遠(yuǎn)程電表的設(shè)計與應(yīng)用

呂志結(jié)

廈門新景地集團(tuán)有限公司（361000）

遠(yuǎn)程電表的設(shè)計與應(yīng)用

呂志結(jié)

廈門新景地集團(tuán)有限公司（361000）

傳統(tǒng)的IC卡表電表運(yùn)行方式，已不能滿足現(xiàn)代化管理的要求，實現(xiàn)多用戶能耗儀表的自動抄表已經(jīng)成為可能，特別是建設(shè)部提出來的小康型住宅小區(qū)的規(guī)劃要求，并逐步實行能耗儀表出戶的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)微機(jī)自動檢測、計量和收費(fèi)。本文針對目前居民小區(qū)的電能計量中實際存在的各種問題，詳細(xì)說明了遠(yuǎn)程電表的設(shè)計、改造及應(yīng)用。

IC卡表；遠(yuǎn)程抄表；射頻

0　引言

遠(yuǎn)程電表系統(tǒng)管理軟件實現(xiàn)了電表的遠(yuǎn)程抄表功能、過載斷送電控制功能、定時斷送電功能、預(yù)付費(fèi)功能、惡性負(fù)載識別功能、復(fù)費(fèi)率計量功能等。還充分利用現(xiàn)代電腦處理速度快、存儲容量大、便于管理和操作、安全性可靠性高的特點(diǎn)，擴(kuò)展實現(xiàn)了用電量的月度及年度統(tǒng)計，公用電表電量的分?jǐn)?，公共線損電量的分?jǐn)偅秒姞顩r實時監(jiān)控顯示，預(yù)付費(fèi)電量電價的調(diào)整，個別情況的優(yōu)惠售電，水表、氣表、暖氣表遠(yuǎn)程抄表、結(jié)算、交費(fèi)，物業(yè)項目（衛(wèi)生費(fèi)、保衛(wèi)費(fèi)、停車費(fèi)等）管理收費(fèi)，各類數(shù)據(jù)報表的查詢打印，用戶用電信息的編輯維護(hù)等，將大量的用戶及用電信息儲存在電腦中，使數(shù)據(jù)的檢索、匯總、傳遞等變得簡單準(zhǔn)確，從而將相關(guān)的管理工作人員從繁重的勞動中解放出來，為管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化提供依據(jù)［1］。

1　遠(yuǎn)程電表的設(shè)計結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程電表的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1　設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2　遠(yuǎn)程電表硬件設(shè)計

2.1遠(yuǎn)程電表的整體結(jié)構(gòu)

在了解國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為了使抄表器的功能更加完善，設(shè)計的抄表器具有計數(shù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、電量及其狀態(tài)的顯示等基本功能。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　整體結(jié)構(gòu)如圖

2.2遠(yuǎn)程電表的整體工作流程

脈沖采集計數(shù)模塊根據(jù)脈沖計算出電表的數(shù)據(jù)，存儲于內(nèi)部的RAM中。

AT89C51根據(jù)時鐘模塊的時間設(shè)定，定時向脈沖計數(shù)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令，收集其電表中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定好的程序，存儲于外部的RAM中，等待上位機(jī)的查詢，并把沒有反應(yīng)過來的終端的號碼記錄下來，上傳給上位機(jī)。

上位機(jī)操作中，有定時抄送和隨時抄送模式；定時抄送，即上位機(jī)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時間，查詢各脈沖采集計數(shù)模塊中的數(shù)據(jù)；隨時抄送，指在某種特殊情況下，需要單獨(dú)對某一用戶進(jìn)行復(fù)查等。在兩種模式下，對沒有反應(yīng)的終端做備份，并警告等［3］。

2.3遠(yuǎn)程電表設(shè)計要求的技術(shù)參數(shù)

額定電壓220/380V，量程15～60A（直入式）準(zhǔn)確度等級1.0級（直入式），額定電壓220/380V，工作電壓范圍AC180～260V，標(biāo)定電流15（60）A，脈沖常數(shù)900imp/kwh，售電精度0.01度，計量分度0.1度，斷電后數(shù)據(jù)保留＞10年。

