РЕТРОФИТ (МОДЕРНИЗАЦИЯ) СЧЕТЧИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. Контроллер электроэнергии счетчиковСчетчики электроэнергии - информацияНа этой странице не будет рассмотрен принцип действия счетчиков электроэнергии и не будет советов как их остановить с целью воровства электроэнергии. Мы рассмотрим особенности работы счетчиков электроэнергии в России при подключении после счетчика сетевых фотоэлектрических инверторов, работающих от солнечных батарей. Как оказалось, подавляющее большинство счетчиков, применяемых в России, — однофазных и трехфазных, — считают активную энергию, проходящую через счетчик, по модулю, то есть без учета направления движения энергии. Исключение составляют только так называемые двунаправленные счетчики, которые могут вести раздельный учет по потребленной и переданной в сеть электроэнергии. Ни один из электронных счетчиков не имеет возможности вычитать переданную в сеть электроэнергию из потребленной. До 2015 года выпускалась всего одна модель счетчика, которая может «минусовать» переданную в сеть электроэнергию из потребленной — это индукционный счетчик СО-505 с индексом 20 (без обратного стопора). Он пользуется заслуженной популярностью у солнечных энергетиков, так как позволяет «скручивать» счетчик за счет передачи излишков энергии от солнечных батарей в сеть. Однако и он имеет существенный недостаток — индукционный счетчик не может быть многотарифным, поэтому владельцам солнечных батарей приходится выбирать — или ставить многотарифный электронный счетчик, или «старый» однотарифный индукционный счетчик с возможностью обратного вращения. С 2015 года их выпуск прекращен, поэтому установка их на новых объектах и при замене запрещена по российскому законодательству (можно устанавливать только счетчики, которые имеют действующий сертификат, а снятые с производства счетчики такого сертификата не имеют). Далеко не любой многотарифный электронный счетчик можно без проблем использовать вместе с солнечными батареями. Счетчик обязательно должен быть двунаправленным, чтобы не плюсовать отданную электроэнергию к потребленной. На настоящее время двунаправленных однофазных счетчиков фактически на рынке нет, хотя в 2015-2016 годах некоторые производители заявили об их появлении в ассортименте. Пока в продаже их нет и в списке разрешенных для использования электрическими сетями их тоже нет, — производители связывают задержки именно со сложностями и длительностью сертификации. Есть двунаправленные трехфазные счетчики. Некоторые их модели приведены здесь. Это так называемые «4-квадрантные счетчики», которые могут вести раздельный учет активной и реактивной энергии с учетом направления передачи энергии (потребление или генерация). Для владельцев сетевых фотоэлектрических инверторов это является половинчатым решением, которое позволяет не платить сетям за отданную им солнечную электроэнергию. Во всех остальных случаях за отданную в сеть электроэнергию придется заплатить, так как счетчики считают активную энергию по модулю без учета направления передачи энергии. Или использовать контроллер WATTrouter для того, чтобы самому полностью использовать всю генерируемую солнечными батареями энергию и не «попасть на деньги» при отдаче излишков электроэнергии в сеть. Что с законодательством и порядком подключения солнечных батарей к сетям?В этом отношении пока в России совсем «кисло». В соответствии с договором подключения к сетям физические лица не имеют права подключать генерирующие мощности. О продаже излишков солнечной электроэнергии в сеть речи вообще не идет — юридически это предпринимательская деятельность, и для ее ведения нужно зарегистрироваться в налоговом органе как индивидуальный предприниматель или коммерческая организация. Со всеми вытекающими из этого последствиями — сдача отчетности, оплата налогов и т.д. и т.п. Естественно, никакой здравомыслящий человек из-за копеек, которые может быть дадут за отданную в сеть электроэнергию местные энергосети, на это не пойдет. Итак,
Как решается вопрос подключения к сетям солнечных батарей, принадлежащих частным лицам, в других странах?Почти во всех развитых странах владельцам солнечных батарей разрешено отдавать энергию от солнечных батарей в сеть. До недавнего времени в Европе и некоторых азиатских странах даже действовал специальный повышенных тариф на солнечную электроэнергию — т.е. владельцам солнечных батарей платили за отданную электроэнергию больше, чем за они платили потребленную энергию. Такие тарифы действовали в Европе на протяжении более, чем 10 лет, что привело к мощному скачку масштабов применения солнечных батарей в странах, где такие тарифы действовали. В последнее время эти повышенные тарифы постепенно отменяются, так как задача поддержки фотоэлектрических станций практически решена: стоимость солнечных батарей снизилась раз в 10 за последние 20 лет, силовая электроника шагнула далеко вперед и стоимость ее также снизилась. В США можно отдавать излишки электроэнергии от СБ в сеть по розничной цене, т.е. фактически «хранить» эти излишки в сети. Это называется «net metering», есть разрешенные к использованию модели счетчиков, которые считают в обе стороны. Для России net metering был бы идеальным вариантом. У нас есть сертифицированные двунаправленные счетчики, которые могут отдельно считать потребление и генерацию. Осталось дело за малым — предусмотреть в договоре на поставку электроэнергии возможность учитывать во взаиморасчетах количество отданной в сеть электроэнергии. К сожалению, пока до этого очень далеко, и работающие параллельно с сетью солнечные батареи нужно снабжать контроллером WATTRouter. Ссылки на сайты производителей счетчиков электроэнергии
www.wattrouter.ru счетчик электроэнергии, отзывы об электросчетчике, управление электрическим своими руками
Отзывы: счетчик электроэнергии с пультомОтзывы пользователей, установивших электросчетчик, оснащенный пультом управления, неоднозначные, так как некоторые утверждают, что он очень хорошо работает и никаких перебоев в системе не возникает.
Основными преимуществами такого прибора являются:
Существенных недостатков выявлено не было, однако, они все же имеются. К основным недостаткам относится то, что пульт управления выходит из строя буквально через месяц работы и его приходится ремонтировать или заменять. Такой прибор должны монтировать соответствующие органы, а также опытные электрики могут сразу же заметить подделку. Важно! Несмотря на все преимущества такого прибора, устанавливать его все же не рекомендуется, так как неизвестно, какие могут быть последствия его применения через несколько лет. Стоит отметить, что как только будет выявлен факт уменьшения количества потребляемой электроэнергии, сразу же будет проведена проверка и электрик выпишет штраф. Некоторые утверждают то, что эта система достаточно неудобная и от ее применения нет совершенно никакого результата и его можно очень легко обнаружить при проверке. Основными недостатками такого устройства являются:
Электрический счетчик еще недостаточно совершенное устройство, требующее доработки. Принцип работы счетчика электроэнергии с пультомПринцип работы такого функционального электрического счетчика достаточно сложный, поэтому, определить его наличие может далеко не каждая обслуживающая компания. В него монтируется контролер, проходящий по радиоканалу. Имеется уже несколько поколений подобных устройств. В целях безопасности рекомендуется применять счетчики с самыми последними модификациями и разновидностями блоков управления, так как они имеют самый высокий уровень защиты и его выявить достаточно сложно. Различаются между собой в таких устройствах и сами пульты. Программируется подобное устройство под каждый определенный счетчик, однако, при надобности можно подключить и несколько пультов одновременно. Блок контроллера в электросчетчике работает только на прием электросигнала, поэтому, никаких дополнительных радиосигналов не передает. Пульт управления может быть выполнен в самых различных корпусах, а именно:
При выборе счетчика, лучше всего подбирать устройство, ориентированное не на полное отключение учета электроэнергии. Однако, сейчас в продаже есть электросчетчики, ориентированные на полное отключение электроэнергии, именно поэтому, при желании можно переделать это устройство самому. Параметры: электросчетчик с пультом управленияСтандартные электросчетчики помогают максимально быстро и точно определить количество потребляемой электроэнергии, которая затем переводится в денежный эквивалент. Однако, двухтарифный расчет бывает достаточно сложным, а счета очень большие, поэтому, желание их уменьшить появляется у каждого. Именно для этого применяется электросчетчики с пультом дистанционного управления.
