一種多功能低壓計量自動化測試裝置制造方法
【專利摘要】一種多功能低壓計量自動化測試裝置，該裝置由測試主機(1)與測試終端(2)構(gòu)成。本實用新型低壓計量自動化多功能測試裝置不但填補了對載波阻抗測試的空白，并且具備現(xiàn)有4-6種測試儀器的功能，該項目推廣后可為使用單位減少60％的測試儀器采購經(jīng)費，具有很高的直接經(jīng)濟效益；另外減輕維護人員現(xiàn)場測試工作量，提高工作效率，長期使用可減少設(shè)備的維護成本。
【專利說明】一種多功能低壓計量自動化測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是一種低壓計量多功能測試裝置，為電力企業(yè)的自動化管理提供多種相關(guān)功能測與信息管理技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]電力營銷作為供電企業(yè)生產(chǎn)過程中的一環(huán)，其作用日益顯現(xiàn)，成為供電企業(yè)降低成本，增加利潤的重要手段和方式。因此，營銷方式發(fā)生了巨大的變化，從原來的粗放式管理到現(xiàn)在精細化的管理模式轉(zhuǎn)變。在實際生產(chǎn)當中，由于管理模式轉(zhuǎn)變，對各項技術(shù)指標以及客戶信息的準確性提出了更高的要求。另外集中抄表，服務到戶，是兩網(wǎng)改造的主要內(nèi)容之一。自動抄表系統(tǒng)因具有實時抄收、數(shù)據(jù)精確等特點，已經(jīng)成為提高電力企業(yè)管理自動化水平的一項重要技術(shù)手段。載波抄表系統(tǒng)能夠充分利用現(xiàn)有的電力線資源，無需另外布線，因此得到了廣泛的推廣應用。由于載波抄表方式的可靠性、準確性、穩(wěn)定性與低壓電力線路的分布方式及低壓電力線路的負荷性質(zhì)有密切聯(lián)系，在進行載波抄表系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試時首先應了解現(xiàn)場低壓電力線路的網(wǎng)路分布方式及各種負荷狀況，并了解它們對載波抄收效果的影響，這樣才能提高調(diào)試效率。
[0003]根據(jù)以上的需要，用電管理部門不僅需要普查各類臺區(qū)的用戶資料，包括用戶是由哪臺變壓器供電，由哪個母線分支供電，由哪相供電，實現(xiàn)臺區(qū)精細化管理，為降耗減損提供真實準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；而且需要對低壓載波環(huán)境進行測試、統(tǒng)計與分析；通過GPS自動收集計量裝置、自動采集終端地理信息；能對載波電能表、采集器I型和采集器II型的載波通信功能進行測試；能對電能表、集中器、采集器GPS對時等功能。
[0004]目前市場上出現(xiàn)的相關(guān)產(chǎn)品有臺區(qū)用戶識別儀、電力通訊終端通信端口測試儀、載波通信端口測試儀等功能比較單一的產(chǎn)品。并且對低壓載線路波阻抗的測試雖然可檢索到論文，但在市場尚未見到相關(guān)的產(chǎn)品。
[0005]近幾年，由于電子技術(shù)快速發(fā)展，中央處理器(CPU)和數(shù)字信號處理器(DSP)的運算速度越來越快，集成功能越來越多，存儲能力越來越大。測試儀器多功能化是現(xiàn)代儀器發(fā)展的必然趨勢。國內(nèi)外到目前為止未見到本實用新型所提到多功能產(chǎn)品。
實用新型內(nèi)容
[0006]一種多功能低壓計量自動化測試裝置，本實用新型特征是，該裝置由測試主機與測試終端構(gòu)成；其中測試主機包括中央處理器、高速浮點數(shù)字信號處理器、現(xiàn)場可編程陣列、人機交互單元、無線通信模塊A、載波通信模塊A、高速A/D A、高速A/D B、可編程數(shù)字信號發(fā)生器、功率放大、頻譜測試輸入信號處理模塊、開關(guān)、標準電阻、采樣電阻；其連接關(guān)系:中央處理器、高速浮點數(shù)字信號處理器、現(xiàn)場可編程陣列依序連接，中央處理器分別與現(xiàn)場可編程陣列、人機交互單元、無線通信模塊A、載波通信模塊A連接；高速A/D A與開關(guān)的端點I連接后與高速浮點數(shù)字信號處理器連接；開關(guān)的端點2、標準電阻、高速A/D B與高速浮點數(shù)字信號處理器依序連接，在標準電阻和高速A/D B之間接入采樣電阻，該采樣電阻的一端接地；現(xiàn)場可編程陣列、可編程數(shù)字信號發(fā)生器、功率放大與開關(guān)的端點2依序連接，現(xiàn)場可編程陣列還分別與高速高速A/D A和高速A/D B連接；頻譜測試輸入信號處理模塊與開關(guān)的端點3連接；
