Импульсный выход счетчика электроэнергии что это
Записки IoT-провайдера. Проклятие импульсного выхода
Здравствуйте, уважаемые любители Интернета Вещей. Сегодня мне хотелось бы поговорить про импульсный выход. Один из популярнейших телеметрических выходов у приборов учета. Простой, как пять копеек. И самый тяжелый в эксплуатации.
Начнем с теории.
Импульсный выход (ИВ) — это два контакта, которые выходят из прибора учета. Внутри счетчика может стоять геркон или некое подобие реле. Замыкание происходит механически. Между контактами периодически возникает падение сопротивления. Одно падение — один импульс. Данная схема вообще не требует какой-либо электроники внутри счетчика, только на устройстве съема.
В случае с электросчетчиком, импульсный выход реализуется через схему открытого коллектора. Тут система уже сложнее, но ненамного.
Число импульсов пропорционально потребленному ресурсу. Воде, газу, электричеству, теплу. Или еще чему-нибудь. Нам попадались импульсные выходы на расходомерах нефтяных скважин.
Как работать с импульсным выходом? Проще всего пояснить на примере:
Водосчетчик «пропустил» через себя кубический метр воды. Вес его импульса — 0,1 м3. Это значит, что в процессе прохождения воды мы зафиксируем 10 импульсов. Зная вес, легко посчитать сколько ресурсов намотал тот или иной прибор.
Пока да. Проблемы начинаются в процессе эксплуатации.
Съем показаний обеспечивают специальные модули — счетчики импульсов (СИ). Они могут быть проводные или беспроводные, с батарейкой или от 220. Но смысл один — счетчик импульсов — это обычный конвертер из одного интерфейса в другой. Посчитав замыкания контактов, СИ передает эту информацию на сервер. Каким путем уже дело десятое.
Так где же кроется проклятье?
Главная проблема импульсного выхода — он дает информацию только о текущем положении дел. Скажем, если вы прослушиваете контакты час, то с уверенностью сможете сказать только о потреблении за этот прошедший час. И не более. Никакой информации о том, что на табло у счетчика, через ИВ получить невозможно.
Такая ли это большая проблема?
Если вы подключаете установленный прибор учета, то нужно просто переписать начальные показания счетчика. Внести эту поправку в ваш интерфейс и работать дальше. Все просто?
Нет. Тут начинаются подводные камни:
1) Человеческий фактор. Счетчики редко стоят на освещенном пьедестале. Чаще они расположены в местах, куда не так просто добраться. В подвалах, где сыро, грязно и очень темно. Правильно переписать начальные показания — не такая уж простая задача. Потому мы можем получить ошибку еще на этапе внесения.
2) Человеческий фактор №2. К сожалению, не все обладают прямыми руками из плеч. Если провода от ИВ некачественно смонтированы в клеммной колодке счетчика импульсов, то может начаться такая неприятная штука, как погрешность замера. С одинаковой вероятностью это может внести ошибку как в большую, так и в меньшую сторону.
Пример хорошего счетчика. Вес импульса на корпусе, на самом видном месте.
4) Дополнительные внешние факторы. К примеру, слишком длинный кабель от прибора учета к счетчику импульсов. Или кабель высокого напряжения в одном стояке. Все это может вызывать погрешности в подсчетах. А для ИВ на открытом коллекторе еще важна полярность подключения — дополнительная возможность ошибиться.
Казалось бы — все проблемы так или иначе связаны с качеством монтажа. Ну или техкартой монтажа. Ограничь длину кабеля, распиши где его можно прокладывать. Сделай все качественно с первого раза, наконец!
На практике огрехи монтажа неизбежны. Но если мы используем ModBus и RS-485 такие проблемы очень легко отловить автоматизированной системой. У нас либо есть связь со счетчиком, либо нет. Если связь есть, то счетчик нам передаст свои показания, на табло смотреть не обязательно (за редким исключением глюков самого счетчика).
С импульсным выходом обязательна сверка через некоторое время. Так и только так мы сможем с уверенностью сказать, что считаем правильно. Что все качественно смонтировано, что мы не промахнулись с весом импульса и верно считали начальное значение. Удаленно диагностируется только факт наличия импульсов или их отсутствия. Такая себе информация.
