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三相电参数模块使用说明书
2021-12-23 来自: 西安世超电气有限公司 浏览次数:2128
特 点 Ø 准确度高 Ø 整个量程范围都有极高的线性度 Ø 集成化程度高，结构简单，免于定期校验 Ø 采用进口元器件，可靠性高 Ø 抗干扰能力强
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技术指标 Ø 输入电流：0-6A AC Ø 输入电压：0-450V AC Ø 供电：220V AC Ø 输入频率范围：45HZ-55HZ Ø 功耗：≤3W Ø 电源变动范围：≤10％ Ø 电源变动影响：≤0.1％RO Ø 输出负载影响：≤0.05％RO Ø 电磁干扰 影响：0.2％RO，400A／米 Ø 过载输入：2倍连续 ，20倍1秒 Ø 响应时间：≤350ms Ø 工频耐压：2.5KV AC，漏电流0.5mA，1分钟 Ø 绝缘电阻：≥100MΩ, 500V DC Ø 冲击电压：5KV（峰值），1.2/50μS Ø 高频干扰：≤0.2％RO，1KV Ø 工作环境：温度：-20℃～55℃ 湿度：10％～90％RH Ø 贮藏条件：温度：-40℃～85℃ 湿度：10％～95％RH
产品具备功能如下： 1、 三相电流输入 2、 三相电压输入 3、 配备1路RS485（MODBUS-RTU协议）
| 接 线 图
外形尺寸：（长87×宽72×高59）mm 不含接线端子 外形尺寸：（长108×宽72×高59）mm 含接线端子 安装方式：35mm导轨安装 |
一、概述
三相电参数监测模块是一种具有可编程测量、数字通讯的多功能电力仪表,能够完成电量测量、电能计量、电量采集及传输，可广泛应用变电站自动化，配电自动化、智能建筑、企业内部的电能测量、管理、考核。测量精度为0.5级、实现远程RS-485数字通讯接口，采用MODBUS-RTU通讯协议
产品型号 | 名称 | 测量 | 标配功能 |
SPM-A-3 | 电参数模块 | 三相：相电压/线电压（V）、电流（I）、功率（P、Q）、，功率因数（PF），频率（F）、电能（WH，QH）
| RS485通讯 |
SPM-A-4 |
性能 | 参数 | ||
输 入 测 量
| 网络 | 三相三线、三相四线 | |
电压 | 额定值 | AC 0-500V | |
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0.2 | ||
电流 | 额定值 | AC 0-6A | |
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0.2 | ||
频 率 | 45~55Hz | ||
功 率 | 视在功率，有功精度0.5级，无功精度0.5级 | ||
电 能 | 有功电能精度1.0级，无功电能精度1.0级 | ||
电源 | 工作范围 | AC220V±10% | |
功 耗 | ≤5VA | ||
输出 | 数字接口 | RS-485、MODBUS-RTU协议（标配1路） | |
环境 | 工作环境 | -20~55℃ | |
储存环境 | -40~85℃ | ||
安全 | 耐 压 | 输入/电源>2kV，输入/输出>2kV，电源/输出>1kV | |
绝 缘 | 输入、输出、电源对机壳>50MΩ | ||
电能测量范围 | 有功无功电度测量范围0-99999999999.9Kwh/Kvarh,超过此数值电度从0开始计数 | ||
二、技术参数
2.1 辅助电源：
三相电参数监测模块提供的是AC220V±10%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。
2.2 输入信号：
三相电参数监测模块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。
2.2.1 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。
2.2.2 电流输入：标准额定输入电流为5安，大于5安的情况应使用外部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，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。
2.2.3 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）
2.2.4模块接线、模块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。
三、数字通讯
3.1 通讯说明
3.1.1网络布局
三相电参数监测模块提供串行异步半工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个仪表，每个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，推荐采用线型网络的连接方式。线型连接，是将多台仪表按照顺序一个接一个地接入网络。距离主机，一台比一台远。适合测量点分布较为集中、未来又扩展需要的情况。不建议采用星形或其他的连接方式。