Принцип работы подобного устройства достаточно простой, поэтому заказать его изготовление может совершенно каждый. Пульт такого устройства имеет всего лишь 2 кнопки и никак не напоминает устройство для включения телевизора или любой другой техники. Чтобы временно приостановить работу счетчика, человеку достаточно только нажать верхнюю кнопку, а для запуска – верхнюю. Пульт электросчетчика характеризуется такими параметрами как:
Возможно изготовление пульта управления для каждого пользователя индивидуально, в соответствие с имеющимся прибором учета электроэнергии. Используя счетчик с пультом, достаточно будет в случае надобности нажать на кнопку на пульте и таким образом происходит экономия электроэнергии. В случае отключения электричества счетчик возвращается в обычный режим работы. Пульт действует примерно в радиусе 45 метров при условии открытой местности. Делаем счетчик с пультом своими рукамиВполне можно сделать пульт управления для электронного счетчика своими руками. Для этого потребуется схема устройства, которая покажет правильность изготовления прибора. Стоимость обычного счетчика достаточно высокая и различается в зависимости от региона и вида изделия. Именно поэтому, можно провести его модернизацию самостоятельно. Стоит помнить, что счетчик находится под напряжением, именно поэтому, при проведении манипуляций с этим прибором нужно соблюдать особую осторожность и иметь определенные навыки в обращении с электричеством. Существует несколько способов переоснащения счетчика. Первый способ подразумевает под собой то, что нужно:
Под крышкой расположена электронная плата с установленным трансформатором тока. Для резкого уменьшения отсчета электроэнергии в цепь вторичной обмотки припаивается геркон. Его нужно монтировать в нижней части корпуса таким образом, чтобы переделка была незаметной снаружи и срабатывала не самостоятельно, а только при поднесении к ней достаточно мощного магнита. Принцип действия достаточно простой. Геркон при поднесении достаточно мощного магнита, замыкая вторичную обмотку, понижая ток почти до нуля. В результате этого счетчик перестает отсчитывать электроэнергию. После переделки снова осторожно надевается проволока и устанавливается пломба с края пассатижами. Под пассатижи нужно предварительно подложить ткань или картон, чтобы не оставалось следов. Кроме того, есть еще один способ установки экономного счетчика. Различие его состоит только в том, что для полной остановки счетчика не нужно подносить магнит. Вместе этого в корпус монтируется радиореле. Оно работает от пульта дистанционного управления в пределах 25-50 метров. Собирать его самостоятельно полностью не совсем целесообразно, так как есть уже готовые устройства, которые можно приобрести в специализированном магазине. При самостоятельном вскрытии такого устройства нужно помнить, что многие из них, в качестве обеспечения дополнительной защиты они пломбируются не только лишь свинцовыми пломбами, но и голографическими. Пульт для электросчетчикаПри установке электросчетчика с пультом управления, стоит помнить, что бывают устройства самой различной конфигурации. Все применяемые счетчики полностью проходят требуемые проверки на соответствие типовым модификациям.
В частности, при приобретении комплекта, в его состав входит:
Пульт управления похож на обыкновенный пульт от автомобиля. При увеличении потребления электроэнергии нужно только нажать соответствующую кнопку и прибор перестанет работать. Как работает электросчетчик с пультомСегодня сложно представить себе человека, который не пользуется различными бытовыми приборами, делающими его жизнь более комфортной. Однако, все эти блага цивилизации требуют электроэнергии, именно поэтому, рано или поздно появляется вопрос относительно ее экономии. Для экономии расхода электроэнергии существуют специальные управляемые электросчетчики. Устанавливая электросчетчик с пультом можно быть полностью уверенным в:
Существуют самые различные модели такого счетчика, именно поэтому, можно подобрать модель в соответствие со всеми своими запросами. Принцип работы устройства очень простой, так как внутри него расположен приемник закодированного сигнала. Стоит отметить, что каждый пульт работает только с одним электросчетчиком. Радиус действия в зависимости от модели может быть от 20 до 30 метров. Хорошо зарекомендовал себя электронный счетчик Меркурий с пультом. Выбор режима экономии напрямую зависит от пользователя. Одни приборы могут включаться при использовании устройств большой мощности, другие отключаются в ночное время, что особенно актуально при использовании отопительных приборов. Электрический счетчик с пультом (видео)Электрические счетчики с пультом управления помогают значительно сэкономить электроэнергию. Это очень хорошее и результативное устройство при условии правильной его установки и использования. Добавить комментарийteploclass.ru Электрические счётчики - ElectrikTop.ru
Приборы учета электроэнергии появились одновременно с началом коммерческой эксплуатации электросетей. В самых древних сетях использоваться постоянный ток (США, Т. Эдисон), а счетчик работал на осаждении металла из гальванической ванны. В период контроля образец взвешивали и по весу рассчитывали количество потребленной энергии. Это было очень неудобно. Когда началась эра переменного тока (Н. Тесла и Дж. Вестингауз), стали использовать индукционный счетчик, широко применяемый и по сей день, в эпоху умной электроники и компьютеров. В этой статье будет рассмотрено, какие бывают электросчетчики, их устройство, достоинства, недостатки, и области применения. Счетчики с крутящимся дискомЭто самый первый вид счетчиков для переменного тока. Появился в 1888 году, изобретен американским инженером Оливером Б. Шелленбергером. По сути дела, это ваттметр переменного тока, только он показывает не мощность, а работу переменного тока (энергию) и снабжен механизмом десятичного счетчика на несколько разрядов. В однофазном счетчике используют две катушки: катушку напряжения и катушку тока. Катушка напряжения содержит около 2000 витков тонкого провода, а катушка тока – несколько витков толстого. В своих сердечниках они создают примерно одинаковые магнитные потоки. Мощность является произведением тока на напряжение P = I * U. Переменный магнитный поток от катушек с сердечником и магнитный поток от токов Фуко в алюминиевом диске создают вращающий момент, пропорциональный мощности. (Эффект вращающегося магнитного поля был впервые обнаружен Н. Тесла.) В этом смысле счетчик работает как аналоговый компьютер, вычисляющий произведение двух величин. Кроме того, он еще и суммирует данные, что равносильно вычислению интеграла и сохраняет этот результат в механической памяти (положение колес счетчика). Для калибровки счетчика добавляют постоянный магнит, создающий тормозной момент. Положение магнита регулируется и фиксируется при помощи затяжки винтов. Кроме того, токовая катушка шунтируется добавочным сопротивлением из петли проволоки с высоким сопротивлением и регулирующей перемычкой. Диск через червячную передачу связан со счетчиком. Так устроен счетчик электроэнергии однофазный. Очень похоже устроен и трехфазный счетчик. Счетчик прямого действия использует два комплекта катушек и два диска, работающих на общую ось. Поскольку мощности, потребляемые в разных фазах, не всегда одинаковы, а учет энергии должен быть точным, то катушки включаются по току в двух фазах, условно B и C, и по напряжению между фазами A, B и A, C. Такая схема обеспечивает правильное сложение мощностей по крутящему моменту. Таким образом устроены маломощные трехфазные счетчики. Другая схема использует три трансформатора тока, каждый из которых включается в свою фазу. С диском в таком счетчике работают три пары катушек напряжения и тока, в результате мощности правильно складываются и учитываются. Есть также варианты подключения с разным числом трансформаторов тока и напряжения. Схемы с трансформаторами токов используют в мощных цепях, с потреблением сотен киловатт. При этом первичной обмоткой трансформатора тока является участок шины с большим сечением, по которому могут проходить токи вплоть до килоампер. Спрятать такое устройство в корпус счетчика было бы совершенно невозможно. Импульсные счетчикиИмпульсный счетчик является, по сути дела, электронным счетчиком. В качестве датчиков величин в нем используется резистивный делитель напряжения и токовый шунт – тоже калиброванный резистор с малым сопротивлением. Электроника счетчика выполняет задачу преобразования величин с наименьшей потерей точности к виду, удобному для вычисления мощности. Это делается с помощью схем гальванической развязки. Дальше вычисления могут быть выполнены аналоговой схемой (или цифровой). После этого интегрирующая цепь сбрасывается в исходное состояние путем разряда конденсатора и все