智能电能表温度影响试验远程自动测试系统设计与应用*

赵波 李博 马宇明 邓凌翔/江苏省计量科学研究院

智能电能表温度影响试验远程自动测试系统设计与应用*

赵波 李博 马宇明 邓凌翔/江苏省计量科学研究院

针对智能电能表环境试验中的温度影响试验项目进行自动测试系统研究。分析了该项目自动测试的必要性，提出了自动测试系统的软硬件设计方案，分别介绍了自动控温子系统、自动测量子系统、自动报警子系统这三个子系统的主要技术。应用证明，该系统能提高工作效率，降低差错率。

智能电能表；温度影响试验；自动测试系统

0 引言

电能表作为国家列入重点管理目录的计量器具，其质量优劣影响到人身及财产安全和贸易结算双方的经济利益。以江苏为例，江苏省是智能电能表的生产大省，本地某计量测试中心智能电能表型式评价检验批次年均达到180批次以上。前期调研结果表明，我国各大国家电能表检验中心的检验业务量每年以一定幅度递增，智能电能表型式评价和其他检验任务均比较饱满，设备使用率高、人员忙碌。目前单台仪器的自动化测试应用已经普及，但是不同仪器之间还无法自动配合，一个试验项目中所需的多台仪器设备之间的配合与控制都采用的是人工方式，人员需要在仪器之间来回调试、手工记录，试验效率低，自动化程度不高。JJF 1245-2010系列标准[1～3]规定，在每个温度点需稳定2 h后再进行误差测试，加上恒温恒湿室的升降温度时间，以及人工接线和校验时间，每完成一个批次智能电能表的温度影响试验需要约4 h。

智能电能表温度影响试验都是按照传统人工方式进行，对于每年上百个批次试验数量来说，人工试验方法处于工作紧张和难以应付的局面。智能电能表温度影响试验远程自动测试系统[4]的研发与应用，使此试验过程自动化，以减少人工干预，提高工作效率。

1 系统概述

智能电能表温度影响试验作为电能表型式评价中的一项重要试验，其目的是在环境温度变化的情况下，确认被测智能电能表误差的变化量是否大于标准规定的限值。按照规定，电能表需放置在恒温恒湿室中，在-10 ℃、10 ℃、13 ℃、33 ℃、25 ℃、45 ℃共6个温度点下测试其电能误差。

图1 测试系统总体框架

如图1所示，智能电能表温度影响试验远程自动测试系统总体框架包括计算机、智能电能表测试标准源、恒温恒湿室及其自动控制装置，以及智能电能表自动切换装置。

智能电能表温度影响试验需长时间在恒温恒湿室中进行。在环境温度从-10～45 ℃变化的情况下，需要检验装置能否在此环境下长时间稳定工作。为了满足以上要求，对检验装置采用分体式设计，即标准测试源与智能电能表测试架彼此分离。标准测试源放置在恒温恒湿室外，使其工作在室温环境中，确保可稳定工作。测试架与被测智能电能表放置在恒温恒湿室中进行试验。为了提高测试架的工作可靠性，测试架上只设置测试表托、电压接线柱和辅助信号连接线，把被测智能电能表测试所需的电压、电流和脉冲信号线通过集线端子连接到标准测试源上。

为了满足测试环境的要求，测试架采用全铝合金制作，连接螺丝采用不锈钢材质。测试表托和接线柱的外壳结缘壳全部采用阻燃性、电绝缘性、耐腐蚀性和耐磨性好的聚碳酸酯，抗氧化性优良。测试采用双面三层方式，每层10只智能电能表，共30只智能电能表，每次可对30只不同规格的单相和三相智能电能表进行温度影响试验。测试架上每10只表为一组，共分为三组测试单元，每组电压、电流回路完全独立。测试架上三组测试单元可通过装置自动切换。

2 软硬件方案

自动控制系统中的计算机分别通过9针的串行接口RS232-C与系统内的各仪器设备连接，如图2所示。测试时，系统首先控制“自动切换装置”连接被测智能电能表，由计算机通过串行接口下发切换命令，在三组被测智能电能表中进行切换；然后控制标准测试源。根据被测智能电能表的电压、电流规格输出对应的测试电压和电流，可对智能电能表进行有功误差、时钟误差等性能测试。计算机自动读取和保存测试数据。

图2 串口连接

软硬件方案按照面向对象设计，包括三个子系统，分别为：面向恒温恒湿室的自动控温子系统、面向智能电能表和智能电能表误差检验装置的自动测量子系统、面向测试人员的自动警告子系统。下面分别介绍其主要技术。

2.1 自动控温子系统

恒温恒湿室是自动控温子系统的主体，其本身具有温度采集系统及串行接口输出。自动系统可以通过串行接口进行实时数据采集，并记录在数据库中。在采集数据的同时，对数据与标准设定值进行比较，判定当前温度是否符合测温点的要求。在试验过程中如有采集温度的异常情况出现，将重新进行温度的记录，直到满足温度稳定的条件再进行试验。每一个测温点试验完成后，结果将自动反馈给后台软件，软件通过串行接口设置预置的下一个测温点，继续试验。