[0007]測試終端包括嵌入式工業(yè)單板機、GPS模塊、485通信模塊、液晶顯示器觸摸屏、攝像頭，載波通信模塊B，無線通信模塊B ;連接關(guān)系為:嵌入式工業(yè)單板機分別與GPS模塊、485通信模塊、液晶顯示器觸摸屏，載波通信模塊B，無線通信模塊B連接，攝像頭與嵌入式工業(yè)單板機的USB接口連接；
[0008]測試終端的嵌入式工業(yè)單板機與測試主機通過無線通信模塊A與無線通信模塊B連接。
[0009]采用所述裝置進行線路阻抗測試的方法為:
[0010]線路阻抗的測試時，首先由可編程信號發(fā)生器產(chǎn)生所需頻率的信號，經(jīng)過功率放大電路后輸出到阻抗測試輸出電路中，阻抗測試輸出電路由標準電阻、采樣電阻串聯(lián)組成；
[0011]首先，在維持上述信號輸出的情況下，測得高速A/D A、高速A/D B之間的電壓U和電流I，利用高速浮點數(shù)字處理器經(jīng)過傅里葉分析求出U和I之間的夾角α，再由公式:Ro=U*I*COS ( α )，Xo = U*I*SIN( α )，得出內(nèi)部阻抗；
[0012]然后把待測線路串聯(lián)到標準電阻、電流采樣電阻之間，形成新的阻抗測試輸出電路，測得高速A/D A、高速A/D B之間的電壓U0、電流10，利用高速浮點數(shù)字處理器經(jīng)過傅里葉分析求出UO和1之間的夾角β，再由公式:Rx = UO*1*COS(0)，Xx = UO*1*SIN(0)，得到此時的阻抗；由于此電路是串聯(lián)電路，電阻R = Rx-Ro>電抗X = Xx-Xo,根據(jù)Z2 =R2+X2 ;即可算出線路阻抗Z。
[0013]采用所述裝置進行線路頻譜測試的方法為:經(jīng)高速Α/D采樣的線路電壓，分成兩段處理:1HZ-1KHZ，1KHZ-500KHZ，第一段頻率分辨率是1Hz，第二段頻率的分辨率是1KHZ，通過高速浮點數(shù)字信號處理器采用快速傅里葉變換求出各頻率信號的幅值，得出頻譜。
[0014]采用所述裝置進行載波通信測試的方法為:使用測試主機的載波通信模塊A對載波產(chǎn)品進行載波通信檢測。
[0015]采用所述裝置進行485接口通信測試的方法為:測試終端通過485通信模塊連接被檢測設(shè)備的485接口，發(fā)送檢測數(shù)據(jù)幀，對被檢測設(shè)備的485接口通信進行檢測。
[0016]采用所述裝置進行對時與獲得地理信息的方法為:測試終端通過GPS模塊進行對時，并且通過GPS模塊自動收集計量自動化終端、表計的地理信息，搜集營配信息。
[0017]采用所述裝置進行配電信息核對的方法為:測試終端自動搜索配變下表計載波地址、RS485地址并存儲，并與集中器、“二合一 ”配變終端內(nèi)地址比對，實現(xiàn)配電信息核對。
[0018]采用所述裝置進行現(xiàn)場信息采集的方法為:測試終端利用攝像頭采集現(xiàn)場圖像，通過USB將圖像傳遞給嵌入式工業(yè)單板機，對采集信息進行分析和管理。
[0019]采用所述裝置進行微功率無線自動抄表環(huán)境測評的方法為:測試主機通過無線通信模塊發(fā)射470MHz-510MHz的微功率無線信號，由測試終端通過無線通信模塊接收，根據(jù)通信情況對微功率無線自動抄表環(huán)境進行測評。
[0020]采用所述裝置進行變戶關(guān)系識別的方法為:使用兩個測試終端，一個掛在臺區(qū)變壓器端，另一個掛在用戶端；掛在臺區(qū)變壓器端的測試終端利用載波通信模塊B發(fā)送帶有臺區(qū)及相別信息的超低頻過零載波信號，另一個掛在用戶端的測試終端通過載波通信模塊B接收臺區(qū)及相別信息，完成變戶關(guān)系識別。
[0021](I)解決的技術(shù)問題
