面向对象智能电表高低温自动化测试系统设计与应用

孙应军 郑雷 廖向华 李开慧 王成龙

摘要：随着智能电网的建设，国网对面向对象智能电表的性能要求越来越高，对面向对象电能表适应不同环境的能力提出了更高的要求，针对面向对象电能表高低温实验测试时间长，设备效率低下，手动接线与人工记录数据工作量大等瓶颈，本文介绍了一种高低温自动化测试的解决方案。利用计算机通信和控制技术、研制了电能表高低温实验的接线、控制与数据输出于一体的测试设备，在保证测试结果准确的前提下提升了高低温实验工作效率，节省人力成本，达到了提高电能表高低温实验效率低下及减少测试浪费的目的。

Abstract： With the construction of smart grids， the performance requirements of the object-oriented smart meters of the State Grid are getting higher and higher， and higher requirements are placed on the ability of object-oriented energy meters to adapt to different environments. For the bottleneck of Long test times for high-low temperature experiments on object-oriented energy meters， equipment inefficiency， huge workload of manual wiring and manual recording of data and others， this article describes a high and low temperature automated testing solutions. Utilizing computer communication and control technology， we have developed test equipment that integrates the wiring， control and data output of the high-low temperature experiments of the electric energy meter， which improves the work efficiency of high-low temperature experiments while ensuring the accuracy of the test results， saving labor costs and reached the goal of improving the efficiency of high and low temperature test of the electric energy meter and reducing test waste.

关键词：智能电表；高低温；自动化；测试

Key words： smart meters；high-low temperature；automation；test

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）31-0148-03

0 引言

现代工业技术在科学突飞猛进的今天发展迅速，不仅要求工业设备改进、工作效率提高，还对产品质量和可靠性要求越來越高。无论是军工、汽车、还是各类电子产品，其元件、部件、设备等产品的应用日益广泛，所经历的环境条件也更加的多元化和复杂。因此这些产品都需要进行老化和测试，其中温度测试便是重要环节，产品高低温试验便是模拟这样的环境。然而由于高低温测试时间跨度长，测试时需要对每个温度点的数据进行记录，这样会存在测试效率低下的问题，如何避免这些浪费，提高高低温测试的效率是各个电表厂家需要考虑的问题。现在高低温箱虽然可以通过程序设定来控制其在不同温度点的运行时间，但是仍然不能解决测试效率低下、测试数据实时记录的问题，因此必须通过设计高低温自动化测试系统来解决人员浪费与数据实时抄读的问题。

针对上述情况，我公司技术团队经过半年多的市场调研和需求分析，开发设计了一套集电能表[1]在高低温环境下时钟误差、计量误差[2]、RS485通讯、载波通讯于一体的测试设备，其测试范围包括IR46单相电能表和三相电能表。

1 系统结构

电能表高低温自动化测试系统设计系统图如图1所示，该系统主要由可调交流电源、压接式接线设备、切换线路控制设备、PC数据处理（上位机控制软件）、RS-232、数据显示[3]、按键控制组成。

下面对各个电路模块做简要介绍：

电源模块：为测试电能表在不同谐波影响下的计量误差，所选用的可调交流电源的三相电压和电流可同时设定相同的谐波分量，也可分别设定某一相或几相。电源具备输出功率稳定，输出电压电流频率可调的功能，满足电能表对误差测试的要求。

压接式接线设备：用于固定被测电能表，且将每只电能表的时钟、脉冲、485线串行引出接入对应的测试设备。

切换线路控制设备：用于控制被测样机的电源、时钟、脉冲、485信号，同时显示当前被测电能表的具体位置。

上位机控制软件：为整个测试装置的核心，该软件同时控制7路串口，这7路串口分别为电源控制口、脉冲线控制口、时钟线控制口、时钟校验仪数据读取口、误差测试仪数据读取口、切换线路设备控制口、高低温箱温度调节控制口。上位机软件负责控制高低温箱、交流电源、切换线路部分、同时上位机读取时钟误差和计量误差，数据读取完成后自动切换到下一个测试表位。

