Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL

TechEkspert 02 Aug 2022 19:42 4434 51
e-mierniki
  • Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL
    Tarczowe liczniki indukcyjne energii elektrycznej sukcesywnie wypierane są przez liczniki elektroniczne. Mechaniczne liczydło zastępuje wyświetlacz LCD i pamięć nieulotna. Zamiast tarczy wirującej w polu (elektro)magnetycznym zastosowane są specjalizowane elektroniczne układy pomiarowe. Zajrzyjmy do wnętrza elektronicznego licznika energii elektrycznej.


    Na pierwszy rzut oka, uwagę przyciągają być może niekoniecznie najważniejsze lecz dobrze widoczne elementy wokół wyświetlacza LCD:
    -niebieski warystor przeciwprzepięciowy
    -2 czarne optoelementy (nadawczy i odbiorczy sprzęgu optycznego)
    -optoizolacja na transoptorach i złącze przeznaczone prawdopodobnie do testowania/programowania

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Sprzęg optyczny, nazywany przez niektórych instalatorów "okiem" to LED IR i tranzystor IR pozwalający na komunikację (zwykle UART i IEC62056-21) z licznikiem. Komunikacja odbywa się poprzez przyłożenie do obudowy głowicy najczęściej połączonej po USB z komputerem wyposażonym w odpowiednie oprogramowanie. Obudowa licznika zawiera metalowy element a głowica magnes więc właściwe umiejscowienie podczas odczytu jest proste. W handlu dostępne są urządzenia np. https://onemeter.com/pl/ które odczytują dane z licznika i mogą bezprzewodowo przesyłać informacje do aplikacji na naszym smartfonie. Nie wszystkie liczniki są kompatybilne z takimi rozwiązaniami a niektórzy dostawcy blokują możliwość odczytu przez interfejs optyczny. W starszych licznikach ciągłe odczyty mogły utrudniać np. równoległą komunikację licznika poprzez inne interfejsy. W pobliżu interfejsu optycznego znajdziemy specjalizowany układ BL6503S, który można śmiało uznać za serce licznika gdyż to właśnie ten układ śledzi napięcie i prąd co pozwala na zliczanie energii.
    W tej części płytki znajdują się także dwa mostki prostownicze.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Blisko wyświetlacza znajduje się kontaktron, który może służyć jako czujnik pola magnetycznego (np. z magnesu neodymowego) można ten czujnik potraktować jako zabezpieczenie przed próbami ingerencji w pracę licznika. Pod LCD znajdziemy kwarc 32.768kHz, pamięć EEPROM 95512RP oraz mikrokontroler ze sterownikiem LCD - MSP430F449. Czerwony LED sygnalizuje błyskami zliczanie energii elektrycznej.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Na 1kWh przypada 6400 błysków LED więc na jeden błysk przypada 0,15625Wh. Takie wskaźniki LED wykorzystują urządzenia pozwalające śledzić aktualne zużycie energii np. https://inode.pl/iNode-Energy-Meter-opto,p,27

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Mikrostyk na który naciska element obudowy to czujnik nieautoryzowanego otwarcia obudowy.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Układ zacisków jest typowy dla watomierza lub licznika energii elektrycznej. Na mniejszych zaciskach wyprowadzony jest RS-485 ten interfejs używany był w pierwszej fazie prób zdalnych odczytów i były tam podłączane modemy GSM z odpowiednim interfejsem. Innym zastosowaniem było wykorzystanie RS-485 przez przedsiębiorców monitorujących zużycie energii, po uzgodnieniu z zakładem energetycznym mogli wykorzystać ten interfejs do cyklicznych odczytów licznika na własne potrzeby.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    W górnej części płytki widoczna jest optoizolacja dla RS-485 na 4N35.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Spodnia część PCB kryje transformator sieciowy, to dobrze wróży żywotności urządzenia. Spodziewałem się SMPS a jednak wygrał transformator sieciowy. Transformator posiada dwa wyjścia ~6V to tłumaczy dwa mostki prostownicze na górnej warstwie PCB.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Dalsza część optoizolacji i transciver RS-485 BL3085 znajduje się na dodatkowej płytce.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Bocznik pomiarowy wlutowany w PCB i zgrzane wyprowadzenia prądowe, to na tej niewielkiej rezystancji pojawia się napięcie zależne od przepływającego przez licznik prądu.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Bateria podtrzymująca pracę mikrokontrolera. Nietypowe ogniwo CR2354 - 560mA.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Dodatkowy moduł i drugi mikrokontroler M430F449, być może odpowiedzialny tylko za komunikację, aby np. częste odczyty nie mogły zakłócić procesu pomiaru? Nie mam pewności dlaczego tak to zostało rozwiązane jednak wiem, że w starych rozwiązaniach częsty odczyt mógł wpływać na pracę licznika. Być może są jakieś regulacje w tym zakresie?

