利用三个 DIN 导轨三相电表构建一个监控仪器

这是一个车间自动化项目，从配电箱开始。三个 DIN 导轨三相电表、一个 ESP32 控制器、九个分流式电流互感器，以及一条决定这些数据是否有意义的接线规则。

为何从配电箱开始?

这家店铺最终希望 Home Assistant 能掌控整个场所——开关柜中的保护装置、压缩机监控、摄像头、照明系统等。但实际能实现多少功能，取决于业主及其预算。因此，我们把项目范围设定为一个独立运行的配电箱，让之后的所有设备操作都更加便捷。

我们从能源计量开始，并非因为电费账单特别高——这是一家小型店铺，而非工厂。我们选择从这里开始，主要有三个原因。

配电箱现在是开放的。电流互感器安装在配电箱内部的带电导体周围。在装修期间完成这项工作只需二十分钟;但事后进行则会导致停电，还必须花一整天时间处理。同样，RS-485 通信线路和所有其他设备所依赖的 24V 电源线路也是如此。如果你打算开启一次配电板，就请在此次访问中将所有需要的设备都从里面取出。

计量是其余一切的基础。保护装置需要测量数据才能发挥作用。负荷削减必须知道每个电路的用电情况。“压缩机在不该运行时仍在运行”是一个电流读数，而在此之前才到自动化阶段。先构建感知层，之后的每一个阶段只需几行YAML代码，无需再次钻孔。

这些模块本身已自带输出接口。每个电表都配有两个干接点继电器和本地逻辑，无论网络是否正常都能运行。这项工作目前并未使用它们。如果以后车间需要为压缩机设置非工作时间切断功能，或相位丢失、低电压保护，其对应的硬件早已集成在配电箱中。

因此，本文介绍的就是感知层：九个电流通道、一个外壳，所有内容在Home Assistant中可见，无需云账户，也无需订阅。包括我第一次搞错的那个部件。

配电箱中的组件：

三个35毫米DIN导轨上的四个模块：

MicroPLC — ESP32，RS-485主控，通过原生ESPHome API连接至Home Assistant。

3 × ENM-223-R1 — 三相电能表每个模块均为带有三个电流输入、L1/L2/L3/N/PE电压输入、两个SPDT干接点继电器以及一个RS-485端口的ATM90E32AS前端。

需要明确指出的是，由于布线设计隐蔽，ESP32本身从未直接接触过电流传感器。它仅作为RS-485主站，并通过桥接连接至Home Assistant，除此之外别无他物。每个ENM(电子测量单元)都是独立的仪器——配备RP2350和ATM90E32AS量测前端——持续进行测量，并保持本地报警逻辑运行，无论控制器、网络或服务器是否在线。

每个模块可提供各相及零线的Urms和Irms电流值，以及有符号的有功/无功/视在功率、功率因数、相位角、总谐波失真(THD)、线路频率、电路板温度，同时记录每相及总的累计进出口电能。

此外还包括九个分裂芯电流互感器、一个24V直流安全隔离电源(SELV)、端子块和机箱。整个系统共四个模块宽，安装于现有配电柜下方。

通道布局

模块 通道 电路

•ENM #1 CT1 / CT2 / CT3 主进线 L1 / L2 / L3

•ENM #2 CT1 / CT2 / CT3 车辆升降装置 L1 / L2 / L3

•ENM #3 CT1 压缩机 — 单相，3kW，接通L1

•ENM #3 CT2 照明设备，接通L2

•ENM #3 CT3 插座，接通L3

模块3上的三个负载都是单相的，因此它们可以共享一个模块——详见下一部分。本车间的压缩机恰好是单相的;如果是三相的，则需要单独的模块，就像升降机一样。

输入端给出了总和，四个子电路解释了这一点。剩余的部分——输入端减去总和的结果——就是未被计量的车间部分，而这个数值通常才是最有趣的数据。

请看最后三行中的相位，它们并非装饰。

打破简单通道规划的规则

每个当前通道都会被相同数量的电压输入值乘以。例如，CT1 与 L1 相关联，CT2 与 L2 相关，CT3 与 L3 相关。这一过程发生在计量芯片内部，而在此之前，任何 Modbus 数据都尚未到达。

对于三相负载而言，这种情况是自动且隐性的。但对于单相分支来说，却是一个硬性限制：从 L1 提供电源的分支必须固定在 CT1 上。如果将两个来自 L1 的分支连接到 CT2 和 CT3，芯片就会将它们的电流分别乘以 L2 和 L3 的电压，从而得到数值。这些数值看起来合理，但实际上错误——而且不是“量程比例偏差”导致的错误，因为电流与对应电压之间的相位角毫无意义，因此有功功率、无功功率和功率因数全都变得毫无意义。Home Assistant 中的任何算术运算都无法纠正这种错误。

