淺析直流電能表的設(shè)計與功能概述
     現(xiàn)如今，直流電能表應(yīng)用范圍迅速擴大，不僅包括無軌電車、有軌電車、地鐵車輛、電動汽車和光伏發(fā)電等領(lǐng)域的直流能量計量，而且適用于工礦企業(yè)、民用建筑、樓宇自動化等現(xiàn)代供配直流電系統(tǒng)。直流電能表是根據(jù)我國對電力設(shè)運行和計算機智能化監(jiān)控要求而設(shè)計的，能夠直接測量直流耗電系統(tǒng)的用電量，并可帶有RS485接口，與微機進行數(shù)據(jù)交換。本產(chǎn)品適合蓄電池，太陽能電池板，直流電源等直流信號設(shè)備測試放電電能和計量參考電能值使用。亦可用于工礦企業(yè)、民用建筑、樓宇自動化等現(xiàn)代供配直流電系統(tǒng)的一種高性能自動化儀表。

　　1 直流電能表設(shè)計與實現(xiàn)

　　PC機根據(jù)設(shè)定的檢驗條件（包括檢驗時間、電壓和電流的參比值等參數(shù)）自動控制整個直流電能表檢驗過程，采用CAN或RS-485總線與受檢電能表通信，獲取受檢電能表的能量計量。開始檢驗時，PC機控制電壓源和電流源輸出預(yù)設(shè)信號，由檢驗裝置和受檢電能表同時開始計量。檢驗過程中，PC機采集相應(yīng)的電壓和電流信號值，并利用積分法計算電能量，結(jié)果作為能量計量基準(zhǔn)。用戶界面顯示電能基準(zhǔn)值，同時根據(jù)設(shè)定的通信方式獲取并顯示受檢電能表計量結(jié)果，計算并給出受檢電能表的測量誤差。電壓源和電流源輸出量的大小可由PC機通過控制模塊遠程調(diào)節(jié)。設(shè)計的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖l所示。

　　2 基準(zhǔn)電能計量原理

　　直流電能表檢驗裝置中基準(zhǔn)電能計量采用積分法進行計算，該方法具有較強的抗干擾能力。這是因為，直流電能表的檢驗工作必須考慮到相關(guān)工作環(huán)境的特點：

　　1）能量的直流脈動性  供電電壓上很可能會疊加交流分量，負(fù)載電流很可能會經(jīng)常變化；

　　2）網(wǎng)壓波動范圍大  部分直流供電網(wǎng)電壓波動幅度達到甚至超過±20％；

　　3）網(wǎng)壓的大量高次諧波成分  不僅網(wǎng)壓本身為脈動性質(zhì)，同時某些用電設(shè)備也會在線網(wǎng)上產(chǎn)生大量的諧波。

　　綜上所述，基準(zhǔn)電能計量采用積分法進行計算，即某段時間之內(nèi)（t1～t2）能耗的計算方法如下：

　　式中，u（t）、i（t）分別為在t1～t2時間段內(nèi)t時刻的工作電壓（V）和電流（A），W為t1～t2時間段內(nèi)消耗的電能量（kWh）。將各個時間段內(nèi)的消耗能量累加即可得到總的耗能數(shù)值。

　　3 硬件設(shè)計

　　組成系統(tǒng)的各部分設(shè)備及作用如下：

　　1）恒壓源  根據(jù)受檢直流電能表工作電壓范圍選取，提供可調(diào)的直流工作電壓；

　　2）恒流源  根據(jù)受檢直流電能表工作電流范圍選取，提供可調(diào)的直流負(fù)載電流；

　　3）電壓傳感器  測量直流電壓，輸出的隔離電信號送入數(shù)據(jù)采集模塊，選取瑞士LEM公司的CV3-1000型，額定輸入電壓700 V，可測范圍為0～±1 000 V，測量精度小于±0.2％，可測量直流、交流、脈沖電流信號，信號頻率范圍0～500 kHz；

　　4）電流傳感器  測量直流電流，輸出的隔離電信號送入數(shù)據(jù)采集模塊，選取瑞士LEM公司的ITB 300-SCT5-T型，額定輸入電流300 A，可測范圍±450 A，測量精度小于±0.05％，可測量直流、交流、脈沖電流信號，信號頻率范圍為0～100 kHz；

