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1、CPU卡表工作原理及制作流程卡表工作原理及制作流程SHENZHEN STAR INSTRUMENT CO., LTD. szstarF.Zha主要内容1、CPU卡表的简介以及样机制作过程中的相关问题；2、CPU卡表及部分功能电路工作原理介绍；3、CPU卡表制作依据的各类标准；4、样机制作规程；5、样机的硬件性能测试；6、CPU卡表的卡及功能测试；7、CPU卡表测试过程中出现的各类Error及相应的处理方法；8、CPU卡表测试过程中出现的各类故障及处理方法；DDSYF23D-AZ01电能表 DDSYF23D-AZ01电能表单表箱DTSYF32D三相CPU电能表 DDSYF23D-AZ01电能表十
2、用户表箱DDSYF23DDSYF23型电能表的原理框图型电能表的原理框图型电能表的原理框图型电能表的原理框图DDSYF23D-AZ01卡表原理图1.1.电压差稳压电路电压差稳压电路: :主要是给卡座电路提供电源3.EEPROM3.EEPROM电路电路: :以文件的形式存储数据和密钥,条件满足的情况下允许读写和更改；具体在电度表中存储.购电数据和运行的各种密钥、重要设置参数.2.2.卡座电路卡座电路: :主要是用于插卡.4.4.温度检测电路温度检测电路: :检测电表温度给时钟电路提供补偿.6.EASM6.EASM电路电路: :存储数据和工作密钥,当条件满足时,可以修改. 5.5.时钟电路时钟电路
3、: :其工作频率是32.768KHZ,作为表的时钟.采用VDD和电池供电. 7.7.有源晶振电路有源晶振电路: :提供一个4M的方波,作为ESAM和卡的工作频率.9.9.背光电路背光电路: :给液晶提供光源,为两路有效任一路有效,背光均亮.8.8.双输入与门电路双输入与门电路: :给卡座和ESAMESAM模块提供电源.电能表执行主要标准电能表执行主要标准IEC62053-11测量设备IEC62053-21静止式有功电能表特殊要求（1和2级）IEC62056-21直接本地数据交换ISO7816接触式IC卡系列标准GB/T17215-2019中国国家标准GB/T18460-2019中国国家标准GB
4、/T18460.1-2019国家标准GB/T18460.2-2019国家标准GB/T18460.3-2019国家标准样机制作过程中产生的样机资料1.申请OA及其它涉及OA;2.BOM单（物料清单）; 3.测试报告(随机单、测试报告、客户要求测试报告) ;4.产品说明书;5.技术差异表; 6.参数表; 7.打样图纸;样机制作的流程1.收到样机申请OA及其它涉及OA。- 即时保存,产生申请OA及其它涉及OA,由样机负责人负责整理，并交给文员。2.定方案。- 产生 a.技术差异表; b.参数表。技术差异表、电表产品功能参数汇总表由样机负责人整理。 3.整理BOM单。由样机负责人负责整理。4.配料、打
5、样。- 申请料号,产生打样图纸。由样机负责人负责整理，并报给物料员。 5.样机制作。- 产生BOM单。由样机负责人跟踪，根据焊接组反馈的焊接信息,进行整理。6.样机测试。- 产生a.测试报告;b.随机单; c.产品说明书。 由样机负责人整理。7.样机的打包及审查前的准备。-产生装机差异表,由结构负责人负责结构部分 。8.样机审查。DDSYF23D的硬件测试表的硬件测试主要分为: 准确度试验准确度试验 仪器常数试验,起动状态试验,潜动试验,影响量试验 电气性能测试电气性能测试 功率消耗试验,电源电压影响量试验 电磁兼容电磁兼容(EMC)(EMC)试验试验 快速瞬变脉冲试验,高频电磁场抗扰度试验,
