελεγκτής PIC), καθώς και κατασκευαστές ATMEL ή NEC.

Σε έναν ηλεκτρονικό μετρητή, η απόδοση σχεδόν όλων των λειτουργιών ανατίθεται στον μικροελεγκτή. Είναι ένας μετατροπέας ADC (μετατρέπει το σήμα εισόδου από τον μετασχηματιστή ρεύματος σε ψηφιακή μορφή, εκτελεί τη μαθηματική επεξεργασία του και εκπέμπει το αποτέλεσμα σε ψηφιακή οθόνη.) Ο μικροελεγκτής λαμβάνει επίσης εντολές από τα χειριστήρια και ελέγχει τις εξόδους διεπαφής.

Οι δυνατότητες που διαθέτει ο μικροελεγκτής, επαναλαμβάνω, εξαρτώνται από το λογισμικό του (λογισμικό). Χωρίς λογισμικό - είναι απλά ένα πλαστικό - χαμόγελο κύβων πυριτίου. Επομένως, η ποικιλία των λειτουργιών εξυπηρέτησης και των εργασιών που εκτελούνται εξαρτάται από το τι τεχνικό καθήκον έχει οριστεί για τον προγραμματιστή.

Επί του παρόντος, η ανάπτυξη ηλεκτρονικών μετρητών είναι κυρίως η προσθήκη "καμπάνες και σφυρίχτρες", διάφοροι κατασκευαστές προσθέτουν νέες λειτουργίες, για παράδειγμα, ορισμένες συσκευές μπορούν να παρακολουθήσουν την κατάσταση του δικτύου παροχής ηλεκτρικού ρεύματος με τη διαβίβαση των πληροφοριών αυτών στα κέντρα αποστολής κλπ.

Πολύ συχνά, μια λειτουργία περιορισμού ισχύος εισάγεται στο ηλεκτρικό μετρητή. Σε αυτήν την περίπτωση, όταν η κατανάλωση ενέργειας ξεπεραστεί, ο ηλεκτρικός μετρητής αποσυνδέει τον καταναλωτή από το δίκτυο. Για τον έλεγχο της παροχής τάσης, είναι εγκατεστημένο το ηλεκτρικό μετρητή επαφέα στο κατάλληλο ρεύμα. Ο τερματισμός λειτουργίας είναι επίσης εφικτός εάν ο καταναλωτής έχει υπερβεί το όριο της παραχώρησης ηλεκτρικής ενέργειας ή η προπληρωμή για την ηλεκτρική ενέργεια έχει λήξει. Παρεμπιπτόντως, ορισμένοι ηλεκτρικοί μετρητές σας επιτρέπουν να ανανεώσετε το υπόλοιπο μετρητών απευθείας μέσω των ενσωματωμένων συσκευών ανάγνωσης πλαστικών καρτών. Οι ηλεκτρικοί μετρητές αυτής της ομάδας περιλαμβάνουν STK-1-10 και STK-3-10, που κατασκευάζονται στην Οδησσό.

ASKUE

Οι προσπάθειες δημιουργίας ενός συστήματος ASKUE (αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου για τη μέτρηση της ηλεκτρικής ενέργειας) συνδέονται με την εμφάνιση σχετικά προσιτών συσκευών μικροεπεξεργαστών, ωστόσο το υψηλό κόστος των τελευταίων καθιστά τα λογιστικά συστήματα προσβάσιμα μόνο σε μεγάλες βιομηχανικές επιχειρήσεις. Η ανάπτυξη του ASKUE πραγματοποιήθηκε από ολόκληρα ερευνητικά ινστιτούτα.

Η λύση στο πρόβλημα περιλαμβάνει:

• εξοπλισμό επαγωγικών μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας με αισθητήρες περιστροφής.

• δημιουργία συσκευών ικανών να μετράνε εισερχόμενους παλμούς και να μεταδίδουν το αποτέλεσμα σε έναν υπολογιστή.

• τη συσσώρευση στον υπολογιστή των αποτελεσμάτων της καταμέτρησης και του σχηματισμού εγγράφων αναφοράς.

Τα πρώτα λογιστικά συστήματα ήταν εξαιρετικά ακριβά, αναξιόπιστα και μη πληροφοριακά συγκροτήματα, αλλά επέτρεψαν να αποτελέσουν τη βάση για τη δημιουργία των επόμενων γενεών ASKUE.

