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多功能電力儀表

一、概述

多功能電力儀表采用現代數字信號處理芯片和高精度的電能計量芯片，能夠精確穩定地測量三相電網中的所有常用電力參數：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、電網頻率、功率因數、四象限電能、并帶有數字通信接口、電能脈沖輸出功能。

多功能電力儀表具有極高的性價比，可以直接取代常規測量指示儀表、電能計量儀表以及相關的輔助單元。作為一種先進的智能化、數字化的電網前端采集單元，已廣泛應用于各種控制系統、SCADA系統和能源管理系統中、變電自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、智能樓宇、智能型配電盤、開關柜中，具有安裝方便、接線簡單、維護方便，工程量小、現場可編程設置輸入參數、能夠完成與業界不同PLC、變頻器、工業控制計算機等之間的組網通信。

二、產品型號規格

儀表型號	外形	基本功能
BS194E	8080 9696 120120 144144 146*146	三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、電網頻率、有功電能、無功電能 LCD液晶顯示

三、技術參數

性能	參數
輸入測量顯示	網絡		三相三線、三相四線
	電壓	額定值	AC 100V、400V（訂貨時請說明）
		過負荷	持續：1.2倍瞬時：10倍/10s
		功耗	<1VA(每相)
		阻抗	>500kΩ
		精度	RMS測量，精度等級0.5
	電流	額定值	AC 1A、5A(訂貨時請說明)
		過負荷	持續：1.2倍瞬時：10倍/10s
		功耗	<0.4VA(每相)
		阻抗	<2mΩ
		精度	RMS測量，精度等級0.5
	頻率		40~60Hz，精度0.1Hz
	功率		有功、視在功率，精度0.5級，無功精度1.5級
	電能		四象限計量，有功精度1.0級，無功精度2.0級
	顯示		可編程、切換、循環（LCD）顯示
電源	工作范圍		AC/DC 80~270V
	功耗		≤5VA
輸出	數字接口		RS-485、MODBUS-RTU協議
	脈沖輸出		2路電能脈沖輸出，光耦繼電器
環境	工作環境		-10~55℃
	儲存環境		-20~75℃
安全	耐壓		輸入/電源>2kV，輸入/輸出>2kV，電源/輸出>1kV
	絕緣		輸入、輸出、電源對機殼>50MΩ
測量	三相三線		全部電量參數
	三相四線		全部電量參數

1）輔助電源：

多功能電力儀表具備通用的(AC/DC)電源輸入接口，若不作特殊聲明，提供的是AC/DC85～270V電源接口的標準產品，請保證所提供的電源適用于該系列的產品，以防止損壞產品。

注：采用交流供電時，建議在火線一側安裝1A保險絲。

電力品質較差時，建議在電源回路安裝浪涌抑制器防止雷擊，以及快速脈沖群抑制器

2）輸入信號：

多功能電力儀表采用了每個測量通道單獨采集的計算方式，保證了使用時完全一致對稱，其具有多種接線方式。適用于不同的負載形式。

說明：

A、電壓輸入：輸入電壓應不高于產品的額定輸入電壓（100V或400V），否則應考慮使用PT，在電壓輸入端須安裝1A保險絲。

B、電流輸入：標準額定輸入電流為5A，大于5A的情況應使用外部CT。如果使用的CT上連有其它儀表，接線應采用串接方式，去除產品的電流輸入連線之前，一定要先斷

開CT一次回路或者短接二次回路。建議使用接線排，不要直接接CT，以便拆裝。

C、要確保輸入電壓、電流相對應，順序一致，方向一致；否則會出現數值和符號錯

誤！（功率和電能）

D、儀表輸入網絡的配置根據系統的CT個數決定，在2個CT的情況下，選擇三相三線兩元件方式；在3個CT的情況下，選擇三相四線三元件方式。儀表接線、儀表編程中設置的輸入網絡NET應該同所測量負載的接線方式一致，不然會導致儀表測量的電壓或功率不正確。其中在三相三線中，電壓測量和顯示的為線電壓；而在三相四線中，電壓測量