6、静电放电抗扰度试验,浪涌试验 气候影响试验气候影响试验 高温试验,低温试验 绝缘性能试验绝缘性能试验 脉冲电压试验,交流电压试验 机械性能试验机械性能试验准确度试验准确度试验 仪器常数试验仪器常数试验 常数:表示仪表记录的有功电能与相应的测试输出值之间的关系的值.也是每千瓦时的脉冲(imp/kWh)或者是每一脉冲的瓦时数(Wh/imp).我们测试一般是用测试工装,在相应的脉冲数上以0.01为基本单位来变化. 起动试验起动试验 起动的目的是检测表在低电流的时候是否可以正常计量. 起动的标准是:按照国标,分1级表和2级表的，接人方式:直接接人,经电流互感器接人,其电流分别是,0.004Ib,0.0
7、05Ib;0.002Ib,0.003Ib. 潜动试验潜动试验 潜动的目的是在检测表在无电流的时候不能计量. 当施加电压而电流线路无电流时,仪表检测输出不应产生多于一个脉冲.在测试时间t,我们在测试一般是测试时间为13小时,电压为1.15Un. 影响量试验影响量试验 影响量在此处为电压和频率影响测试. 电压影响:电压分别为1.1Un,和0.9Un. 频率影响:频率分别为2 注意:在我们测试电压为20%,频率为5%.其改变量小于0.3.电气性能测试电气性能测试 功率消耗试验功率消耗试验 测试目的是检测表在工作时自身的损耗. 功率消耗试验分为电压回路功耗和电流回路功耗.在电压回路时,功耗分为有功功耗
8、和视在功耗.对于1极表和2级表的而言,都是2W,10VA.在电流回路时,只有视在功耗,对于对于1极表和2级表的而言,分别是4.0VA,2.5VA.值得注意的是在此处单相表和多相表是一致的. 电源电压影响量试验电源电压影响量试验 电表的电压有规定工作范围和极限工作范围,分别是从0.9Un到1.1Un.和从0.0Un到1.15Un. 电压降落和短时中断测试,电压线路和辅助线路接参电压,电流线路为电流.电压中断为Un.中断时间为1S.在我们的测试中是通过工装,通2S和断10S.测试时间一般为10个小时.判断标准为不改变电表数据,其改变量应小于. 电磁兼容电磁兼容(EMC)(EMC)试验试验 快速瞬变
9、脉冲试验快速瞬变脉冲试验 脉冲:脱离初始电平并限定持续时间,最终回到初始电平的电波. 快速瞬变脉冲试验:测试目的为,电网在出现尖峰电压时对电表的影响. 测试方式:电流线路中无电流,电流端开路.电压线路和辅助线路加参比电压.电流和电压线路的试验电压:4KV(目前我们测试为4.3KV).试验时间:60S.在群脉冲作用下,计度器不应产生大于10陪xkWh的变化,测试输出也不应产生大于10陪xkWh的信号量,且仪表连续准确的工作. 静电放电抗扰度试验静电放电抗扰度试验 静电放电分为空气放电;接触放电;耦合放电三种 接触放电: 试验电压:8KV(目前我们测试为9KV)放电次数:10(每一极性)空气放电电
10、压为15KV(目前我们测试为18KV).仪表为非工作条件:电压线路,电流线路和辅助线路不通电;所以电压端及辅助接线端连接在一起,电流端应开路.仪表为工作条件:电压和辅助线路加参比电压;电流线路中无电流,电流端应开路.静电作用后不应产生大于xkWh变化,并且满足准确度要求. 浪涌抗扰度试验浪涌抗扰度试验 仪表在工作状态： 电压线路和辅助线路通以参比电压； 电流线路中无电流，电流端应开路； 浪涌发生器和仪表之间的电缆长度：1m； 以差模方式进行试验(线对线)试验； 相位角：在相对于交流电源的零点60和240时施加浪涌信号. 电流线路和电压线路（干线）的试验电压：4kV(目前我们测试电压为4.3KV