3.1.2连接到计算机
三相电参数监测模块在实验室单机通讯比较简单，因为距离较近、电磁环境较好，所以不必考虑过多因素，甚至在找不到双绞线时可以随便找两条长度合适的导线临时代替，也是可以的。但在工程上，要严格按照要求施工，以免日后造成麻烦。
上位机可以是电脑(PC)、PLC、数据采集器、RTU等，本章均以PC为例，其它类推。PC机没有RS485接口，但都有RS232串行接口，因此要与仪表连接，就需要一个转换装置，这里推荐使用厂家配套的“RS232/RS485转接器”。可将RS232串行接口直接转换成RS485接口，与仪表相连。
要在与上位机连接的电缆屏蔽层的一端有效接地(保护地：大地、屏柜、机箱等)，应避免两点或者多点接地。仪表没有保护接地端，且外壳是塑料，因此不必接地。但是，如果有金属屏柜、箱盒，应尽量安装在其内部，效果会更好。
注意：进行RS485电缆连接时，尽量使用双色双绞线，所有的“+”端接同一种颜色“-”端接另一种颜色。
3.1.3通讯规约
3.1.3.1引言
三相电参数监测模块提供与Modicon系统相兼容的ModBus通讯规约，这个通讯规约被广泛作为系统集成的标准。兼容RS-485/232C接口的可编程逻辑控制器ModBus通讯规约允许信息和数据在智能表与Modicon可编程逻辑控制器(PLC)，RTU、SCADA系统、DCS系统和另外兼容ModBus通讯规约的系统之间进行有效传递。
3.1.3.2 ModBus基本规则
所有RS485通讯回路都应遵照主/从方式。依照这种方式，数据可以在一个主站(如：PC)和32个子站之间传递；主站将初始化和控制在RS485通讯回路上传递的所有信息；任何一次通讯都不能从子站开始；在RS485回路上的所有通讯都以“信息帧”方式传递；如果主站或子站接收到含有未知命令的信息帧，则不予以响应。“信息帧”就是一个由数据帧(每一个字节为一个数据帧)构成的字符串(至多255个字节)，由信息头和发送的编码数据构成标准的异步串行数据，该通讯方式也与RTU通讯规约相兼容。
3.1.3.3 通讯规约
当通讯命令发送至仪器时，符合相应的地址码的设备接收通讯命令，并除去地址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送给发送者。返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后的数据以及错误校验码(CRC)。如果出错就不发送任何信息。
信息帧格式
地址码（ADD）
地址码为每次通讯传送的信息帧中的一个数据帧(8位)，从1到247。这个字节表明由用户设定地址码的子机将接收由主机发送来的信息。并且每个子机都有地址码，并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的子机地址，而子机发送的地址码表明回送的子机地址。
功能码（CS）
功能码是每次通讯传送的信息帧中的第二个数据帧。ModBus通讯规约定义功能码为1～127(01H～7FH)。智能电测表利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉子机执行什么动作。作为子机响应，子机发送的功能码与主机发送来的功能码一样，并表明子机已响应主机进行操作。如果子机发送的功能码的高位是1(功能码＞127)，则表明子机没有响应或出错。
MODBUS部分功能码
03H读寄存器
三相电参数监测模块采用ModBus通讯规约，利用通讯命令，可以进行读取点(保持寄存器或返回值输入寄存器)。功能码03H映射的数据区的保持和输入寄存器值都是16位(2字节)。这样从智能表读取的寄存器值都是2字节。一次多可读取寄存器数是125。由于一些可编程控制器不用功能码03H，所以功能码03H被用作读取点和返回值。子机响应的命令格式是子机地址、功能码、数据区及CRC码。数据区的数据都是每2个字节为一组的双字节数，且高字节在前。
10H，写多个点连续寄存器
主机利用这条命令把多点数据保存到智能电测表的存储器。Modbus通讯规约中的寄存器指的是16位(即2字节)，并且高位在前。这样智能电测表的点都是二字节。用一条命令保存的大点数取决于子机。因为Modbus通讯规约允许多保存60个寄存器，这样智能电测表允许一次多可保存60个寄存器。智能电测表的命令格式是子机地址、功能码、数据区及CRC码。
数据区（DATA）
数据区随功能码不同而不同。由主机发送的读命令(03H)信息帧的数据区与子机应答信息帧的数据区是不同的，由主机发送的写命令(10H)信息帧的数据区与子机应答信息帧的数据区是完全相同。数据区包含需要子机执行什么动作或由子机采集的需要回送的信息。这些信息可以是数值、参考地址等等。例如，功能码告诉子机读取寄存器的数值，则数据区须包含要读取寄存器的起始地址及读取长度(寄存器个数)。
错误校验
冗余循环（CRC）包含2个字节，即16位二进制。CRC码由发送端计算，放置于发送信息的尾部。接收端的设备再重新计算接收到信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果二者不相符，则表明出错。