和顯示為電網的相電壓。

四、編程和使用

1、測量顯示：可測量電網中的電力參數有：Ua、Ub、Uc、（相電壓）；Uab、Ubc、Uca（線電壓）Ia、Ib、Ic（電流）；Ps（總有功功率）；Qs（總無功功率）；PFs（總功率因素）；Ss（總視在功率）；FR（頻率）以及有功電能、；無功電能。所有的測量電量參數全部保存儀表內部的電量信息表中，通過儀表的數字通訊接口可訪問采集這些數據。而對于不同的型號的儀表，其顯示內容和方式卻可能不一致，請參考具體的說明。所有的電量參數的計算方法采用如下公式的數字化的離散方法，具體為：

其中P>0，累計的有功電能量是有功電能吸收，P<0，累計的有功電能是有功電能釋放。

Q>0，累計的無功電能是無功電能感性，Q<0，累計的無功電能是無功電能容性。

可設置DISP控制字用來編程設置通常狀態下顯示內容，DISP=1（三相電流），2（三相電壓）3（有功功率）4（功率因素），5（視在功率），6（無功功率），0（1~6循環顯示）。2、編程操作：在編程操作下，儀表提供了設置（SET）、輸入（INPT）、通訊（CONN）

三大類輸入設置菜單項目，LCD顯示的分層菜單結構管理方式：第1排LCD顯示第1層菜單信息；第2排LCD顯示第2層菜單信息，第3排LCD提供第三層菜單信息。

2、編程操作：在編程操作下，儀表提供了設置（SET）、輸入（INPT）、通訊（CONN）

三大類輸入設置菜單項目，LCD顯示的分層菜單結構管理方式：第1排LCD顯示第1層菜單信息；第2排LCD顯示第2層菜單信息，第3排LCD提供第三層菜單信息。

鍵盤的編程操作采用四個按鍵的操作方式，即：左右移動鍵“←”“→”菜單進入或上回退鍵“Menu”、選擇確定鍵“ ”來完成上述功能的所有操作。

：在儀表測量顯示的情況下，按該鍵盤進入編程模式，儀表提示密碼（CODE）

初始為0001；“Menu”另一個作用是在編程操作過程中，起上退作用。例如，在編程模式 INPT - I.SCL -5下按“Menu”，儀表會顯示INPT - I.SCL。

：切換移動鍵，實現菜單項目的切換或者數字量的增加或減少。例如，在菜

單項目INPT - r.U - 0001下按“→”會變成“0002”。

：選擇后確認，并返回到上次菜單。

在編程方式退回到測量模式的情況下，儀表會提示“SAVE-YES”，選擇“Menu”表示不保存退出，選擇“ ”保存退出。菜單的組織結構如下，用戶可根據實際情況選擇適當的編程設置參數。

第一層	第二層	第三層	描述
密碼（CODE）		密碼數據（0~9999）	當輸入的密碼正確時才可以進入編程。默認密碼:0001
系統設置 SET	顯示 DISP	0~6	選擇顯示項目分別為自動和顯示項目。
	亮度 B.LCD	1~15	此項無意義
	清電能 CLR.E		確認后，電能清零
信號輸入 INPT	網絡 NET	N.3.4和N.3.3	選擇測量信號的輸入網絡
	電壓范圍 U. SCL	400V和100V	選擇測量電壓信號的量程
	電流范圍 I. SCL	5A和1A	選擇測量電流信號的量程
	電壓變比 T. U	1~9999	設置電壓信號變比=1次刻度/ 2次刻度,例:10KV/100V=100
	電流變比 T. I	1~9999	設置電流信號變比=1次刻度/ 2次刻度,例:200A/5A=40
通訊參數 CONN	地址 SN	1~247	儀表地址范圍1~247
	通訊速率 BAUD	4800~9600	波特率4800、9600
	協議 PROT	字通訊和字節通訊	字通訊是兩字節通訊