    Dajcie znać jeżeli wiecie dlaczego zostały wykorzystane aż dwa mikrokontrolery.

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL


    Tak wygląda wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej. Niektóre rozwiązania jak dwa mikrokontrolery czy też czujnik pola magnetycznego były dla mnie czymś zaskakującym. Mając w pamięci wygląd wnętrza multimetrów CAT III spodziewałem się większej ilości zabezpieczeń wewnątrz urządzenia na stałe podłączonego do sieci energetycznej.

    Czy mieliście okazję zajrzeć do wnętrza innych liczników, co myślicie o tej konstrukcji?

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    TechEkspert
    Editor
    Offline 
    W moich materiałach znajdziecie testy i prezentacje sprzętu elektronicznego, modułów, sprzętu pomiarowego, eksperymenty. Interesuje mnie elektronika cyfrowa, cyfrowe przetwarzanie sygnałów, transmisje cyfrowe przewodowe i bezprzewodowe, kryptografia, IT a szczególnie LAN/WAN i systemy przechowywania i przetwarzania danych.
    Has specialization in: elektronika, mikrokontrolery, rozwiązania it
    TechEkspert wrote 3863 posts with rating 3274, helped 12 times. Been with us since 2014 year.
  • e-mierniki
  • #2
    chemik_16
    Level 25  
    ciekawie trafiają tutaj tematy :D ze 2 tygodnie temu rozkładałem właśnie 16EC3rn, jeszcze wala mi się gdzieś na wierzchu.
    Miałem go użyć jako podlicznik z integracją z HA po rs485 (za 50zł dobra opcja, o ile by działał), ale nijak nie chciał zagadać, wydaje się ze są poblokowane.
    Potencjalnie mam w planach wycięcie sekcji wysokiego napięcia - tj modułów przetwarzających pomiar napięcia i prądu na częstotliwość i zbudowanie jakiegoś prostego licznika. Teoretycznie nawet miał on możliwość zliczania dwukierunkowego.

    ps układ chyba ten sam, BL6503S, tyle że x3, z resztą tak jak i reszta elementów, to bliźniacze konstrukcje.
    A tego rs485 na obrazku nie pomyliłeś ? to pierwsze to tylko stycznik, następne jest A

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL
    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL
    Jak widać element PCB z BL pięknie nadaje się do odcięcia, trzyma się tylko na 2 sygnałowych optoizolatorach oraz transformatorach, ale one chyba tylko zasilają logikę, prowadzi tam taka drabinka rezystorów że prądy są raczej mikroskopijne.

    No chyba że ktoś ma doświadczenia z przeprogramowaniem tego tworu, lub chociaż pobraniem danych z rs485 (i co on oferuje, czy tylko policzone kWh czy też aktualny prąd/napięcia.)
  • #4
    CosteC
    Level 35  
    TechEkspert wrote:
    Dajcie znać jeżeli wiecie dlaczego zostały wykorzystane aż dwa mikrokontrolery.

    Podejrzewam, że z przyczyn legalno-konstrukcyjnych. Firmware samego licznika energii jest nie-modyfikowalny. Rozsądny wymóg prawny. Drugi mikroprocesor umożliwia dostosowanie projektu pod klienta i aplikacje.
  • e-mierniki
  • #5
    TechEkspert
    Editor
    @chemik16 dzięki, poprawiłem oznaczenia RS-485,
    zaskoczyły mnie 3 transformatory w liczniku trójfazowym.

    @andrzej123456 dobre pytanie, może pole magnetyczne uznawane jest za próby manipulacji przy liczniku?