2.4遠(yuǎn)程電表的功能要求

可實現(xiàn)本地管理和網(wǎng)絡(luò)管理。售電方式多樣化，可買度數(shù)或?qū)嵔诲X數(shù)，避免賣電找零。用電商品化，做到商品用電可購可退。內(nèi)部強(qiáng)電部分與弱電部分應(yīng)有電磁干擾屏蔽隔離措施，確保電能表安全可靠運(yùn)行。智能網(wǎng)絡(luò)電表計量芯片應(yīng)采用專用純?nèi)嚯娔苡嬃啃酒?，能按國家?biāo)準(zhǔn)要求的三相表的平衡校表法及不平衡校表法進(jìn)行校表。智能電表具備兩種費(fèi)率結(jié)算方式——單費(fèi)率和復(fù)費(fèi)率，杜絕以后因費(fèi)率變化更換儀表。具備射頻卡擴(kuò)展功能，射頻終端具備顯示液晶屏，可查詢相關(guān)用戶用電信息。為防止客戶端數(shù)據(jù)丟失等情況發(fā)生，要求數(shù)據(jù)庫可存放數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，與客戶端分開存放，同時具備查詢開放功能，方便多級管理查詢。具備用電狀態(tài)查詢功能，顯示查詢用戶電量、功率、通斷狀態(tài)、功率因數(shù)等，可顯示每相負(fù)載功率。具備全屏監(jiān)控功能，可24h循環(huán)不斷檢測用戶用電狀態(tài)。反竊電功能，能精確計量正負(fù)兩個方向的電能且以同一方向累計，有效杜絕了偷漏電現(xiàn)象。具有預(yù)付費(fèi)功能及免費(fèi)基礎(chǔ)電量設(shè)置功能。內(nèi)部電源三相供電，具有電源缺相指示功能，電源缺相，設(shè)備正常工作。強(qiáng)弱電隔離，提高抗干擾能力。具有定時通斷管理功能。

3　遠(yuǎn)程電表的軟件設(shè)計

3.1軟件設(shè)計的基本原則

為了滿足遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計要求，應(yīng)根據(jù)以下基本原則進(jìn)行軟件的編制：

1）易讀性和易維護(hù)性

這通常是指軟件系統(tǒng)容易被發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補(bǔ)充。由于生產(chǎn)過程自動化程度越來越高，測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，設(shè)計人員很難在短時間內(nèi)就能對整個系統(tǒng)理解得準(zhǔn)確無誤，軟件的設(shè)計與調(diào)試也不可能一蹴而就，在發(fā)現(xiàn)問題時又要便于修改和完善。

2）可測試性

系統(tǒng)軟件的可測試性有兩方面含義：一是較容易制定出測試，并據(jù)此對軟件進(jìn)行測試；二是軟件設(shè)計工作完成后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運(yùn)行，證明準(zhǔn)確無誤后才可投入實際使用。

3）準(zhǔn)確性

這對整個系統(tǒng)具有重要意義，對遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)而言就更具有實際意義，其結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接關(guān)系到千家萬戶的切身利益。因此，在算法選擇和位數(shù)選擇方面要滿足實際要求，運(yùn)算結(jié)構(gòu)要符合國家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4）實時性

它是檢測系統(tǒng)的普遍要求，即要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部時間的發(fā)生，及時給出處理結(jié)果。近年來，由于硬件高度集成化和速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，系統(tǒng)實時性的要求較容易得到滿足。

5）可靠性

可靠性是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，該要求有兩層意義：一是運(yùn)行參數(shù)環(huán)境改變時，軟件能可靠地運(yùn)行并給出正確的結(jié)果，即要求軟件具有自適應(yīng)性；二是在環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重的情況下，軟件必須保證系統(tǒng)可靠地運(yùn)行。這對系統(tǒng)的整體可靠運(yùn)行尤為重要。

近年來，廣西越來越重視健身休閑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模也逐年擴(kuò)大。2015年廣西體育健身休閑活動總產(chǎn)出和增加值分別為7.5億元和3.5億元，占全區(qū)體育總產(chǎn)出和增加值的比重分別為4.8%和4.9%①資料來源：《廣西壯族自治區(qū)體育局發(fā)布2015年全區(qū)體育產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增加值的公告》（桂體經(jīng)〔2017〕19號）。。綜觀整個體育服務(wù)業(yè)（除體育用品和相關(guān)產(chǎn)品制造業(yè)、體育場地設(shè)施建設(shè)外的其他9大類），經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大的是體育場館服務(wù)，總產(chǎn)出和增加值分別為21.2億元和14.0億元，占比分別為13.6%和19.5%。由此可見，傳統(tǒng)體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，體育場館服務(wù)依舊是主要創(chuàng)收來源，健身休閑產(chǎn)業(yè)尚有較大提升空間。

3.2管理軟件的特點(diǎn)及主要功能

抄表與售電功能：通過管理中心利用管理軟件，系統(tǒng)可抄取電表的數(shù)據(jù)及售電，售電精度0.01度。

參數(shù)設(shè)置功能：通過管理中心利用管理軟件，依據(jù)電能表類型可設(shè)置各種參數(shù)。

控制功能：通過計算機(jī)控制用戶的通、斷電狀態(tài)。

修改功能：系統(tǒng)具有住戶信息修改、設(shè)置等功能。

費(fèi)用結(jié)算：系統(tǒng)根據(jù)抄表或售電記錄計算用戶的費(fèi)用，并實現(xiàn)將公共能源損耗平均分?jǐn)偦虬幢壤謹(jǐn)偟矫繎?，并自動計算每戶?yīng)繳費(fèi)用，以便向用戶收費(fèi)。

