电能表

电子式电能表的故障分析 作者：冯本荣 衣明钦 马华杰 摘要：近几年来，随着电子工业的迅速发展，一些厂家开始生产电子式电能表。由于电子式电能表在稳定性、精度、灵敏度、准确度、功耗方面都优于感应式、机械式电能表。所以，农网中逐步更换了一批机械式电能表，使用电子式电能表。 关键词：电子式 电能表 故障 分析 近几年来，随着电子工业的迅速发展，一些厂家开始生产电子式电能表。由于电子式电能表在稳定性、精度、灵敏度、准确度、功耗方面都优于感应式、机械式电能表。所以，农网中逐步更换了一批机械式电能表，使用电子式电能表。 电子式电能表使用中也会出现故障，造成计量失准。 现根据电子式电能表原理简单介绍故障检查，供参考。 电子表的工作原理是将用户消耗的电能通过分压器和分流器元件上的信号取样，送到乘法器电路，乘积信号再送到V/F变换器，决定输出方波脉冲的频率。此功率 脉冲一方面通过发光二极管显示工作状态，另一方面经过光电耦合输出，供给计量抄表用。由于输出占空比为50%的脉冲方波，因此，发光二级管间隔亮暗频率的 快慢表示用电量的多少。常亮或常暗都表示该用户没有用电。 功率脉冲经16分频后的信号交替输出，推动步进电动机带动字轮计数，电子表随用户功率的增加，指示灯闪亮速度越来越快，每闪亮8次计数器前进一步。如果用 户没有用电，线路也无故障、无漏电现象，指示灯仍然连续闪光，表明计数器还在计数，则说明该电表有故障，如果用户用电时，指示灯不亮，计数器在工作；或者 指示灯闪亮，计数器不工作；或者指示灯不亮，计数器不工作，都说明该电子表有故障。 对电子表误差的测量。必须由专业人员使用专用检验装置。一些用户往往根据家用电器的情况判断电子表的误差，家用电器的实际功率与标称功率很难完全一致，所 以有很大误差。如果身边没有专用检验装置，可采用一只合格的电能表串接在该电子表下进行对比，这样可判断出该电子表的误差。若误差超出规定范围较大，即应 送计量部门检验鉴定。 目前，由于电子电能表是新开发的产品，除了在价格上高出机械式电能表较多外；在购买电子电能表时，一定认清是正规厂家，并具有"三证"，即生产许可证、出厂合格证、入网许可证。以防假冒伪劣产品进网，影响电能计量。 应用PLC自控系统实现空压站自动化控制 在棉纺织企业广泛使用喷气织机的情况下，空压站建设是一项重要的辅助工程。在天津纺织园区所有空压站配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥 器，通过储气罐、连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，计算机检测系统，以实现空压站为生产一线保证不同压力、不同负荷 的用气需求。在此前提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气流量等是空压站自动控制的基本任务。随着自动化水平的不断提高，关于建设无 人值守空压站的讨论，是一个发展过程中的必然的课题。 　　空气系统自动控制的必要性 　　应用在天纺投资控股有限公司棉纺一工厂的空压站，安装有4台70M3/min 4台，53M3/min 4台，48M3/min 2台， 43M3/min 4台离心式空压机和1台42.5M3/min螺杆式空压机，配有相应处理量的冷冻式干燥器。空压机设备自身带有的CMC控制器，能够自 动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能自动根据用气量的大小加载或卸载，并配有LCD显示屏供现场观察各参数和 设备状态，具有RS422/485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。 　　目前，空压站的自控系统通过西门子S7-300可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进PLC控制系统，并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。 　　空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有更重要的意义： 　　■ 单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。 　　■ 整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约更多的能源，节省人力成本。 　　■ 可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。 　　■ 可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力等。 　　在已有的PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能 都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。 　　除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来，实现空压供气设备的全面自控。 　　空压站其他系统的自动控制 　　除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。 　　自动控制具有以下优点： 　　■ 操作简单，可以实现无人值守； 　　■ 良好的实时调节，防止了人为因素滞后； 　　■ 具有高可靠性； 　　■ 减轻工作人员负担； 　　■ 节省人力成本。 　　需要控制的参数和可能的控制方式 　　空压站需要的控制需求；⑴高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）； ⑵系统自动排水控制； ⑶循环水液位控制和自动加药控制； ⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。 　　空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现： 　　⑴采用PLC系统进行通讯和控制。 　　⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。 　　第一种方法可靠性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。 　　第二种方法是通过控制系统的计算机进行单独的分析运算进行控制，它具有较好的灵活性，但缺点是如果出现如计算机死机等故障时，有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。 　　除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制中心联网，由控制中心的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。 　　系统构成 　　对于以上讨论，如果需要实现空压站的整体自控，又许多成熟PLC自控系统可以选用，现以ZH公司的PLC自控系统为例。 　　该自控系统选用西门子S7-300系列可编程控制器，带有RS422/485网络接口，支持MODBUS等相关网络通讯。该系统可以采用专用工业 通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立分级控制网络的实施方案，如图1 所示。 　　■ 硬件配置 　　现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等），PLC和监控计算机。 　　■ 软件功能 　　选用专用的工业组态软件（如WINCC或iFIX）用来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，连锁保护，以及数据处理和通信传输。 　　在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够提高系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性，通过优化调度策 略，软件连锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到更高层次，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得更大的效益。 　　结论 　　总之通过自动化控制可以克服由于人为因素造成的调节滞后等不利因素，减少运行参数的波动，达到减少用工和节约能源的目的。对于提升天纺控股有限公司的整体技术水平是相当重要的。 可编程序控制器的五种编程语言 PLC 的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131- 3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语 言（ST）。 1、梯形图语言（LD） 梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。 梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。 梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。 图1是典型的交流异步电动机直接启动控制电路图。图2是采用PLC控制的程序梯形图。 图1 交流异步电动机直接启动电路图 图2 PLC梯形图 2、指令表语言（IL） 指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进 行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。图3就是与图2PLC梯形图对应的指令表。 图3 指令表 指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。 3、功能模块图语言（FBD） 功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。图4是对应图1交流异步电动机直接启动的功能模块图编程语言的表达方式。 图4 功能模块图 功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强， 对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大 减少。 4、 顺序功能流程图语言（SFC） 顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分 配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清 晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。图5是一个简单的功能流程编程语言的示意 图。 图5 顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也 避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。 5、结构化文本语言（ST） 结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。 结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与 BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。 结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高。直观性和操作性较差。 不同型号的PLC编程软件对以上五种编程语言的支持种类是不同的，早期的PLC仅仅支持梯形图编程语言和指令表编程语言。目前的PLC对梯形图（LD）、 指令表（STL）、功能模块图（FBD）编程语言都以支持。比如，SIMATIC STEP7 MicroWIN V3.2。 在PLC控制系统设计中，要求设计人员不但对PLC的硬件性能了解外，也要了解PLC对编程语言支持的种类。