    @costec bardzo możliwe, raz napisany i certyfikowany a drugi mikrokontroler jest nakładką/api na komunikację.
  • #6
    DJ_KLIMA
    Level 18  
    Tak, miałem to z odblokowanym rsem, i faktycznie jak się rąbłem w pętli i zamiast co 10sek, to czytałem a raczej próbowałem czytać co 10 ms! Było widać jak dioda licząca po prostu nie migała lub sporadycznie, pewnie soft miał większy prio na komunikacje, połapali się i wyłączyli. A ja tam i tak własne rozwiązanie dałem.
  • #7
    chemik_16
    Level 25  
    TechEkspert wrote:
    zaskoczyły mnie 3 transformatory w liczniku trójfazowym.

    w końcu można podłączyć tylko 2 lub 3 faze i nadal powinno działać ;)
  • #8
    CosteC
    Level 35  
    TechEkspert wrote:
    Mając w pamięci wygląd wnętrza multimetrów CAT III spodziewałem się większej ilości zabezpieczeń wewnątrz urządzenia na stałe podłączonego do sieci energetycznej.


    1) za dużo Dave Jones'a...
    2) zabezpieczyć kanały prądowe i napięciowe jest łatwo. Robiłem na CAT IV - nie jest to skomplikowane.
    3) zabezpieczyć wejście miernika rezystancji albo pojemności jest trudno. Ale tu to nie problem.
  • #9
    piotrek0207
    Level 20  
    W przychodni do której czasami uczęszczam do tej pory działa licznik indukcyjny PAFAL rocznik 57 :)
  • #10
    jarux
    Level 12  
    TechEkspert wrote:

    @andrzej123456 dobre pytanie, może pole magnetyczne uznawane jest za próby manipulacji przy liczniku?

    Dokładnie tak. Nadal jest wymagane żeby licznik sygnalizował w logach i na ekranie zadziałanie silnym polem magnetyczym.

    TechEkspert wrote:

    @costec bardzo możliwe, raz napisany i certyfikowany a drugi mikrokontroler jest nakładką/api na komunikację.

    Dokładnie tak jest. Jeden mikroprocesor odpowiada za zliczanie energii jak i wszelkie operacje z tym związane i na nim jest wgrany FW metrologiczny, a drugi zarządza całą resztą licznika (Wyświetlacz, przyciski, komunikacja, zarządzanie elementem wykonawczym o ile licznik jest w takowy wyposażony) i na nim jest wgrany FW funkcjonalny.

    Co do komunikacji to zazwyczaj RS485 jest zablokowany, i wymagane jest odblokowanie go z poziomu oprogramowania. Druga opcja, to to, że licznik wystawia na złączu RS protokół nie DLMS, a IEC który wymaga zupełnie innych ramek.
  • #11
    CosteC
    Level 35  
    jarux wrote:
    TechEkspert wrote:
    @costec bardzo możliwe, raz napisany i certyfikowany a drugi mikrokontroler jest nakładką/api na komunikację.

    Dokładnie tak jest. Jeden mikroprocesor odpowiada za zliczanie energii jak i wszelkie operacje z tym związane i na nim jest wgrany FW metrologiczny, a drugi zarządza całą resztą licznika (Wyświetlacz, przyciski, komunikacja, zarządzanie elementem wykonawczym o ile licznik jest w takowy wyposażony) i na nim jest wgrany FW funkcjonalny.

    Wiem :) pracowałem z ciepłomierzami przemysłowymi. Fajny był przepływomierz na fi 1000. :)

    Co do transformatorów: 3 identyczne to modularyzacja i prostota. Moc zasilacza jest poniżej 2 W jak sądzę, SMPS raczej się nie opłaci, ani pod kątem ceny ani sprawności.
  • #12
    chemik_16
    Level 25  
    To trzymajcie jeszcze te 3 trafa bo się widzę spodobały :) i boczniki, wtopione w kostki

    Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL
    mają kilka odczepów ;)

    przewody od bocznika "skrosowane" na kółku, nie wiem co to może być za filtr ;p
  • #13
    jarux
    Level 12  
    Jeżeli chodzi o zasilanie elektroniki liczników to nowsze konstrukcje są oparte na przetwornicach. Podstawowy plus to znacznie większa tolerancja na napięcie zasilania - jak testowałem to schodzą nawet grubo poniżej 100V.
  • #15
    kris8888
    Level 35  
    andrzej123456 wrote:
    jeśli pomiar prądu odbywa się na boczniku to dlaczego tak boją się magnesów ??

    Też mnie to zastanawia i ciekaw jestem czy ktoś jeszcze manipuluje magnesem neodymowym przy tego typu licznikach skoro to i tak nic nie daje.
    Tym bardziej że prawdopodobnie istnieją też inne sposoby które pozwalają "ubić" lub zakłócić działanie takiego licznika bez konieczności jego otwierania.
  • #16
    CosteC
    Level 35  
    TechEkspert wrote:
    Jest to napewno optymalizacja kosztu i rozmiaru, pytanie jak z niezawodnością?