Да, друзья. Двадцать первый век, умные приборы учета. Но если они оснащены ИВ, то им обязательно нужна сверка через какое-то время. Хотя бы раз, но нужна.
Что это значит для эксплуатации? Это значит, что сверка должна быть заложена в ваши расходы. И нельзя использовать импульсный выход на том приборе учета, к которому больше не сможешь попасть.
Если мы подключаем общедомовой прибор учета по заказу Управляющей Компании, то у нас все хорошо. УК кровно заинтересована в правильной работе телеметрии и разумеется пустит нас свериться недельки через две. Мы сделаем вывод, что у нас все хорошо, внесем коррективы или перемонтажим.
Но вот что делать, если прибор учета стоит в квартире абонента?
Даже самый кристально чистый пользователь никогда не окажется дома в нужное вам время. Представьте себе задачу — сверить показания счетчиков многоквартирного дома? Квартир этак на сто? Сколько времени на это уйдет?
А теперь помножьте это на любовь некоторых пользователей к «волшебным магнитам» или «жукам» в щитке. Вы сами даете ему в руки инструмент обмана. Он выдерет провод из счетчика, скажет, что запнулся и в квартиру для ремонта вас не пустит. Что делать?
Делать нужно вывод. ИВ — это крайне ограниченный в применении интерфейс. Он не должен располагаться в недоступном вам месте. Он требует сверки. Он ненадежен, т. к. не передает конкретных цифр, только импульсы. Даже если он работает сейчас, не факт, что он будет работать через два года (когда контакты окислятся). И уж точно он не подходит для контроля «хитрых» абонентов.
Для счетчиков в квартире нужны устройства в сборе, на борту которых уже есть радиомодуль и связь с радиосетью. Это не панацея, но вероятность хитрости тут меньше. Только такие счетчики реально опрашивать.
С другими типами счетчиков (промышленными, общедомовыми) ситуация легче, но и тут ИВ должен быть крайней мерой.
Несколько слов в защиту. Некоторые пользователи сомневаются, что ИВ работоспособен, когда импульсов в единицу времени слишком много. Давайте разберем пример.
Счетчик Энергомера СЕ101. Выдает 3200 импульсов на киловатт-час.
Таким образом, если через прибор учета пройдет 1 кВтч, то за час мы должны успеть насчитать 3200 импульсов. А если десять? Тогда цифра станет уже больше, 32000 импульсов.
Это почти десять импульсов в секунду.
Реально ли их посчитать без ошибки?
Обратимся к технической документации. Счетчик импульсов с LoRaWAN модулем от Веги (СИ-11) умеет улавливать до 200 Гц. Это значит, что в секунду он может зарегистрировать 200 импульсов.
Контрольный прибор СИ-206-Д2 улавливает до 30 импульсов в секунду.
Энергомера СЕ101 рассчитана на ток до 100 А (максимальное значение ряда моделей), т.е. за час она сможет «протащить» до 22 кВт. Тут мы уже близки к критическим значениям. Но это квартирный электросчетчик, а проводка обычной квартиры столько не выдержит. Реальные цифры будут далеки от пороговых значений.
А производители осознают реальную «пропускную способность» своих приборов и подбирают веса в соответствие с возможностями счетчиков импульсов.
Закончить хотелось бы так. Импульсный выход — это ОЧЕНЬ дешевый интерфейс, который подкупает дешевизной производителей и потребителей. Но вот беда. Много от сэкономленного придется потратить на эксплуатацию. Стоит ли оно того?
P. S. Сразу после выкладки эту статью заминусовали. Я понял, что часть мыслей была раскрыта некорректно, потому сделал правки и более подробно описал некоторые вещи. В таком виде ее и оставляю. Для многих тема будет казаться мелочной и не стоящей. Но, судя по планам производителей и интеграторов, они видят за импульсным выходом будущее. Хотелось бы посеять хоть какие-то сомнения в их уверенность.
Про электронные счетчики и АСКУЭ для «чайников»
Электронные счетчики
Электронный счетчик представляет 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 многотарифные 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.
Разнообразие этих функций заключается в программном обеспечении микроконтроллера, который является непременным атрибутом современного электронного счётчика электроэнергии.
Конструктивно электросчётчик счетчик состоит из корпуса с клеммной колодкой, измерительного трансформатора тока и печатной платы, на которой установлены все электронные компоненты.
