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基于ADE7758+MC9S08AW32方案的多回路监控单元的设计

2014/4/22 10:08:50   济南安科瑞电气有限公司  供稿
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姚 波1 涂时亮2

(1 上海安科瑞电气有限公司 上海嘉定 201801)

(2 复旦大学计算机系单片机实验室 上海杨浦区 200433)

    摘 要:介绍一个基于ADE7758和MC9S08AW32方案的智能监控单元的设计方法,详细说明了设计原理、硬件构成以及软件设计的方法,该装置能够实现最多3个三相回路(或9个单相回路)、18路开关量信号的监控;结合RS485总线技术及上位机软件,可实现数据及状态信息远传,满足低压配电智能化、网络化及集成化发展的需求。

    0  引言

    在配电系统领域,智能化和网络化是一个主流的发展方向,但是在实际使用中,若每一个配电回路都安装智能化的网络监测仪表,用户的硬件投资成本是非常大的,鉴于此,集成化又将是一个发展的方向,即将多个配电回路的电参量测量由一个智能仪表来实现。因此,一种设计先进、可靠性高、测量精度高的多回路智能监控单元的出现,能够在保证实现用户测量要求的同时,大大降低用户的硬件投资成本和使用成本。

    本文介绍一种AMC系列多回路智能监控单元(见图1)的设计方法,最多实现3个三相回路(或9个单相回路)的电参量测量;结合RS485总线技术及上位机软件,可实现数据及状态信息远传,满足低压配电智能化、网络化及集成化的发展需求。

图1 装置简图

    1  AMC多回路监控单元技术特点

    AMC多回路监控单元主要应用于多个配出回路的电参数的监测,它将回路中的母线电压、多个配出回路的电流、功率、电能和各个回路的开关状态集中测量、显示、并具有通讯输出,实现了对监控要求较简单的配电出线回路的集中测量和监视。一个AMC多回路监控单元就能完成实现上述多个回路的监测功能,大大方便了系统的接线、安装、调试;节约了用户的投资,降低了系统成本。具体型号及产品功能见表1。

    表1 产品型号及功能  

 
型号
功能
应用
单相
AMC16-1I9
9路单相I、ULN、RS485/Modbus
9个单相回路的电参数监测、开关监测、并可实现通讯
AMC16-1E9
9路单相I、ULNkW、kWhRS485/Modbus
AMC16-1E9/K
9路单相I、ULNkW、kWhRS485/Modbus、18路DI、1路DO
三相
AMC16-3I3
3路三相I、U、RS485/Modbus
3个三相回路的电参数监测、开关监测、并可实现通讯
AMC16-3E3
3路三相I、U、kW、kWh、RS485/Modbus
AMC16-3E3/K
3路三相I、U、kW、kWh、RS485/Modbus、18路DI、1路DO
  

    2  系统结构

    整体系统由中央处理单元、电源、交流采样运算、人机界面、开关量控制、通讯接口模块等构成,装置硬件结构如图2所示。

图2 装置硬件结构图

    2.1 中央处理单元专用电能芯片

    中央处理器采用Freescale公司的高性能处理器MC9S08AW32。MC9S08AW32是Freescale公司一款基于S08内核的高度节能性处理器。是第一款认可用于汽车市场的微控制器。可应用在家电、汽车、工业控制等高度集成的高性能器件。具有业内最佳的EMC性能。

    CPU总线频率最高可达20MHz,最高运行速率可达40MHz。丰富的片内资源: 32K Flash存储器,内部时钟发生器,带有8个可编程通道的定时器,10位、16通道ADC,双SCI口、丰富的I/O口、SPI、I2C等接口,极大地方便了硬件的扩展。并且支持BDM片上调试方式。

    2.2 电源

    采用的电源模块为通用+5V开关电源模块。电路原理见图3。该电源模块输入电压为AC85V~265V或DC100V~350V,输入频率45Hz~60Hz,输出电压稳定、故障率小,输出纹波 <1%,转换效率≥75%。具有过压、过流保护。该模块经实际现场使用,具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。

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