Το σημείο καμπής στην ανάπτυξη του ASKUE ήταν η εμφάνιση προσωπικών υπολογιστών και η δημιουργία ηλεκτρονικών μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας. Η ευρεία εισαγωγή των κυψελοειδών επικοινωνιών έδωσε ακόμα μεγαλύτερη ώθηση στην ανάπτυξη αυτοματοποιημένων συστημάτων μέτρησης, γεγονός που επέτρεψε τη δημιουργία ασύρματων συστημάτων, καθώς το ζήτημα της οργάνωσης των διαύλων επικοινωνίας ήταν ένα από τα κύρια προς αυτή την κατεύθυνση.

Ο κύριος σκοπός του συστήματος ASKUE είναι να συλλέγει όλα τα δεδομένα σχετικά με τις ροές ηλεκτρικής ενέργειας σε όλα τα επίπεδα τάσης σε εύλογα χρονικά διαστήματα και να επεξεργάζεται τα δεδομένα κατά τρόπο ώστε να παρέχει αναφορές σχετικά με την κατανάλωση ή την εκροή ηλεκτρικής ενέργειας, ), να εκτελέσει μια ανάλυση των δεικτών κόστους και, τέλος, - το σημαντικότερο - να κάνει υπολογισμούς για την ηλεκτρική ενέργεια.

Για να οργανώσετε το σύστημα ASKUE είναι απαραίτητο:

• Στα σημεία μέτρησης ενέργειας, εγκαταστήστε συσκευές μέτρησης υψηλής ακρίβειας - ηλεκτρονικούς μετρητές

• Ψηφιακά σήματα για μετάδοση στις αποκαλούμενες "προσθήκες", εξοπλισμένες με μνήμη.

• Δημιουργήστε ένα σύστημα επικοινωνίας (κατά κανόνα, πρόσφατα χρησιμοποιούν επικοινωνία GSM για αυτό), το οποίο παρέχει περαιτέρω μεταφορά πληροφοριών σε τοπικό (στο επιχειρησιακό) και στα ανώτερα επίπεδα.

• Οργάνωση και εξοπλισμός κέντρων επεξεργασίας πληροφοριών με σύγχρονους υπολογιστές και λογισμικό.

ASKUE

Ένα παράδειγμα ενός απλού συστήματος οργάνωσης ASKUE φαίνεται στο σχήμα. Μπορεί να διακρίνει διάφορα ξεχωριστά βασικά επίπεδα:

1. Το πρώτο επίπεδο είναι το επίπεδο συλλογής πληροφοριών.

Στοιχεία αυτού του επιπέδου είναι ηλεκτρικοί μετρητές και διάφορες συσκευές που μετρούν τις παραμέτρους του συστήματος. Ως τέτοιες συσκευές, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι αισθητήρες, και οι δύο με έξοδο για σύνδεση της διεπαφής RS-485, και αισθητήρες συνδεδεμένοι στο σύστημα μέσω ειδικών μετατροπέων αναλογικού προς ψηφιακό. Είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στο γεγονός ότι είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο ηλεκτρονικοί μετρητές ηλεκτρικού ρεύματος αλλά και συμβατικοί επαγωγικοί μετρητές εξοπλισμένοι με μετατροπείς του αριθμού στροφών του δίσκου σε ηλεκτρικούς παλμούς.

Στα συστήματα ASKUE, η διασύνδεση RS-485 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση αισθητήρων με ελεγκτές.Η σύνθετη αντίσταση εισόδου του δέκτη σήματος πληροφοριών μέσω της διασύνδεσης RS-485 είναι συνήθως 12 kOhm. Δεδομένου ότι η ισχύς του πομπού είναι περιορισμένη, περιορίζεται επίσης ο αριθμός των δεκτών που συνδέονται με τη γραμμή. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές της διεπαφής RS-485, λαμβάνοντας υπόψη τις αντιστάσεις τερματισμού, ο δέκτης μπορεί να διεξάγει μέχρι και 32 αισθητήρες.

2. Το δεύτερο επίπεδο είναι το επίπεδο σύνδεσης.