[0022]目前市場上沒有出現(xiàn)對低壓載波線路阻抗測試的相關(guān)產(chǎn)品，本實用新型不但實現(xiàn)了對低壓載波線路阻抗的測試，而且將其他相關(guān)的多種功能集成與一體。目前國內(nèi)外市場上尚未出現(xiàn)這種多功能自動化測試裝置。
[0023]本實用新型廣品所具備的功能有:
[0024]1.1變戶關(guān)系識別，通過超低頻過零載波技術(shù)識別變戶關(guān)系和負荷相別；
[0025]1.2載波通道通信測試，通過擴展載波通信模塊，可以對不同載波模塊、不同載波方案進行測試；
[0026]1.3對集中器、采集器、“二合一”配變終端、表計等載波通信模塊、RS485通信口測試，兼容DL/645-97/07等規(guī)約；
[0027]1.4通過利用GPS技術(shù)，自動收集計量自動化終端、表計的地理信息和GPS對時，滿足營配信息收集要求；
[0028]1.5自動搜索配變下表計載波地址、RS485地址存儲功能，并能與集中器、“二合一”配變終端內(nèi)地址比對，實現(xiàn)配電信息核對；
[0029]1.6低壓載波線路阻抗測試與分析，低壓載波線路頻譜測試；
[0030]1.7微功率無線(470MHZ-51MHz等)不同頻點和功率下自動抄表環(huán)境測評；
[0031]1.8電能計量裝置圖像現(xiàn)場采集及信息管理。
[0032](2)技術(shù)方案
[0033]本裝置由測試主機和測試終端(分機)構(gòu)成，主機主要完成研宄要點的1.2、1.6功能；終端主要完成研宄要點的1.Ul.3,1.4,1.5和1.8功能；主機和終端配合完成研宄要點的1.7。
[0034]1.1主機的硬件組成及測試原理
[0035]主機系統(tǒng)主要由中央處理器(ARM)、高速浮點數(shù)字信號處理器(DSP)構(gòu)成，并配有可編程數(shù)字信號發(fā)生器(DDS)，兩路高速A/D,功率放大模塊，無線通信模塊A，載波通信模塊A，人機交互單元。測試系統(tǒng)主機原理框圖1所示。圖中(16)為待測測線路阻抗，實際應用中為兩個端子，將要測試的線路接入此處，通過1.1.2線路阻抗測試中介紹的方法計算可得出線路的阻抗。
[0036]1.1.1線路頻譜測試
[0037]線路電壓經(jīng)過圖1中頻譜測試輸入信號處理電路處理后，再由高速A/D(9)采樣的線路電壓送給高速浮點數(shù)字信號處理器(DSP)采用快速傅里葉變換可求出各頻率信號的幅值，從而得到頻譜測試結(jié)果。為了保證采樣的時間和計算精度，我們對輸入信號采取分成兩段處理:1Ηζ-1ΚΗζ，1ΚΗΖ-500ΚΗΖ，第一段頻率分辨率是1Hz，第二段頻率的分辨率是1KHZ，這樣可減少運算時間。
[0038]1.1.2線路阻抗測試
[0039]如圖1所示，線路阻抗的測試時，將被測試線路由接入線路阻抗處。首先由可編程信號發(fā)生器(DDS)產(chǎn)生所需頻率的信號(10KHZ-500KHZ，分辨率1Hz，頻率范圍內(nèi)任意設(shè)置)，經(jīng)過功率放大電路后輸出到阻抗測試輸出電路中，阻抗測試輸出電路由標準電阻和電流采樣電阻串聯(lián)組成，其中電流采樣電阻是計算回路電流，標準電阻是為了防止線路阻抗過小，防止燒毀功放電路。阻抗測量原理如下:
[0040]首先，在維持上述信號輸出的情況下，測得高速A/D A(9)、高速A/D B(1)之間的電壓U和電流I，利用高速浮點數(shù)字處理器經(jīng)過傅里葉分析求出U和I之間的夾角α，再由公式:Ro = U*I*COS(a)，X0 = U*I*SIN( a )，得出內(nèi)部阻抗；
[0041]然后把待測線路串聯(lián)到標準電阻、電流采樣電阻之間，形成新的阻抗測試輸出電路，測得高速A/D A(9)、高速A/D B(1)之間的電壓U0、電流10，利用高速浮點數(shù)字處理器經(jīng)過傅里葉分析求出UO和1之間的夾角β，再由公式:RX = U0*10*C0S(|3)，Xx=U0*10*SIN( β )，得到此時的阻抗；由于此電路是串聯(lián)電路，電阻R = Rx-Ro>電抗X =Xx-Xo，根據(jù)Z2 = R2+X2 ;即可算出線路阻抗Z。
[0042]1.1.3載波通信模塊