начинается сначала. Чем больший ток потребляется в цепи, тем быстрее заряжается конденсатор и чаще срабатывает шаговый двигатель счетчика. Электронный счетчик электроэнергии может быть однофазным или трехфазным и без ошибок считает энергию при любой неравномерности по фазам. Есть электронные счетчики, предназначенные для работы с трансформаторами тока и напряжения. Цифровые счетчикиЦифровой счетчик использует делители напряжения и шунты, полностью аналогичные тем, которые используют в импульсных счетчиках. Также преобразуются сигналы, с гальванической развязкой, чтобы обезопасить электронные схемы от повреждений. Можно сказать, что цифровой счетчик является продолжением развития электронного. Разница заключается в том, что данные о токе и напряжении перемножает микропроцессор, он же записывает их периодически в энергонезависимую память и обслуживает дисплей, на котором пользователи читают показания. Фактически являясь компьютером, встроенный контроллер цифрового счетчика позволяет ввести множество невиданных ранее функций. Цифровые счетчики могут использоваться как трехфазные счетчики электроэнергии, по точности заметно превосходят индукционный электросчетчик. К дополнительным функциям можно отнести многотарифность, возможность вычислять стоимость потребленной энергии за разные периоды прямо в приборе. В цифровом счетчике может быть использован сетевой интерфейс для связи с сервером энергокомпании. Если в счетчик встроен PLC-модем (Power Line Communication), то никаких дополнительных устройств не требуется. Данные учета будут переданы прямо по проводам электросети в базу данных поставщика и оттуда использованы бухгалтерскими программами для работы с клиентами. Правда, для этого энергокомпания должна использовать соответствующую технологию. Вполне возможно, что одними проводами сети тут не обойдется, и могут потребоваться дополнительные каналы связи. Но это уже дело техники, к потребителю никакого отношения не имеющее. Технический прогресс помогает и недобросовестным потребителям. Электросчетчик с пультом помогает воровать электроэнергию. В этом случае используется тот факт, что контролирующие организации не в состоянии разобраться в сложной электронной начинке счетчика и обнаружить в нем модуль Bluetooth или другой радиоинтерфейс. Тем более, что и монтаж на плате хитро маскируется, так что и инженер-профессионал может быть введен в заблуждение. При помощи команд по дополнительному интерфейсу можно замедлить или вообще остановить счетчик простым нажатием кнопки. И также легко возобновить его правильную работу. При этом все пломбы остаются в полной неприкосновенности. Выход мог бы найден очень просто: запретом потребителям использовать несертифицированные счетчики, но умельцы такого уровня подделают любой сертификат с семью королевскими печатями и голографическими наклейками. СОВЕТ! Потребителям, использующим счетчики с пультами, следует помнить об административной ответственности, при оценке ущерба свыше 250000 руб, переходящей в уголовную. Правда, это придется еще устанавливать, доказывать. Но контролирующие органы постоянно работают над этим, так что… Обнаружив несоответствие показаний у клиентов и ближайшего контрольного счетчика, энергокомпания может начать выборочную поверку электросчетчиков (они имеют на это право). В случае обнаружения «хитростей» будет составлен акт и по нему начнется административное или даже уголовное производство. Энергокомпания, в случае заметных убытков, найдет на стороне достаточно квалифицированных специалистов для обнаружения «закладок». Так что, чем большей популярностью будут пользоваться счетчики с пультом, тем больше шансов, что за них возьмутся всерьез. Подробнее о принципе работы электросчетчиков можно почитать тут. Какой счетчик лучше?Все приборы учета электроэнергии имеют свои плюсы и минусы. Индукционные электросчетчики хорошо зарекомендовали себя и относятся к самым дешевым. Можно сказать, что они проверены временем – работают более ста лет. Электронные счетчики электроэнергии, которые будут выпускаться исключительно в цифровом варианте, так как цифровая техника полностью вытеснит аналоговую, тем не менее будут применяться все чаще. Когда будет развита надлежащая инфраструктура (муниципальные вычислительные сети), они станут обязательными даже в сельской местности. Автоматизированный учет дойдет и до воды и газа, а электронные электросчетчики просто будут первыми в этом ряду. Сейчас потребитель сам может решать, какие виды электросчетчиков выгоднее использовать в быту. Электронные счетчики дороже, но имеют большой межповерочный интервал: 16 лет. Традиционные счетчики с диском поверяются чаще, раз в 5–8 лет. Однако, они стоят дешевле. С другой стороны, цифровые приборы обладают множеством удобных функций для учета и запоминания данных, некоторые из них могут подключаться к компьютеру для ведения домашнего учета расхода энергии (съема показаний), при помощи многотарифности позволяют экономить до 20% расходов. Индукционные счетчики этого не позволяют делать и абонент платит «на всю катушку». electriktop.ru Программный электросчетчик на основе контроллера умного дома Loxone MiniserverПрограммный электросчетчик может оказаться очень удобной вещью для каждого из нас. Он позволяет увидеть, какое количество электроэнергии употребляется каждой группой устройств. Соответственно, зная, сколько энергии на что расходуется, вы получаете возможность контролировать это и экономить свои средства. Пример из жизни Один из наших клиентов периодически обращался к нам с тем, что у него дома образовался слишком большой расход электроэнергии. Клиент был уверен, что «виновато» в этом освещение. Наши же подозрения сразу пали на электрические теплые полы, покрывавшие около трети всей квартиры. Но это необходимо было установить точно и наглядно продемонстрировать. Мысль об установке дополнительных электросчетчиков на свет и на теплый пол мы отвергли – во-первых, слишком накладной процесс, а во-вторых, в щите уже не оставалось необходимого места. И в какой-то момент нас осенило – нам известна мощность по каждой группе устройств, а также мы знаем, когда они включены – ведь управляется все это через контроллер умного дома Loxone Miniserver.Соответственно, мы можем написать программу, которая будет вести подсчет расходуемой электроэнергии. Заметим сразу, что программный счетчик ввиду различных нюансов не может быть абсолютно точен – но его точности вполне достаточно для того, чтобы определить, где происходит основное потребление электроэнергии. Схема программы Схема 1. Программа программного счетчика. Актуатор Q1 - выход с контроллера к которому подключено устройство чей расход мы будем мерить. Не важно чем у вас подается сигнал на включение выхода нам главное знать когда это происходит. Для подсчета электроэнергии в Loxone Config есть специальный блок “Счетчик электроэнергии”. На входе он принимает импульсы. Параметром I задается количество этих импульсов на один кВт. Так как от группы потребления мы можем получить только значение «включена/не включена», то нам потребуется промежуточный блок, который будет генерировать импульсы через определенное время, когда группа включена. На генераторе импульсов предлагаем генерировать импульсы с полным периодом в одну минуту. То есть параметры TH и TL на генераторе импульсов поставить по 30 секунд. Получается, каждые 30 секунд выход на генераторе включен, а после 30 секунд выключен, что соответствует 60 импульсам в час. Никто не мешает установить и более короткий период. И нужно инвертировать вход генератора (DisP), в противном случае он будет генерировать импульсы, когда группа выключена. Теперь осталось рассчитать количество импульсов на один кВт для группы. Для этого необходимо измерить, сколько она потребляет. Посчитать мощность можно, к примеру, с помощью мультиметра/ваттметра. Еще проще сделать это токо-клещами, измерив ток для группы, и, поскольку мы не претендуем на филигранную точность, то просто умножаем полученные данные на напряжение. В итоге мы получим мощность в ваттах для группы. Зная все данные, посчитаем количество импульсов. Для этого количество полных периодов генерирования импульсов в час (в нашем примере – 60) делим на мощность группы в киловаттах. Полученное значение подставляем в параметр I. Готово! Теперь вы можете наблюдать, на какую группу и какое количество электричества расходуется. Пример Потребляемый ток группы = 2,2 А.Тогда мощность группы = 2,2 * 220 = 0,484 кВт.Получается, количество импульсов = 60 / 0,484 = 123,9.