Σε αυτό το επίπεδο είναι οι διάφοροι ελεγκτές που χρειάζονται για τη μεταφορά του σήματος. Στο σχήμα ASKUE που παρουσιάζεται στο σχήμα 9, το στοιχείο δευτέρου επιπέδου είναι ένας μετατροπέας που μετατρέπει το ηλεκτρονικό σήμα από τη γραμμή διασύνδεσης RS-485 στη γραμμή διασύνδεσης RS-232, αυτό είναι απαραίτητο για την ανάγνωση δεδομένων από έναν υπολογιστή ή από έναν ελεγκτή ελέγχου.

Εάν είναι απαραίτητο να συνδέσετε περισσότερους από 32 αισθητήρες, οι συσκευές που ονομάζονται κόμβοι εμφανίζονται στο κύκλωμα σε αυτό το επίπεδο. Το σχήμα δείχνει το σχέδιο κατασκευής του συστήματος ASKUE για τον αριθμό των αισθητήρων από 1 έως 247 τεμ.

Το τρίτο επίπεδο είναι το επίπεδο συλλογής, ανάλυσης και αποθήκευσης δεδομένων. Ένα στοιχείο αυτού του επιπέδου είναι ένας υπολογιστής, ελεγκτής ή διακομιστής. Η βασική απαίτηση για εξοπλισμό σε αυτό το επίπεδο είναι η διαθεσιμότητα εξειδικευμένου λογισμικού για τη διαμόρφωση των στοιχείων του συστήματος.

Επί του παρόντος, σχεδόν όλοι οι ηλεκτρονικοί μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας είναι εξοπλισμένοι με μια διεπαφή για να συμπεριληφθούν στο σύστημα ASKUE. Ακόμη και εκείνοι που δεν διαθέτουν αυτό το χαρακτηριστικό μπορούν να εξοπλιστούν με μια οπτική θύρα για τοπικά λαμβάνοντας αναγνώσεις απευθείας στον τόπο εγκατάστασης του μετρητή με την ανάγνωση πληροφοριών σε έναν προσωπικό υπολογιστή. Επομένως, σήμερα ο ηλεκτρικός μετρητής είναι μια σύνθετη ηλεκτρονική συσκευή.

Ωστόσο, δεν πρέπει να πιστεύετε ότι μόνο ηλεκτρονικά μέτρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για απομακρυσμένη ανάγνωση (δηλαδή, αυτός ο στόχος είναι ο κύριος στόχος στα συστήματα ASKUE).

Οι μετρητές που φέρουν το γράμμα "D", για παράδειγμα το SR3U-I670D, διαθέτουν τηλεμετρική έξοδο (αισθητήρα παλμών), η οποία εξασφαλίζει τη μετάδοση πληροφοριών σχετικά με την ενεργή ενέργεια που διέρχεται μέσω του μετρητή στο σύστημα συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων μέσω τηλεφωνικής γραμμής δύο καλωδίων. Η εικόνα δείχνει ακριβώς έναν τέτοιο μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας με το κάλυμμα του περιβλήματος αφαιρεμένο:

Ηλεκτρικό μετρητή SR3U-I670D

Ένας αισθητήρας παλμών (2) είναι εγκατεστημένος στο πλευρικό πάνελ του ηλεκτρικού μετρητή. Πώς λειτουργεί αυτός ο αισθητήρας;

Ας θυμηθούμε τη συσκευή του μετρητή επαγωγής. Έχει ένα τέτοιο στοιχείο όπως ένας δίσκος αλουμινίου. Η ταχύτητα περιστροφής της είναι άμεσα ανάλογη με την ισχύ που καταναλώνεται από το φορτίο. Εδώ είναι η ταχύτητα περιστροφής του δίσκου ή μάλλον ο αριθμός των στροφών και είναι ένα αριθμητικό χαρακτηριστικό που μπορεί να μετατραπεί σε παλμούς και να μεταδοθεί στη γραμμή επικοινωνίας. Επομένως, μετρητές με ενσωματωμένους αισθητήρες επισημαίνονται με μια τέτοια παράμετρο όπως ο αριθμός παλμών ανά 1 kW * h.