11、)发生器电源阻抗：2； 在参比电压超过40V的辅助线路试验电压：1kV，发生器电源阻抗：42。 试验次数：正极性5次负极性5次 气候影响试验气候影响试验 高温试验高温试验 仪表为非工作状态;温度:+702;试验时间:72h; 低温试验低温试验 仪表为非工作状态; 温度:-253对户内表; -403对户外表; 试验时间: 72h对户内表; 16h对户外表; 交变湿热试验交变湿热试验 电压线路和辅助线路接参比电压;电流线路无电流; 上限温度:+402适于户内仪表; +552适于户外仪表;不采取特殊措施来排除表面潮气 试验时间:6h在终止后24h仪表应该进行绝缘试验,其中脉冲电压因数为0.8;功能试
12、验:仪表不能出现损坏或信息变化,并能准确工作,目测不能出现影响仪表的腐蚀痕迹. 绝缘性能试验绝缘性能试验 脉冲电压试验脉冲电压试验 分个线路和各线路之间的脉冲电压试验;线路对地的脉冲电压试验.不能产生闪络,火花放电和击穿现象. 试验按下列条件进行; 电压上升时间: 30%;电压下降时间: 20%; 试验电压: 6.0KV(目前我们测试 6.8KV) 每次试验应以一种极性施加10次脉冲电压,然后以另一种极性重复试验.脉冲之间的时间间隔最少为3S. 交流电压试验交流电压试验 试验电压近似正弦波,频率在45HZ和65HZ之间,施加1min.试验中不应该出现闪络,火花放电和击穿现象. 在对地电压试验中
13、，参比电压等于或低于40V的辅助线路应接地. 分1类防护表和2类防护表,在强电端子和地之间施加的电压分别是2KV和4KV,(目前我们测试为2.5KV和4.3KV)在工作中不接连的各线路之间施加电压都为2KV(目前我们测试为2.5KV) CPU预付费卡表的电价计算模式1、电量结算模式A02、金额多费率结算模式B0H3、电量复费率结算模式C0H4、阶梯电价模式D0H（阶梯式电价Multistep electricity price ）阶梯式电价是阶梯式递增电价或阶梯式累进电价的简称，也称为阶梯电价，是指把户均用电量设置为若干个阶梯分段或分档次定价计算费用。 阶梯式电价的具体内容是：第一阶梯为基数电
14、量，此阶梯内电量较少，电价也较低；第二阶梯电量较高，电价也较高一些； 第三阶梯电量更多，电价更高。电价设置表CPU卡表功能测试另外所需准备的工具及软件1、读卡器2、CPU卡（包括用户卡、检测卡、清零卡、生产电量卡、生产设置卡、经过主密钥系统发行的PSAM卡、修改主密钥卡）3、软件（包括密钥管理系统软件、IC卡售电软件、CPU卡调试工具软件、CPU卡表数据通信软件）可以向文控申请发放。4、掌上电脑DDSYF23D的功能测试一一.卡测试卡测试.生产的成品表在测试前,检测表的好坏.此时需要用卡来测试,其中需要注意的是测试卡,测试电量卡,出厂设置卡的前提是出厂设置卡. 1.1.测试卡测试卡/ /清零卡
15、测试清零卡测试:在插入测试卡时，不按下设置开关，电表进入自检测状态，依次显示为：“com”通信一直都有，继电器动作，LCD全显示，电表日期时间，蜂鸣器，脉冲常数，表结算模式，最后显示为”OK“。当按下设置开关时,表清零操作. 2.测试电量卡测试电量卡: :插入测试电量卡后,购电量.可以查看表的剩余金额.用于表的基本误差测试. 3.3.测试出厂设置卡测试出厂设置卡: :修改表的设置参数,比如:表地址. 4.4.修改主密钥卡修改主密钥卡: :表在出厂后,客户做相应的修改.主要作用就是修改表的密钥匙系统.此时表进入开户状态,表中有剩余金额. 电能表经过上面的操作后电能表经过上面的操作后, ,就可以投
