ตามหลักการออกแบบการทำงานของมิเตอร์วัดพลังงาน สามารถแบ่งออกได้เป็น 8 โมดูลหลัก ได้แก่ โมดูลพลังงาน โมดูลแสดงผล โมดูลจัดเก็บข้อมูล โมดูลสุ่มตัวอย่าง โมดูลวัด โมดูลสื่อสาร โมดูลควบคุม และโมดูลประมวลผล MCU แต่ละโมดูลทำหน้าที่ของตนเอง โดยใช้โมดูลประมวลผล MCU เพื่อการทำงานร่วมกันและการประสานงานอย่างเป็นหนึ่งเดียว
1. โมดูลกำลังของมิเตอร์วัดพลังงาน
โมดูลจ่ายไฟของมิเตอร์วัดไฟเป็นศูนย์กลางพลังงานสำหรับการทำงานปกติของมิเตอร์วัดไฟ หน้าที่หลักของโมดูลจ่ายไฟคือการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) 220V ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) 12V/5V/3.3V ซึ่งเป็นแหล่งจ่ายไฟสำหรับการทำงานของชิปและอุปกรณ์ในโมดูลอื่นๆ ของมิเตอร์วัดไฟ โดยทั่วไปแล้ว โมดูลจ่ายไฟมี 3 ประเภท ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้า วงจรลดแรงดันแบบตัวต้านทาน-ตัวเก็บประจุ และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
ประเภทหม้อแปลง: แหล่งจ่ายไฟ AC 220 โวลต์จะถูกแปลงเป็น AC 12 โวลต์ผ่านหม้อแปลง เพื่อให้ได้ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการด้วยกระบวนการเรียงกระแส ลดแรงดัน และปรับแรงดัน ใช้พลังงานต่ำ มีเสถียรภาพสูง และทนต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี
วงจรลดแรงดันไฟแบบความต้านทาน-ตัวเก็บประจุ เป็นวงจรที่ใช้ค่าความต้านทานเชิงคาปาซิทีฟที่เกิดจากตัวเก็บประจุภายใต้สัญญาณกระแสสลับความถี่หนึ่ง เพื่อจำกัดกระแสการทำงานสูงสุด มีขนาดเล็ก ราคาถูก ใช้พลังงานน้อย แต่สิ้นเปลืองพลังงานมาก
แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทำงานโดยใช้อุปกรณ์สวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์กำลัง (เช่น ทรานซิสเตอร์, ทรานซิสเตอร์ MOS, ไทริสเตอร์แบบควบคุมได้ ฯลฯ) ผ่านวงจรควบคุม เพื่อให้อุปกรณ์สวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์ "เปิด" และ "ปิด" เป็นระยะๆ ส่งผลให้เกิดการมอดูเลตแบบพัลส์ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ทำให้เกิดการแปลงแรงดันไฟฟ้าและสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกได้ รวมถึงมีฟังก์ชันการควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ ข้อเสียคือ กินไฟน้อย ขนาดเล็ก ช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง มีปัญหาเรื่องการรบกวนความถี่สูง และราคาสูง
ในการพัฒนาและออกแบบมิเตอร์วัดพลังงานนั้น จะต้องพิจารณาจากข้อกำหนดด้านฟังก์ชันการทำงานของผลิตภัณฑ์ ขนาดของตัวเครื่อง ข้อกำหนดด้านการควบคุมต้นทุน และข้อกำหนดด้านนโยบายระดับชาติและระดับภูมิภาค เพื่อกำหนดประเภทของแหล่งจ่ายไฟ
2. โมดูลแสดงผลมิเตอร์วัดพลังงาน
