Усть-Каменогорск 2016

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Восточно-Казахстанский государственный технический университет
им. Д.Серикбаева

«Допущен к защите»

Заведующийкафедрой

___________ А.Е. Бакланов

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

На тему: «Счетчик учета электроэнергии с возможностью отключения потребителя»

по специальности 050716 – «Приборостроение»

Выполнил З.А. Карашанов

Научный руководитель И.С. Лемешко

Инженер-программист

ТОО «Синетик»

Усть-Каменогорск 2016

содержание

Введение. 4

1 Обзор существующих счетчиков электроэнергии. 6

1.2 Принцип действия электромеханического счетчика. 6

1.3 Принцип действия цифрового счетчика. 10

1.4 Сравнение характеристик электромеханического и цифрового счетчика. 11

2 Обзор существующих ИМС-преобразователей мощности. 12

3 Разработка структуры устройства. 15

4 Описание основных компонентов счетчика электроэнергии. 17

4.1 Общая характеристика микроконтроллеров фирмы Atmel. 17

4.2 Характеристики микроконтроллера ATMEGA 16. 18

4.3 Описание преобразователя мощность-частота КР1446ПМ1. 19

4.4 Описание преобразователя уровней MAX 232. 20

5 Разработка электрической принципиальной схемы устройства. 22

5.1 Описание электрической принципиальной схемы. 22

5.2 Расчет транзисторного ключа для коммутации реле. 24

5.3 Расчет стабилизатора для питания карты памяти. 25

6 Разработка программы для микроконтроллера. 26

6.1 Обоснование метода выполнения математических операций. 26

6.2 Основные задачи управляющей программы. 26

6.3 Защита от несанкционированного использования flash-карты оплаты. 27

6.4 Обоснование метода расчета частоты. 27

6.5 Реализация измерения частоты на микроконтроллере. 28

6.6 Математическое обоснование расчета мощности. 29

6.7 Программная реализация интегрирования мощности. 30

7 Разработка печатной платы.. 32

7.1 Расчет площади печатной платы. 32

7.2 Расчет размеров элементов печатного монтажа. 32

7.4 Расчет напряжения индуктивной и емкостной помехи. 34

7.5 Расчет вибропрочности печатных плат. 36

7.6 Расчет теплового режима. 39

7.7 Оценка надежности ПП. 42

8 Применение электросчечтика в централизованной системе учета электроэнергии 45

9 Расширение коммуникационных возможностей электросчетчика. 47

9.1 Описание микросхемы КР1446ХК1. 47

9.2 Описание процесса обмена данными. 49

10 Технико-экономическое обоснование. 53

10.1 Расчет капитальных вложений в разработку устройства. 53

10.2 Эффективность внедрения. 56

11 Безопасность и экологичность проекта. 58

11.1 Требования к пожаробезопасноти электрооборудования. 58

11.2 Обеспечение безопасности при эксплуатации контрольно-измерительных приборов. 59

11.3 Техника безопасности при эксплуатации электросчетчиков. 61

11.4 Безопасность работ при прокладке кабельных сетей. 63

11.5 Влияние электромагнитных полей на окружающую среду. 63

11.5.1 Влияние электрического поля на растения. 65

11.5.2 Влияние электрического поля на животных. 65

11.6 Значение озеленения территории. 65

Заключение. 69

Список литературы.. 70

Приложение А.. 72

Введение

В настоящее время, наблюдается высокий темп развития всякого рода электронной цифровой техники и внедрение ее в различные сферы деятельности общества. Данный факт обусловлен тем, что применение в различных устройствах микропроцессорной техники открывает широкие возможности в сфере контроля, управления, сбора и обработки информации. Последние пункты особенно важны, когда природные топливные ресурсы находятся на грани истощения, и остро встает проблема наиболее оптимального их использования. Значительная часть природных топливных ресурсов, таких как уголь, газ, дизельное топливо, бензин расходуется на производство электроэнергии, а значит, от того как используется и распределяется полученная электроэнергия зависит расход природных ресурсов. Чтобы эффективно распределять электроэнергию необходимо иметь достоверные данные о потреблении каждой единицы, получив данные их можно обработать соответствующим образом и оптимизировать использование электроэнергии.

Элементом, который может позволить получать достоверные данные по коммуникационным каналам, от каждого потребителя может стать интеллектуальный счетчик электроэнергии, который заменит, использующийся в настоящее время, традиционный электромеханический.

Традиционные электрические счётчики измеряют только общее количество потреблённой электрической энергии и не предоставляют информации о том, когда произошло потребление. Интеллектуальные счётчики являются экономичным средством для получения подобной информации, позволяя ценообразующим организациям вводить дифференцированные тарифы на потребление в зависимости от времени суток и времени года, проводить мониторинг потребления и следовательно управлять потреблением, снижая излишний расход ресурсов. Наиболее полезно для энергосбережения снижение ненужного потребления ресурсов конечными потребителями.

Цены на электроэнергию обычно достигают максимума в определённые предсказуемые времена дня и года. Если генерирующие мощности ограничены, цены могут значительно расти в то время, когда электроэнергия приобретается у более дорогих источников энергии с соседних территорий или вынужденно включаются в работу собственные дорогостоящие. Можно предположить, что выставление потребителям дифференцированных счетов в зависимости от времени дня заставит их изменить характер потребления в соответствии с рыночными ценами. Инспектирующие и ценообразующие организации рассчитывают, что такие «ценовые сигналы» помогут отсрочить строительство дополнительных генерирующих мощностей или, по крайней мере, приобретение электроэнергии у дорогостоящих источников, контролируемых таким образом, неуклонно и быстро снизит цены на электроэнергию.

Так же использование интеллектуального счетчика исключает неудобства, предоставляемые энергокомпаниями потребителям, при снятии показаний с традиционных счетчиков, а энергокомпании исключают расходы на содержание служащих, которые разносят квитанции за оплату электроэнергии и фиксируют показания счетчиков.

Таким образом, в силу актуальности данной проблемы темой данного дипломного проекта является разработка счетчика учета электроэнергии на основе перепрограммируемой микропроцессорной техники, который по своей сути будет являться интеллектуальным устройством.