使用要求：所有的儀表在第一次使用的時候，請檢查儀表的參數同所在配電系統中需要的參數的一致性。例如，對于AC 380V、200A/5A的線路中需要配置AC380V、200A/5A的多功能電力儀表。用戶也可以根據實際需要對儀表重新進行編程設置。同樣一個表，對于400A/5A的線路中。只需要將CT變比“T.I”修改為80就可以了。在一般情況下，儀表后面的標簽中都標注了儀表的類型參數和出廠設置參數。

在正確配置儀表后，按照實際的要求對儀表進行正確的接線，對輔助電源、輸入信號和輸出信號按說明書操作說明中進行。

編程舉例：設儀表信號輸入網絡為三相四線，電壓變比為60。（假設儀表開始為三相三線，電壓變比為1）

五、數字通訊

多功能電力儀表提供串行異步半工RS485通訊接口，采用MOD-BUS-RTU協議，各種數據信息均可在通訊線路上傳送。在一條485總線上可以同時連接多達32個網絡電力儀表，每個網絡電力儀表均可以設定其通訊地址（Address NO.），不同系列儀表的通訊接線端子號碼可能會不同，通訊連接應使用帶有銅網的的屏蔽雙絞線，線徑不小于0.5mm2。布線時應使用通訊線遠離強電電纜或其他強電場環境，推薦采用T型網絡的連接方式。不建議采用星形或其他的連接方式。

MODBUS/RTU通訊協議：MODBUS協議在一根通訊線上采用主從應答方式的通訊連接方式。首先，主計算機的信號尋址到一臺唯一地址的終端設備（從機），然后，終端設備發出的應答信號以相反的方向傳輸給主機，即在一根單獨的通訊線上信號沿著相反的兩個方向傳輸所有的通訊數據流（半雙工的工作模式）。

MODBUS協議只允許在主機（PC，PLC等）和終端設備之間通訊，而不允許獨立的終端設備之間的數據交

換，這樣各終端設備不會在它們初始化時占據通訊線路，而僅限于響應到達本機的查詢信號。

主機查詢：查詢消息幀包括設備地址碼、功能碼、數據信息碼、校驗碼。地址碼表明要選中的從機設備功能代碼告之被選中的從設備要執行何種功能，例如功能代碼03或04是要求從設備讀寄存器并返回它們的內容；數據段包含了從設備要執行功能的其它附加信息，如在讀命令中，數據段的附加信息有從何寄存器開始讀的寄存器數量；校驗碼用來檢驗一幀信息的正確性，為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法，它采用CRC16的校準規則。

從機響應：如果從設備產生一正常的回應，在回應消息中有從機地址碼、功能代碼、數據信息碼和CRC16校驗碼。數據信息碼包括了從設備收集的數據：如寄存器值或狀態。如果有錯誤發生，我們約定是從機不進行響應。

傳輸方式是指一個數據幀內一系列獨立的數據結構以及用于傳輸數據的有限規則，下面定義了與MODBUS協議-RTU方式相兼容的傳輸方式。每個字節的位：1個起始位、8個數據位、（奇偶校驗位）、1個停止位（有奇偶校驗位時）或2個停止位（無奇偶校驗位時）。

數據幀的結構：即報文格式。

地址碼	功能碼	數據碼	校驗碼
1個BBSE	1個BBSE	N個BBSE	2個BBSE

地址碼在幀的開始部分，由一個字節（8位二進制碼）組成，十進制為0~255，在我們的系統中只使用1~247，其它地址保留。這些位標明了用戶指定的終端設備的地址，該設備將接收來自與之相連的主機數據。每個終端設備的地址必須是唯一的，僅僅被尋址到的終端會響應包含了該地址的查詢，當終端發送回一個響應，響應中的從機地址數據告訴了主機那臺終端與之進行通信。

功能碼告訴了被尋址到的終端執行何種功能。下表列出多功能電力儀表所支持的功能碼，以及它們的意義和功能。

地址碼	意義	行為
03/04	讀數據寄存器	獲得一個或多個寄存器的當前二進制值
08	電能清零	將所操作的儀表的電能數據清零（0）
16	寫預置寄存器	設定二進制值到相關的寄存器中

