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保定博世电气制造有限公司
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仪器仪表系列设备

多功能电力仪表


一、概述

    多功能电力仪表采用现代数字信号处理芯片和高精度的电能计量芯片,能够精确稳定地测量三相电网中的所有常用电力参数:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数、四象限电能、并带有数字通信接口、电能脉冲输出功能。
多功能电力仪表具有极高的性价比,可以直接取代常规测量指示仪表、电能计量仪表以及相关的辅助单元。作为一种先进的智能化、数字化的电网前端采集单元,已广泛应用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中、变电自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、智能楼宇、智能型配电盘、开关柜中,具有安装方便、接线简单、维护方便,工程量小、现场可编程设置输入参数、能够完成与业界不同PLC、变频器、工业控制计算机等之间的组网通信。
二、产品型号规格

仪表型号
外形
基本功能
 
 
BS194E
80*80
96*96
120*120
144*144
146*146
三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、电网频率、有功电能、无功电能
LCD液晶显示

三、技术参数

性能
参数
 
 
 
 
 
网络
三相三线、三相四线
电压
额定值
AC 100V、400V(订货时请说明)
过负荷
持续:1.2倍    瞬时:10倍/10s
功 耗
<1VA(每相)
阻 抗
>500kΩ
精 度
RMS测量,精度等级0.5
电流
额定值
AC 1A、5A(订货时请说明)
过负荷
持续:1.2倍   瞬时:10倍/10s
功 耗
<0.4VA(每相)
阻 抗
<2mΩ
精 度
RMS测量,精度等级0.5
   
40~60Hz,精度0.1Hz
   
有功、视在功率,精度0.5级,无功精度1.5级
   
四象限计量,有功精度1.0级,无功精度2.0级
   
可编程、切换、循环(LCD)显示
电 源
工作范围
AC/DC 80~270V
   
≤5VA
输 出
数字接口
RS-485、MODBUS-RTU协议
脉冲输出
2路电能脉冲输出,光耦继电器
环 境
工作环境
-10~55℃
储存环境
-20~75℃
安 全
   
输入/电源>2kV,输入/输出>2kV,电源/输出>1kV
   
输入、输出、电源对机壳>50MΩ
测 量
三相三线
全部电量参数
三相四线
全部电量参数

1)辅助电源:
   多功能电力仪表具备通用的(AC/DC)电源输入接口,若不作特殊声明,提供的是AC/DC85~270V电源接口的标准产品,请保证所提供的电源适用于该系列的产品,以防止损坏产品。
    注:采用交流供电时,建议在火线一侧安装1A保险丝。
    电力品质较差时,建议在电源回路安装浪涌抑制器防止雷击,以及快速脉冲群抑制器
 2)输入信号:
    多功能电力仪表采用了每个测量通道单独采集的计算方式,保证了使用时完全一致对称,其具有多种接线方式。适用于不同的负载形式。
说明:
    A、电压输入:输入电压应不高于产品的额定输入电压(100V或400V),否则应考虑使用PT,在电压输入端须安装1A保险丝。
    B、电流输入:标准额定输入电流为5A,大于5A的情况应使用外部CT。如果使用的CT上连有其它仪表,接线应采用串接方式,去除产品的电流输入连线之前,一定要先断
开CT一次回路或者短接二次回路。建议使用接线排,不要直接接CT,以便拆装。
    C、要确保输入电压、电流相对应,顺序一致,方向一致;否则会出现数值和符号错
误!(功率和电能)
    D、仪表输入网络的配置根据系统的CT个数决定,在2个CT的情况下,选择三相三线两元件方式;在3个CT的情况下,选择三相四线三元件方式。仪表接线、仪表编程中设置的输入网络NET应该同所测量负载的接线方式一致,不然会导致仪表测量的电压或功率不正确。其中在三相三线中,电压测量和显示的为线电压;而在三相四线中,电压测量
和显示为电网的相电压。
四、编程和使用
1、测量显示:可测量电网中的电力参数有:Ua、Ub、Uc、(相电压);Uab、Ubc、Uca(线电压)Ia、Ib、Ic(电流);Ps(总有功功率);Qs(总无功功率);PFs(总功率因素);Ss(总视在功率);FR(频率)以及有功电能、;无功电能。所有的测量电量参数全部保存仪表内部的电量信息表中,通过仪表的数字通讯接口可访问采集这些数据。而对于不同的型号的仪表,其显示内容和方式却可能不一致,请参考具体的说明。所有的电量参数的计算方法采用如下公式的数字化的离散方法,具体为:
 
