电力抄表核算收费培训装置的制作方法

专利名称：电力抄表核算收费培训装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电力系统对抄表、核算、收费等人员进行技能培 训和技术鉴定的教学实验装置或培训装置，具体地说，涉及一种电力抄表 核算收费培训装置。
背景技术：
电力营销系统抄表核算收费及相应管理岗位上的工作人员，直接面对 电力终端用户，其人数众多；为了提高其劳动技能，必须定期进行技能培 训，其培训目标是使学员达到国家职业技能标准中有关对电力公司抄表核 算收费人员在使用手持抄表机及计算机实现本地、红外、集中和远程抄表 核算收费等方面所规定的技能要求，使其熟练掌握各类电能表的抄读以及 录入方法及远程抄读方法，迅速判断表计是否正常计量，独立运用用电营 销系统进行电费复核、计算线路、台区变压器及其它损耗等方面所规定的 技能要求。
在对抄表核算收费操作人员的培训上，传统的培训方式通常是进行文 字讲解、语言描述，再结合抄核收现场实物的操作对学员进行训练；这种 方式学员无法进行实际独立操作，并且现场环境具有实际的电压，对培训 学员来讲存在不安全因素，如此，就使得实际培训效果不理想。
为了解决以上问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、性能稳 定、安全可靠、实用性强的电力抄表核算收费培训装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种电力抄表核算收费培训装置，该 装置包括上位机、通讯转换控制箱、电能表、表计故障模拟器、电流互感器、电压互感器和程控电源，其中，所述上位机与所述通讯转换控制箱通 信以实现单串口到多串口的数据转换，所述通讯转换控制箱与所述电能表 通信以使上位机读取电能表数据、实现集中抄表，所述通讯转换控制箱与 所述表计故障模拟器通信以使上位机控制表计故障模拟器模拟各种故障， 所述通讯转换控制箱与所述程控电源通信以使上位机控制程控电源输出不 同的电压、电流信号，所述程控电源的电压输出端通过所述电压互感器连 接所述表计故障模拟器的电压输入端，所述程控电源的电流输出端通过所 述电流互感器连接所述表计故障模拟器的电流输入端，所述电能表连接所 述表计故障模拟器的电压输出端和电流输出端。
基于上述，所述通讯转换控制箱包括上位机通讯模块、微型处理器、
FPGA和多组RS485通讯模块，其中，所述上位机通讯模块与所述微型处理 器通信，所述微型处理器通过并行总线与所述FPGA通信，所述FPGA与多 组RS485通讯模块通信。
基于上述，所述表计故障模拟器包括通讯模块、主控制模块、故障控 制模块、继电器矩阵电路和电源模块，其中，所述通讯模块与所述主控制 模块通信以接收上位机信息，所述主控制模块连接所述故障控制模块以发 送控制命令，所述故障控制模块连接所述继电器矩阵电路以驱动继电器开 闭，所述电源模块分别连接通讯模块、主控制模块、故障控制模块和继电 器矩阵电路以提供工作电源。
基于上述，所述故障控制模块包括六组光电隔离芯片和三个继电器驱 动芯片，其中，控制命令经光电隔离芯片隔离后输出到继电器驱动芯片， 所述继电器驱动芯片用于驱动继电器矩阵电路中的继电器开闭。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说， 该装置有以下优点
1、该装置可以在同一套设备上模拟抄表应用现场环境，实现手工录入 抄表、红外抄表、集中抄表、远程抄表、多功能抄表等多项教学培训功能，并将抄表数据无缝对接传入营销系统数据库中，同时还对电能表进行了模
拟故障设置，使学员能及时发现表计在运行中的故障现象；
2、 该装置采用程控电源，由其提供模拟电压电流信号， 一方面确保了 受训学员的安全，另一方面保证电表数据稳定变化，更好体现数据真实性；
3、 该装置能模拟典型的表计故障，各表位故障相互独立，可以分别进 行设置和更正，能独立模拟单三相电能表表计故障，供抄表员进行简单的 表计故障判断；
4、 该装置能模拟典型应用厂家的不同型号电能表，可以随意设置表计 正误数据，表计故障，可以修改表计走字；
5、 该装置具备考试、考核功能，教师能够在此装置上设置各类客户的 现场计量及抄表计费信息。