16、入使用就可以投入使用, , 进入功能验证进入功能验证. . 密钥管理系统IC卡用电营业系统CPU卡调试工具生产测试卡生产电量卡出厂设置卡用户卡电价设置表IC卡售电二二. .计量功能测试计量功能测试1.计量表的总有功电量计量.2.计量每个月有功电量计量.3.计量结算月的用电金额.4.计量结算月的最大需量及其发生的日时.5.需量的计算方式:滑差式和周期式,滑差式需量的滑差窗口时间可编程设定为1/2/3/5/6/12min（需量周期应为滑差窗口的整数倍且小于等于15）周期式需量可编程为15,30,60min. 注意注意: :理解滑差式和周期式的概念理解滑差式和周期式的概念. .三三. .负荷功能测试
17、负荷功能测试 1.1.负荷门限负荷门限: :当电表检测到当前需量和当前实时功率均大于等于用户用电负荷门限时启动超负荷报警,若报警状态持续5min时,电表将断开用户负荷.并将电表内的实际超负荷断电计数器加1,同时启动超负荷断电报警（若在启动报警后，在5min里表检测到当前需量实时功率小于负荷门限，报警自动取消。若表中实际断电次数小于或等于超负荷断电次数时.插卡或按健可恢复用电.若表中实际断电次数大于超负荷断电次数时,需要到电力部门办理相关业务. 2.赊欠负荷门限赊欠负荷门限: :该功能测试的前提是表有赊欠功能,并且正在使用赊欠金额.测试现象同负荷门限. 注意注意: :在断电报警时在断电报警时,
18、,表上显示的为断电前的实时功率表上显示的为断电前的实时功率, ,保持不变保持不变, ,可可以设置不同的负荷门限来测试以设置不同的负荷门限来测试. .在测试赊欠负荷门限时在测试赊欠负荷门限时. .可以设置与负可以设置与负荷门限设置一致和不一致来测试荷门限设置一致和不一致来测试. .四四. .阶梯电价和年时区测试阶梯电价和年时区测试 在每个结算月,根据当月当前用电量处于3个梯级电量阶段中的不同阶段,电表可按不同的电价进行用电金额计算,以实现限制用电或鼓劲用电的目的.1.若当月当前电量小于梯级电量1(E1),则执行电价0(P0),在月用电量小于E1时,查余额按电价P0/0.01Kwh递减. 2.当月
19、当前用电量大于等于梯级电量1(E1)小于电量2(E2),则电价1(P1),在月用电量大于E1小于E2时,查余额按电价P1/0.01Kwh递减. 3.当月当前用电量大于等于梯级电量2(E2)小于电量3(E3),则电价2(P2),在月用电量大于E2小于E3时,查余额按电价P2/0.01Kwh递减. 4.若当月当前用电量大于梯级电量3(E3),则执行电价3(P3),在月用电量大于E3时,查余额按电价P3/0.01Kwh递减 年时区：年时区：电表可编程设定4个时区,并指定每个时区所用的阶梯电量电价表(一年只能运行四套电价) .电表可编程设定4套电量电价表,每套电量电价表指定了3个梯级电量阶段和每个电量
20、阶段所对应的用电单价(0.01Kwh对应的单价),即E1,E2,E3,P0,P1,P2,P3共有四套电价表,均能设置.(包括夏令时转换功能测试)五五. .预付费功能测试预付费功能测试 1.1.开户开户: :通过密钥系统发卡后,在售电系统中正常开户. 2. 2.购电购电, ,装电装电: :用户卡购电,读取卡中的购电金额,装表,查看表中的金额剩余金额的增加量. 3. 3.防囤积功能防囤积功能: :设置防囤积值,本次购电金额加剩余金额大于囤积值时,装表时有cd-Err08提示,本次装电失败. 4. 4.透支功能透支功能: :其前提是表有该项功能,当剩余金额为0，使用透支金额继续供电,直到透支金额用完
