全電子式預(yù)付費(fèi)電表及用電管理的介紹與研究
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要: 要從電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電表的工作原理和用電管理方式分析入手,改善IC卡電度表的銷(xiāo)售和管理方法,建立一套科學(xué)的信息管理系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞: 全電子式，預(yù)付費(fèi)電表，IC卡，智能
全電子式電度表是當(dāng)今國(guó)內(nèi)一類(lèi)電度表,綜合了單片機(jī)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)和智能(IC)卡技術(shù),其采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電能測(cè)量集成電路,具有計(jì)量精度高、可防止竊電、自身?yè)p耗低和可靠性高等特點(diǎn)。其中的一些型號(hào)還具有復(fù)式計(jì)費(fèi)功能。由于此類(lèi)電度表的用電量數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化,可以很方便地與各種數(shù)據(jù)收集傳送電路配合組成自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)的系統(tǒng),是現(xiàn)行家用電度表的換代產(chǎn)品,該類(lèi)產(chǎn)品的大量使用將節(jié)省供電部門(mén)大量的抄表計(jì)算工作,并能及時(shí)回收電費(fèi)(先付費(fèi),后用電),具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.
一、全電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電度表結(jié)構(gòu)和原理
全電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電度表主要包括單相表和三相表,三相表根據(jù)線制的不同又分為三相三線制和三相四線制,在這里只介紹可廣泛用于居民家庭的單相全電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電度表。
其工程原理如下圖
1.電能計(jì)量原理
居民用電一般為電壓220V,頻率50Hz,周期為20ms,先將強(qiáng)電變?yōu)槿蹼?以便后邊進(jìn)行單片機(jī)的處理,這里分別用電壓互感器和電流互感器,將220V的電壓變?yōu)?V,將電流變?yōu)樾‰娏鳌Ｓ貌蓸拥姆椒?一個(gè)周期內(nèi)對(duì)電壓和電流采樣500次,也就是說(shuō),每隔40ns對(duì)電壓和電流信號(hào)采樣一次。這可以通過(guò)將變換之后的信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn),用單片機(jī)控制數(shù)據(jù)選擇開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài),每隔40ns開(kāi)通一次,即采樣一次。采樣電壓信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器,將采樣電壓信號(hào)由模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào),在電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換的時(shí)候,將采樣電流信號(hào)進(jìn)行保持。待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓信號(hào)和保持器的模擬電流信號(hào)進(jìn)入一個(gè)乘法型的D/A轉(zhuǎn)換器,在這里實(shí)現(xiàn)電壓和電流的相乘,在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出即得到一個(gè)電壓型的功率信號(hào)p=u×i,這個(gè)信號(hào)再經(jīng)過(guò)V/F轉(zhuǎn)換,得到一個(gè)頻率脈沖信號(hào),將這個(gè)脈沖信號(hào)輸入單片機(jī),通過(guò)對(duì)這個(gè)頻率脈沖信號(hào)計(jì)數(shù),即可求出電能。即w=p×f。至此,可以求出居民的用電量,這個(gè)用電量是一個(gè)數(shù)字化的量,可以將這個(gè)電量用做很多用途,例如顯示或傳輸。
2.IC卡接口
當(dāng)從用電管理部門(mén)購(gòu)得一定數(shù)量得電能后,這個(gè)電量就存儲(chǔ)在IC卡里面。當(dāng)IC卡通過(guò)IC卡接口插入電表時(shí),電表自動(dòng)將IC卡內(nèi)的電量讀入電表并與電表所余電量相加后顯示于表盤(pán),同時(shí)將加入電表的電量從IC卡內(nèi)減去。
操作過(guò)程:用戶先向供電單位購(gòu)電,付費(fèi)后供電單位用IC卡讀寫(xiě)器將所售電量寫(xiě)入IC卡,在供電局用戶可在專(zhuān)用的復(fù)讀器上核對(duì)供電局輸入的電量是否正確,用戶回家后將IC卡插入智能電表,智能電表自動(dòng)將所購(gòu)電量計(jì)入電表,電表則自動(dòng)顯示原可用電量與新購(gòu)電量之和。智能電能表負(fù)責(zé)每時(shí)每刻的用電計(jì)量并顯示表內(nèi)還可用的電量。根據(jù)要求,在電將用完時(shí)紅燈亮示警。這時(shí)用戶應(yīng)再次到供電部門(mén)買(mǎi)電,回來(lái)再將IC卡插入智能電表,電表顯示新加入的電量,運(yùn)行恢復(fù)正常。電量全部用完后自動(dòng)斷電。
3.鍵盤(pán)、顯示器接口
鍵盤(pán)、顯示器接口用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,通過(guò)鍵盤(pán),用戶可以查詢以往的用電量、當(dāng)前的剩余量等。顯示器則是電表將用戶查詢的結(jié)果及提示信息顯示出來(lái),顯示器可采用LED或LCD動(dòng)態(tài)掃描顯示器,以節(jié)省I/O口使用。
4.繼電器開(kāi)關(guān)
是一個(gè)動(dòng)作機(jī)構(gòu),當(dāng)用戶所購(gòu)買(mǎi)的電量用完時(shí)或剩余電量小于某一個(gè)值時(shí),切斷電路,用戶再去用電管理部門(mén)買(mǎi)電才可再次接通電路繼續(xù)用電。
5.主控單片機(jī)
單片機(jī)是整個(gè)電表的核心,電表每個(gè)部分的工作都依靠單片機(jī)執(zhí)行程序來(lái)準(zhǔn)確控制。
二、可以達(dá)到的性能
1.若采用高性能16位高速CPU,處理速度快,精度高,無(wú)漏脈沖現(xiàn)象。
2.整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在提高了可靠性的同時(shí),降低了成本。
3.可采用新研制的電流互感器,抗過(guò)載能力特別強(qiáng),當(dāng)用電器短路時(shí)可自動(dòng)斷電保護(hù),同時(shí)線性特性好,全數(shù)字化處理,提高了電表精度,克服了零點(diǎn)漂移等缺點(diǎn)。
4.可采用完善的軟硬件保護(hù)措施,不丟數(shù)據(jù)。
5.超寬的工作電壓范圍,能適應(yīng)國(guó)內(nèi)用電現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。