[0043]如圖1所示中央處理器(ARM)發(fā)送的通信檢測信號經(jīng)載波通信模塊A轉(zhuǎn)換成電力載波信號，與載波產(chǎn)品進行載波通信，進行載波通道測試。只需更換所擴展的載波通信模塊A便可對不同廠家的載波產(chǎn)品進行通信測試。
[0044]1.2終端的硬件組成及測試原理
[0045]由于終端部分要完成電能計量裝置圖像現(xiàn)場采集及信息管理，故終端必須具有有高性能CPU和高級操作系統(tǒng)，本項目使用嵌入式工業(yè)單板機來進行圖像采集和信息處理，硬件原理如下圖所示:
[0046]1.2.1 GPS 通信模塊
[0047]如圖2所示，GPS模塊通過串口 I與嵌入式工業(yè)單板機相連接，嵌入式工業(yè)單板機通過GPS可進行對時，獲得地理信息。嵌入式工業(yè)單板機利用GPS模塊來實現(xiàn)收集計量自動化終端、表計的地理信息和對時。
[0048]1.2.2 485 通信模塊
[0049]如圖2所示，利用485通信模塊通過串口 2與嵌入式工業(yè)單板機相連。嵌入式工業(yè)單板機的串口 2發(fā)送的TTL電平的信號，經(jīng)過485模塊轉(zhuǎn)換成485電平信號，可與485通信接口的設(shè)備進行通信?？蓪衅?、采集器、“二合一”配變終端、表計等的載波通信產(chǎn)品的RS485通信口測試，兼容DL/645-97/07等規(guī)約；自動搜索配變下表計載波地址、RS485地址存儲功能，并能與集中器、“二合一”配變終端內(nèi)地址比對，實現(xiàn)配電信息核對。
[0050]1.2.3 攝像頭
[0051]如圖2所示攝像頭通過USB 口與嵌入式工業(yè)單板機相連，攝像頭采集的圖像經(jīng)USB口上傳給嵌入式工業(yè)單板機，嵌入式工業(yè)單板機將圖像信息進行分析處理并存儲。用于對現(xiàn)場信息的采集和處理。
[0052]1.2.4臺區(qū)識別
[0053]如圖2所示，與嵌入式工業(yè)單板機相連的載波通信模塊B采用超低頻過零載波技術(shù)，無需使用雙向識別即可解決鄰變、串相和共地的干擾，克服了現(xiàn)場使用電流鉗操作不便的缺點，此方法通信距離可達2km以上，臺區(qū)識別率100%。使用時將兩個測試終端分別放置于臺區(qū)變壓器與用戶端，臺區(qū)變壓器端的終端通過圖2中的載波通信模塊B發(fā)送帶有臺區(qū)信息的超低頻過零載波信號，用戶端的終端通過載波通信模塊A接收到的信息來辨別用戶臺區(qū)關(guān)系，完成臺區(qū)識別。
[0054]1.2.5微功率無線環(huán)境測評。
[0055]微功率無線環(huán)境測評利用圖1中測試主機的無線通信模塊A與圖2中測試終端的無線通信模塊B共同完成。把測試主機和測試終端置于需要測試的兩端，將兩個無線模塊設(shè)置成現(xiàn)場微功率抄表模塊使用的相近的頻率和相同的發(fā)射功率，然后進行雙機通信，測試通信成功率即可評測微功率無線使用環(huán)境。
[0056](3)有益效果
[0057]本實用新型產(chǎn)品低壓計量自動化多功能測試裝置不但填補了對載波阻抗測試的空白，并且具備現(xiàn)有4-6種測試儀器的功能，該項目推廣后可為使用單位減少60%的測試儀器采購經(jīng)費，具有很高的直接經(jīng)濟效益；另外減輕維護人員現(xiàn)場測試工作量，提高工作效率，長期使用可減少設(shè)備的維護成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1是本實用新型測試主機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖2是本實用新型測試終端機構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0060]如圖1、圖2所示，一種多功能低壓計量自動化測試裝置，本實用新型特征是，該裝置由測試主機I與測試終端2構(gòu)成；其中測試主機I包括中央處理器3、高速浮點數(shù)字信號處理器4、現(xiàn)場可編程陣列5、人機交互單元6、無線通信模塊A7、載波通信模塊AS、高速A/DA9、高速A/D B10、可編程數(shù)字信號發(fā)生器11、功率放大12、頻譜測試輸入信號處理模塊13、開關(guān)14、標準電阻15、采樣電阻17 ;其連接關(guān)系:中央處理器3、高速浮點數(shù)字信號處理器4、現(xiàn)場可編程陣列5依序連接，中央處理器3分別與現(xiàn)場可編程陣列5、人機交互單元6、無線通信模塊A7、載波通信模塊A8連接；高速A/D A9與開關(guān)14的端點I連接后與高速浮點數(shù)字信號處理器4連接；開關(guān)14的端點2、標準電阻15、高速A/D BlO與高速浮點數(shù)字信號處理器4依序連接，在標準電阻15和高速A/D BlO之間接入采樣電阻17，該采樣電阻17的一端接地；現(xiàn)場可編程陣列5、可編程數(shù)字信號發(fā)生器11、功率放大12與開關(guān)14的端點2依序連接，現(xiàn)場可編程陣列5還分別與高速高速A/D A9和高速A/D BlO連接；頻譜測試輸入信號處理模塊13與開關(guān)14的端點3連接；
[0061]測試終端2包括嵌入式工業(yè)單板機18、GPS模塊19、485通信模塊20、液晶顯示器觸摸屏21、攝像頭22，載波通信模塊B23，無線通信模塊B24 ;連接關(guān)系為:嵌入式工業(yè)單板機18分別與GPS模塊19、485通信模塊20、液晶顯示器觸摸屏21，載波通信模塊B23，無線通信模塊B24連接，攝像頭22與嵌入式工業(yè)單板機18的USB接口連接；
[0062]測試終端2的嵌入式工業(yè)單板機18與測試主機I通過無線通信模塊A7與無線通信模塊B24連接。
[0063]圖中(16)為待測測線路阻抗，實際應用中為兩個端子，將要測試的線路接入此處，通過1.1.2線路阻抗測試中介紹的方法計算可得出線路的阻抗。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能低壓計量自動化測試裝置，其特征是，該裝置由測試主機(I)與測試終端(2)構(gòu)成；其中測試主機(I)包括中央處理器(3)、高速浮點數(shù)字信號處理器(4)、現(xiàn)場可編程陣列(5)、人機交互單元(6)、無線通信模塊A(7)、載波通信模塊A(8)、高速A/D A(9)、高速A/D B(1)、可編程數(shù)字信號發(fā)生器(11)、功率放大(12)、頻譜測試輸入信號處理模塊(13)、開關(guān)(14)、標準電阻(15)、采樣電阻(17);其連接關(guān)系:中央處理器(3)、高速浮點數(shù)字信號處理器(4)、現(xiàn)場可編程陣列(5)依序連接，中央處理器(3)分別與現(xiàn)場可編程陣列(5)、人機交互單元(6)、無線通信模塊A (7)、載波通信模塊A(S)連接；高速A/D A (9)與開關(guān)(14)的端點I連接后與高速浮點數(shù)字信號處理器⑷連接；開關(guān)(14)的端點2、標準電阻(15)、高速A/D B(1)與高速浮點數(shù)字信號處理器⑷依序連接，在標準電阻(15)和高速A/D B(1)之間接入采樣電阻(17)，該采樣電阻(17)的一端接地；現(xiàn)場可編程陣列(5)、可編程數(shù)字信號發(fā)生器(11)、功率放大(12)與開關(guān)(14)的端點2依序連接，現(xiàn)場可編程陣列(5)還分別與高速高速A/D A(9)和高速A/D B(1)連接；頻譜測試輸入信號處理模塊(13)與開關(guān)(14)的端點3連接； 測試終端(2)包括嵌入式工業(yè)單板機(18)、GPS模塊(19)、485通信模塊(20)、液晶顯示器觸摸屏(21)、攝像頭(22)，載波通信模塊B (23)，無線通信模塊B (24);連接關(guān)系為:嵌入式工業(yè)單板機(18)分別與GPS模塊(19)、485通信模塊(20)、液晶顯示器觸摸屏(21)，載波通信模塊B (23)，無線通信模塊B (24)連接，攝像頭(22)與嵌入式工業(yè)單板機(18)的USB接口連接； 測試終端(2)的嵌入式工業(yè)單板機(18)與測試主機(I)通過無線通信模塊A (7)與無線通信模塊B (24)連接。
【文檔編號】G01R15/12GK204203324SQ201420700512
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】蘇智勇, 樊鳳鳴, 王芳, 谷文俊, 葉鴨瓊, 張冠一, 劉華文 申請人:云南電網(wǎng)公司普洱供電局