1.5 Устройство и работа основных элементов

1.5.1 Основной модуль.

Токи и напряжения измеряемой трехфазной сети через соответствующие клеммы и входные элементы поступают на основной модуль. Преобразование сигналов токов и напряжений осуществляется измерительной СБИС, включающей в свой состав цифровой сигнальный процессор (DSP) со встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). Микроконтроллер является основным элементом, который управляет работой всеми электронными элементами счетчика (см. рисунок 2).

На печатной плате установлены следующие компоненты:

– импульсный источник питания;

– резистивные делители напряжения;

– нагрузочные резисторы для трех датчиков тока;

– измерительная СБИС;

– микроконтроллер;

– схема сброса;

– память EEPROM;

– кварцевый генератор часов (32,768 кГц);

– элементы оптического порта;

– жидкокристаллический индикатор (ЖКИ);

– интерфейсы для подключения дополнительных модулей.

Рисунок 2 – Структурная схема счетчика Альфа А1140.

1.5.2 Преобразование и вычисление сигналов.

Измерительная СБИС содержит АЦП, которые преобразуют входные аналоговые сигналы токов и напряжений в цифровую последовательность; выборки осуществляются по каждой фазе тока и напряжения. В СБИС также осуществляется преобразование оцифрованных сигналов в энергию и мощность.

Постоянные коэффициенты калибровки, хранящиеся в EEPROM, загружаются в счетчик на заводе-изготовителе и становятся частью соответствующих операций при расчетах необходимых величин.

СБИС содержит схему контроля за уровнем входных напряжений и токов, посылающую соответствующий сигнал на микроконтроллер.

1.5.3 Память EEPROM.

Все накопленные и измеренные данные, статусная информация, параметры конфигурации записываются в энергонезависимую память EEPROM, расположенную на основной плате счетчика. К основным параметрам, содержащимся в EEPROM, относятся:

– параметры конфигурации счетчика;

– постоянные калибровки и другие константы;

– расписание тарифных зон для энергии и мощности;

– накопленная энергия по тарифам и общая энергия (kWh, kvarh);

– максимальная мощность в тарифных зонах;

– предыдущие данные по тарифам и общие данные;

– количество перепрограммирований счетчика, дата и время последнего перепрограммирования;

– количество реверсов энергии, дата и время начала последнего реверса энергии;

– количество перерывов питания, дата и время последнего отключения питания;

– данные графиков нагрузки и ряд других величин.

1.5.4 Источники питания.

В счетчиках Альфа А1140 используется трехфазный источник питания, рассчитанный для работы на одном из входных фазных напряжений питающей сети: 57,7 В или 230 В, либо на одном из линейных напряжений: 100 В или 230 В. Величина номинального напряжения счетчика указана на щитке.

В счетчиках Альфа А1140 возможно применение дополнительного питания, которое позволяет считывать информацию со счетчика при отключении напряжения измерительной сети. В качестве дополнительного питания используется блок питания АТ-4012 (или аналогичный). Если в обозначении модификации счетчика присутствует индекс “W” (дополнительное питание), то зажимы “30–31” используются для подключения блока дополнительного питания (см. рисунок Б.12).

В каждом счетчике Альфа А1140 установлена литиевая батарея с напряжением питания 3 В, которая поддерживает ведение календаря при отключенном питании счетчика.

Функцию ведения календаря осуществляет отдельная микросхема с ультранизким потреблением тока. Таким образом, емкости литиевой батареи должно быть достаточно для обеспечения поддержки хода календаря на весь срок службы счетчика (при нормальной температуре и влажности).

1.5.5 Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).

Счетчик оснащен жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), который используется для отображения программируемого набора измеренных и вычисленных величин, а также других вспомогательных параметров (см. приложение В).

Каждый отображаемый параметр сопровождается символьным пояснением (подсказкой). Для удобства просмотра набор параметров ЖКИ может быть разделен на меню/страницы, каждой из которых присваивается собственный заголовок для идентификации содержания. Для отображения коммерческих и сервисных данных может быть создано до 20 меню/страниц.

Внешний вид ЖКИ с обозначением его информационных полей приведен на рисунке 3.

ЖКИ счетчика может работать в трех режимах: нормальном, вспомогательном и сервисном (Utility).

Нормальный режим устанавливается при подаче питания на счетчик. В нормальном режиме данные отображаются на ЖКИ в циклической последовательности. Данный режим работы ЖКИ может быть запрограммирован на отображение необходимых величин c заданным временем удержания параметра.

Вспомогательный режим включается нажатием на кнопку “ALT”. В данном режиме происходит пошаговая прокрутка параметров; каждый шаг (переход на отображение следующего параметра) осуществляется нажатием на кнопку “ALT”. В случае прекращения нажатий на кнопку, отображаемый параметр будет индицироваться в течение 30 секунд, после чего счетчик перейдет в нормальный режим работы ЖКИ.

Сервисный режим (Utility) включается нажатием на кнопку “RESET”, на ЖКИ при этом появится надпись “UTILITY”. Переключение параметров сервисного режима осуществляется кнопкой “ALT”. Управление сервисным режимом аналогично управлению вспомогательным режимом при помощи кнопки “АLT”.