6.超寬的計(jì)量電流范圍,從幾個(gè)mA到20A,適于各種用戶的需求。
7.可采用軟硬件繼電器觸點(diǎn)保護(hù),提高可靠性。
8.有與傳統(tǒng)電感式電表完全相同的底座,接線方式相同,便于安裝。
9.每塊電度表都有其對(duì)應(yīng)的IC卡,各表之間不能互換,多種加秘措施增加保密性,降低了破譯電卡的可能性。但如用戶不慎丟失可到電管部門(mén)從新制作。
10.本電表是全電子式,較機(jī)電一體化式IC卡電表靈敏度高,電流,電壓的模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換精度達(dá)2的14次方,成本低,耗電少。
本電表基本功能實(shí)現(xiàn)后,在硬軟件改動(dòng)不大的條件下可進(jìn)一步改進(jìn):
1.可實(shí)現(xiàn)供電單位自動(dòng)抄表。
2.實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳遞,可將表內(nèi)數(shù)據(jù)傳回計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù),使供電部門(mén)實(shí)時(shí)掌握用電信息。
3.實(shí)現(xiàn)用電高峰和用電低谷的不同計(jì)費(fèi)。
4.制成有0.1%精度的校驗(yàn)電表。
5.研制2相、3相工業(yè)用電表。
6.農(nóng)村一表多用戶(多卡)。
三、用電管理
為了完成IC卡電度表的銷(xiāo)售和管理,還要建立一套IC電表信息管理系統(tǒng),IC卡電表信息管理系統(tǒng)是溝通IC卡、用戶和管理人員的媒介,需具有以下功能:建立用戶檔案(開(kāi)新卡),設(shè)置用戶密碼、電度表工作參數(shù)的寫(xiě)入、用戶用電管理(用電情況從卡上回饋到系統(tǒng),查詢)、售電收費(fèi)管理(向卡上寫(xiě)入購(gòu)電量、置廢卡等)、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表打印等。要實(shí)現(xiàn)以上功能,需要數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、VB++(或VC++)平臺(tái)和串行通訊技術(shù)支持。對(duì)于較小的系統(tǒng)和地區(qū),可在供電部門(mén)的單臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)以上功能。對(duì)于較大的系統(tǒng)和地區(qū)則要以計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)相結(jié)合,建立以供電管理部門(mén)為中心,通過(guò)公用電話網(wǎng)與各發(fā)卡收費(fèi)營(yíng)業(yè)點(diǎn)相聯(lián)系的電腦網(wǎng)絡(luò),能自動(dòng)完成各片區(qū)各用戶的用電量和電費(fèi)銷(xiāo)售收入等數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)和分析管理,便于供電部門(mén)對(duì)電力的分配調(diào)度,減少不合理的拉閘停電,加快資金的回籠,減少管理費(fèi)用和資金流失,提高供電部門(mén)的現(xiàn)代化管理水平。
預(yù)付費(fèi)電表使電力資源成為一種商品,可以先售后用,有利于電力部門(mén)的管理和發(fā)展,也比較適合中國(guó)的國(guó)情,目前已經(jīng)在全國(guó)許多地區(qū)推廣應(yīng)用,相信,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,全電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電表會(huì)有更大的發(fā)展和更廣的用途,會(huì)給用戶和電力管理部門(mén)帶來(lái)更多的方便。
四、安科瑞遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的介紹及選型
4.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介
系統(tǒng)為B/S架構(gòu)，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù)，配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。
另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。
4.2 系統(tǒng)功能
AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)由云平臺(tái)-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報(bào)警等功能。
本系統(tǒng)適用于一些大集團(tuán)和大物業(yè)，往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理，面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸，財(cái)務(wù)操作分散，在線支付，總部財(cái)務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。
遠(yuǎn)程集中抄表：抄表信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，快速便捷，免去人工抄表 。
水表預(yù)付費(fèi):可是查看某區(qū)域水表的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并可以進(jìn)行單表或批量設(shè)置水價(jià)控閥等操作。
遠(yuǎn)程售電:財(cái)務(wù)集中管理，電量實(shí)時(shí)下發(fā)，并比對(duì)充值次數(shù)防止作弊，方便快捷。
能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財(cái)務(wù)軌跡一體式綜合管理報(bào)表，包含用戶表的能耗、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財(cái)務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。
在線支付:商戶可以通過(guò)小程序或者微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi)，也可以實(shí)時(shí)關(guān)注商鋪用水用況。
短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒，都可及時(shí)短信通知商戶。
遠(yuǎn)程控制:可對(duì)任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理。
4.3設(shè)備選型
參考資料
[1]劉必佐等.電卡式電能表原理及其應(yīng)用[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社.
[2]姚存治,全電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電表與用電管理[J].
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.