21、时,断电.表内有相应的过零金额,透支金额记录，正在使用透支金额时,读取状态显示为透支和过零状态。（透支门限设置为0时表不具备此相功能). 5. 5.赊欠功能赊欠功能: :其前提是表有该项功能,当剩余金额,透支金额使用完后,在符合赊欠用电的状态下,开始使用赊欠金额,继续供电.此时分为三种情况:不允许断电的时间; 不允许断电的日期; 不允许断电的周休日. 6. 6.月基本用电金额月基本用电金额: :自然月转存,若当月用电金额小于月基本用电金额时，剩余金额有扣除月基本用电金额。大于以实际用电金额。当剩余金额不足扣除月基本用电截额时，扣到0为此，不影响到透支金额和赊欠金额。（月基本用电金额为0时不扣除
22、。) 7.7.自动转存日自动转存日: :可以编程设置自动存转日时的日期为1-28日 8.8.剩余金额报警剩余金额报警: : 剩余金额预报警:当剩余金额等于预报警值时,表有剩余金额预报 警提示(报警指示灯闪烁,声光报警),按键可取消报警. 剩余金额断电报警:设定断电报警值,剩余金额等于断电报警值时,断电并有断电报警提示(报警指示灯常亮,声光报警),按键可恢复供电. 注意注意: : 购电装表后购电装表后, ,第一次按健第一次按健, ,显示为显示为 “bb+ “bb+购电电量购电电量”.”. 声音报警声音报警: :设定声音报警时间长短设定声音报警时间长短, ,（0-990-99）在有报警条件时）在有
23、报警条件时, ,声声音报警音报警, ,达到设定的报警时间时达到设定的报警时间时, ,自动取消自动取消, ,设为零时设为零时, ,无声音报警无声音报警. .六六. .事件记录功能事件记录功能 1.1.窃电记录窃电记录: :当有窃电行为发生时，该行为持续1min以上时，就会自动记录窃电时间，表上显示“STL”闪烁.有该行为后,表不能正常购电,需要做相关处理. 2. 2.校时记录校时记录: :用红外头和TP800较时,表中有相应的校时次数,时间前后记录.有最近5次的较时记录. 3. 3.反向记录反向记录: :反向用电按正向用电进行计量到总有功用电量和每个结算月的有功用电量，并且单独计量反向用电量.
24、N N路反向路反向: :状态为非反向，不单独计量反向电量，表上“STL”闪烁。正常计量当月用电电量. L L路反向路反向: :状态为反向，单独计量反向电量，表上“STL”闪烁。正常计量当月用电电量. N,LN,L路反向路反向: :状态为反向，单独计量反向电量，表上“STL”常显。正常计量当月用电电量.七七. .检测卡测试检测卡测试 1.1.检测检测- -抄表卡抄表卡: :抄表成功显示rd-nnn,nnn表示抄表数，若表被抄过显示“OK”同时有报警提示.若电表中自上次抄表后的新的窃电行为发生过,则电表液晶屏闪烁,急促声音报警持续30s,以提醒抄表人员注意,按键可消除闪烁和急促声音报警. 2. 2
25、.检测检测- -换表卡换表卡: :换出的文件必须为空文件,无窃电行为,在操作时,必须按下设置开关,换表成功后,插入用户卡退出换表状态.若表自上次抄表后有新的窃电行为,不能进行换表操作. 3. 3.检测检测- -设置卡设置卡: :当版本号高于表中版本号时，可以置换表中的参数文件.八八. .红外通信和数据显示功能测试红外通信和数据显示功能测试 1.1.红外通信红外通信: :较时,读取数据. 2. 2.数据项显示数据项显示: :显示时间为可编程范围在399S,显示数据项小于等于30项.对于超过8位显示时,自动分两行来显示. 3. 3.剩余金额显示条棒剩余金额显示条棒: :以10单位币为单位,电量棒有