Округлив до целого числа, получаем 124 импульса. Если вы правильно рассчитали количество импульсов, то выход AQp через время, равное параметру TH на генераторе импульсов, должен показать расчетную мощность. Остальные выходы блока “Счетчик электроэнергии”:AQ1 - Потребление за сегодняшний деньAQ2 - Потребление за вчерашний деньAQ3 - Потребление за позавчерашний деньAQ4 - Потребление за эту неделюAQ5 - Потребление за предыдущую неделюAQ6 - Потребление в этом месяцеAQ7 - Потребление в предыдущем месяцеAQ8 - Потребление за этот годAQ9 - Потребление за предыдущий год Подобный электросчетчик можно установить не только на освещение и теплый пол, но и на любой потребитель электроэнергии, включением и выключением которого мы управляем с помощью Loxone. На другие же, при необходимости, потребуется устанавливать физический счетчик с импульсным выходом. И напоследок. У нашего клиента после программирования счетчиков сразу выяснилось, что основной расход энергии, как мы и предполагали, идет на теплый пол. Автор: Максим Кулешов[email protected] kickstone.ru Построение счётчиков электроэнергииПостроение счётчиков электроэнергии.Современные технологии предоставляют людям возможность использовать более удобные, эргономичные, точные и энергоэффективные приборы. В связи с этим растут требования потребителей. Функции, которые ещё недавно считалось экзотикой, сейчас воспринимаются как естественное, отсутствие, которых вызывает недоумение. Примеров множество… Виброзвонок в сотовом телефоне, промышленный измерительный прибор, который можно включить в локальную сеть, пульт для дистанционного управления бытовой техникой и т. д. Задача разработчика – создать электронный прибор, который максимально удовлетворял бы современным требованиям потребителя. Речь пойдёт о счётчиках электроэнергии. Общий принцип.На рис1. представлена блок-схема простейшего однофазного счётчика электроэнергии.Рис. 1 Типовая схема электросчётчика (однофазного). Для измерения потребляемой электроэнергии необходимы 2 канала информации: Текущее значение тока в сети и текущее значение напряжения. Далее по формуле, dP = U * I * dt (1) где dt – время обновления информации о текущем токе и напряжении, вычисляется текущая потребляемая энергия за время dt. Для вычисления общей потреблённой энергии необходимо постоянное суммирование величины dP с уже накопленной суммой. Pобщ = P + dP (2) где Pобщ – потреблённая энергия за весь период, P – потреблённая энергия до последнего измерения, dP – результат последнего измерения Данный подход к измерению электроэнергии является классическим и позволяет учитывать абсолютно всё, вплоть до сдвига фаз тока и напряжения и даже генерацию мощности потребителем. Как построить счётчик электроэнергии на 8-битном контроллере.Практика показывает, что построить высококлассный счётчик электроэнергии на базе 8-ми разрядного контроллера, который замыкает на себе все аппаратные функции, в том числе обработку потоков данных, как минимум, сложно. Если контроллер выполняет не только функции отображения показаний, опрос органов управления, но и вычисления, связанные с метрологией, то, как правило, его мощности оказывается недостаточно для измерений высокого класса. Очевидным выходом из такой ситуации является применение специализированных микросхем учёта электроэнергии. Как правило, таким микросхемам прилагается схема подключения в описании, так что разработчикам остаётся её видоизменить под свои потребности. Таким образом, метрологические задачи коммерческого учёта электроэнергии в таком варианте реализации уже решены. Например, микросхема STPM14. Задача контроллера при подключении внешнего счётчика электроэнергии сводится к подсчёту импульсов, частота которых пропорциональна потребляемой мощности, отображению данных на экран, опрос клавиатуры и запись в энергонезависимую память. Схема такого счётчика будет выглядеть, как показано на рис 2.Рис. 2. Типовая блок-схема счётчика электроэнергии построенного на базе 8-ми разрядного контроллера Другой способ построения счётчика на 8-ми разрядном контроллере.Можно воспользоваться вычислительными мощностями производительного 8-ми разрядного контроллера. Вот как будет выглядеть блок-схема прибора (рис 3):Рис. 3. Альтернативный вариант построения счётчика на базе 8-ми разрядного контроллера Микроконтроллер с помощью внутреннего АЦП производит измерение величины детекторов среднеквадратичных значений тока и напряжения. Детектор среднеквадратичного значения в простейшем случае может быть выполнен в виде RC – цепочки и диодного моста (Рис. 4 показана схема простейшего детектора средне-квадратичного значения напряжения). Напряжение, накапливаемое на конденсаторе – искомое среднеквадратичное значение. Здесь возникнет дилемма перед разработчиком. С одной стороны для увеличения стабильности выходного с детектора напряжения хочется увеличить постоянную времени RC цепочки (современная элементная база позволяет это сделать в весьма широком диапазоне).Рис. 4 Простейший детектор среднеквадратичного значения С другой стороны, резкое изменение величин тока или напряжения, например в ситуациях подключения/отключения мощных нагрузок будет негативно сказываться на точности показаний счётчика. Показания будут запаздывать пропорционально постоянной времени RC-цепочки. Выход в такой ситуации есть – делать малую постоянную времени RC-цепочки, а функцию дополнительного усреднения показаний детектора среднеквадратичного значения возложить на микроконтроллер. Т.е. микроконтроллер должен чаще измерять напряжение ёмкости C1.Детектор сдвига фаз может быть построенным на основе схемы-детектора пересечения нуля. Измерение сдвига фаз необходимо учитывать при вычислении потреблённой энергии. В противном случае потребитель будет платить за больший объём энергии, чем было реально израсходовано. По значению фазового сдвига необходимо определить поправочный коэффициент к расходуемой мощности. Данный коэффициент проще всего брать из таблицы, которая размещается в памяти программ контроллера (8-ми битный контроллер будет долго вычислять значение косинуса заданного угла). Итак, работа программы контроллера будет заключаться в периодическом измерении среднеквадратичного тока, напряжения и угла между их фазами. Далее будет необходимо перемножить данные значения тока, напряжения и взятого из таблицы поправочного коэффициента сдвига фаз. Полученный результат перевести на размерность кВт*ч и сложить с уже накопленной суммой. Параллельно с этой задачей контроллер должен будет опрашивать органы управления и отображать данные на индикаторе. Очевидно, что при таком варианте построения схемы придётся взять не самый простой 8-ми битный контроллер, возможно, так же придётся отказаться от языка Си и писать программу на ассемблере. Более того, доказывать точность такого прибора, а значит сертифицировать его, будет сложнее, чем предыдущий вариант. Достоинство данного способа построения – низкая цена комплектующей элементной базы. Построение счётчика электроэнергии на мощном контроллереЗадачи по обработке данных от каналов тока и напряжения можно возложить на микроконтроллер. Интеграция каналов измерения в управляющий микроконтроллер – один из путей оптимизации решения задачи. Мощный микроконтроллер без компромиссов обработает потоки информации, более того, даст возможность интегрировать дополнительные функции в счётчик, например, трансляцию показаний через сеть (например, Ethernet), вести диагностику работы счётчика, управлять более сложным дисплеем. Словом делать ту же работу, что и 8-ми разрядный контроллер, на порядок лучше.Разрядность управляющего контроллера. Если мы не хотим ухудшить характеристики точности измерительных каналов тока и напряжения, мы должны использовать в вычислениях как минимум 16-битные данные. Почему 16 бит – это минимум? Если мы измеряем напряжение до 350В (311В – это амплитудное значение действующего номинального напряжения сети 220В), то 8 бит предоставляет нам шаг измерения 1.37В или 0.4% (это только погрешность связанная с дискретизацией значения, а будут и другие погрешности). Если мы хотим измерять величину указанного диапазона до десятых долей, придётся увеличить разрядность АЦП на 4 разряда. Итого имеем 12 разрядов. Соответственно, разрядность управляющего контроллера желательна не менее 16. Поскольку для вычисления мощности необходимо умножение тока на напряжение (а предварительное деление для нормирования сигнала приводит к погрешностям см. алгоритмы вычислений, далее формулы 4 и 5), надо быть готовым к работе с 32-битными данными. В настоящий момент наблюдается ценовая конкуренция 32 битных и 8-ми битных контроллеров. Есть ли смысл закладывать в новое 16-битный контроллер в новое изделие? Если все вычисления производить контроллером, то 32-битный на базе ядра ARM-Cortex - самое лучшее решение. Такой контроллер содержит полный набор инструкций, необходимых для построения счётчика электроэнергии: есть аппаратное умножение и деление, команды выполняются за 1 такт. Мировые производители сейчас активно расширяют свои линейки контроллеров, построенных на базе ядра ARM Cortex. Логика действий очевидна: ARM Cortex