图1是本发明的原理示意图； 图2是所述通讯转换控制箱的电路原理框图； 图3是所述通讯转换控制箱的电路原理图； 图4是所述表计故障模拟器的电路原理框图； 图5是所述继电器矩阵电路的电路原理图6是所述表计故障模拟器的电路原理图。
具体实施例方式
下面通过具体实施方式
，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 如图1所示， 一种电力抄表核算收费培训装置，该装置包括上位机l、
通讯转换控制箱2、电能表3、表计故障模拟器4、电流互感器TA、电压互 感器TV和程控电源5，其中，所述上位机1与所述通讯转换控制箱2通信 以实现单串口到多串口的数据转换，所述通讯转换控制箱2与所述电能表 3通信以使上位机1读取电能表3数据、实现集中抄表，所述通讯转换控 制箱2与所述表计故障模拟器4通信以使上位机1控制表计故障模拟器4模拟各种故障，所述通讯转换控制箱2与所述程控电源5通信以使上位机 1控制程控电源5输出不同的电压、电流信号，所述程控电源5的电压输 出端通过所述电压互感器TV连接所述表计故障模拟器4的电压输入端，所 述程控电源5的电流输出端通过所述电流互感器TA连接所述表计故障模拟 器4的电流输入端，所述电能表3连接所述表计故障模拟器4的电压输出 端和电流输出端。
本装置工作流程是上位机l通过串行通讯口，经过通讯转换控制箱 2，控制程控电源5的启动，程控电源5的电压电流输出经过表计故障模拟 器4，将电压电流输入到多功能电能表3，多功能电能表3得到电压电流开 始计量走字；同时，上位机l通过串行通讯口，经过通讯转换控制箱2， 产生18路通讯控制RS485,通过RS485方式，控制表计故障模拟器4设置 电能表典型故障，供学员学习典型表计故障的査找与改正；控制表计故障 模拟器4中的电压档位切换继电器，实现表计供电电压的选择；另外上位 机1还通过串行通讯口 ，经过通讯转换控制箱2，产生18路抄表通讯RS485, 通过RS485方式，上位机l集中抄取多功能电能表3数据，实现485集中 抄表功能。
该装置具体的连接关系是
上位机1，是一种通用的计算机，主要实现本装置软件的操作及控制
功能，其通过串行通讯口与通讯转换控制箱2连接，向通讯转换控制箱2 发出信号，控制表计故障模拟器4设置电能表典型故障，并控制程控电源 5的启动。
通讯转换控制箱2，是一种通讯转换控制设备，采用单片机与FPGA结 合，实现单串口到多串口的转换，实现一机多控；其分别以RS485方式与 多功能电能表3、表计故障模拟器4、程控电源5及上位机1连接；其接收 上位机l的串口信号，转换成多串口信号分别输出到电能表3、表计故障 模拟器4及程控电源5。电能表3，与表计故障模拟器4连接，接收表计故障模拟器4输出的 电压电流信号并对其计量，用于不同实验结果下电能消耗的计量，并将计 量结果通过通讯转换控制箱2传给上位机1;
表计故障模拟器4，以RS485方式与通讯转换控制箱2连接，接收上 位机1发出的故障模拟命令，执行后输出到多功能电能表3进行计量显示， 这是一种继电器控制设备，采用单片机控制继电器方式实现各种控制功能 的切换，用于实现电能表表尾接入的电压电流线的变换，模拟产生各种表 计接线故障；
程控电源5，以RS485方式连接与通讯转换控制箱2，接收并执行上位 机1发出的启动/停止控制信号，同时经电压互感器TV、电流互感器TA后 为表计故障模拟器4供电；它是一种高精密虚负荷电源，通过单片机控制 产生独立的电压电流，给电能表提供工作的电压和虚负荷的电流，使电能 表可以正常的走字计量，无需实际的电能负载消耗，本装置中用于给实验 电路提供电源。
如图2所示，所述通讯转换控制箱2包括上位机通讯模块11、微型处 理器12、 FPGA13和多组RS485通讯模块14，其中，所述上位机通讯模块 11与所述微型处理器12通信，所述微型处理器12通过并行总线与所述 FPGA13通信，所述FPGA13与多组RS485通讯模块通信14。
所述微型处理器用于实现数据转换功能，其将通过串口接收到的数据 转换成并口，发送给FPGA， FPGA经过自身门电路转换，将数据转换到对应 的COM口上发送出去，接收数据与之过程相反；FPGA用于接收微型处理器 的并口数据，将数据转换为串口数据发送到对应的COM 口； FPGA用于接收 C0M口的数据，将数据转换为并口数据，通过并口发送给微型处理器。