    Zależnie od jakości projektu i temperatury pracy... Jak zwykle.
    Moje konstrukcje działają w polu ponad 10 lat, w gorętszym otoczeniu niż standardowy licznik, są wyższej mocy, ale kosztują niestandardowo. Biorąc pod uwagę małą moc, dosyć chłodne warunki pracy, dosyć słabe wymagania na zakres napięć to jeśli nie oszczędzono na kondensatorach elektrolitycznych to może to działać 10+ lat, czyli dłużej niż okres legalizacyjny.
  • #17
    ken-wawa
    Level 12  
    piotrek0207 wrote:
    W przychodni do której czasami uczęszczam do tej pory działa licznik indukcyjny PAFAL rocznik 57 :)


    To nie powinien być dawno wymieniony?

    Jakie są w ogóle przepisy, co do wymiany liczników? Co ile lat powinny? I czy brak wymiany obciąża klienta czy zakład energetyczny?
  • #18
    jarux
    Level 12  
    TechEkspert wrote:
    Jest to napewno optymalizacja kosztu i rozmiaru, pytanie jak z niezawodnością?

    Z tego co widzę to szybciej padnie licznik z powodu przepięcia niż padnie przetwornica sama z siebie.
  • #20
    jarux
    Level 12  
    CosteC wrote:
    jarux wrote:
    Z tego co widzę to szybciej padnie licznik z powodu przepięcia niż padnie przetwornica sama z siebie.

    Z czego wnosisz?

    Z dotychczasowej awaryjności liczników z zasilaniem opartym na przetwornicy oraz rozmów z monterami.
  • #21
    kris8888
    Level 35  
    ken-wawa wrote:
    piotrek0207 wrote:
    W przychodni do której czasami uczęszczam do tej pory działa licznik indukcyjny PAFAL rocznik 57 :)


    To nie powinien być dawno wymieniony?

    Jakie są w ogóle przepisy, co do wymiany liczników? Co ile lat powinny? I czy brak wymiany obciąża klienta czy zakład energetyczny?

    Raczej zakład energetyczny jest w plecy bo w tak starym liczniku mogą być większe opory na łożyskach i przekładni.
    Choć mógł się też rozmagnesować hamulec i wtedy klient traci.
    W tym przypadku jak widać ani jednej ani drugiej stronie jakoś nie zależy na wymianie. A może jest to tylko jakiś stary, zapomniany i niepotrzebny podlicznik a licznik główny jest już dawno wymieniony na elektroniczny.
  • #22
    CosteC
    Level 35  
    jarux wrote:
    CosteC wrote:
    jarux wrote:
    Z tego co widzę to szybciej padnie licznik z powodu przepięcia niż padnie przetwornica sama z siebie.

    Z czego wnosisz?

    Z dotychczasowej awaryjności liczników z zasilaniem opartym na przetwornicy oraz rozmów z monterami.

    Brzmi raczej anegdotycznie, a monterzy raczej nie słyną z wnikliwej analizy przyczyn awarii... Liczniki są certyfikowane na CAT III minimum, a jako urządzenia nie dość, że popularne, to jeszcze podlegają ostrzejszej certyfikacji niż CE na pralkę.
    Z drugiej strony w krainie kartonu uwierzę we wszystko.
  • #23
    Mierzejewski46
    Level 35  
    Analogowe wymienia się co 16 lat
    Elektroniczne co 10.
  • #24
    TechEkspert
    Editor
    Elektroniczne mają być sprawdzane na miejscu u odbiorcy, ma zostać podłączone spore obciążenie (~10kW) i o ile przewody i zabezpieczenie przedlicznikowe na to pozwoli test potrwa minutę, jeżeli wskazanie będzie prawidłowe to stan licznika zostanie cofnięty.

    Interwały wymian są prawdopodobnie zależne od rejonu, np. kojarzę interwały 8 lat.

    Nowe liczniki mają już wbudowane radio i nie jest to GSM, jest to modem do komunikacji z kolektorem inkasenta, który przemieszcza się po okolicy podczas odczytów. Coś takiego było już kiedyś stosowane do liczników ciepła. Jakie częstotliwości i protokół, tego nie wiem.
  • #25
    kris8888
    Level 35  
    TechEkspert wrote:

    Bateria podtrzymująca pracę mikrokontrolera. Nietypowe ogniwo CR2354 - 560mA.