我曾将两个钳位器安装在同一相上，并花了一整晚时间构建模板传感器来抵消彼此的影响，直到一个显而易见的问题突然出现。请将本节视为我最希望先读到的内容。

所以：一个三通道模块要么测量一个三相负载，要么测量三个不同相位上的单相分支。如果四个单相电路都接在L1上，你需要四个模块的CT1输入端口——或者先将负载重新分配到各相，通常面板本身也已具备这种优势。

在夹紧任何设备之前，请手持相位测试仪规划配电板上的通道，并记录每条支路的相位。

接线前其他注意事项：

仅限电流输出型CT。这些输入端需要一个额定值为毫安(mA)的二次侧，最高可达120/60/30 mA(PGA ×1 / ×2 / ×4)，出厂默认为60 mA。此处使用的钳形表为YHDC SCT-013，100 A：50 mA，1级精度——在初级电流满量时仍可安全达到50 mA，远低于60 mA的默认值。电压输出型钳形表(333 mV和1 V型号，外壳外观相同)读数不准确，且1 A或5 A的二次侧与该输入不兼容，可能损坏模块。请务必查看每个钳形表上的型号;有效标识是显示“mA”的那一行，而非“A”这一行。

切勿在初级通电时打开CT的二次侧。应先将导线连接至模块，最后再安装钳形表。

方向至关重要。箭头P1→P2、K→L的方向应朝向负载，否则读数将显示负功率。

请仔细阅读丝印标签。在本模块中，CT1位于最下方一行，而CT2和CT3位于上方;电压输入线从L3、L2、L1按从右到左的顺序排列;RS-485接口为B-A-COM。同一系列中的其他模块并不完全相同，因此习惯性布线并非标准接线图。

延长CT导线时应使用屏蔽双绞线，屏蔽层仅在面板端连接，并且要避免将导线与相位导体一起放入同一束中。

安装前的标识说明：

九根相同的细黑色导线从该箱体引出，向上连接至主板。若未做标记，每次有人触碰时都需用钳形表测量。每根导线两端均需贴有标签：模块端和钳子端，标签上注明通道编号(ENM3-CT2)、电路名称(LIGHTING)、相位(L2)以及钳子方向的“LOAD”。根据IEC标准，颜色编码如下：棕色代表L1，黑色代表L2，灰色代表L3，蓝色代表N，绿色代表PE。主板的供电线路也采用相同处理方式，门内侧则标注通道调度表。

其副作用是，通过照片即可检查反向钳子的状态。

安装过程

1. 通过USB-C配置每个模块。WebConfig在Chromium浏览器中运行——无需驱动程序，无需应用程序。设置Modbus地址(1–247，三种不同值)、波特率以及与您安装的夹具相匹配的CT比率。设置信息存储在模块的闪存中。

2. 总线。每节点连接A/B双绞线加COM，仅在两个物理端进行120Ω阻抗匹配。

3. 控制器。MicroPLC 运行的是从 GitHub 直接拉取的预置 ESPHome 包，每个模块仅实例化一次，并拥有独立的 Modbus 地址和名称前缀。所有寄存器在 Home Assistant 中以实体形式呈现，无需手动编写 Modbus 寄存器映射。应将该包关联到某个标签或提交记录，而非主分支：配电箱中的面板不应因分支变动而改变其行为。

4. 在信任任何内容之前，请先确认方向和通道。开启一个已知的负载，确认哪个通道移动以及信号为正。花五分钟，就能避免一周的混乱记录。

Home Assistant

三个模板传感器值得拥有。第一个是带符号的偏差——输入电流减去各分支电流之和。保留符号：持续为负值表示各分支总和超过输入电流，这通常是线路或通道映射故障，而非负载问题;将结果用max(x, 0)包裹，正是这种故障在一个月内被忽略的原因。第二个是其正半部分，即未被夹紧的电路部分。第三个是输入端的电流不平衡度，以平均值的百分比表示——这是一种类似NEMA标准的电流指标，不同于常规数值;严格定义需要对称分量并依赖相位角，而模块已提供这些数据。

能量传感器也可直接集成到Home Assistant内置的能量仪表板中：输入电流作为电网电源，四个子回路分别显示为独立设备。输入一个电价后，系统会报告实际费用。

仪表板界面

包含两个标签页：概览页包括当前功率、今日/本周/本月能耗、输入电流的24小时趋势图、四个子回路各自对应的颜色以及堆叠式12小时图表，此外还有供电质量信息——三个电压表、含零线在内的电流、功率因数、频率以及模块温度。能源：按电路划分的今日数据饼图、过去两周每日柱状图，以及当日和双周的各电路总计。

一个值得分享的小技巧：如果你需要更改某个数值的计算方式——比如进行修正、使用不同的比例因子，或某个通道含义略有不同——请不要冲动地为它创建新的传感器。新传感器在创建当天的历史记录将从零开始，而在此之前的所有数据都会被遗弃在旧历史中。建议在渲染时直接进行计算：ApexCharts卡片可自行获取原始统计数据，并在浏览器中完成所需运算。这样修正后的数据就能覆盖整个历史记录，直至面板启用之日，而原始传感器的数据则保持不变，这正是当别人要求你解释某个数字时，你希望看到的效果。