26、依次增加,剩余金额大于等于90后全部显示 九九. .电表显示提示信息电表显示提示信息 ErrEEPErrEEP：EEPROM EEPROM 错误错误 ErrESA ErrESA： ESAM ESAM 错误错误 NULL NULL：当前显示内容为空当前显示内容为空 Err_c Err_c：串行通信错误串行通信错误 cd_Err01 cd_Err01：非非CPUCPU卡卡 cd_Err02 cd_Err02：CPUCPU卡中数据错误卡中数据错误 cd_Err03 cd_Err03：密钥认证错误密钥认证错误 cd_Err04 cd_Err04：预付费结算模式不匹配预付费结算模式不匹配 cd_Err0
27、5 cd_Err05：已开户已开户/ /未开户未开户/ /已换表已换表 错误错误 cd_Err06 cd_Err06：用户用户IDID号不匹配号不匹配 cd_Err07 cd_Err07：购电购电/ /装电次数不匹配装电次数不匹配 cd_Err08cd_Err08：囤积电量超限：囤积电量超限/ /不记名卡累计购电量超限不记名卡累计购电量超限 cd_Err09 cd_Err09：ESAMESAM操作过程中数据错误操作过程中数据错误 cd_Err10 cd_Err10：CPUCPU卡相关文件非空错误卡相关文件非空错误/ /换表时有没被抄表的窃电数换表时有没被抄表的窃电数 cd_Err11cd_Er
28、r11： 不记名购电卡已过有效日期不记名购电卡已过有效日期/ /电能表变比不为电能表变比不为1 1 cd_Err12 cd_Err12： 实际抄表数已满实际抄表数已满/ /允许抄表数错误允许抄表数错误 OK OK： CPU CPU卡操作成功完成卡操作成功完成 OK OK ：用检测卡修改表参数操作成功完成用检测卡修改表参数操作成功完成 rd_nnn rd_nnn： 抄表操作成功完成，实际已抄表数为抄表操作成功完成，实际已抄表数为nnnnnn OK OK ：抄表操作时该电能表已被抄过抄表操作时该电能表已被抄过 常见问题及处理方法 液晶显示不全或无显示液晶显示不全或无显示 液晶无显示,主要原因在于电
29、压,检测点: 1.电源电压; 2.液晶电压; 3.电压差稳压器的输出电压. 液晶显示不全,检测点: 1.液晶是否正确安装和导电胶条安装. 2.MCU输出是否有虚焊. 脉冲信号脉冲信号 能计量无脉冲检测点 1.脉冲灯和报警灯电路. 不能计量无脉冲检测点 1.修调网络电路. 2.计量芯片电路. 脉冲过快或过慢检测点 1.修调网络. 2.计量芯片的下地电阻. “STL” “STL”闪烁的检测闪烁的检测 “STL”在非反向和窃电时出现检测点 1.互感器接线. 2.MCU相关电路和光耦电路. 3.计量芯片19脚和21脚的输出. 4.电能表是否修调 无无“com”“com”显示显示 在通信时无“com”显示,但是有OK出现检测点 1.检查液晶在全显时,是否缺少com. 2.检测红外接收,发射电路. 3.检测MCUI/O电路. 在通信时无“com”显示,也没有OK出现检测点 1.检测卡座电路. 2.电压差稳压电路 3.有源晶振电路 4.双输入电路 继电器异常继电器异常 1.继电器电路 2.相关电路的二极管和光耦 显示显示ErrESAErrESA和和0303、0909错误错误 1.ESAM电路 2.有源晶振电路. 3.双输入与门电路. 4.ESAM的好坏. 显示显示ErrEEPErrEEP错误错误 1.EEPROM电路 2.MCU输入连接电路谢 谢！