　　5）數(shù)據(jù)采集模塊  將電壓傳感器和電流傳感器的輸出模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供PC機使用，選取研華公司的PCI1716L，采樣速率達到250千次每秒；

　　6）控制模塊  根據(jù)設(shè)計要求精度定制，接收計算機控制指令，控制恒壓源和恒流源的輸出；

　　7）通信模塊  與受檢電能表進行通信，完成讀取和控制，可以采用周立功公司USBCANl型CAN通信模塊或JaRa2206型USB／RS485轉(zhuǎn)換器等；

　　8）PC機  自動生成檢驗報告；圖形化顯示測量結(jié)果；儲存測量結(jié)果，建立數(shù)據(jù)庫；若配備打印機，可打印檢驗結(jié)果等。

　　4 軟件設(shè)計

　　4.1 前面板設(shè)計

　　前面板是圖形化的人機界面，用于顯示測量結(jié)果和處理數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)需要通過前面板上的開關(guān)、按鈕和旋鈕對程序代碼及參數(shù)實現(xiàn)實時改變，使得測量數(shù)據(jù)的顯示達到*佳狀態(tài)。設(shè)計的直流電能表檢驗裝置前面板如圖2所示。

　　4.2 直流電能表的數(shù)據(jù)采集模塊

　　該直流電能表檢驗裝置選用PCI-1716L數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1716L是一款功能強大的高分辨率多功能PCI數(shù)據(jù)采集卡，帶有1個250 K／s，16位A／D轉(zhuǎn)換器，提供16路單端模擬量輸入或8路差分模擬量輸入，也可以組合輸入；還帶有2個16位D／A轉(zhuǎn)換輸出通道和16位數(shù)字量輸入／輸出通道。

　　需要特別說明的一點，為了減輕CPU負(fù)擔(dān)，該直流電能表檢驗裝置采用DMA（Direct Memory Access）模式直接從內(nèi)存存取數(shù)據(jù)。在DMA模式下，CPU只須向DMA控制器下達指令，讓其處理數(shù)據(jù)傳輸。傳輸完畢后再將信息反饋給CPU，這在很大程度上減輕CPU資源占用率，大大節(jié)省系統(tǒng)資源。另外，DMA模式傳輸優(yōu)先級高于程序中斷，二者的區(qū)別主要表現(xiàn)在對CPU的占用程度不同。中斷請求不但使CPU停下來，而且要求CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序，這其中包括對斷點和現(xiàn)場的處理以及CPU與外設(shè)的傳送，所以CPU付出很大代價；但若以DMA方式請求，僅僅會使CPU暫停一下，不需要對斷點和現(xiàn)場的處理，由它控制外設(shè)與主存之間完成數(shù)據(jù)傳輸，無需CPU干預(yù)，只占用一點CPU時間。

二、直流電能表典型接線圖

三、直流電能表產(chǎn)品概述
    蘇州科元儀器研制的直流電能表是在消化德國同類產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)上，依我國對電力設(shè)備的運行和計算機智能化監(jiān)控要求而設(shè)計的，能夠直接測量直流電能，并可帶有RS485接口，與微機進行數(shù)據(jù)交換。儀表有可任意設(shè)定報警值的兩路無源報警觸點輸出（上限和下限），儀表面板設(shè)有可編程按鍵，可方便地實現(xiàn)對顯示倍率，報警值，儀表邏輯地址，通訊波特率等的設(shè)置。

四、直流電能表功能功能：
1、適合各種工業(yè)場合；可顯示直流電流、電壓、功率方向，可顯示8位數(shù)電能；
2、測量直流電流、電壓、功率、正反向直流電能；
3、標(biāo)配RS485通信接口，從設(shè)備地址、波特率、數(shù)據(jù)格式可通過前面板按鍵任意設(shè)置； 
4、分流器變比可直接設(shè)置，可用于不同電流等級的直流系統(tǒng)；
5、標(biāo)配一路電能脈沖，可用脈沖計數(shù)器讀取電能值(脈沖常數(shù)1~1000imp/kWh可任意設(shè)置)；
6、輔助電源可選配從DC12V，DC24，DC48或AC/DC85-270V。

更多關(guān)于《淺析直流電能表的設(shè)計與功能概述》請點擊http://www.coyuan.com或http：//www.coyuan.cn，也可以向我公司銷售人員或技術(shù)人員聯(lián)系！