โมดูลแสดงผลมิเตอร์วัดพลังงานส่วนใหญ่ใช้สำหรับอ่านค่าการใช้พลังงาน และมีจอแสดงผลหลายประเภท ได้แก่ จอแสดงผลดิจิทัล จอแสดงผลแบบนับจำนวน และจอแสดงผลแบบธรรมดาจอ LCDจอ LCD แบบดอทเมทริกซ์, จอ LCD แบบสัมผัส ฯลฯ วิธีการแสดงผลสองแบบ คือ หลอดดิจิทัลและตัวนับ สามารถแสดงปริมาณการใช้ไฟฟ้าได้เพียงอย่างเดียวเท่านั้น ด้วยการพัฒนาของระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ทำให้มิเตอร์ไฟฟ้าหลายประเภทจำเป็นต้องแสดงข้อมูลพลังงานมากขึ้น หลอดดิจิทัลและตัวนับจึงไม่สามารถตอบสนองกระบวนการของมิเตอร์ไฟฟ้าอัจฉริยะได้ จอ LCD จึงเป็นโหมดการแสดงผลหลักในมิเตอร์ไฟฟ้าในปัจจุบัน ในการพัฒนาและการออกแบบจะเลือกใช้จอ LCD ประเภทต่างๆ ตามความซับซ้อนของเนื้อหาที่แสดง
3. โมดูลจัดเก็บมิเตอร์วัดพลังงาน
โมดูลจัดเก็บข้อมูลมิเตอร์วัดพลังงานใช้สำหรับจัดเก็บพารามิเตอร์ของมิเตอร์ ปริมาณไฟฟ้า และข้อมูลในอดีต อุปกรณ์หน่วยความจำที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ชิป EEP, เฟอร์โรอิเล็กทริก และชิปแฟลช ซึ่งชิปหน่วยความจำทั้งสามชนิดนี้มีการใช้งานที่แตกต่างกันในมิเตอร์วัดพลังงาน แฟลชเป็นหน่วยความจำแบบแฟลชชนิดหนึ่งที่ใช้จัดเก็บข้อมูลชั่วคราว ข้อมูลกราฟแสดงปริมาณการใช้ไฟฟ้า และแพ็คเกจการอัปเกรดซอฟต์แวร์
EEPROM คือหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่สามารถลบและเขียนโปรแกรมใหม่ได้ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถลบและเขียนโปรแกรมข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในนั้นได้ ไม่ว่าจะผ่านตัวอุปกรณ์เองหรือผ่านอุปกรณ์เฉพาะ ทำให้ EEPROM มีประโยชน์ในสถานการณ์ที่ต้องการแก้ไขและอัปเดตข้อมูลบ่อยครั้ง EEPROM สามารถจัดเก็บข้อมูลได้ถึง 1 ล้านครั้ง และใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูลด้านพลังงาน เช่น ปริมาณไฟฟ้าในมิเตอร์วัดพลังงาน ระยะเวลาการจัดเก็บข้อมูลสามารถตอบสนองความต้องการระยะเวลาการจัดเก็บข้อมูลของมิเตอร์วัดพลังงานตลอดอายุการใช้งาน และมีราคาต่ำ
ชิปเฟอร์โรอิเล็กทริกใช้คุณสมบัติของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกในการจัดเก็บข้อมูลและการประมวลผลเชิงตรรกะด้วยความเร็วสูง ใช้พลังงานต่ำ และมีความน่าเชื่อถือสูง สามารถจัดเก็บข้อมูลได้ถึง 1 พันล้านครั้ง และข้อมูลจะไม่สูญหายหลังจากไฟฟ้าดับ ทำให้ชิปเฟอร์โรอิเล็กทริกมีความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลสูง ความเร็วสูง และใช้พลังงานต่ำ ชิปเฟอร์โรอิเล็กทริกส่วนใหญ่ใช้ในมิเตอร์วัดพลังงานเพื่อจัดเก็บข้อมูลไฟฟ้าและข้อมูลพลังงานอื่นๆ แต่มีราคาสูง และใช้เฉพาะในผลิตภัณฑ์ที่ต้องการการจัดเก็บข้อมูลความถี่สูงเท่านั้น
4. โมดูลสุ่มตัวอย่างมิเตอร์วัดพลังงาน
โมดูลสุ่มตัวอย่างของมิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้ามีหน้าที่แปลงสัญญาณกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่และสัญญาณแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ให้เป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กและสัญญาณแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก เพื่อให้มิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าสามารถอ่านค่าได้ง่ายขึ้น อุปกรณ์สุ่มตัวอย่างกระแสไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ทางลัด, หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าโดยทั่วไปแล้ว การสุ่มตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น คอยล์ Roche เป็นต้น มักใช้การสุ่มตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าบางส่วนด้วยความต้านทานที่มีความแม่นยำสูง