數據碼包含了終端執行特定功能所需要的數據或者終端響應查詢時采集到的數據。這些數據的內容可能是數值、參考地址或者設置值。例如：功能域碼告訴終端讀取一個寄存器，數據域則需要反映明從哪個寄存器開始及讀取多少個數據，而從機數據碼回送內容則包含了數據長度和相應的數據。

校驗碼錯誤校驗（CRC）域占用兩個字節，包含了一個16位的二進制值。CRC值由傳輸設備計算出來，然后附加到數據幀上，接收設備在接收數據時重新計算CRC值，然后與接收到的CRC域中的值進行比較。如果這兩個值不相等，就發生了錯誤。

生成一個CRC的流程為：

1）預置一個16位寄存器為FFFFH（16進制，全1），稱之為CRC寄存器。

2）把數據幀中的第一個字節的8位與CRC寄存器中的低字節進行異或運算，結果存回CRC寄存器。

3）將CRC寄存器向右移一位，最高位填以0，最低位移出并檢測。

4）上一步中被移出的那一位如果為0：重復第三步（下一次移位）：為1；將CRC寄存器與一個預設的固定值（0A001H）進行異或運算。

5）重復第三步和第四步直到8次移位。這樣處理完了一個完整的八位。

6）重復第二步到第5步來處理下一個八位，直到所有的字節處理結束。

7）最終CRC寄存器的值就是CRC的值。

通訊報文舉例：1。讀數據（功能碼：03/04）：這個功能可使用戶獲得終端設備采集、記錄的數據，以及系統參數。主機一次請求采集的數據個數沒有限制，但不能超出定義的地址范圍。下面的例子是從終端設備地址為12（0CH）的從機上，讀取3個數據Ia、Ib、Ic（數據幀中數據每個地址占用2個字，Ia的字地址為18（12H）開始，數據長度為6（06H）個字。字通訊方式。）

查詢數據幀（主機）

地址	命令	起始寄存器地址（高位）	起始寄存器地址（低位）	寄存器個數（高位）	寄存器個數（低位）	CRC16 低位	CRC16 高位
0CH	03H	00H	12H	00H	06H	64H	D0H

響應數據幀（從機）

地址	命令	數據長度	數據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）。

預置數據（功能碼：16）：此功能允許用戶改變多個寄存器的內容（需要強調的是所寫入的數據為可寫屬性參數。個數不超過地址范圍,下面的例子是寫入電流變比為400A/5A=80通訊方式。）

預置數據幀（主機）

地址	命令	起始寄存器地址（高位）	起始寄存器地址（低位）	寄存器個數（高位）	寄存器個數（低位）	字節長度	寫入數據	CRC16 低位	CRC16 高位
0CH	10H	00H	03H	00H	01H	02H	00H 50H	FFH	CFH

響應數據幀（從機），表明數據已寫入

地址	命令	起始寄存器地址（高位）	起始寄存器地址（低位）	寄存器個數（高位）	寄存器個數（低位）	CRC16 低位	CRC16 高位
0CH	10H	00H	04H	00H	01H	41H	15H

MODBUS地址信息表：

地址	項目	描述	字節地址	說明
設置信息
0	MM	編程設置密碼（只可讀）	0，1	2字節，1-9999
1	XS1	電量顯示選擇	2	電量顯示方式，0-6
1	DZ	儀表地址	3	1字節，1-247
2	PT	電壓倍率	4，5	PT=電壓1次側/2次側（1-9999）
3	CT	電流倍率	6，7	CT=電流1次側/2次側（1-9999）
4	SRS	輸入控制字	8	見位地址說明
4	TXK	通訊控制字	9	見位地址說明
5	STATUS	狀態	10，11	保留