 
 
 
其中P>0,累计的有功电能量是有功电能吸收,P<0,累计的有功电能是有功电能释放。
Q>0,累计的无功电能是无功电能感性,Q<0,累计的无功电能是无功电能容性。
 
                                              
可设置DISP控制字用来编程设置通常状态下显示内容,DISP=1(三相电流),2(三相电压)3(有功功率)4(功率因素),5(视在功率),6(无功功率),0(1~6循环显示)。2、编程操作:在编程操作下,仪表提供了设置(SET)、输入(INPT)、通讯(CONN)
三大类输入设置菜单项目,LCD显示的分层菜单结构管理方式:第1排LCD显示第1层菜单信息;第2排LCD显示第2层菜单信息,第3排LCD提供第三层菜单信息。


2、编程操作:在编程操作下,仪表提供了设置(SET)、输入(INPT)、通讯(CONN)
三大类输入设置菜单项目,LCD显示的分层菜单结构管理方式:第1排LCD显示第1层菜单信息;第2排LCD显示第2层菜单信息,第3排LCD提供第三层菜单信息。
 
键盘的编程操作采用四个按键的操作方式,即:左右移动键“←”“→”菜单进入或上回退键“Menu”、选择确定键“ ”来完成上述功能的所有操作。
      :在仪表测量显示的情况下,按该键盘进入编程模式,仪表提示密码(CODE)
初始为0001;“Menu”另一个作用是在编程操作过程中,起上退作用。例如,在编程模式 INPT - I.SCL -5下按“Menu”,仪表会显示INPT - I.SCL。
   :切换移动键,实现菜单项目的切换或者数字量的增加或减少。例如,在菜
单项目INPT - r.U - 0001下按“→”会变成“0002”。
     :选择后确认,并返回到上次菜单。
在编程方式退回到测量模式的情况下,仪表会提示“SAVE-YES”,选择“Menu”表示不保存退出,选择“ ”保存退出。菜单的组织结构如下,用户可根据实际情况选择适当的编程设置参数。
第一层
第二层
第三层
描述
密码
(CODE)
 
密码数据(0~9999)
当输入的密码正确时才可以进
入编程。默认密码:0001
系统设置
 
SET
显示
DISP
0~6
选择显示项目分别为自动和显
示项目。
亮度
B.LCD
1~15
此项无意义
清电能
CLR.E
 
确认后,电能清零
信号输入
 
INPT
网络
NET
N.3.4和N.3.3
选择测量信号的输入网络
电压范围
U. SCL
400V和100V
选择测量电压信号的量程
电流范围
I. SCL
5A和1A
选择测量电流信号的量程
电压变比
T.    U
1~9999
设置电压信号变比=1次刻度/
2次刻度,例:10KV/100V=100
电流变比
T.    I
1~9999
设置电流信号变比=1次刻度/
2次刻度,例:200A/5A=40
通讯参数
 
CONN
地址
SN
1~247
仪表地址范围1~247
通讯速率
BAUD
4800~9600
波特率4800、9600
协议
PROT
字通讯和字节通讯
字通讯是两字节通讯
 
       
 
 
 
 
 
使用要求:所有的仪表在第一次使用的时候,请检查仪表的参数同所在配电系统中需要的参数的一致性。例如,对于AC 380V、200A/5A的线路中需要配置AC380V、200A/5A的多功能电力仪表。用户也可以根据实际需要对仪表重新进行编程设置。同样一个表,对于400A/5A的线路中。只需要将CT变比“T.I”修改为80就可以了。在一般情况下,仪表后面的标签中都标注了仪表的类型参数和出厂设置参数。
 