ядро – это естественное продолжение семейств микроконтроллеров ARM7 и ARM9. На текущий момент можно выделить два основных производителя: STMicroelectronics и Texas Instruments. Есть и другие, однако указные выше производители олицетворяют двигатель прогресса в данном случае и делят рынок ARM Cortex контроллеров между собой. Во-первых, TI – приобрёл фирму Stellaris – разработчика данного продукта. Во-вторых, компании ST и TI установили стандарт библиотечных функций. Теперь обращение к периферии на контроллерах ST и TI выглядит одинаково с точки зрения программирования. Это дало лёгкую переносимость кода. Теперь, чтобы сменить контроллер ST на TI или наоборот не нужно переписывать программу контроллера. Достаточно взять тот же самый код программы, указать другой тип контроллера, задать расположение библиотек для нового контроллера, откомпилировать, и код – готов. Остальные производители, по всей видимости, будут вынуждены поддержать (или отвергать) этот стандарт в будущем. В третьих, компания STMicroelectronics предлагает широчайшую линейку пин-совместимых, недорогих контроллеров на базе ядра ARM Cortex. В ближайшее время на рынок выйдут контроллеры с интегрированным беспроводным интерфейсом и контроллеры ультра низкого потребления. В свою очередь компания TI предлагает уникальные контроллеры с интегрированным DSP ядром и Ethernet физического уровня. Решение построения счётчика электроэнергии от TIКомпания Texas Instruments выпустила серию микроконтроллеров для построения счётчиков электроэнергии. Например, контроллер MSP430FE42xx. Это готовое решение задачи, потому что в состав микропотребляющего контроллера с 16-ти битной RISC архитектурой входят: аппаратный однофазный измеритель расходуемой электроэнергии, модуль управления сегментным LCD, интегрированный генератор опорного напряжения, детектор снижения напряжения питания, минимальный, но достаточный набор памяти (ОЗУ, флэш для хранения программ, флэш для хранения переменных). По большому счёту счётчик уже собран. Схему счётчика, построенного на MSP430FE42xx можно взять на сайте TI. Документ описывает несколько вариантов построения счётчика электроэнергии. Различие вариантов по большому счёту заключается в подключении измерителя тока: через шунт, токовый трансформатор, или и то и другое. Последнее подключение, когда используется и шунт, и токовый трансформатор служит для определения попыток воровства электроэнергии. В итоге поле деятельности для разработчика сводится до минимума: описать алгоритм управления дисплеем, питанием, опросом измерителя мощности, органов управления, и сохранением обработанного результата в память. Решение, безусловно, найдёт своего потребителя. На взгляд автора, это одно из лучших решений для построения бытового счётчика электроэнергии. Для промышленного применения, где как правило, требуется учёт качества энергии данное решение не будет самым лучшим. Контроллер семейства MSP430FE42xx не позволяет снимать показания по отдельному каналу измерений (тока или напряжения). Т.е. мы можем судить о текущей мощности, потребляемой нагрузкой, но не сможем определить каким напряжением или током её питаем, какой сдвиг фаз тока и напряжения, оценивать гармонические составляющие питающего напряжения. Для этого потребуется использовать внешний измеритель качества питающего напряжения. Вообще, любая дополнительная опция по измерению будет стоить дополнительного внешнего элемента. Это обратная сторона медали законченного решения: контроллер решает узкие задачи.Для решения задачи построения 3-х фазного счётчика TI предлагает использовать контроллер семейства MSP430F471xx. Как видно из названия, контроллер не имеет специального назначения для измерения электроэнергии. Однако, данное семейство обладает полным набором периферии для измерения и коммерческого учёта расхода электроэнергии. Контроллер имеет 4 канала для измерения тока и 3 канала для измерения напряжения. Инженеры TI предоставили дизайн 3-фазного счётчика и программу для контроллера. При этом, кроме коммерческого учёта расхода электроэнергии есть возможность контроля качества питающей электроэнергии. Достаточно просто определять пофазно амплитудные и действующие значения токов, напряжений, сдвиги фаз и т.д. Решение построения счётчика электроэнергии от STMicroelectronicsКомпания STMicroelectronics предлагает свой вариант решения задачи. Было принято решение об отказе выпуска специализированного контроллера. Вместо этого была выпущена линейка готовых счётчиков электроэнергии STPMxx. Принцип очень простой: микросхема-счётчик + стандартный контроллер. Счётчик электроэнергии STPM1xx выдаёт импульсы, частота которых пропорциональна расходуемой мощности. Точность учёта электроэнергии, в тракте АЦП (токов и напряжений) – частота импульсов составляет 0.1%, что отвечает самым современным стандартам. Микросхемы STPM13 и STPM14 имеют два токовых входа, что даёт возможность детектирования попыток воровства (так же как и в решении от TI). Внутри микросхемы находится источник опорного напряжения для АЦП, при желании можно подключить внешний. Через SPI интерфейс можно задать свойства счётчика электроэнергии (в том числе и произвести его калибровку). Производитель так же предлагает готовую схему счётчика электроэнергии на базе STPM1xx. Очевидно, что данное решение в чистом виде пригодно для бытовых счётчиков.Для построения 3-х фазного счётчика можно использовать 3 параллельно включённых счётчика STPM1xx, по одному на каждую фазу. Для обработки трёх параллельных потоков информации учёта электроэнергии достаточно самого простого 8-ми битного контроллера. Необходимо, чтобы у него было 3 счётных входа. Компания STMicroelectronics имеет серию контроллеров STM8, подходящую для таких применений. Если нет желания применять микроконтроллер в 3-фазном счётчике имеется готовое решение на базе микросхем STPMC1. Это микросхема сбора данных с нескольких датчиков мощности STPMS1 и необходимыми выходами управления двигателем и выходом частоты, пропорциональной расходуемой мощности. Для промышленных счётчиков, где анализ входного питающего напряжения – одна из дополнительных функций микросхема STPMS1 может быть использована в паре с контроллером STM32F101xx, который производит детальный анализ входного питания (например, произведёт вычисление гармонических составляющих питающего напряжения). Точность измерений, алгоритмы вычислений и требования к контроллеру.Когда идёт речь о точности измерений счётчика всегда надо помнить, что «кто-то будет платить кому-то деньги на основании показаний этого прибора». Высокая точность измерений снимет большинство вопросов при сертификации изделия.Точность измерения готового изделия определяется: точностью АЦП в каналах измерения тока, напряжения (не только битность, шумы АЦП, но и точность опорного напряжения/тока) и частота измерений. Очевидно, что чем выше скорость обновления информации – тем выше точность измерения. Таким образом, на точность измерения влияют свойства каналов измерения и микроконтроллера. Микроконтроллер должен успевать обрабатывать данные, приходящие с каналов измерения. Если он это не успевает сделать – происходит искажение выходного результата. Выглядит это так: микроконтроллер производит считывание результатов измерения канала тока и напряжения. Далее по указанным выше формулам (1) и (2) производит вычисление текущей потреблённой энергии. Предполагалось, что цикл измерений и обработки данных будет длиться не более чем 0.1 мс. Но после написания программы оказалось, что цикл обработки данных занимает больше времени, поэтому весь цикл измерений и обработки занял 0.11 мс. В результате показания прибора стали ниже на 10% от реально потреблённой энергии. Для того чтобы этот эффект устранить необходимо установить частоту измерений и, соответственно, значение величины dt в математике контроллера адекватную его возможностям. Требования к микроконтроллеру. Во-первых, микроконтроллер производит масштабирование сигнала. Что это такое... У вас на входе измерителя напряжения имеется делитель, уменьшающий напряжение до уровней единиц вольт, дальше идёт АЦП, преобразующий единицы вольт в код, далее микроконтроллер, ассоциирующий полученный код с входным напряжением. Например, код 1023 соответствует напряжению 350В, код 12 – напряжению 0В. Какое напряжение подано на вход, если контроллер получил код 412? Контроллер должен произвести следующую операцию: Uвх = 412 *(350-0)/(1023-12) = 412 * K = 142.6В (3) Коэффициент, которым производится масштабирование можно вычислить 1 раз и, далее, не применять операцию деления. Но отметим, требование к контроллеру – он должен производить аппаратное умножение. Умножение можно организовать и программно, но это негативно скажется на скорости обработки данных и, как следствие, точности измерения (как вариант, придётся увеличить