地址	項目		描述		字節地址		說明
電量信息
6，7	Ua（三相四線）		A相電壓		12、13、14、15		浮點數數據格式，標準的IEEE-574 的數據格式所有的數據都是1次測的數據，包含了變比參數。
8，9	Ub（三相四線）		B相電壓		16、17、18、19
10，11	Uc（三相四線）		C相電壓		20、21、22、23
12，13	Uab（三相三線）		AB線電壓		24、25、26、27
14，15	Ubc（三相三線）		BC相電壓		28、29、30、31
16，17	Uca（三相三線）		CA相電壓		32、33、34、35
18，19	Ia		A相電流		36、37、38、39
20，21	Ib		B相電流		40、41、42、43
22，23	Ic		C相電流		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		總有功功率		60、61、62、63
32，33	QA		A相無功功率		64、65、66、67
34，35	QB		B相無功功率		68、69、70、71
36，37	QC		C相無功功率		72、72、74、75
38，39	QS		總無功功率		76、77、78、79
40，41	SS		總視在功率		80、81、82、83
42，43	PFS		功率因數		84、85、86、87
44，45			頻率		88、89、90、91
電能信息
46，47	EPP	正向有功電能		92,93,94,95		二次測電能參數。采用IEEE-574復點數的數據描述結果，單位Wh。對于AC100V5A=0.866KW輸入信號下，當儀表的變比PT=10KW/100V= 100CT=200A/5A=40下儀表工作1小時0.866kWh×100×40=346kWh 儀表LED的顯示為電能的一次側，可直接抄寫電能數據，不用轉化。
48，49	EPN	負向有功電能		96,97,98,99
50，51	EQP	正向無功電能		100,101,102,103
52，53	EQN	負向無功電能		104,105,106,107

54，55	WPP	正向有功電能		108,109,110,111	一次側電能參數。高字節在前低字節在后，4字節整數，單位Wh，在輸入信號作用下二次側電能數據×變比值，應考慮變比值。
56，57	WPN	負向有功電能		112,113,114,115
58，59	WQP	正向無功電能		116,117,118,119
60，61	WQN	負向無功電能		200,201,202,203
控制字部分
參數			意義
通訊控制字TXKBIT 7654;3210作用:波特率和數據格式			數據格式BIT5 BIT4		01-0.8.2
			通訊速率BIT1 BIT0		10-9.6K
					11-4.8K
輸入控制字SRSBIT76 54;3210作用:輸入網絡和量程			輸入網絡 BIT7		0-三相四線 1-三相三線
			電壓量程BIT6		0-400V 1-100V
			電流量程BIT1		0-5A 1-1A

注：IEEE-754是采用4字節的二進制的浮點數來表示一個數據電量，其數據格式和意義如下：

符號位：SIGN=0為正，SIGN=1為負。

指數部分：E=指數部分-126。

尾數部分：M=尾數部分補上最高位為1

數據結果：REAL=SIGN× 2^E × M /（256 X 65536）

例如：主機讀電能數據，從地址表上可以知道電能（正有功吸收）地址為：（字節方式，兼容舊標準）92（005CH）長度為4（0004H）

主機：01 04 00 5C 00 04 31 DB

從機：01 04 04 50 80 00 00 EB 6CH其中50 80 00 00為有功電度（吸收）數據，EB，6C是RC16校驗碼的低位和高位。

其大小：SIGN（符號位=0，正），指數EX=A1H-126=35，尾數：08 00 00H

結果：2³⁵ × 80 00 00H/100 00 00H=17179869184Wh=17179869kWh。

六、功能輸出

1、電能計量和脈沖輸出：

多功能電力儀表提供有功/無功電能計量，2路電能脈沖輸出功能和RS485的數字接口來完成電能數據的顯示和遠傳。儀表3排12位LCD實現有功電能（正向）、無功電能（感性）1次側數據的顯示，下圖1中表示正向有功電能數據=369587.28KWh（度）；集電極開路的光耦繼電器的電能脈沖（電阻信號）實現有功電能(正向)和無功電能（反向）遠傳，采用遠程計算機終端、PIE、DI開關采集模塊,采集儀表的脈沖總數來實現電能累積計量。采用輸出方式的輸出還是電能的精度檢驗的方式（國家計量規程：標準表的脈沖誤差比較方法）。

1）電氣特性：集電極開路電壓VCC≤48V、電流Iz≤50mA。

2）脈沖常數：3200imp/kWh。其意義為：當儀表累積1kWh時脈沖輸出個數為3200個，需要強調的是1KWh為電能的2次測電能數據，在PT、CT的情況下，相對的N個脈沖數據對應1次測電能為1KWh X 電壓變比PT X 電流變比CT。