计算机通过串口报文直接对恒温恒湿室进行操作。首先向恒温恒湿室发出设定温度命令，然后系统开始控温，并轮询恒温恒湿室当前温度，以此判断是否达到预期温度。在本系统中，将恒温恒湿室控制设计为一个独立的恒温模块，系统通过特定接口来访问，而不需要具体了解底层的报文操作。如果需要支持其他恒温恒湿室，无需修改系统的其他代码，只需重新设计一个新的恒温模块就可以实现。恒温模块主要包含以下接口：启动控温（即设定目标温度）、停止控温、读取当前温度、待机、关机。

2.2 自动测量子系统

自动测量子系统面向智能电能表和智能电能表误差检验装置进行控制。目前智能电能表校验装置只能同时校验相同电流和电压规格的智能电能表，对于规格不同的智能电能表，则必须重新拆装后分批检验。

图3 电压测试回路切换

图4 电流测试回路切换

本系统以继电器作为切换开关研制了一种自动切换装置。图3、图4所示是电压、电流自动切换的装置原理图。标准测试源输出的电压、电流通过继电器可以倒换，分别对应测试架上的三组被检智能电能表。根据测试方案，可以控制测试源的电压、电流输出，满足不同规格智能电能表的测试。

智能电能表检验装置的控制通过串口进行。与恒温恒湿室控制方式不同的是，检验装置的控制相对比较独立，只要将试验参数一次性传入检验装置，等待试验结果即可，试验过程中不需要程序干预。在本系统中，检验装置模块同样设计为一个独立的模块。系统通过接口来访问，无需了解检验装置的底层操作。实际上，检验装置模块需要再通过厂家提供的驱动程序（OCX动态库）来完成对检验装置的控制。检验装置模块主要包含以下接口：接通/关闭回路、基本误差、日计时、快速降电压电流、获取当前电压电流、独立控制电压电流升降、终止试验。

2.3 自动警告子系统

为了保证试验过程的安全性，需增加异常状态的报警。主要采用声光报警功能，在主站的后台上位机安装声光报警设备。在温度异常或者测量数据处于非正常状态时，后台输出控制命令，控制设备的启停。报警设备启动后，需手工干预才能复位重启，同时后台保存发生报警的记录，供后期查询分析。

3 自动测试系统应用

选用一只稳定的智能电能表作为被测物，并选取-10～10 ℃，13～33 ℃，25～45 ℃这三个温度范围作为上限温度和下限温度，分别用人工测试方式与自动测试方式测试智能电能表的误差。测试结果对比见表1。

表1 人工测试与自动测试结果数据

从测试数据可以看出，这三个温度范围对应的温度改变量均为20 ℃，同一只被测表在两种测试方式下电能误差随温度的改变量均为0. 002%/℃，试验结果一致。应用该自动测试方式较人工试验方式用时大大缩短，试验效率显著增加。

4 结语

通过对智能电能表温度影响试验各个环节的细致分析，运用计算机自动控制技术对智能电能表检验装置进行优化和试验程序设计，提高了温度影响试验的工作效率。智能电能表温度影响试验远程自动测试系统具有自动测试、自动运行、异常情况自动报警或中断试验、自动生成报表、自动关机等功能，试验过程实现了高度自动化和智能化。用自动操作替代人工操作，减少人为随意性和差错率；用设备值守替代人工值守，大幅降低了人工成本。通过两家智能电能表生产企业的试运行，使用效果达到预期目标，反响良好，值得在业界推广应用。

集中检验装置因为采用分体式设计，标准源和表架之间连线很多，下一步可考虑使用专用接线接口，以减轻接线的工作量。

[1]全国电磁计量技术委员会. JJF 1245.1－2010 [S]. 北京：中国计量出版社，2010.

[2]全国电磁计量技术委员会. JJF 1245.3－2010 [S]. 北京：中国计量出版社，2010.

[3]全国电磁计量技术委员会. JJF 1245.5－2010 [S]. 北京：中国计量出版社，2010.

[4]李博，邓凌翔，马宇明，等. 电能表温度影响试验无人值守的检验模式[J]. 上海计量测试，2013，(6)：10-12.

Remote automatic test system design and application of smart meter temperature rise test

Zhao Bo, Li Bo, Ma Yuming, Deng Lingxiang
（Jiangsu Institute of Metrology）

According to the requirements of smart meter environmental tests, this paper presents a remote automatic test system design method of smart meter temperature rise. The necessity of the project is analyzed. The system configuration and software/hardware solutions are proposed, 3 automatic sub-systems are introduced separately, including temperature control, error measurement and alarm. The application cases indicate that this ATS system improves the test efficiency and reduces mistakes.

smart meter; temperature rise test; automatic test system (ATS)

国家质检总局技改技装专项科技计划项目（2013zjjg053）