период измерения dt). Микроконтроллер может снизить точность измерений АЦП своим алгоритмом обработки данных. Помните, что не всегда перестановка операций умножения и деления даст одинаковый результат. Дробная часть в определённом знаке будет отброшена АЛУ контроллера после деления, и если произвести последующее умножение, то погрешность может оказаться далеко не в последнем знаке результата вычислений. Для простоты возьмём алгоритм контроллера, который предполагает вычисление только целой части результата. Далее приведены 2 одинаковых, с точки зрения математики, вычисления: 51 = (51 / 2) * 2 = 25 * 2 = 50 (4)51 = (51 * 2) / 2 = 102 / 2 = 51 (5) Очевидно, что если контроллер отбрасывает (или даже округляет до ближайшего целого) дробную часть (или дробную часть, начиная с какого-то разряда) при делении, то можно получить дополнительную погрешность от алгоритма обработки (4). Чтобы избежать появления такой погрешности, достаточно переставить операции умножения и деления местами (5). Но такой подход требует расширения разрядности обрабатываемых данных. Как говорилось выше, на текущий момент не стоит закладывать разрядность АЦП менее 12-ти бит в трактах измерения, в противном случае, вы выиграете копейки, но проиграете в точности готового изделия, что в большинстве случаев не выгодно конечному потребителю. Это значит, что при умножении 12 бит значения тока на 12 бит значение напряжения получим результат 24 бит. С таким форматом данных лучше работать 32-битным контроллером.Для отображения текущей мощности потребляемой энергии необходимо производить суммирование за определённый временной период (допустим 1 секунда) с последующим делением на количество измерений произведённых за данное время. Для повышения точности измерения необходимо синхронизовать период измерений с периодом напряжения измеряемой сети. Иначе, вы получите дребезг в последних разрядах итогового результата. Потребитель, глядя на показания такого прибора, увидит картину аналогичную рис 5. Рис.5 Дребезг показаний в последних разрядах при постоянной мощности. Откуда берётся дребезг? Наглядный ответ продемонстрирован на рисунке 6. Рис. 6. Появление шумовой составляющей при вычислении средней величины периодического сигнала, в ситуации, кода период измерений не кратен периоду сигнала. Результат измерений равен заштрихованной площади сигнала. Период измерений в рассматриваемом случае никак не привязан к измеряемому сигналу. Очевидно, заштрихованная площадь в случае 2 – больше, чем в случае 1 (S2 S1, т.к., если оперировать рисунком 6.2, область S1 – находится в начале синусоиды, где она близка к нулю, а S2 – на максимуме синусоиды, соответственно S2>S1). Итак, отличие периодов измерения и напряжения измеряемой сети приводит к снижению точности измерений. Значения младших разрядов результата измерений будут случайными. Величина этого шума будет обратно пропорциональна периоду измерения (соответственно периоду обновления информации данной величины на индикаторе).Итак, быстрое измерение средней величины за период времени требует достаточно высокой производительности контроллера. Если отображать среднюю величину за большой промежуток времени (5-10 сек), то величина упомянутой шумовой составляющей показаний будет незначительной. Важность мониторинга питания микроконтроллера.Что происходит в момент отключения электроэнергии? Данные измерения, которые суммировал микроконтроллер после подачи напряжения – теряются. Есть два пути сохранения данных. Первый, периодически записывать в энергонезависимую память показания счётчика. Второй – следить за напряжением питания и производить запись при его снижении ниже определённого уровня, когда контроллер ещё надёжно работает, а схема сброса ещё не запустилась. После включения – необходимо восстановить данные потреблённой энергии. При всей сложности до последнего времени предпочтение отдавалось второму способу решения данной проблемы. Недостаток первого способа – ограничение циклов перезаписи энергонезависимой памяти. При записи данных 1 раз в 30 мин (не часто, скажем прямо) гарантированных производителем 100.000 (типовое значение для EEPROM памяти) циклов перезаписи хватит на 5.71 лет работы. Т.е. в данном случае очевидно, что нужен больший ресурс для перезаписи. Однако ситуация меняется. Во-первых, число гарантированных циклов перезаписи классической EEPROM-памяти растёт. Во-вторых появляются новые виды памяти. Сейчас перспективным является применение энергонезависимой FRAM-памяти. У неё значительно увеличен ресурс по циклам перезаписи. Есть так же оригинальные решения, например микросхемы памяти Zeropower от STMicroelectronics. Это обычная RAM-память с встроенной литиевой батареей в корпус микросхемы. Таким образом, способность сохранять данные в памяти на время пропадания питания определяется сроком хранения заряда литиевой батареи. При этом можно без ограничений частоты обновления записывать данные учёта потреблённой энергии. Если во время записи произойдёт пропадание питающего напряжения, микросхема памяти заблокирует запись. Оригинальное и законченное решение данной задачи.(не для печати: Оригинальное = кто ещё из производителей включает литиевую батарею в корпус микросхемы? Законченное = с точки зрения разработчика – достаточно обращаться к памяти, не задумываясь о ресурсах перезаписи и о том что будет с данными, если пропадёт питание …. Вообще, проблемы «внезапного пропадания питания» - не существует) Качество питающего напряженияИсчерпывающий ответ о качестве питающего напряжения даёт спектральный анализ формы сигнала. В идеале это должна быть синусоида с частотой 50Гц, амплитудой 220 * √2 = 311В. В реальности, спектр питающего напряжения содержит гармонические составляющие кратные основной частоте. Наличие гармонических составляющих в спектре питающего напряжения приводит к некорректной работе оборудования, например к вибрациям или разогреву двигателей переменного тока. При этом по самым простым критериям, таким как действующее напряжение и его частота, вы можете не увидеть причины, по которой оборудование будет работать меньше положенного срока. Какова причина появления вибрации? Ниже приведён рисунок на котором произведено суммирование двух синусоид (а). Результат суммирования показан ниже (7). Как видно, может измениться форма сигнала, однако частота и действующее значение может остаться на прежнем уровне. Если мы таким напряжением будем питать двигатель переменного тока, то очевидно, что в определённые моменты притяжение статора к ротору будет выше среднего, а в другие моменты – ниже среднего. Это приведёт к периодическому разгону и торможению ротора на определённых участках траектории. Как следствие, появится дополнительная вибрация и нагрев двигателя, что неминуемо приведёт к снижению срока его службы. Таким образом, энергия, за которую вы платите деньги, уходит в разрушение вашего оборудования.Рис. 7. Изменение формы синусоиды при наличии второй гармоники. Алгоритм спектрального анализа сигналаМатематики уже давно решили вопрос разложения периодического сигнала в спектр. Мы же займёмся практической реализацией данного вопроса применительно к сетевому напряжению. Далее мы попытаемся описать упрощённый алгоритм разложения сигнала в спектр, попутно выдвигая требования к контроллеру, который будет производить спектральный анализ.Итак, само вычисление заданной гармонической составляющей довольно таки простое: A = ∑ F(i) * sin(i * N * ω) * Δt (6) Где i – номер измерении i F(i) – значение анализируемой функции в момент i N – номер гармоники ω – частота первой гармоники Δt – интервал времени измерений Для использования данной формулы (которая не является общим случаем), необходимо синхронизировать начало измерений/вычислений с моментом пересечения нуля измеряемого сигнала, а так же частоту первой гармоники сигнала. Любое из указанных выше несоответствий приведёт к дополнительной погрешности измерения спектра сигнала. Накопленная в течении периода измеряемого сигнала сумма будет амплитудным значением сигнала заданной гармонической составляющей. Если нам необходимо вычислить несколько гармонических составляющих, то указанное выше вычисление надо будет повторить для каждой гармоники сигнала. Упрощение вычислений. Во-первых, разумнее всего разместить таблицу идеальной синусоиды в памяти программ контроллера, таким образом, задача вычисления синуса угла сведётся к вычислению адреса в данной таблице. Тем не менее, задача определения адреса табличных данных не такая простая, как может показаться. Рис.8. Нормировка измеренного сигнала по времени Чтобы произвести корректное разложение сигнала в спектр по формуле (6), необходимо чтобы период измеренного сигнала был кратен периоду идеальной синусоиды. Для этого требуется нормирование сигнала F(x) (или sin(ω*x)) по времени, т.