3）應用舉例：PLC終端使用脈沖計數裝置，假定在長度T的一段時間內采集脈沖個數為N個，儀表輸入為：10KV/100V、400A/5A，則該時間段內儀表電能累積為：N/3200X100X80度電能（下圖2中表示無功電能正向，值為7321.45度無功電能）。

七、接線圖

96方形為例

八、常見問題及解決辦法

1、關于通訊：儀表沒有回送數據

答：首先確保儀表的通訊設置信息如從機地址、波特率、校驗方式等與上位機要求一致：如果現場多塊儀表通訊都沒有數據回送，檢測現場通訊總線的連接是否準確可靠，RS485轉換器是否正常。如果只有單塊或者少數儀表通訊異常，也要檢查相應的通訊線，可以修改變換異常和正常儀表從機的地址來測試，排除或確認上位機軟件問題，或者通過變換異常和正常儀表的安裝位置來測試，排除或確認儀表故障。

關于通訊：儀表回送數據不準確

答：多功能電力儀表的通訊開放給客戶的數據有一次電網float型數據和二次電網int/long型數據。請仔細閱讀通訊地址表中關于數據存放地址和存放格式的說明，并確保按照相應的數據格式轉換。推薦客戶去經銷商那里索要或到我公司網站www.yan-zhao.com下載MODBUS-RTU通訊協議測試軟件MODSCAN，該軟件遵循標準的MODBUS-RTu通訊協議，并且數據可以按照整型、浮點型、16進制等格式顯示，能夠直接與儀表顯示數據比。

2、關于U、I、P等測量不準確

答：首先需要確保正確的電壓和電流信號已經連接到儀表上，可以使用萬用表來測量電壓信號，必要的時候使用鉗形表來測量電流信號。其次確保信號線的連接是正確的，比如電流信號的同名端（也就是進線端），以及各相的相序是否出錯。多功能電力儀表可以觀察功率界面顯示，只有在反向送電情況下有功功率為負，一般使用情況下有功功率符號為正，如果有功功率符號為負，有可能電流進出線接錯，當然相序接錯也會導致功率顯示異常。另外需要注意的是儀表顯示的電量為一次電網值，如果表內設置的電壓電流互感器的倍率與實際使用互感器倍率不一致，也會導致儀表電量顯示不準確。表內電壓電流的量程出廠后不容許修改。接線網絡可以按照現場實際接法修改，但編程菜單中接線方式的設置應與實際接線方式一致，否則也將導致錯誤的顯示信息。

3、關于電能走字不準確或電能數據不保存

答：儀表的電能累加是基于對功率的測量，先觀測儀表的功率值與實際負荷是否相符。多功能電力儀表支持雙向電能計量，在接線錯誤的情況下，總有功功率為負的情況下，電能會累加到反向有功電能，正向有功電能不累加。在現場使用最多出現的問題是電流互感器進線和出線接反。多功能電力儀表均可以看到分相的帶符號的有功功率，若功率為負則有可能是接線錯。另外相序接錯也會引起儀表電能走字異常。

4、儀表不亮

答：確保合適的輔助電源（AC/DC85-270V）已經加到儀表的輔助電源端子，超過規定范圍的輔助電源電壓可能會損壞儀表，并且不能恢復。可以使用萬用表來測量輔助電源的電壓值，如果電源電壓正常，儀表無任何顯示，可以考慮斷電重新上電，若儀表還不能正常顯示的話請聯系本公司技術服務部。

附錄:

簽定合同時,請詳細寫明所需型、輸入信號變比，輸出要求以及功能等相關內容

例1：名稱：多功能電力儀表（96*96*84）

輸入：AC10KV/100V、AC200A/5A

電力網絡：三相三線

通訊接口：RS485（MODBUS-RTU）

單位名稱：保定博世電氣制造有限公司單位地址：保定市競秀街295號創業中心D座6層

電話：0312-5903210 傳真：0312-5905050

網址：www.bosch-electrical.com

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