5. โมดูลวัดมิเตอร์พลังงาน
หน้าที่หลักของโมดูลวัดมิเตอร์คือการรับค่ากระแสและแรงดันแบบอนาล็อก และแปลงค่าอนาล็อกเป็นดิจิทัล โดยสามารถแบ่งออกเป็นโมดูลวัดเฟสเดียวและโมดูลวัดสามเฟส
6. โมดูลสื่อสารมิเตอร์วัดพลังงาน
โมดูลการสื่อสารของมิเตอร์วัดพลังงานเป็นพื้นฐานของการส่งข้อมูลและการโต้ตอบข้อมูล เป็นพื้นฐานของข้อมูลโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ การจัดการทางวิทยาศาสตร์อย่างละเอียด และเป็นพื้นฐานของการพัฒนาอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ (IoT) เพื่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ ในอดีต โหมดการสื่อสารส่วนใหญ่มีเพียงอินฟราเรดและ RS485 แต่ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีการสื่อสารและเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ ทำให้ตัวเลือกโหมดการสื่อสารของมิเตอร์วัดพลังงานมีความหลากหลายมากขึ้น เช่น PLC, RF, RS485, LoRa, Zigbee, GPRS, NB-IoT เป็นต้น โดยจะเลือกโหมดการสื่อสารที่เหมาะสมกับความต้องการของตลาดตามสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันและข้อดีข้อเสียของแต่ละโหมด
7. โมดูลควบคุมมิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า
โมดูลควบคุมมิเตอร์วัดพลังงานสามารถควบคุมและจัดการโหลดพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีทั่วไปคือการติดตั้งรีเลย์แม่เหล็กไว้ภายในมิเตอร์วัดพลังงาน โดยใช้ข้อมูลพลังงาน แผนการควบคุม และคำสั่งแบบเรียลไทม์ ในการจัดการและควบคุมโหลดพลังงาน ฟังก์ชันทั่วไปในมิเตอร์วัดพลังงาน ได้แก่ รีเลย์ตัดกระแสเกินและรีเลย์ตัดโหลดเกิน เพื่อควบคุมโหลดและป้องกันสายไฟ การควบคุมเวลาตามช่วงเวลาที่กำหนดเพื่อควบคุมการเปิดปิดเครื่อง ในฟังก์ชันเติมเงิน หากเครดิตไม่เพียงพอ รีเลย์จะตัดการทำงาน และฟังก์ชันควบคุมระยะไกลโดยการส่งคำสั่งแบบเรียลไทม์
8. โมดูลประมวลผล MCU มิเตอร์วัดพลังงาน
โมดูลประมวลผล MCU ของมิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าเปรียบเสมือนสมองของมิเตอร์ ทำหน้าที่คำนวณข้อมูลทุกชนิด แปลงและประมวลผลคำสั่งต่างๆ และประสานงานแต่ละโมดูลเพื่อให้บรรลุฟังก์ชันการทำงาน
มิเตอร์วัดพลังงานเป็นผลิตภัณฑ์วัดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ซึ่งบูรณาการเทคโนโลยีจากหลายสาขา เช่น เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีพลังงาน เทคโนโลยีการวัดพลังงาน เทคโนโลยีการสื่อสาร เทคโนโลยีการแสดงผล เทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูล เป็นต้น จำเป็นต้องบูรณาการโมดูลการทำงานแต่ละส่วนและเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แต่ละอย่างเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้มิเตอร์วัดพลังงานที่เสถียร เชื่อถือได้ และแม่นยำ
วันที่เผยแพร่: 28 พฤษภาคม 2024