е. период и фазы сигналов F(x) и sin(ω*x) в начале преобразований, участвующие в умножении со сложением (6) должны быть одинаковые. Во-вторых, можно включить значение Δt в нормирующий коэффициент величины входного напряжения, которое производить после суммирования и, таким образом, исключить лишнее умножение из формулы (6). В-третьих, существует несколько подходов к решению проблемы, в числе которых есть методы снижения требований к производительности контроллера. Можно производить анализ спектра питающего напряжения «на лету», производя вычисления коэффициентов интересующих гармоник. Достоинство такого метода – безусловно оперативность вычислений. Можно вычислять таким образом каждый период. Недостаток метода – его точность (или как альтернатива – высокие требования к производительности контроллера). Можно воспользоваться не всеми возможностями встроенного АЦП в контроллер. Допустим, АЦП производит преобразование со скоростью 1МГц. Тактовая частота контроллера – 50МГц. Соответственно, вычисление только одной гармонической составляющей, а это нормирование входного сигнала, выборка значения идеальной синусоиды, умножение со сложением уже накопленной суммы, может занять больше машинного времени. Более того, измеренный ранее период сигнала может не соответствовать периоду текущего измеряемого, что приведёт к появлению погрешности. Таким образом, данный подход требует увеличить мощность контроллера, например, применять DSP с тактовой частотой не ниже 300МГц, и, как вариант, снизить частоту преобразований АЦП. Альтернативный метод – запись значений входного напряжения в оперативную память контроллера. Далее будет производиться разложение в спектр сигнала, который отражён непосредственно в ОЗУ. При таком подходе можно снизить требования к быстродействию контроллера, вычислить точнее гораздо более широкий спектр гармонических составляющих сигнала, точно определить период основной гармоники до преобразования в спектр, но при этом придётся оказаться от анализа каждого периода. Рис.9. Алгоритм работы контроллера без использования DMA Объём памяти ОЗУ повышает потребительские свойства измерителя спектра. Теоретически, можно сделать параллельными процессы записи в память измерений и вычисления спектра. В ситуации, когда обработка данных по времени меньше периода сигнала достаточно увеличить объём памяти в 2 раза и производить вычисления спектра по алгоритму указанному на рисунке 10.Рис 10. Алгоритм работы контроллера с использованием DMA Вычислив состав гармонических составляющих сигнала в буфере 1 контроллер ждёт окончания записи сигнала в буфер2 (в это время он может заниматься другими задачами). По окончанию записи в буфер 2 контроллер обрабатывает эти данные, в то же время запись новых данных производится в буфер 1. Такое разделение задач возможно только при наличии контроллера прямого доступа к памяти (DMA) у применяемого процессора. При отсутствии DMA – работу по записи данных в ОЗУ будет производить ядро контроллера и работать можно будет лишь по алгоритму рис.8.Определим необходимый объём памяти, для хранения формы сигнала за его период. Если АЦП снимает показания со скоростью 500кГц, данные не превышают размер 2 байта, то за 0.02 секунды (период 50Гц) цикла измерения будет получено 20кб данных. Если учесть, что частота питающего напряжения может быть не равна 50 Гц, а, например, быть меньше, то для записи периода сигнала потребуется ещё больше оперативной памяти. Заключение.Итак, мы рассмотрели проблематику построения счётчика электроэнергии с высоты птичьего полёта. Некоторые важные темы мы даже не упоминали, например защита от перенапряжений и ЭМС. Несмотря на кажущуюся простоту такого изделия, имеется множество подводных камней при построении «с нуля». Далеко не каждый разработчик быстро справится с такой задачей. Время разработки – это ещё одно неизвестное и ещё один риск в уравнении инвестора проекта. Если брать в расчёт оплату времени разработки, то безусловно самым выгодным является применение готовых решений от того или иного производителя. Решения разные, каждое со своими достоинствами и недостатками, но абсолютно точно – рабочие, тиражируемые миллионами.mognovse.ru Электронные счетчики и система АСКУЭ. Дистанционный учет энергииЭлектронные счетчики, это приборы, представляющие собой преобразователь аналогового сигнала в частоту следования импульсов, подсчёт которых дает количество потребляемой энергии. Главным преимуществом электронных счётчиков по сравнению с индукционными, является отсутствие вращающихся элементов. Кроме того, они обеспечивают более широкий интервал входных напряжений, позволяют легко организовать много-тарифные системы учёта. Имеют режим ретроспективы – т.е. позволяют посмотреть количество потреблённой энергии за определённый период, как правило, помесячно; измеряют потребляемую мощность, легко вписываются в конфигурацию систем АСКУЭ и обладают ещё многими дополнительными сервисными функциями. Электронные счетчикиРазнообразие этих функций заключается в программном обеспечении микроконтроллера, который является непременным атрибутом современного электронного счётчика электроэнергии. Схема и принцип работы однофазного электронного счетчикаВ ней измерительный трансформатор тока включен в разрыв фазного провода потребителя, а трансформатор напряжения подключен к фазе и нулю.
Схема электронного счетчикаСигналы с обоих трансформаторов не нуждаются в усилении и направляются по своим каналам на блок АЦП, осуществляющий преобразование их в цифровой код мощности и частоты. Дальнейшие преобразования выполняет микроконтроллер, осуществляющий управление: дисплеем; электронным реле; ОЗУ — оперативным запоминающим устройством. Через ОЗУ выходной сигнал может передаваться дальше в канал информации, например, с помощью оптического порта. Принцип работы счетчиков заключается в измерении активной энергии и подсчете потраченной. При этом различают несколько вариантов счетчиков. Они делятся:
В основном, для учета электричества используют электронные устройства, которые обладают рядом преимуществ: они более точные и позволяют использовать несколько тарифов, на которые они переводятся самостоятельно, без участия владельцев. Конструктивно электросчётчик состоит из корпуса с клеммной колодкой, измерительного трансформатора тока и печатной платы, на которой установлены все электронные компоненты. Основными компонентами современного электронного счётчика являются:
ЖКИ дисплейПредставляет собой много-разрядный буквенно-цифровой индикатор и предназначен для индикации режимов работы, информации о потребленной электроэнергии, отображении даты и текущего времени. Источник питанияСлужит для получения напряжения питания микроконтроллера и других элементов электронной схемы. Непосредственно с источником связан супервизор. МикроконтроллерЯвляется сердцем электронного электросчётчика. Это может быть как микросхема компании Microchip (PIC-контроллер), так и производителей ATMEL или NEC. Часы реального времениПредназначены для отсчета текущего времени и даты. В некоторых электросчётчиках данные функции возлагаются на микроконтроллер, однако для уменьшения его загрузки, как правило, используют отдельную микросхему, например, DS1307N. Использование отдельной микросхемы позволяет высвободить мощности микроконтроллера и направить их на выполнение более ответственных задач. Телеметрический выходСлужит для подключения к системе АСКУЭ или непосредственно к компьютеру (как правило, через преобразователь интерфейса RS485/RS232). СупервизорФормирует сигнал сброса для микроконтроллера при включении и отключении питания, а также следит за изменениями входного напряжения. Оптический портОн есть не во всех электросчётчиках, позволяет снимать информацию непосредственно с электросчётчика и в некоторых случаях служит для их программирования (параметризации). В электронном счетчике выполнение практически всех функций возложено на микроконтроллер. Он является преобразователем АЦП (преобразует входной сигнал с трансформатора тока в цифровой вид, производит его математическую обработку и выдаёт результат на цифровой дисплей.) Микроконтроллер также принимает команды от органов управления и управляет интерфейсными выходами. Возможности, которыми обладает микроконтроллер, зависят от его программного обеспечения (ПО). Без ПО, это просто пластмассово-кремниевый кубик. Поэтому разнообразие сервисных функций и выполняемых задач зависит от того, какое техническое задание было поставлено перед программистом. Электронные счетчики и перспективы развитияВ настоящее время развитие электронных счётчиков идёт в основном в плане добавление «наворотов», различные производители добавляют всё новые функции, например, некоторые устройства могут вести контроль состояния питающей сети с передачей этой информации в диспетчерские центры и т.д. Довольно часто в электросчётчик вводят функцию ограничения мощности. В этом случае, при превышении потребляемой мощности, электросчётчик отключает потребителя от сети. Для управления подачей напряжения, внутрь электросчётчика устанавливают контактор на соответствующий ток. Так же отключение возможно, если потребитель превысил отведённый ему лимит электроэнергии или же закончилась предоплата за электроэнергию. Кстати, некоторые электросчётчики позволяют пополнить денежный баланс прямо через встроенные в них считыватели пластиковых карт. К электросчётчикам данной группы относятся СТК-1-10 и СТК-3-10. Электронные счетчики и АСКУЭПопытки создания АСКУЭ (автоматизированной системы контроля учёта электроэнергии) связаны с появлением в относительно доступных микропроцессорных устройств, однако дороговизна последних делала системы учета доступными только крупным промышленным предприятиям. Разработку АСКУЭ вели целые НИИ.  Решение задачи предполагало:
Первые системы учета были крайне дорогими, ненадежными и малоинформативными комплексами, но они позволили сформировать базу для создания АСКУЭ следующих поколений. Переломным этапом в развитии АСКУЭ стало появление персональных компьютеров и создание электронных электросчётчиков. Ещё больший импульс развитию систем автоматизированного учёта придало повсеместное внедрение сотовой связи, что позволило создать беспроводные системы, так как вопрос организации каналов связи являлся одним из основных в данном направлении. Основное назначение системы АСКУЭ — в разумных интервалах времени собрать в центрах управления все данные о потоках электроэнергии на всех уровнях напряжения и обработать полученные данные таким образом, чтобы обеспечить составление отчётов за потребленную или отпущенную электроэнергию (мощность), проанализировать и построить прогнозы по потреблению, выполнить анализ стоимостных показателей и произвести расчёты за электрическую энергию. Для организации системы АСКУЭ необходимо:
Пример простейшей схемы организации АСКУЭ показан на рисунке. В ней можно выделить несколько отдельных основных уровней: 1. Уровень первый – это уровень сбора информацииЭлементами этого уровня являются электросчётчики и различные устройства, измеряющие параметры системы. В качестве таких устройств могут применяться различные датчики как имеющие выход для подключения интерфейса RS-485, так и датчики, подключенные к системе через специальные аналого-цифровые преобразователи. Необходимо обратить внимание на то, что возможно использовать не только электронные электросчётчики, но и обычные индукционные, оборудованные преобразователями количества оборотов диска в электрические импульсы. В системах АСКУЭ для соединения датчиков с контролерами применяют интерфейс RS-485. Входное сопротивление приемника информационного сигнала по линии интерфейса RS-485 обычно составляет 12 кОм. Так как мощность передатчика ограничена, это создает ограничение и на количество приемников, подключенных к линии. Согласно спецификации интерфейса RS-485 с учетом согласующих резисторов приёмник может вести до 32 датчиков. 2. Уровень второй – это связующий уровеньНа этом уровне находятся различные контролеры необходимые для транспортировки сигнала. В схеме АСКУЭ представленной на рисунке, элементом второго уровня является преобразователь, преобразующий электронный сигнал с линии интерфейса RS-485 на линию интерфейса RS-232, это необходимо для считывания данных компьютером либо управляющим контролером. В случае если требуется соединение более 32 датчиков, тогда в схеме на этом уровне появляется устройства, называемые концентраторы. На рисунке показана схема построения системы АСКУЭ для количества датчиков от 1 до 247 шт. 3.Третий уровень – это уровень сбора, анализа и хранения данныхЭлементом этого уровня является компьютер, контролер или сервер. Основным требование к оборудованию этого уровня является наличие специализированного программного обеспечения для настройки элементов системы. В настоящее время практически все электронные электросчётчики оборудованы интерфейсом для включения в систему АСКУЭ. Даже те, которые не имеют этой функции, могут оснащаться оптическим портом для локального снятия показаний непосредственно на месте установки электросчётчика путём считывания информации в персональный компьютер. Поэтому, сегодня электросчётчик является сложным электронным устройством. При проектировании современных систем АСКУЭ применяют только электронные счётчики. Они имеют неоспоримые преимущества перед индукционными именно в «информационном» плане и обладают практически неограниченными сервисными возможностями. Смотрите видео, в котором на примере конкретной марки рассмотрены электронные счетчики.
Смотрите также по этой теме: Схемы подключения счетчиков электроэнергии. Электрический счетчик энергии. Общие сведения.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!powercoup.by модернизация существующей аскуэ и счетчиков электроэнергии
Министерство планирует в 2018 законодательно закрепить требование устанавливать только «умные счетчики» электроэнергии при плановой замене приборов учета. Счетчик, или прибор учета ресурсов, – устройство преобразующее израсходованные воду, газ, тепло и электричество в цифры (кубометры, кВт·ч). НЕ умный счетчик выводит расход только на встроенный индикатор. Умный передает показания через Интернет.
ЗАВТРАШНИЙ ДЕНЬЧТО МЫ ПРЕДЛАГАЕМ Модернизация существующей АСКУЭ ― это услуга компании «АйСиБиКом», позволяющая довести комплексы автоматизированного контроля до ума. Мы предлагаем модернизировать любое программное и аппаратное оборудование как под ключ, так и под вашим тщательным контролем. Что такое АСКУЭ?Под аббревиатурой скрывается автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии. Это полноценный комплекс из аппаратных и программных средств, занимающийся управлением и учетом электрических потоков в сети. Модернизация существующих счетчиков электроэнергии затрагивает все уровни структуры. А именно:
Чтобы обновление системы не стало для вас неприятным, мы стараемся сохранить уже имеющуюся структуру электрооборудования. При возможности остается и старое программное обеспечение или устанавливается похожее с аналогичным интерфейсом. Ретрофит в первую очередь подразумевает полную замену аппаратного оборудования. Они работают быстрее, предоставляя более корректную и точную информацию. Когда она необходима?Обновление необходимо, если у вас на предприятии есть уже существующая и хорошо работающая структура, но она не соответствует современным требованиям. Устройства могут функционировать быстрее, но не имеют должной «базы» для этого. Цифровая трансформация АИИС КУЭ позволяет приобрести более современное оборудование, оставляя старую структуру. В 2018 году правительство планирует внедрить несколько законов об энергосбережении. Из-за будущих поправок компаниям выгоднее устанавливать современные системы. В противном случае они не смогут контролировать энергопотребление и могут превысить установленный лимит. Преимущества услугиПровести опрос устаревших счетчиков электроэнергии и их модернизацию стоит из-за:
Поэтому обращайтесь в нашу компанию! Мы поможем обновить существующую систему. ПРЕИМУЩЕСТВА МОДЕРНИЗАЦИИСЧЕТЧИКОВ
МОДЕРНИЗИРОВАННЫЕ СЧЕТЧИКИДля современных каналов связи гарантированнаяпередача данных 95% и более!  ВАРИАНТЫ КАНАЛОВ СВЯЗИ КРЫШЕК ДЛЯ СЧЕТЧИКОВ СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ
icbcom.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Устанавливая модернизированный электросчетчик с пультом, потребитель самостоятельно контролирует его работу, не вызывая подозрений инспекторов энергонадзораРегулярно тарифы на электроэнергию возрастают, именно поэтому, многие ищут возможности для экономии электричества. Сейчас достаточно широко представлены одно и трехфазные счетчики, которые вполне возможно самостоятельно выключить в совершенно любой момент. Существуют определенные плюсы и минусы применения такого устройства.
На пульте управления всего две кнопки: одна для включения счетчика, другая – для отключения
Существуют модели управляемых электросчетчиков и с таймером – небольшим прибором с дисплеем. Данное устройство включается в розетку, после чего необходимо установить на нем время включения и отключения счетчика
Выбирая счетчик с пультом, отзывы потребителей могут стать весомым аргументом в пользу той или иной модели
Аналоговая схема содержит конденсатор, который заряжается до некоторого порогового напряжения, соответствующего (путем калибровки схемы) наименьшей единице учета энергии, например, десятой или сотой доле кВт. Как только интегрирующая схема достигает порога, срабатывает компаратор, сравнивающий его с опорным уровнем, его сигнал усиливается и приводит в движение шаговый двигатель механического счетчика. Так учитывается энергия.
Сохранение существующей системы АИИС КУЭ