2 压接式接线和切换线路设备

压接式接线设备，采用耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质的不锈钢结构设计，用于固定被测电能表，在压接式接线设备的内部每只电能表的电流、脉冲、时钟、485在内部串联，电压线单独引出。

切换线路控制设备硬件主要由数据处理器、串口控制、脉冲切换、时钟切换，表位显示、表位切换、声光报警组成。上位机软件通过串口控制切换线路部分来控制表位切换、脉冲切换、时钟切换。切换线路控制部分设计有表位显示和声光报警；表位显示采用七段数码管设计，显示当前被测样机的位置；声光报警具有自检功能，上电或测试过程中，检测各功能模块连接与输出，异常时给出提示或报警。CPU选用端口引脚多、端口配置灵活、外设资源丰富的CP3268芯片[4]。该芯片可用端口多达70个，4路异步通讯接口、3个IIC总线接口、2个SPI接口、12位模数转换、4个外部中断、系统时钟可达100M，功能较强，完全可以满足该切换线路的设计要求。其系统框图如图2所示。

3 上位机软件

本软件是为了满足公司面向对象电能表高低温自动化测试需求而开发的，为满足各地送样测试要求，系统需要兼容不同的测试方案，还需要能够各自灵活配置。通过对被测样机的测试方案、测试项目进行配置后系统会自动根据设定的测试项目和方案进行测试，软件开发完成后的基本信息设置界面如图3所示。

4 测试方法

①将受测样机接到压接式接线设备中并置于高低温箱中，按照规定的接线方式将高低温箱、PC机、切换线路设备、接线设备连接；然后给各个设备上电，上电后检查切换线路控制设备显示表位为“00”。

②启动上位机软件，设置高低温箱在不同温度点的运行时间，然后上位机软件控制启动高低温箱，并使高低温箱在设定的时间内达到设定的温度点运行，然后使高低温箱在当前设定的温度点运行设定的时间后保持温度恒定。

③通过上位机软件，依据被测样机基本信息，设置交流电源基本参数，使之输出适合被测样机的电压、电流、电表常数、功率因数等运行条件，保证被测样机在特定的输入条件下运行。

④待高低温箱在设定的温度点运行设定的时间后，上位机会自动对受测样机的时钟误差、计量误差、485通讯成功率，载波通讯成功率和高低温条件下的走字进行测试，并记录测试数据。

⑤待第一只样机测试完成后，上位机会自动控制切换线路设备将表位切换到下一只被测样机，以此类推直到对每只被测样机进行测试并保存测试记录。

⑥测试完毕，上位机软件会自动切断其他设备的供电电源，然后根据测试数据生成测试报告。

5 测试结果分析

电能表高低温自动化测试系统[5]经过1年试运行，在实际使用过程中，随机抽取一组测试样机，然后将该样机用传统测试方法进行测试，将两次测试结果做对比，时钟误差对比结果如表1所示，计量误差测试结果如表2所示，从表1、表2可以看出，两种测试方法所得测试结果无太大差别，完全符合国网标准对误差的要求。

6 结论

随着产品对可靠性的要求越来越高，文章设计并搭建了电能表高低温自动化测试系统试验环境，并编制了详细的测试方法和检测项目，使高低温测试人员由原来的4人减少到1人，同时在测试过程中自动对测试数据进行准确记录，基本满足了高低温自动化测试的需求。该套设备已经在我公司运行1年半，各项测试数据均控制在较好的误差范围内，能够满足公司产品高低温测试的需要，且对提高高低温箱设备的利用率，减少测试浪费起到了关键作用，取得了较好的效益，值得推广。

参考文献：

[1]宗建华，闫华光，史树冬，等.智能电能表[M].北京：中国电力出版社，2010：21-28.

[2]张有顺，冯井岗.电能计量基础[M].北京：中国计量出版社，2002.

[3]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[5]李绍炎，钟健，熊偉堂.自动化装配生产线结构原理及节拍优化设计[J].深圳职业技术学院学报，2008，7（1）：22-24.