Программно задаются следующие параметры отображаемых на ЖКИ счетчика величин:

• разрядность отображаемых величин (максимум 7 разрядов);

• дробная часть (количество цифр после запятой);

• коэффициенты трансформации Кт и Кн;

• единицы измерения энергии и мощности (кВт или МВт, кВт•ч или МВт•ч).

В случае трансформаторного включения счетчика коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения могут быть введены в счетчик;

при этом энергия и мощность будут отображаться на ЖКИ с учетом коэффициентов Кн и Кт.

Кроме того, на ЖКИ счетчика могут отображаться дополнительные параметры сети (токи, напряжения, активная и реактивная мощности фаз и т. д.).

1.5.6 Светодиодные индикаторы (LED).

В центре лицевой панели счетчика расположены светодиодные индикаторы (LED). Светодиодные индикаторы выдают импульсы (мигают) с частотой пропорциональной приложенной нагрузке. Постоянная светодиодных индикаторов указана на щитке счетчика рядом со светодиодами. Правый индикатор отображает активную энергию, левый - реактивную. Данные индикаторы могут быть использованы для поверки счетчика. Длительность импульса составляет 20 мс.

1.5.7 Интерфейсы счетчика.

Для осуществления обмена информацией между счетчиком и компьютером используется оптический порт счетчика. Для построения систем АСКУЭ может быть использовано импульсное выходное устройство и цифровой интерфейс.

• Оптический порт.

Оптический порт (ОП) расположен на передней панели счетчика (под прозрачным окном) и сконструирован в соответствии со стандартом МЭК 1107.

ОП предназначен для связи счетчика с персональным компьютером (последовательный порт) через специальный оптический преобразователь. Порт используется для программирования и считывания информации со счетчика, а также для заводской калибровки и поверки.

Во время работы со счетчиком по оптическому порту на ЖКИ счетчика в левом верхнем углу появляется символ “О”.

• Импульсное реле (при отсутствии дополнительного питания).

В счетчике Альфа А1140 (при отсутствии индекса “W” в обозначении модификации) имеется одно импульсное выходное устройство – электронное реле, выходы которого имеют маркировку “20, 21” (см. рисунок Б.13). Реле рассчитано на постоянное рабочее напряжение до 27 В и ток до 25 мА, является полярным. Полярность подключения импульсного канала указана на зажимной плате счетчика: на зажим “20” подается “+”, на зажим “21” подается “–” от устройства сбора данных. Реле может быть запрограммировано по любой измеряемой счетчиком энергии (на заводе–изготовителе данное реле программируется по активной энергии (см. таблицу 5)). Постоянная по импульсному каналу равна постоянной по светодиодному индикатору (LED), указанной на щитке счетчика.

• Цифровой интерфейс RS232 или RS485.

Цифровой интерфейс предназначен для организации обмена между компьютером или устройством сбора данных и счетчиком (как правило, для считывания коммерческой, статусной и иной необходимой информации со счетчика). В счетчиках Альфа А1140 может использоваться интерфейс RS232 или интерфейс RS485. Используя интерфейс RS232, можно объединить в одну шину до 10 счетчиков. Во время связи со счетчиком по цифровому интерфейсу на ЖКИ в левом верхнем углу появляется символ “r”.

Счетчик Альфа А1140 базовой модификации имеет цифровой интерфейс RS232 с выходным разъемом RJ12, имеющим 6 контактов. Для организации связи по интерфейсу RS232 достаточно трех сигналов: “Tx”, “Rx” и “0 В” (“GND”) на контактах 2, 3 и 5 разъема RJ12, подключение к которым обеспечивает как вилка RJ12, так и вилка RJ11. Назначение контактов разъема RJ12 и их расположение приведено в таблице 6 и на рисунке 4.

Схема распайки кабеля для подключения СОМ-порта компьютера к порту RS232 счетчика приведена на рисунке 5.

Опционально счетчик Альфа А1140 может иметь интерфейс RS485, выполненный в виде внешнего модуля, который устанавливается и закрепляется в нижней части зажимной платы счетчика. Плата, установленная в съемном модуле, является преобразователем интерфейса RS232 в RS485. Кабель для подключения к счетчику имеет вилку RJ12. Интерфейс RS485 выведен на 6-контактный винтовой клеммник. Назначение контактов интерфейса RS485 приведено в таблице 7.

1.5.8 Кнопки счетчика.

Счетчик Альфа А1140 имеет две кнопки: “ALT” (кнопка управления жидкокристаллическим индикатором) и кнопку “RESET” (см. рисунок 1).

Кнопка “ALT” предназначена для переключения ЖКИ счетчика во вспомогательный режим и для пошаговой прокрутки отображаемых параметров во вспомогательном и в сервисном режимах.

Кнопка “RESET” предназначена для переключения ЖКИ в сервисный режим.

Сброс максимальной мощности выполняется при одновременном нажатии обеих кнопок “ALT” и “RESET” (длительность нажатия составляет примерно 3 секунды).

Кнопка “RESET” может быть заблокирована пломбой для исключения ее нажатия.