查詢功能：①單戶查詢：可隨時查詢?nèi)我粦舻氖垭娪涗浕蚴Ｓ嚯娏俊＂诿繉訕遣樵儯嚎呻S時查詢?nèi)我粚訕侨孔羰垭娪涗浕蚴Ｓ嚯娏俊?/p>

打印功能：可以打印各用戶售電記錄、可打印全部用戶總清單和單一用戶清單。

防作弊功能：系統(tǒng)實現(xiàn)授權(quán)密碼操作，可以詳細(xì)記錄操作員的操作流程。

開戶銷戶功能：系統(tǒng)可實現(xiàn)對用戶進(jìn)行開戶、銷戶、更換房間、退費(fèi)等管理功能。

數(shù)據(jù)過濾功能：系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定值，對用戶剩余電量進(jìn)行過濾分析，提醒用戶及時購電。

3.3遠(yuǎn)程電表軟件的數(shù)據(jù)傳輸模塊

1）RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口

RS-485為半雙工，在某一時刻，一個發(fā)送另一個接收。用于多站互連時，可以節(jié)省信號線，便于數(shù)據(jù)的傳輸。RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)展了RS-422的性能，允許雙導(dǎo)線上1個發(fā)送器驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備，允許在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器或者收發(fā)器。

2）MAX485芯片

MAX485芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的差分平衡性收發(fā)器芯片，集成片包含一個驅(qū)動器和一個收發(fā)器，適用于RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)。

4　遠(yuǎn)程電表的應(yīng)用

4.1遠(yuǎn)程抄表控制與管理系統(tǒng)

遠(yuǎn)程抄表控制與管理系統(tǒng)主要由電能表、中繼分配器、傳輸網(wǎng)絡(luò)、通訊適配器、通訊機(jī)、主控計算機(jī)和管理軟件等部分組成。計算機(jī)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并進(jìn)行計算、查詢、統(tǒng)計、打印、參數(shù)設(shè)定及斷送電控制，從而實現(xiàn)電費(fèi)結(jié)算及控制等功能［3］。

電能表備有專用通訊接口，通過通訊適配器或通訊機(jī)可接入485總線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)等傳輸網(wǎng)絡(luò)，連接方式多樣。

通訊適配器：其主要功能是通過RS485總線方式或其他傳輸網(wǎng)絡(luò)將多臺電能表及采集器與異地計算機(jī)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

技術(shù)指標(biāo)：容量32個設(shè)備（電表或采集器），通訊距離1200m，電源5V，功耗≤1W。

增強(qiáng)型中繼分配器：當(dāng)通訊適配器與遠(yuǎn)端電表或采集器線距離超過1200m時，應(yīng)增加中繼分配器，以放大通訊信號，延長通訊距離。

技術(shù)指標(biāo)：容量32個485設(shè)備（電表或采集器），延長距離1200m，電源5V，功耗≤1W。

中心管理計算機(jī)：WindowsXP平臺、奔騰多媒體計算機(jī)。對電能表或采集器上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理。

4.2遠(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)的要求

精度等級1.0級，出廠精度0.5級，穩(wěn)定運(yùn)行1.0級。雙核CPU，計量電路與通訊、顯示、控制電路應(yīng)采用雙CPU結(jié)構(gòu)，一個CPU主管計量，一個CPU主管通訊、顯示、控制等，計算準(zhǔn)確，運(yùn)算速度快，提高抗干擾能力。數(shù)據(jù)庫開放，能適應(yīng)第三方軟件讀取數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程在線監(jiān)控通斷控制等功能。智能表內(nèi)部強(qiáng)電部分與弱電部分應(yīng)有電磁干擾屏蔽隔離措施，確保電能表安全可靠運(yùn)行。計量芯片采用純?nèi)嚯娔苡嬃啃酒?，能按國家?biāo)準(zhǔn)要求的三相表的平衡校表法及不平衡校表法進(jìn)行校表。采用防雷電路設(shè)計，內(nèi)部強(qiáng)弱電隔離，具備專門防雷設(shè)計，避免雷擊對電表及計算機(jī)終端的破壞。對電表結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，電表體積更加小巧，結(jié)構(gòu)更加科學(xué)，并采用專用接線端子，便于安裝施工。對不同功能需求，無需更換智能表，只需更換內(nèi)部模塊，節(jié)省大量費(fèi)用及施工難度。抄表方式多樣，可以采用系統(tǒng)軟件、射頻卡、無線抄表、紅外pos等方式抄表。

［l］陳惠娥，陳長征.智能建筑中的智能抄表系統(tǒng)［J］.工程設(shè)計CAD與智能建筑，2002，1（2）：56-59.

［2］張立科.單片機(jī)典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航［M］.人民郵電出版社，2006.

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