CRC码的计算方法是，先预置16位寄存器全为“1”。再逐渐把每8位数据信息进行处理。在进行CRC码计算时只用8位数据位，起始位及停止位，如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位，都不参与CRC码计算。
在计算CRC码时，8位数据与寄存器的数据相异或，得到的结果向低位移一位，用0填补高位。再检查移出来的低位，如果低位为1，把寄存器的内容与预置数相异或，如果低位为0，不进行异或运算。
这个过程一直重复8次。第8次移位后，下一个8位再与现在寄存器的内容相异或，这个过程与上以上一样重复8次。当所有的数据信息处理完后，后寄存器的内容即为CRC码值。
4.2通讯报文举例
例如：仪表地址1
1.请求电压数据（功能码03H）
请求帧：01 03 00 00 00 01 84 0A
响应帧：01 03 02 54 E8 86 CA
说明：此时仪表测量的二次侧电压217.36V。
请求电流数据（功能码03H）
请求帧：01 03 00 03 00 01 74 0A
响应帧：01 03 02 13 95 75 1B
说明：此时仪表测量的二次侧电流5.013A。
2.修改电压变比PT（功能码10H）
请求帧：01 10 00 15 00 01 02 00 64 A5 7E
响应帧：01 10 00 15 00 01 10 0D
说明：将PT值修改为100。
修改电流变比CT（功能码10H）
请求帧：01 10 00 16 00 01 02 00 C8 A5 30
响应帧：01 10 00 16 00 01 E0 0D
说明：将CT值修改为200。
4.4 MODBUS-RTU通讯地址信息表及报文举例
编号 | 地址 | 对应参数 | 读写属性 | 取值范围 | 说明 |
1 | 0×00 | A相电压 | 只读 | - | 单位为PT×0.01V |
2 | 0×01 | B相电压 | 只读 | - | 单位为PT×0.01V |
3 | 0×02 | C相电压 | 只读 | - | 单位为PT×0.01V |
4 | 0×03 | A相电流 | 只读 | - | 单位为CT×0.001A |
5 | 0×04 | B相电流 | 只读 | - | 单位为CT×0.001A |
6 | 0×05 | C相电流 | 只读 | - | 单位为CT×0.001A |
7 | 0×06 | 有功功率高16位 | 只读 | - | 单位为PT×CT×1W 高位为符号位 |
8 | 0×07 | 有功功率低16位 | 只读 | - | |
9 | 0×08 | 无功功率高16位 | 只读 | - | 单位为PT×CT×1var 高位为符号位 |
10 | 0×09 | 无功功率低16位 | 只读 | - | |
11 | 0×0a | 功率因数 | 只读 | - | 单位为0.001PF |
12 | 0×0b | 频率 | 只读 | - | 单位为0.01Hz |
13 | 0×0c | 有功电度高16位 | 只读 | - |
单位为0.1Kwh |
14 | 0×0d | 有功电度中16位 | 只读 | - | |
15 | 0×0e | 有功电度低16位 | 只读 | - | |
16 | 0×0f | 无功电度高16位 | 只读 | - |
单位为0.1Kvarh |
17 | 0×10 | 无功电度中16位 | 只读 | - | |
18 | 0×11 | 无功电度低16位 | 只读 | - | |
19 | 0×13 | 通讯地址 | 读写 | 1～247 | |
20 | 0×14 | 通讯速率 | 读写 | 1200，2400， 4800，9600 | 单位为bps |
21 | 0×15 | PT变比 | 读写 | 1～6000 | |
22 | 0×16 | CT变比 | 读写 | 1～6000 | |
23 | 0×17 | 接线类型 | 读写 | 0，1 | 0：三相四线； 1：三相三相； |
24 | 0×22 | 清除电度 | 只写 | 0 | 写0同时清除 有功和无功电度 |
六、常见问题及解决方案
1）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。
2）仪表回送数据不准确
答：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。推荐客户去经销商索要下载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U、I、P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数据有不对现象，一般使用情况下有功数据是正确的。如果有功电能符号为负，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、关于电能数据不准确
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。在现场使用至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。
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