    在正确配置仪表后,按照实际的要求对仪表进行正确的接线,对辅助电源、输入信号和输出信号按说明书操作说明中进行。
 
    编程举例:设仪表信号输入网络为三相四线,电压变比为60。(假设仪表开始为三相三线,电压变比为1)
 
 
   

五、数字通讯
    多功能电力仪表提供串行异步半工RS485通讯接口,采用MOD-BUS-RTU协议,各种数据信息均可在通讯线路上传送。在一条485总线上可以同时连接多达32个网络电力仪表,每个网络电力仪表均可以设定其通讯地址(Address NO.),不同系列仪表的通讯接线端子号码可能会不同,通讯连接应使用带有铜 网的的屏蔽双绞线,线径不小于0.5mm2。布线时应使用通讯线远离强电电缆或其他强电场环境,推荐采用T型网络的连接方式。不建议采用星形或其他的连接方式。
 
 
 
 MODBUS/RTU通讯协议:MODBUS协议在一根通讯线上采用主从应答方式的通讯连接方式。首先,主计算机的信号寻址到一台唯一地址的终端设备(从机),然后,终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机,即在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输所有的通讯数据流(半双工的工作模式)。
    MODBUS协议只允许在主机(PC,PLC等)和终端设备之间通讯,而不允许独立的终端设备之间的数据交
换,这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路,而仅限于响应到达本机的查询信号。
    主机查询:查询消息帧包括设备地址码、功能码、数据信息码、校验码。地址码表明要选中的从机设备功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能,例如功能代码03或04是要求从设备读寄存器并返回它们的内容;数据段包含了从设备要执行功能的其它附加信息,如在读命令中,数据段的附加信息有从何寄存器开始读的寄存器数量;校验码用来检验一帧信息的正确性,为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法,它采用CRC16的校准规则。
    从机响应:如果从设备产生一正常的回应,在回应消息中有从机地址码、功能代码、数据信息码和CRC16校验码。数据信息码包括了从设备收集的数据:如寄存器值或状态。如果有错误发生,我们约定是从机不进行响应。
    传输方式是指一个数据帧内一系列独立的数据结构以及用于传输数据的有限规则,下面定义了与MODBUS协议-RTU方式相兼容的传输方式。每个字节的位:1个起始位、8个数据位、(奇偶校验位)、1个停止位(有奇偶校验位时)或2个停止位(无奇偶校验位时)。
数据帧的结构:即报文格式。
地址码
功能码
数据码
校验码
1个BBSE
1个BBSE
N个BBSE
2个BBSE
 