三个值得注意的陷阱，因为它们加在一起让我浪费了一个晚上。

card-mod 和 Mushroom 的股票卡片崩溃问题。在 Home Assistant 2026.4 版本中，card-mod 4.2.1 和 Mushroom 5.2.3 均会破坏内置的仪表盘和统计卡片功能——卡片元素显示为空内容，且 ApexCharts 卡片始终停留在“加载中……”状态。移除这两个资源后，问题会立即解决。此仪表板仅使用 ApexCharts 和 stock cards。

data_generator 并非异步函数。在 apexcharts-card 2.2.3 版本中，生成器体被编译为普通函数，因此其中的 await 会抛出异常，导致卡片永远显示为“加载中”，控制台中没有任何有用信息。应返回 Promise 而不是直接返回值——即 return hass.callWS({...}).then(...)。

电源传感器没有长期统计数据。ESPHome 的电源实体不包含 state_class，因此 recorder/statistics_during_period 返回的是空集合，只有能量计数器存在。要获取电源历史记录，必须读取 history/history_during_period，并自行构建时间网格。由于能量计数器是 total_increasing 类型，因此在统计中仍表现为正常数据。

首次数据

昨天面板进入系统，商店尚未开业，因此目前所有记录均为待机状态。第一天完整记录：2.48 千瓦时，其中 2.09 千瓦时(占 84%)用于照明。压缩机消耗了 0.35 千瓦时，提升设备消耗 0.04 千瓦时，插座电路几乎不耗电。

单日数据无法构成趋势，我不会假装其他情况;真正有意义的对比是在商店开始运营之后才会出现。但这个数字已经相当具体，而非主观看法，其形态更值得一看：在空荡的建筑中，灯光并非“什么都没有”，而是几乎包含了所有事物。

这带来了哪些影响

目前尚未安装其他任何设备，是否安装则由店铺自行决定。但现有的面板已经具备了这些廉价特性：它们无需额外硬件，也无需再次上门检查：

相位损耗、欠压、过压和不平衡——这些都会作用于仪表自身的继电器，使其在电网故障时仍能正常工作。

压缩机接触器按计划运行，并可在屏幕上手动进行切换。继电器驱动接触器线圈;电机通过接触器接通，同时由其自身的电机保护装置进行保护。线圈额定电流为三安培，而非电机额定电流。

记录压缩机的运行时间和启动电流，并在发生偏差时发出警报。

这就是为什么应优先完成电气层的原因，后续再进行其他安装。

需要明确说明的是，这一点至关重要：这些模块中的报警逻辑和继电器仅作为补充性的监控与控制功能，不能替代系统所需的保护装置，且其中任何组件都不是经过认证的保护继电器。

版本

要求：安装带有 ESPHome 集成的 Home Assistant，以及使用 HACS 中的 ApexCharts Card 构建仪表盘。不要使用 card-mod 或 Mushroom — 上文已说明注意事项。

测试环境：Home Assistant 2026.4、apexcharts-card 2.2.3、ESPHome 2026.7。在 ESPHome 2026.7 版本中，Modbus 默认设置发生了变化——控制器配置会明确设置 turnaround_time: 100ms 和 send_wait_time: 250ms，若不设置这些参数，总线将立即超时。

这是否值得?

从千瓦时的角度来看并不划算，这一点需要明确指出。对于每月电费仅几十元的店铺而言，通过了解能源去向所节省的能耗，在合理的时间内无法回收硬件成本。任何推销这种说法的人，实际上是在兜售一张电子表格。

但确实值得的地方：

保护功能。一台三相电机因缺相或持续低电压而损坏，其维修成本远高于配电箱本身。电表能检测到这两种情况，继电器可本地响应，无需等待服务器。

条件而非耗电量。一个环网漏电的压缩机在相同工作条件下运行时间延长了30%，这一影响会在电流数据中很久前就显现，而账单上则要等很久才会反映出来。轴承故障会导致启动电流升高。有用的句子不是“你省下了八欧元”，而是“你没有两天没电”。

一个供电单元被分割成两个租户或两个机柜，而争论就从第一个月开始。

之后添加的任何内容。控制器、总线和24V电源线都与接下来接入的设备共享。将面板的损耗分配到整个系统，而不是仅限于计量装置。

备注与限制

这是一个监控仪器，而非认证的计费电表。精度取决于夹具。

在三相设备中，单个相上的一个夹具并不能代表该设备的全部耗电量。因此，电梯使用三个通道，而此处单相压缩机只用一个通道。安装前请务必检查。

同一箱内混合多种功能：24V上为SELV(安全保护接地)、RS-485和USB;电源输入端则用于主电源。需由合格人员进行上游保护，并符合当地法规。

本文编译自hackster.io