Основными компонентами современного электронного счётчика являются: трансформатор тока, дисплей ЖКИ, источник питания электронной схемы, микроконтроллер, часы реального времени, телеметрический выход, супервизор, органы управления, оптический порт (опционально).
ЖКИ представляет собой многоразрядный буквенно-цифровой индикатор и предназначен для индикации режимов работы, информации о потребленной электроэнергии, отображении даты и текущего времени.
Источник питания служит для получения напряжения питания микроконтроллера и других элементов электронной схемы. Непосредственно с источником связан супервизор. Супервизор формирует сигнал сброса для микроконтроллера при включении и отключении питания, а также следит за изменениями входного напряжения.
Часы реального времени предназначены 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 выход служит для подключения к системе АСКУЭ или непосредственно к компьютеру (как правило, через преобразователь интерфейса RS485/RS232). Оптический порт, который есть не во всех электросчётчиках, позволяет снимать информацию непосредственно с электросчётчика и в некоторых случаях служит для их программирования (параметризации).
Сердцем электронного электросчётчика является микроконтроллер. Это может быть как микросхема компании Microchip (PIC-контроллер), так и производителей ATMEL или NEC.
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.
В 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, выпускаемые в г. Одессе.
АСКУЭ
Попытки 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:
оснащение индукционных счетчиков электрической энергии датчиками оборотов;
создание устройств, способных вести подсчет поступающих импульсов и передавать полученный результат в ЭВМ;
накопление в ЭВМ результатов подсчета и формирование отчетных документов.
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.
Для организации системы АСКУЭ необходимо:
Цифровые сигналы передать в так называемые «сумматоры», снабженные памятью.
Создать систему связи (как правило, последнее время для этого используют GSM – связь), обеспечивающую дальнейшую передачу информации в местные (на предприятии) и на верхние уровни.
Организовать и оснастить центры обработки информации современными компьютерами и программным обеспечением.
Пример простейшей схемы организации АСКУЭ показан на рисунке. В ней можно выделить несколько отдельных основных уровней:
1. Уровень первый – это уровень сбора информации.
Элементами 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 уровень.
На этом уровне находятся различные контролеры необходимые для транспортировки сигнала. В схеме АСКУЭ представленной на рисунке 9 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 247шт
Третий уровень – это уровень сбора, анализа и хранения данных. Элементом 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.
Однако не стоит думать, что только электронные счётчики можно использовать для дистанционного снятия показаний (а именно эта цель является основной в системах АСКУЭ).
Счетчики, в маркировке которых есть буква «Д», например, СР3У-И670Д, имеют телеметрический выход (импульсный датчик), обеспечивающий передачу по двухпроводной линии связи информации о проходящей через счетчик активной (реактивной) энергии в систему дистанционного сбора и обработки данных. На рисунке как раз показан такой электросчётчик со снятой крышкой корпуса:
На боковой панели электросчётчика установлен импульсный датчик (2). Как работает этот датчик?
Давайте вспомним устройство индукционного счётчика. В нём есть такой элемент, как алюминиевый диск. Скорость его вращения прямо пропорциональна потребляемой нагрузкой мощности. Вот скорость вращения диска, точнее количество оборотов и является численной характеристикой, которую можно преобразовать в импульсы и передать в линию связи. Поэтому на счётчики со встроенными датчиками наносят такой параметр, как количество импульсов на 1 кВт*ч.
В качестве источника импульсов служит измерительный трансформатор, магнитный поток которого периодически пересекает металлический сектор, насаженный на ось диска. Импульсы, полученные от него, подаются на схему собственно самого датчика, а затем в линию связи. Питание датчик получает по этой же линии.
В принципе, любой индукционный счётчик можно оснастить импульсным датчиком, например, таким, как Е870.
Импульсный датчик Е870
Принцип работы датчика Е870 отличается от описанного выше. Для его функционирования на плоскую поверхность диска электросчётчика чёрной краской наносится затемнённый сектор.
Импульсный датчик – преобразователь имеет в своей конструкции фотосветодиодную головку – т.е. пару фотодиод – светодиод. Датчик устанавливается внутри счётчика так, что головка направлена в сторону диска. Излучённый светодиодом сигнал отражается от диска и принимается фотодиодом. Благодаря затемнённому сектору диска, сигнал носит прерывистый характер.