地址码在帧的开始部分,由一个字节(8位二进制码)组成,十进制为0~255,在我们的系统中只使用1~247,其它地址保留。这些位标明了用户指定的终端设备的地址,该设备将接收来自与之相连的主机数据。每个终端设备的地址必须是唯一的,仅仅被寻址到的终端会响应包含了该地址的查询,当终端发送回一个响应,响应中的从机地址数据告诉了主机那台终端与之进行通信。
   功能码告诉了被 寻址到的终端执行何种功能。下表列出多功能电力仪表所支持的功能码,以及它们的意义和功能。
地址码
意义
行为
03/04
读数据寄存器
获得一个或多个寄存器的当前二进制值
08
电能清零
将所操作的仪表的电能数据清零(0)
16
写预置寄存器
设定二进制值到相关的寄存器中
数据码包含了终端执行特定功能所需要的数据或者终端响应查询时采集到的数据。这些数据的内容可能是数值、参考地址或者设置值。例如:功能域码告诉终端读取一个寄存器,数据域则需要反映明从哪个寄存器开始及读取多少个数据,而从机数据码回送内容则包含了数据长度和相应的数据。
   校验码错误校验(CRC)域占用两个字节,包含了一个16位的二进制值。CRC值由传输设备计算出来,然后附加到数据帧上,接收设备在接收数据时重新计算CRC值,然后与接收到的CRC域中的值进行比较。如果这两个值不相等,就发生了错误。
生成一个CRC的流程为:
1)预置一个16位寄存器为FFFFH(16进制,全1),称之为CRC寄存器。
2)把数据帧中的第一个字节的8位与CRC寄存器中的低字节进行异或运算,结果存回CRC寄存器。
3)将CRC寄存器向右移一位,最高位填以0,最低位移出并检测。
4)上一步中被移出的那一位如果为0:重复第三步(下一次移位):为1;将CRC寄存器与一个预设的固定值(0A001H)进行异或运算。
5)重复第三步和第四步直到8次移位。这样处理完了一个完整的八位。
6)重复第二步到第5步来处理下一个八位,直到所有的字节处理结束。
7)最终CRC寄存器的值就是CRC的值。
   通讯报文举例:1。读数据(功能码:03/04):这个功能可使用户获得终端设备采集、记录的数据,以及系统参数。主机一次请求采集的数据个数没有限制,但不能超出定义的地址范围。下面的例子是从终端设备地址为12(0CH)的从机上,读取3个数据Ia、Ib、Ic(数据帧中数据每个地址占用2个字,Ia的字地址为18(12H)开始,数据长度为6(06H)个字。字通讯方式。)
   查询数据帧(主机)
地址
命令
起始寄存器
地址(高位)
起始寄存器
地址(低位)
寄存器个
数(高位)
寄存器个
数(低位)
CRC16
低位
CRC16
高位
0CH
03H
00H
12H
00H
06H
64H
D0H
响应数据帧(从机)
地址
命令
数据长度
数据1~12
CRC16
低位
CRC16
高位
0CH
03H
0CH
43556680H、43203040H、42DDCC80H
78H
DEH
表明:Ia=43556680H(213.4A)、Ib=3203040H(160.1A)、Ic=42DDCC80(110.8A)。
   预置数据(功能码:16):此功能允许用户改变多个寄存器的内容(需要强调的是所写入的数据为可写属性参数。个数不超过地址范围,下面的例子是写入电流变比为400A/5A=80通讯方式。)
   预置数据帧(主机)
地址
命令
起始寄存器
地址(高位)
起始寄存器
地址(低位)
寄存器个
数(高位)
寄存器个
数(低位)
字节
长度
写入
数据
CRC16
低位
CRC16
高位
0CH
10H
00H
03H
00H
01H
02H
00H
50H
FFH
CFH
响应数据帧(从机),表明数据已写入
地址
命令
起始寄存器
地址(高位)
起始寄存器
地址(低位)
寄存器个
数(高位)
寄存器个
数(低位)
CRC16
低位
CRC16
高位
0CH
10H
00H
04H
00H
01H
41H
15H
MODBUS地址信息表:
地址
项目
描述
字节地址
说明
设 置 信 息
0
MM
编程设置密码(只可读)
0,1
2字节,1-9999
1
XS1
电量显示选择
2
电量显示方式,0-6
DZ
仪表地址
3
1字节,1-247
2
PT
电压倍率
4,5
PT=电压1次侧/2次侧(1-9999)
3
CT
电流倍率
6,7
CT=电流1次侧/2次侧(1-9999)
4
SRS
输入控制字
8
见位地址说明
TXK
通讯控制字
9
见位地址说明
5
STATUS
状态
10,11
保留
 