Ένας μετασχηματιστής μέτρησης χρησιμεύει ως πηγή παλμών, η μαγνητική ροή του οποίου διαπερνά περιοδικά τον μεταλλικό τομέα, τοποθετημένο στον άξονα του δίσκου. Οι παλμοί που λαμβάνονται από αυτό τροφοδοτούνται στο κύκλωμα του ίδιου του αισθητήρα και στη συνέχεια στη γραμμή επικοινωνίας. Ο αισθητήρας λαμβάνει ισχύ στην ίδια γραμμή.

Κατ 'αρχήν, κάθε μετρητής επαγωγής μπορεί να είναι εφοδιασμένος με αισθητήρα παλμών, για παράδειγμα, όπως το E870.

Αισθητήρας παλμού E870

Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα E870 είναι διαφορετική από αυτή που περιγράφεται παραπάνω. Για τη λειτουργία του, εφαρμόζεται ένας σκοτειμένος τομέας με μαύρη βαφή στην επίπεδη επιφάνεια του δίσκου του μετρητή.

Ο μετατροπέας αισθητήρα παλμών έχει στο σχεδιασμό του μία κεφαλή φωτοδίοδος LED - δηλ. ένα ζευγάρι φωτοδίοδο - LED. Ο αισθητήρας είναι εγκατεστημένος στο εσωτερικό του μετρητή έτσι ώστε η κεφαλή να κατευθύνεται προς το δίσκο. Το σήμα που εκπέμπεται από το LED αντανακλάται από το δίσκο και λαμβάνεται από τη φωτοδίοδο. Λόγω του σκοτεινού τομέα του δίσκου, το σήμα είναι διακοπτόμενο.

Το ηλεκτρονικό κύκλωμα στα λογικά στοιχεία παρακολουθεί αυτές τις διακοπές, μετατρέπει και εκδίδει διαδοχικούς παλμούς στη γραμμή επικοινωνίας.Ο κύκλος λειτουργίας (ρυθμός επανάληψης) αυτών των παλμών είναι ευθέως ανάλογος με την ταχύτητα περιστροφής του δίσκου και συνεπώς την κατανάλωση ενέργειας και μπορεί να εκτιμηθεί οπτικά από το ενδεικτικό LED.

Στην άλλη πλευρά της γραμμής επικοινωνίας, η συσκευή λήψης λαμβάνει αυτούς τους παλμούς, μετράει τον αριθμό τους για μια ορισμένη χρονική περίοδο και παρέχει το αποτέλεσμα στη συσκευή απεικόνισης πληροφοριών. Έτσι, ο μετρητής διαβάζεται από απόσταση. Έτσι δημιουργήθηκαν τα πρώτα συστήματα απομακρυσμένης συλλογής πληροφοριών.

Εντούτοις, προκύπτει μια θεμιτή ερώτηση - πιο πάνω εξετάσαμε τις διασυνδέσεις RS 485 και RS 232, αλλά εδώ έχουμε μια ακολουθία παλμών.

Αποδεικνύεται, εντούτοις, ότι δεν θα συνδέσουμε μετρητές επαγωγής με τα σύγχρονα σχέδια για την κατασκευή ενός αυτοματοποιημένου συστήματος μέτρησης και λογιστικής ισχύος που εξετάζεται παραπάνω; Κατ 'αρχήν, αυτό μπορεί να γίνει. Η μετατροπή μιας ακολουθίας παλμών στην ίδια διασύνδεση RS 232 δεν είναι μεγάλη υπόθεση · αυτός ο προσαρμογέας θα είναι ένα σχετικά απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα. Αλλά δεν έχει πολύ νόημα σε αυτό. Οι επαγωγικοί ηλεκτρικοί μετρητές σταδιακά γίνονται ένα πράγμα του παρελθόντος και όπου εγκαθίστανται, χρησιμοποιούνται μόνο ως τοπικές συσκευές μέτρησης.

Κατά το σχεδιασμό σύγχρονων συστημάτων ASKUE χρησιμοποιούνται μόνο ηλεκτρονικοί μετρητές. Έχουν αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα έναντι της επαγωγής στο σχέδιο "πληροφόρησης" και έχουν σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες εξυπηρέτησης.

Μιχαήλ Τικοντσούκ

Διαβάστε επίσης σε αυτό το θέμα:Πώς γίνεται ο ηλεκτρονικός μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας και λειτουργεί