Электронная схема на логических элементах отслеживает эти прерывания, преобразовывает и выдает в линию связи последовательно импульсов. Скважность (частота следования) этих импульсов прямо пропорциональна скорости вращения диска, и, следовательно, потребляемой мощности и её можно визуально оценить по индикаторному светодиоду.
На другой стороне линии связи приёмное устройство принимает эти импульсы, подсчитывает их количество за определённый промежуток времени и выдает полученный результат на устройство отображения информации. Таким образом, происходит дистанционное считывание показаний электросчётчика. Именно так строились первые системы удалённого сбора информации.
Однако возникает закономерный вопрос – выше мы рассматривали интерфейсы RS 485 и RS 232, а здесь имеем последовательность импульсов.
Получается, всё равно индукционные счётчики мы не увяжем в рассмотренные выше современные схемы построения АСКУЭ? В принципе, сделать это можно. Преобразовать импульсную последовательность в тот же RS 232 интерфейс большого труда не составляет, данный адаптер будет представлять собой относительно простую электронную схему. Но особого смысла в этом нет. Индукционные электросчётчики постепенно уходят в прошлое, а там где и устанавливаются, используются только как локальные приборы учёта.
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.
Обзор и устройство современных счётчиков электроэнергии
За последнее время на смену индукционным счётчикам электроэнергии пришли электронные. В данных счётчиках счётный механизм приводится во вращение не с помощью катушек напряжения и тока, а с помощью специализированной электроники. Кроме того, средством счёта и отображения показаний может являться микроконтроллер и цифровой дисплей соответственно. Всё это позволило сократить габаритные размеры приборов, а также, снизить их стоимость.
В состав практически любого электронного счётчика входит одна или несколько специализированных вычислительных микросхем, выполняющие основные функции по преобразованию и измерению. На вход такой микросхемы поступает информация о напряжении и силе тока с соответствующих датчиков в аналоговом виде. Внутри микросхемы данная информация оцифровывается и преобразуется определённым образом. В результате, на выходе микросхемы формируются импульсные сигналы, частота которых пропорциональна текущей потребляемой мощности нагрузки, подключенной к счётчику. Импульсы поступают на счётный механизм, который представляет собой электромагнит, согласованный с зубчатыми передачами на колёсики с цифрами. В случае с более дорогостоящими счётчиками с цифровым дисплеем применяется дополнительный микроконтроллер. Он подключается к вышесказанной микросхеме и к цифровому дисплею по определённому интерфейсу, ведёт накопление результата измерения электроэнергии в энергонезависимую память, а также, обеспечивает дополнительный функционал прибора.
Рассмотрим несколько подобных микросхем и моделей счётчиков, которые мне попадались под руку.
Ниже на рисунке в разобранном виде изображён один из наиболее дешёвых и популярных однофазных счётчиков «НЕВА 103». Как видно из рисунка, устройство счётчика довольно простое. Основная плата состоит из специализированной микросхемы, её обвески и узла стабилизатора питания на основе балластового конденсатора. На дополнительной плате размещён светодиод, индицирующий потребляемую нагрузку. В данном случае – 3200 импульсов на 1 кВт*ч. Также есть возможность снимать импульсы с зелёного клеммника, расположенного вверху счётчика. Счётный механизм состоит из семи колёсиков с цифрами, редуктора и электромагнита. На нём отображается посчитанная электроэнергия с точностью до десятых кВт*ч. Как видно из рисунка, редуктор имеет передаточное отношение 200:1. По моим замечаниям, это означает «200 импульсов на 1 кВт*ч». То есть, 200 импульсов, поданных на электромагнит, поспособствуют прокрутке последнего красного колёсика на 1 полный оборот. Это соотношение кратно соотношению для светодиодного индикатора, что весьма не случайно. Редуктор с электромагнитом размещён в металлической коробке под двумя экранами с целью защиты от вмешательства внешним магнитным полем.
В данной модели счётчика применяется микросхема ADE7754. Рассмотрим её структуру.