如图3所示，所述上位机通讯模块11、所述多组RS485通讯模块14 都是常见的RS485通讯电路，它们包括485转换芯片(U6， U8， U9)、电 阻R23 R49、光电隔离芯片01 03和光电隔离芯片Q13 018;所述微型处理器12包括微型处理器U2和电容(CIO， C12)和晶振Yll; 所述FPGA采用FPGA芯片UIO，是一种常见的芯片。 数据及控制命令通过上位机通讯模块的485转换芯片U6，经过光电隔 离，将数据通过串行通讯口送到微型处理器U7，微型处理器U7接收到数 据或命令，微型处理器U7将接收到的数据或命令转换成并行数据，通过微 型处理器U7的并行口发送给FPGA芯片U10的并行口 ， FPGA芯片U10经过 自身门电路转换，将数据或命令转换到对应的RS485通讯模块，对应的 RS485通讯模块通过串行通讯RS485方式将数据输出，接收数据与之过程 相反；
通讯转换控制箱2实现两方面的功能 一是抄表数据发送通讯转换 控制箱通过上位机通讯模块的485转换芯片U6的串口接收上位机发送的数 据命令帧，微型处理器U7将接收到的数据帧通过并口发送到FPGA芯片 UIO， FPGA芯片U10通过内部转换将单片机发送来的数据，转发到不同的 串行通讯口，从而实现单串口到多串口的数据转发；数据接收时，通讯转 换控制箱2中的FPGA芯片U10的串口接收各多功能电能表3上传的数据， 经过转换通讯将数据发送给微型处理器U7，微型处理器U7通过串口将数 据上传给上位机1; 二是通讯控制数据发送通讯转换控制箱2通过上位 机通讯模块的485转换芯片U6的串口接收上位机发送的数据命令帧，微型 处理器U7将接收到的数据帧通过并口发送到FPGA芯片U10，FPGA芯片U10 通过内部转换将微型处理器U7发送来的数据，转发到不同的串行通讯口， 从而实现单串口到多串口的数据转发，完成控制功能。
如图4、图5和图6所示，所述表计故障模拟器4包括通讯模块21、 主控制模块22、故障控制模块23、继电器矩阵电路24和电源模块25，其 中，所述通讯模块21与所述主控制模块22通信以接收上位机信息，所述 主控制模块22连接所述故障控制模块23以发送控制命令，所述故障控制 模块23连接所述继电器矩阵电路24以驱动继电器开闭，所述电源模块25分别连接所述通讯模块21、所述主控制模块22、所述故障控制模块23和 所述继电器矩阵电路24以提供工作电源。
通讯模块21与通讯转换控制箱2相连，通过通讯模块21实现通讯转 换控制箱2与主控制模块22之间的RS485通讯，完成故障设置命令的接收; 故障控制模块23根据主控制模块22的命令使继电器矩阵电路24中的继电 器动作，实现接线方式的切换。
如图5和图6所示，所述通讯模块21是常见的RS485通讯模块，包括 485转换芯片Ul、电阻R2 R10和光电隔离芯片01 03;
所述主控制模块22包括微型处理器U2和电容(C8， C9)和晶振Y7;
所述故障控制模块23包括六组光电隔离芯片(04， 05， 06， 07， 08， 09)、 三个继电器驱动芯片(U3,U4，U5)和辅助电阻R11 R22，其中，控制命令经 三组光电隔离芯片(04,05,06)隔离后输出到继电器驱动芯片U3，控制命 令经三组光电隔离芯片(07,08,09)隔离后输出到继电器驱动芯片U5，所 述继电器驱动芯片U3与继电器驱动芯片U4连接，所述继电器驱动芯片用 于驱动继电器矩阵电路24中的继电器开闭。
所述电源模块25包括电阻Rl、电容C1 C6和指示灯LED1。
如图5所示，所述继电器矩阵电路24包括21个继电器L1 L21和21 个二极管D1 12、 二极管D16 D24，其中，每个继电器并联一个二极管， 二极管负极接电源，继电器一端接电源，继电器另一端接继电器驱动芯片。
所述表计故障模拟器4通过所述通讯转换控制箱2，以485通讯方式 接收上位机1发送的故障控制命令，并通过所述表计故障模拟器4的主控 制模块22发布命令，使故障控制模块23控制继电器矩阵电路24中的继电 器动作，其中，可以根据挂接电能表的不同实现如下故障设置