地址
项目
描述
字节地址
说明
电 量 信 息
6,7
Ua(三相四线)
A相电压
12、13、14、15
浮点数数据
格式,标准
的IEEE-574
的数据格式
所有的数据
都是1次测的
数据,包含
了变比参数。
8,9
Ub(三相四线)
B相电压
16、17、18、19
10,11
Uc(三相四线)
C相电压
20、21、22、23
12,13
Uab(三相三线)
AB线电压
24、25、26、27
14,15
Ubc(三相三线)
BC相电压
28、29、30、31
16,17
Uca(三相三线)
CA相电压
32、33、34、35
18,19
Ia
A相电流
36、37、38、39
20,21
Ib
B相电流
40、41、42、43
22,23
Ic
C相电流
44、45、46、47
24,25
PA
A相有功功率
48、49、50、51
26,27
PB
B相有功功率
50、53、54、55
28,29
PC
C相有功功率
56、57、58、59
30,31
PS
总有功功率
60、61、62、63
32,33
QA
A相无功功率
64、65、66、67
34,35
QB
B相无功功率
68、69、70、71
36,37
QC
C相无功功率
72、72、74、75
38,39
QS
总无功功率
76、77、78、79
40,41
SS
总视在功率
80、81、82、83
42,43
PFS
功率因数
84、85、86、87
44,45
 
频率
88、89、90、91
电 能 信 息
46,47
EPP
正向有功电能
92,93,94,95
二次测电能参数。采用IEEE-574复点数的数据描述结果,单位Wh。对于AC100V5A=0.866KW输入信号下,当仪表的变比PT=10KW/100V=
100CT=200A/5A=40下仪表工作1小时0.866kWh×100×40=346kWh
仪表LED的显示为电能的一次侧,可直接抄写电能数据,不用转化。
48,49
EPN
负向有功电能
96,97,98,99
50,51
EQP
正向无功电能
100,101,102,103
52,53
EQN
负向无功电能
104,105,106,107
 
54,55
WPP
正向有功电能
108,109,110,111
一次侧电能参数。高字节在前低
字节在后,4字节整数,单位Wh,
在输入信号作用下二次侧电能数
据×变比值,应考虑变比值。
56,57
WPN
负向有功电能
112,113,114,115
58,59
WQP
正向无功电能
116,117,118,119
60,61
WQN
负向无功电能
200,201,202,203
控 制 字 部 分
参数
意义
通讯控制字TXKBIT
7654;3210作用:波特率和数据格式
数据格式BIT5 BIT4
01-0.8.2
通讯速率BIT1 BIT0
10-9.6K
11-4.8K
输入控制字SRSBIT76
54;3210作用:输入网络和量程
输入网络 BIT7
0-三相四线 1-三相三线
电压量程BIT6
0-400V   1-100V
电流量程BIT1
0-5A   1-1A
注:IEEE-754是采用4字节的二进制的浮点数来表示一个数据电量,其数据格式和意义如下:
符号位:SIGN=0为正,SIGN=1为负。
指数部分:E=指数部分-126。
尾数部分:M=尾数部分补上最高位为1
数据结果:REAL=SIGN× 2E × M /(256 X 65536)
例如:主机读电能数据,从地址表上可以知道电能(正有功吸收)地址为:(字节方式,兼容旧标准)92(005CH)长度为4(0004H)
主机:01   04  00   5C   00   04   31   DB
从机:01   04   04   50   80   00   00   EB   6CH其中50   80   00 00为有功电度(吸收)数据,EB,6C是RC16校验码的低位和高位。
其大小:SIGN(符号位=0,正),指数EX=A1H-126=35,尾数:08   00    00H
结果:235 × 80 00 00H/100 00 00H=17179869184Wh=17179869kWh。
六、功能输出
    1、电能计量和脉冲输出:
多功能电力仪表提供有功/无功电能计量,2路电能脉冲输出功能和RS485的数字接口来完成电能数据的显示和远传。仪表3排12位LCD实现有功电能(正向)、无功电能(感性)1次侧数据的显示,下图1中表示正向有功电能数据=369587.28KWh(度);集电极开路的光耦继电器的电能脉冲(电阻信号)实现有功电能(正向)和无功电能(反向)远传,采用远程计算机终端、PIE、DI开关采集模块,采集仪表的脉冲总数来实现电能累积计量。采用输出方式的输出还是电能的精度检验的方式(国家计量规程:标准表的脉冲误差比较方法)。
1)电气特性:集电极开路电压VCC≤48V、电流Iz≤50mA。
    2)脉冲常数:3200imp/kWh。其意义为:当仪表累积1kWh时脉冲输出个数为3200个,需要强调的是1KWh为电能的2次测电能数据,在PT、CT的情况下,相对的N个脉冲数据对应1次测电能为1KWh X 电压变比PT X 电流变比CT
3)应用举例:PLC终端使用脉冲计数装置,假定在长度T的一段时间内采集脉冲个数为N个,仪表输入为:10KV/100V、400A/5A,则该时间段内仪表电能累积为:N/3200X100X80度电能(下图2中表示无功电能正向,值为7321.45度无功电能)。
 