На пины 5 и 6 поступает аналоговый сигнал с токового шунта, который расположен на первой и второй клеммах счётчика (на фотографии в этом месте видно повреждение). На пины 8 и 7 поступает аналоговый сигнал, пропорциональный напряжению в сети. Через пины 16 и 15 есть возможность устанавливать усиление внутреннего операционного усилителя, отвечающий за ток. Оба сигнала с помощью узлов АЦП преобразуются в цифровой вид и, проходя определённую коррекцию и фильтрацию, поступают на умножитель. Умножитель перемножает эти два сигнала, в результате чего, согласно законам физики, на его выходе получается информация о текущей потребляемой мощности. Данный сигнал поступает на специализированный преобразователь, который формирует готовые импульсы на счётное устройство (пины 23 и 24) и на контрольный светодиод и счётный выход (пин 22). Через пины 12, 13 и 14 конфигурируются частотные множители и режимы вышеперечисленных импульсов.
Стандартная схема обвески практически представляет собой схему рассматриваемого счётчика.
Общий минусовой провод соединён с нулём 220В. Фаза поступает на пин 8 через делитель на резисторах, служащий для снижения уровня измеряемого напряжения. Сигнал с шунта поступает на соответствующие входы микросхемы также через резисторы. В данной схеме, предназначенной для теста, конфигурационные пины 12-14 подключены к логической единице. В зависимости от модели счётчика, они могут иметь разную конфигурацию. В данном кратком обзоре эта информация не столь важна. Светодиодный индикатор подключен к соответствующему пину последовательно вместе с оптической развязкой, на другой стороне которой подключается клеммник для снятия счётной информации (К7 и К8).
Из этого же семейства микросхем существуют похожие аналоги для трёхфазных измерений. Вероятнее всего, они встраиваются в дешёвые трёхфазные счётчики. В качестве примера на рисунке ниже представлена структура одной из таких микросхем, а именно ADE7752.
Вместо двух узлов АЦП, здесь применено их 6: по 2 на каждую фазу. Минусовые входы ОУ напряжения объединены вместе и выводятся на пин 13 (ноль). Каждая из трёх фаз подключается к своему плюсовому входу ОУ (пины 14, 15, 16). Сигналы с токовых шунтов по каждой фазе подключаются по аналогии с предыдущим примером. По каждой из трёх фаз с помощью трёх умножителей выделяется сигнал, характеризующий текущую мощность. Эти сигналы, кроме фильтров, проходят через дополнительные узлы, которые активируются через пин 17 и служат для включения операции математического модуля. Затем эти три сигнала суммируются, получая, таким образом, суммарную потребляемую мощность по всем фазам. В зависимости от двоичной конфигурации пина 17, сумматор суммирует либо абсолютные значения трёх сигналов, либо их модули. Это необходимо для тех или иных тонкостей измерения электроэнергии, подробности которых здесь не рассматриваются. Данный сигнал поступает на преобразователь, аналогичный предыдущему примеру с однофазным измерителем. Его интерфейс также практически аналогичен.
Стоит отметить, что вышеописанные микросхемы служат для измерения активной энергии. Более дорогие счётчики способны измерять как активную, так и реактивную энергию. Рассмотрим, например, микросхему ADE7754. Как видно из рисунка ниже, её структура намного сложнее структуры микросхем из предыдущих примеров.
Микросхема измеряет активную и реактивную трёхфазную электроэнергию, имеет SPI интерфейс для подключения микроконтроллера и выход CF (пин 1) для внешней регистрации активной электроэнергии. Вся остальная информация с микросхемы считывается микроконтроллером через интерфейс. Через него же осуществляется конфигурация микросхемы, в частности, установка многочисленных констант, отражённых на структурной схеме. Как следствие, данная микросхема, в отличие от предыдущих двух примеров, не является автономной, и для построения счётчика на базе этой микросхемы требуется микроконтроллер. Можно зрительно в структурной схеме пронаблюдать узлы, отвечающие по отдельности за измерение активной и реактивной энергии. Здесь всё гораздо сложнее, чем в предыдущих двух примерах.
В качестве примера рассмотрим ещё один интересный прибор: трёхфазный счётчик «Энергомера ЦЭ6803В Р32». Как видно из фотографии ниже, данный счётчик ещё не эксплуатировался. Он мне достался в неопломбированном виде с небольшими механическими повреждениями снаружи. При всё при этом он находился полностью в рабочем состоянии.