1、三相四线下模拟故障A相电压断路；B相电压断路；C相电压断 路；A相电压极性反；B相电压极性反；C相电压极性反；A相电流短路； B相电流短路；C相电流短路；A相电流极性反；B相电流极性反；C相电流极性反；A相电流断流；B相电流断流；C相电流断流。
2、 三相三线下模拟故障A相电压断路；B相电压断路；C相电压断 路；A相电压极性反；B相电压极性反；C相电压极性反；A相电流短路；C 相电流短路；A相电流极性反；C相电流极性反；A相电流断流；C相电流 断流。
3、 单相下模拟故障电压断路；电压极性反；电流短路；电流极性反； 电流断流。
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其 限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技 术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技 术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发 明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
1、一种电力抄表核算收费培训装置，其特征在于该装置包括上位机、通讯转换控制箱、电能表、表计故障模拟器、电流互感器、电压互感器和程控电源，其中，所述上位机与所述通讯转换控制箱通信以实现单串口到多串口的数据转换，所述通讯转换控制箱与所述电能表通信以使上位机读取电能表数据、实现集中抄表，所述通讯转换控制箱与所述表计故障模拟器通信以使上位机控制表计故障模拟器模拟各种故障，所述通讯转换控制箱与所述程控电源通信以使上位机控制程控电源输出不同的电压、电流信号，所述程控电源的电压输出端通过所述电压互感器连接所述表计故障模拟器的电压输入端，所述程控电源的电流输出端通过所述电流互感器连接所述表计故障模拟器的电流输入端，所述电能表连接所述表计故障模拟器的电压输出端和电流输出端。
2、 根据权利要求l所述的电力抄表核算收费培训装置，其特征在于所述通讯转换控制箱包括上位机通讯模块、微型处理器、FPGA和多组RS485 通讯模块，其中，所述上位机通讯模块与所述微型处理器通信，所述微型 处理器通过并行总线与所述FPGA通信，所述FPGA与多组RS485通讯模块 通信。
3、 根据权利要求l所述的电力抄表核算收费培训装置，其特征在于 所述表计故障模拟器包括通讯模块、主控制模块、故障控制模块、继电器 矩阵电路和电源模块，其中，所述通讯模块与所述主控制模块通信以接收 上位机信息，所述主控制模块连接所述故障控制模块以发送控制命令，所 述故障控制模块连接所述继电器矩阵电路以驱动继电器开闭，所述电源模 块分别连接通讯模块、主控制模块、故障控制模块和继电器矩阵电路以提 供工作电源。
4、 根据权利要求3所述的电力抄表核算收费培训装置，其特征在于 所述故障控制模块包括六组光电隔离芯片和三个继电器驱动芯片，其中， 控制命令经光电隔离芯片隔离后输出到继电器驱动芯片，所述继电器驱动 芯片用于驱动继电器矩阵电路中的继电器开闭。
全文摘要
本发明提供一种电力抄表核算收费培训装置，该装置包括上位机、通讯转换控制箱、电能表、表计故障模拟器、电流互感器、电压互感器和程控电源，其中，所述上位机与所述通讯转换控制箱通信，所述通讯转换控制箱与所述电能表通信，所述通讯转换控制箱与所述表计故障模拟器通信，所述通讯转换控制箱与所述程控电源通信，所述程控电源的电压输出端通过所述电压互感器连接所述表计故障模拟器的电压输入端，所述程控电源的电流输出端通过所述电流互感器连接所述表计故障模拟器的电流输入端，所述电能表连接所述表计故障模拟器的电压输出端和电流输出端。该装置具有设计科学、性能稳定、安全可靠、实用性强的优点。
文档编号G09B23/18GK101615357SQ200910064920
公开日2009年12月30日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者张军照, 支长义, 柴书峰, 董生怀 申请人:郑州万特电气有限公司