 
 
 
 
七、接线图
96方形为例
八、常见问题及解决办法
1、关于通讯:仪表没有回送数据
答:首先确保仪表的通讯设置信息如从机地址、波特率、校验方式等与上位机要求一致:如果现场多块仪表通讯都没有数据回送,检测现场通讯总线的连接是否准确可靠,RS485转换器是否正常。如果只有单块或者少数仪表通讯异常,也要检查相应的通讯线,可以修改变换异常和正常仪表从机的地址来测试,排除或确认上位机软件问题,或者通过变换异常和正常仪表的安装位置来测试,排除或确认仪表故障。
   关于通讯:仪表回送数据不准确
答:多功能电力仪表的通讯开放给客户的数据有一次电网float型数据和二次电网int/long型数据。请仔细阅读通讯地址表中关于数据存放地址和存放格式的说明,并确保按照相应的数据格式转换。推荐客户去经销商那里索要或到我公司网站www.yan-zhao.com下载MODBUS-RTU通讯协议测试软件MODSCAN,该软件遵循标准的MODBUS-RTu通讯协议,并且数据可以按照整型、浮点型、16进制等格式显示,能够直接与仪表显示数据比。
2、关于UIP等测量不准确
答:首先需要确保正确的电压和电流信号已经连接到仪表上,可以使用万用表来测量电压信号,必要的时候使用钳形表来测量电流信号。其次确保信号线的连接是正确的,比如电流信号的同名端(也就是进线端),以及各相的相序是否出错。多功能电力仪表可以观察功率界面显示,只有在反向送电情况下有功功率为负,一般使用情况下有功功率符号为正,如果有功功率符号为负,有可能电流进出线接错,当然相序接错也会导致功率显示异常。另外需要注意的是仪表显示的电量为一次电网值,如果表内设置的电压电流互感器的倍率与实际使用互感器倍率不一致,也会导致仪表电量显示不准确。表内电压电流的量程出厂后不容许修改。接线网络可以按照现场实际接法修改,但编程菜单中接线方式的设置应与实际接线方式一致,否则也将导致错误的显示信息。
3、关于电能走字不准或电能数据不保存
答:仪表的电能累加是基于对功率的测量,先观测仪表的功率值与实际负荷是否相符。多功能电力仪表支持双向电能计量,在接线错误的情况下,总有功功率为负的情况下,电能会累加到反向有功电能,正向有功电能不累加。在现场使用最多出现的问题是电流互感器进线和出线接反。多功能电力仪表均可以看到分相的带符号的有功功率,若功率为负则有可能是接线错。另外相序接错也会引起仪表电能走字异常。
4、仪表不亮
答:确保合适的辅助电源(AC/DC85-270V)已经加到仪表的辅助电源端子,超过规定范围的辅助电源电压可能会损坏仪表,并且不能恢复。可以使用万用表来测量辅助电源的电压值,如果电源电压正常,仪表无任何显示,可以考虑断电重新上电,若仪表还不能正常显示的话请联系本公司技术服务部。
附录:
签定合同时,请详细写明所需型、输入信号变比,输出要求以及功能等相关内容
例1: 名    称:多功能电力仪表(96*96*84)
          入:AC10KV/100V、AC200A/5A
       电力网络:三相三线
       通讯接口:RS485(MODBUS-RTU)
单位名称:保定博世电气制造有限公司 单位地址:保定市竞秀街295号创业中心D座6层
    话:0312-5903210                 真:0312-5905050
    址:www.bosch-electrical.com

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