    Czy Twoim zdaniem ta bateria podtrzymuje pracę całego mikrokontrolera czy tylko układu zegara czasu rzeczywistego? O ile tam taki układ się znajduje. Ten licznik wyświetla aktualną datę i godzinę?
    Bo chyba same dane pomiarowe raczej nie są uzależnione od kondycji tej baterii (są przechowywane w EEPROM).
    Swoja drogą to ciekawe jak ta bateria znosi ekstremalnie wysokie i niskie temperatury w jakich może pracować ten licznik. Być może dlatego konieczna jest wymiana licznika co 10lat.
  • #26
    chemik_16
    Level 25  
    kris8888 wrote:
    TechEkspert wrote:

    Bateria podtrzymująca pracę mikrokontrolera. Nietypowe ogniwo CR2354 - 560mA.

    Czy Twoim zdaniem ta bateria podtrzymuje pracę całego mikrokontrolera czy tylko układu zegara czasu rzeczywistego? O ile tam taki układ się znajduje. Ten licznik wyświetla aktualną datę i godzinę?
    Bo chyba same dane pomiarowe raczej nie są uzależnione od kondycji tej baterii (są przechowywane w EEPROM).
    Swoja drogą to ciekawe jak ta bateria znosi ekstremalnie wysokie i niskie temperatury w jakich może pracować ten licznik. Być może dlatego konieczna jest wymiana licznika co 10lat.


    w moim normalnie można używać i przeklikiwać się po menu (phic, cale 2 ekrany) bez podłączania faz.
  • #27
    CosteC
    Level 35  
    kris8888 wrote:
    Bo chyba same dane pomiarowe raczej nie są uzależnione od kondycji tej baterii (są przechowywane w EEPROM).
    Swoja drogą to ciekawe jak ta bateria znosi ekstremalnie wysokie i niskie temperatury w jakich może pracować ten licznik. Być może dlatego konieczna jest wymiana licznika co 10lat

    Stanu licznika nie da się skasować wyciągając baterię, natomiast powodów do wymiany co 10 lat jest wiele:
    Baterie mają czas życia w tym prąd samorozładowania. A bez baterii nie wiadomo czy ktoś nie dłubał w liczniku.
    EEPROM składujący dane ma też swoją żywotność - można go zajechać operacjami zapisu, a ich ilość jest łatwo przewidywalna ( i zapewne prawnie usankcjonowana).
    Kalibracja też nie jest wieczna. A stworzenie urządzenia które nie wymaga kalibracji przez 10 lat jest dosyć imponujące.
  • #28
    kris8888
    Level 35  
    CosteC wrote:

    EEPROM składujący dane ma też swoją żywotność - można go zajechać operacjami zapisu, a ich ilość jest łatwo przewidywalna ( i zapewne prawnie usankcjonowana).

    Datasheet pamięci podaje ponad 4 miliony operacji zapisu i ponad 200 lat podtrzymania zapisanych danych. Pytanie czy to dużo? Pewnie zależy jak często zapisywane są dane do pamięci EEPROM. Dane są prawdopodobnie na bieżąco zbierane w RAM mikrokontrolera i tylko co stały interwał czasu następuje zapis do EEPROM. Żeby nie zajechać pamięci przez 10 lat zapis do EEPROM musiałby być nie częściej niż co około minutę.
    Chyba EEPROM nie jest tu kluczowym czynnikiem wpływającym na okres wymiany licznika.
    Są przecież ponad 20 letnie samochody z elektronicznymi licznikami przebiegu oraz pamięciami EEPROM i nadal prawidłowo rejestrują przebieg samochodu.
  • #29
    szym86
    Level 11  
    Jak byście zbudowali licznik który pozwoliłby określić które urządzenia w są włączone? Mam na myśli np. bardzo szybkie próbkowanie żeby AI mogło wyróżnić na sinusoidzie specyficzny "odcisk palca" każdego z urządzeń? Urządzenia się inaczej zachowują np. przy starcie.
    Czy znacie jakiś czip licznikowy na tyle szybki? Dzięki.
  • #30
    CosteC
    Level 35  
    szym86 wrote:
    czip licznikowy na tyle szybki?

    Weź DSP jakieś, dodaj chip AI albo inną sztuczna głupotę i ucz :) tylko czy to najlepsza metoda? W dodatku czajnik 2 kW ma taki sam charakter mocy pobieranej jak grzejnik 2 kW. Odkurzacz od PC rozróżniasz ale z niektórymi urządzeniami będzie trudno.