基于RN8209的流水線自動并發(fā)校表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

宋迪

關(guān)鍵詞：校表；高精度；并發(fā)；流水線

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和城市化的進(jìn)一步提高，隨著智能化電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，當(dāng)前居民用戶智能電能表已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。智能電能表作為居民集抄的一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，正在成為電力生產(chǎn)制造行業(yè)的熱門領(lǐng)域。由于電能表是精準(zhǔn)計(jì)量的設(shè)備，與老百姓的“錢袋子”息息相關(guān)，所以電能表計(jì)量的精度一直是非常關(guān)鍵的指標(biāo)。在黨和政府的“一切為了人民”的基本方針下，國家電網(wǎng)公司對于電能表生產(chǎn)企業(yè)的電能表精度有很高的要求。“電表計(jì)量精度”既是電能表行業(yè)的門檻，又是行業(yè)的分水嶺。與此同時(shí)生產(chǎn)制造企業(yè)一直把提高產(chǎn)能、提高效率、降低成本當(dāng)成永恒的追求目標(biāo)。所以如何能夠適應(yīng)大批量的自動化生產(chǎn)，并且在生產(chǎn)中提高電能表的計(jì)量精度，這是一個(gè)十分有技術(shù)性和創(chuàng)新性的工作。本文就是引入了基于一款高性能的計(jì)量芯片RN8209的電能表，以及基于其他相關(guān)的硬件設(shè)備。在軟件設(shè)計(jì)上基于并發(fā)通信、校表算法和流水線控制等模塊，給出了整個(gè)自動化并發(fā)校表系統(tǒng)的解決方案。

1 硬件設(shè)備構(gòu)成

當(dāng)前自動化并發(fā)校表系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括高精度計(jì)量芯片RN8209、高精度電能表、智能電能表流水線系統(tǒng)等幾個(gè)方面。這些硬件設(shè)備如表1所示。

下面著重介紹一下高精度電能表以及RN8209芯片的構(gòu)成。

1.1 電能表的邏輯架構(gòu)

由圖1可以看到，電能表在功能邏輯上可分為電源電路、Eeprom或Flash等存儲單元、時(shí)鐘電路、液晶顯示電路、功能按鍵、485通信電路、紅外電路、載波通信電路、計(jì)量脈沖輸出、多功能端子、輔助電源、遠(yuǎn)程費(fèi)控單元、安全芯片單元、計(jì)量單元[2]。其中該硬件電路的核心就是計(jì)量單元。計(jì)量單元搭載了一款高精度的防竊電專用計(jì)量芯片RN8209。

1.2 高精度計(jì)量芯片RN8209的體系結(jié)構(gòu)

RN8209計(jì)量芯片的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

RN8209是一款專為電力計(jì)量領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的計(jì)量芯片。它的功能包括測量有功功率、無功功率、有功能量、無功能量，并能同時(shí)提供兩路獨(dú)立的有功功率和有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等，可以實(shí)現(xiàn)靈活的防竊電方案。它同時(shí)支持全數(shù)字的增益、相位和offset校正。有功電能脈沖從PF管腳輸出，無功電能脈沖/用戶自定義電能脈沖頻率從QF引腳輸出。提供串行接口UART，固定波特率4800，管腳復(fù)位與UART輸入引腳RX復(fù)用。內(nèi)部的電源監(jiān)控電路可以保證上電和斷電時(shí)芯片的可靠工作。單相計(jì)量芯片RN8209 動態(tài)范圍達(dá)到8000 比1，溫度系數(shù)僅為5ppm/℃。支持雙路計(jì)量，支持直流計(jì)量，支持UART 通訊接口。支持軟件校表，可直接讀寫寄存器，提高生產(chǎn)效率。RN8209廣泛應(yīng)用于各種電表、國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)智能電表、數(shù)顯表。

RN8209計(jì)量芯片應(yīng)用十分廣泛，有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)。

1） 有功及無功的動態(tài)誤差小于千分之一。

2） 電壓及電流的有效值誤差小于千分之一。

3） 潛動閾值可調(diào)。

4） HFCONST可調(diào)。

5） 電壓通道過零檢測。

6） 提供有功、無功、相位、有效值校正。

7） 小信號校表加速功能。

2 軟件架構(gòu)

2.1 軟件結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)在軟件上包括UI顯示、校表算法、并發(fā)通信管理單元、自動流水線單元、檢驗(yàn)臺控制、數(shù)據(jù)存儲等六個(gè)部分組成，如圖3所示。

2.2 各模塊說明

3 校表算法

3.1 功率增益校正

在10Itr，PF=1.0負(fù)載下，從臺體標(biāo)準(zhǔn)表讀取誤差值為Err。GPQA為最終計(jì)算出來的寄存器補(bǔ)償值。

3.2 相位校正

在10Itr，PF=0.5L負(fù)載下，從臺體標(biāo)準(zhǔn)表讀取誤差值為Err。PHSA和PHSB分別為最終計(jì)算出來的寄存器補(bǔ)償值，A和B代表不同的通道。

3.3 電流Offset 校正

IARMSOS是寫入的校正電流Offset寄存器的補(bǔ)償值。

4 關(guān)鍵技術(shù)

該軟件系統(tǒng)采用并發(fā)通信管理技術(shù)。由主線程獲得臺體及流水線的數(shù)據(jù)，并控制整個(gè)校表流程。不同的表位需要通信時(shí)，將該表位的參數(shù)，地址壓入線程池。這樣可以實(shí)現(xiàn)異步以及高并發(fā)通信。達(dá)到敏捷高效，節(jié)省節(jié)拍的效果。如下圖表示。

5 結(jié)論

本文通過引入了一套高精度高并發(fā)的自動校表系統(tǒng)解決了高精度校表的問題。該系統(tǒng)在硬件上包含一款支持快捷算法的計(jì)量芯片以及一組多功能、高精度的自動檢驗(yàn)臺。在軟件上包含UI多表位顯示、校表算法、并發(fā)異步通信管理、自動流水線管理、檢驗(yàn)臺控制和數(shù)據(jù)存儲等多個(gè)技術(shù)模塊。該系統(tǒng)將電能表計(jì)量誤差的精度控制在千分之一左右，實(shí)現(xiàn)了高準(zhǔn)確度校表的目標(biāo)。高精度電能表可以在居民生活和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。