基于C#的多功能電能表校準軟件設計

邵兵昌 張恩壽

摘 要：多功能電能表在配電系統(tǒng)中應用廣泛，其計量的準確度對企業(yè)管理和考核至關重要，因此在設計多功能電能表時需要對其進行校準，滿足一定應用等級。常規(guī)的多功能電能表校準方法是以電能脈沖校準為主，現(xiàn)提出一種基于C#和功率校表法的多功能電能表校準軟件設計思路，采用串口進行通信，波特率可配置，同時可校準多臺多功能電能表，最多可同時支持18塊多功能電能表，通過校準后多功能電能表精度可達0.2級。

關鍵詞：C#;多功能電能表;校準;串口;波特率

0 引言

電能作為應用最廣泛的能源之一，其計量和統(tǒng)計的終端設備為電能表，電能表計量的準確性對企業(yè)生產(chǎn)管理及用能考核有較大影響，并且隨著碳達峰和碳中和概念的提出，合理用電、精確監(jiān)控用電和挖掘節(jié)能點成為未來企業(yè)一個重要工作環(huán)節(jié)。本文針對多功能電能表的計量校準軟件，提出基于C#平臺，結合功率校表方法，設計一款適用于多臺多功能電能表的校準軟件，硬件上采用RS485通信，波特率1 200～38 400 bps可選，同時最多可校準18塊多功能電能表，通過基準源輸出標準的電源參數(shù)和多功能電能表的示值進行對比，計算增益校正寄存器、相位校正寄存器和偏差校正寄存器的值，通過串口寫入計算后的值完成校準，經(jīng)過校準后多功能電能表與基準源誤差較小。

1 多功能電能表硬件電路

多功能電能表硬件上采用ARM處理器作為主控制器，采用電量計量芯片處理計算電參數(shù)。主控制器型號為GD32F303RCT6，該處理器具有32位高性能精簡指令集CPU，處理能力高達150 MIPS，自帶單周期的DSP指令，GD32F303RCT6片上Flash為256 kb，RAM為48 kb，具有豐富的外設資源，多達3個USART+2個UART，3路SPI，1路SDIO，1路CAN總線，16通道ADC。電量計量芯片型號為RN8302B，該芯片帶有7路ADC通道，實現(xiàn)三相電壓、電流及零線電流的采集。除了常規(guī)的電能脈沖校表法外，RN8302B芯片還支持功率校表法。

ARM處理器主要負責讀取、顯示、存儲參數(shù)以及通信，計量芯片負責電量參數(shù)的計算，處理器與計量芯片采用SPI協(xié)議進行通信，通信速率可達3.5 Mbps。多功能電能表硬件電路如圖1和圖2所示，電壓通道采用電阻分壓方式，電流通道采用互感器方式，電流通道和電壓通道均采用差分輸入，以提高抗干擾能力。

RN8302B芯片提供多種電參數(shù)，包括全波、基波有功電能和無功電能及視在電能，全波、基波有功功率和無功功率及視在功率，全波、基波和諧波電流/電壓有效值等，處理器只需按照SPI協(xié)議讀取計量芯片參數(shù)的地址，即可獲得電量參數(shù)。另外，RN8302B芯片支持各種配置，包括增益、接線方式、閾值、校正等，同時RN8302B芯片還提供多種狀態(tài)寄存器，用于指示RN8302B芯片的工作運行狀態(tài)。

2 校準平臺軟件設計

硬件電路設計完成后，需要開發(fā)對應的程序，驅動計量芯片、液晶顯示屏工作及存儲、通信。當下位程序開發(fā)完成后，多功能電能表基本可以工作，但其顯示的數(shù)值與實際的真實值存在一些誤差，需要開發(fā)上位程序對其進行校準。本文采用C#作為上位程序開發(fā)平臺，利用多功能電能表的通信接口讀取儀表的示值，計算各校正寄存器的值，通過通信接口下發(fā)到儀表，寫入對應的寄存器，完成校準。

2.1? ? 功率校表

RN8302B芯片支持功率校準模式，利用標準源輸出三相電壓和電流，計算有效值的理論值與儀表的示值進行對比，假設電壓額定輸入Un時，芯片電壓通道輸入端電壓有效值為Vu，理論計算值為U理論，經(jīng)MCU轉換LCD顯示值為U示值，標準的電壓有效值寄存器值為U標準，則U標準選擇應滿足下列條件：

0.8

K=U標準/U示值（K應為整數(shù)且便于MCU轉換）（2）

條件（1）保證U通道增益校正在一個合理范圍，條件（2）中K的選取應方便MCU將有效值寄存器值轉換成LCD顯示值。電流通道與電壓相似，計算增益寄存器的值、相位和偏差寄存器的值，寫入計算值即可。

功率校表法流程圖如圖3所示。

2.2? ? 軟件設計

在C#開發(fā)平臺中，根據(jù)功能選擇控件，搭建軟件顯示界面，需要的控件有按鈕、字符顯示、串口、時鐘、日歷、下拉列表框等。搭建的顯示界面如圖4所示。

選擇串口下拉列表，選擇對應的串口號，選擇波特率下拉列表，選擇合適的波特率，輸入標準源輸出的電壓與電流參數(shù)，點擊“讀取”按鈕，讀取各儀表的顯示值，軟件對應地計算相應儀表的校正寄存器值，最后點擊“發(fā)送”，將校正寄存器值通過串口下發(fā)到各儀表并寫入寄存器內(nèi)，完成校準。從圖4可以看出，通過校準后，4塊儀表顯示值與標準源輸入誤差很小。

3 結語

在基于ARM處理器和計量芯片，利用功率校表技術，結合C#軟件開發(fā)的校表平臺校正后，多功能電能表的精度大幅提高，為各類儀表行業(yè)校準提供了一種新的思路和實現(xiàn)方式。

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收稿日期：2021-05-07

作者簡介：邵兵昌（1984—），男，云南文山人，工程師，研究方向：電能質(zhì)量綜合治理。