Как можно заметить, глядя на основную плату, прибор состоит из трёх одинаковых узлов (справа), цепей питания и микроконтроллера. С нижней стороны основной платы расположены три одинаковых модуля на отдельных платах по одному на каждый узел. Данные модули представляют собой микросхемы AD71056 с минимальной необходимой обвеской. Эта микросхема является однофазным измерителем электроэнергии.
Модули запаяны вертикально на основную плату. Витыми проводами к данным модулям подключаются токовые шунты.
За пару часов удалось срисовать электрическую схему прибора. Рассмотрим её более детально.
Справа на общей схеме изображена схема однофазного модуля, о котором говорилось выше. Микросхема D1 этого модуля AD71056 по назначению похожа на микросхему ADE7755, которая рассматривалась ранее. На четвёртый контакт модуля поступает питание 5В, на третий – сигнал напряжения. Со второго контакта снимается информация в виде импульсов о потребляемой мощности через выход CF микросхемы D1. Сигнал с токовых шунтов поступает через контакты X1 и X2. Конфигурационные входы микросхемы SCF, S1 и S0 в данном случае расположены на пинах 8-10 и сконфигурированы в «0,1,1».
Каждый из трёх таких модулей обслуживает соответственно каждую фазу. Сигнал для измерения напряжения поступает на модуль через цепочку из четырёх резисторов и берётся с нулевой клеммы («N»). При этом стоит обратить внимание, что общим проводом для каждого модуля является соответствующая ему фаза. А вот, общий провод всей схемы соединён с нулевой клеммой. Данное хитрое решение по обеспечению питанием каждого узла схемы расписано ниже.
Каждая из трёх фаз поступает на стабилитроны VD4, VD5 и VD6 соответственно, затем на балластовые RC цепи R1C1, R2C2 и R3C3, затем – на стабилитроны VD1, VD2 и VD3, которые соединены своими анодами с нулём. С первых трёх стабилитронов снимается напряжение питания для каждого модуля U3, U2 и U1 соответственно, выпрямляется диодами VD10, VD11 и VD12. Микросхемы-регуляторы D1-D3 служат для получения напряжения питания 5В. Со стабилитронов VD1-VD3 снимается напряжение питания общей схемы, выпрямляется диодами VD7-VD9, собирается в одну точку и поступает на регулятор D4, откуда снимается 5В.
Общую схему составляет микроконтроллер (МК) D5 PIC16F720. Очевидно, он служит для сбора и обработки информации о текущей потребляемой мощности, поступающей с каждого модуля в виде импульсов. Эти сигналы поступают с модулей U3, U2 и U1 на пины МК RA2, RA4 и RA5 через оптические развязки V1, V2 и V3 соответственно. В результате на пинах RC1 и RC2 МК формирует импульсы для механического счётного устройства M1. Оно аналогично устройству, рассматриваемому ранее, и также имеет соотношение 200:1. Сопротивление катушки высокое и составляет порядка 500 Ом, что позволяет подключать её непосредственно к МК без дополнительных транзисторных цепей. На пине RC0 МК формирует импульсы для светодиодного индикатора HL2 и для внешнего импульсного выхода на разъёме XT1. Последний реализуется через оптическую развязку V4 и транзистор VT1. В данной модели счётчика соотношение составляет 400 импульсов на 1 кВт*ч. На практике при испытании данного счётчика (после небольшого ремонта) было замечено, что электромагнитная катушка счётного механизма срабатывает синхронно со вспышкой светодиода HL2, но через раз (в два раза реже). Это подтверждает соответствие соотношений 400:1 для индикатора и 200:1 для счётного механизма, о чём говорилось ранее.
Слева на плате расположено место для 10-пинового разъёма XS1, который служит для перепрошивки, а также, для UART интерфейса МК.
Таким образом, трёхфазный счётчик «Энергомера ЦЭ6803В Р32» состоит из трёх однофазных измерительных микросхем и микроконтроллера, обрабатывающий информацию с них.
В заключение стоит отметить, что существует ряд моделей счётчиков куда более сложней по своей функциональности. К примеру, счётчики с удалённым контролем показаний по электролинии, или даже через модуль мобильной связи. В данной статье я рассмотрел только простейшие модели и основные принципы построения их электрических схем. Заранее приношу извинения за возможно неправильную терминологию в тексте, ибо я старался излагать простым языком.