智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

深圳機(jī)械院建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣東深圳 518027

摘要：隨著外國(guó)技術(shù)的引進(jìn)和國(guó)內(nèi)技術(shù)研究的加強(qiáng)，新型固態(tài)、智能化、多功能電能表將越來(lái)越多，使用也越來(lái)越普遍，必將實(shí)現(xiàn)我國(guó)住宅用戶或整個(gè)供電用戶的智能化、現(xiàn)代化收費(fèi)管理。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了他分析探討，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的組成及功能。

關(guān)鍵詞：智能抄表系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制；數(shù)據(jù)查詢；節(jié)能

前言

對(duì)目前建筑用電管理普遍存在的抄表不及時(shí)，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，用電管理困難、工作費(fèi)時(shí)等一系列問(wèn)題，集抄表、保護(hù)和遠(yuǎn)程控制為一體的智能抄表系統(tǒng)，可方便準(zhǔn)確地抄讀電表數(shù)據(jù)、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；能有效地防止大功率電器使用，更好地保護(hù)用電安全，減少危險(xiǎn)事件發(fā)生，保護(hù)供電設(shè)備線路，保證正常用電秩序；實(shí)現(xiàn)管理人員對(duì)各用電部門(mén)的遠(yuǎn)程控制與管理，如遠(yuǎn)程停電等業(yè)務(wù)，節(jié)約人力資源，降低后勤運(yùn)營(yíng)成本。

1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某科技園A、B樓位于工業(yè)園內(nèi)，A樓有3個(gè)區(qū)，B樓有2個(gè)區(qū)。A、B樓共有45個(gè)總配電箱（地下室除外），237個(gè)子配電箱（即237個(gè)房間）。2棟樓樓層供電引自于變電所，通過(guò)樓層強(qiáng)電井分配給各樓層的照明總配電箱以及樓層公共配電箱；樓層總配電箱為樓層的子配電箱供電，每個(gè)子配電箱再給該樓層的房間進(jìn)行供電。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，A、B樓共有樓層總配電箱以及共用配電箱45個(gè)，樓層子配電箱237個(gè)。

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

科技園A、B樓智能抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

1.2系統(tǒng)管理層

科技園A、B樓管理層設(shè)于控制室內(nèi)，具體包括：1臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)工作站、1臺(tái)100M以太網(wǎng)交換機(jī)以及打印機(jī)等相關(guān)設(shè)備。整個(gè)管理層負(fù)責(zé)將通訊間隔層上傳的數(shù)據(jù)解包，進(jìn)行集中管理和分析，執(zhí)行相關(guān)操作，并負(fù)責(zé)整個(gè)變配電系統(tǒng)的整體監(jiān)控。

1.3網(wǎng)絡(luò)通訊層

本智能抄表系統(tǒng)主站層網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由以太網(wǎng)交換機(jī)組成；支持TCP/IP、現(xiàn)場(chǎng)總線等國(guó)際國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的通訊規(guī)約，使其它系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、PLC等設(shè)備可以方便地直接接入主站系統(tǒng)。負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的各類裝置進(jìn)行通訊，采集各類裝置的數(shù)據(jù)、參數(shù)，進(jìn)行處理后集中打包傳輸?shù)街髡緦樱煌瑫r(shí)作為中轉(zhuǎn)單元，接受后臺(tái)主站層下發(fā)的指令，轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層各類裝置。

1.4現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層又叫現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層，具體包括：三相電能表、單相電子式電能表等電能監(jiān)控設(shè)備。負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)的各類數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)，發(fā)送給通訊間隔層；同時(shí)也作為執(zhí)行單元，執(zhí)行通訊間隔層下發(fā)的各類指令。向上和主站系統(tǒng)采用以太網(wǎng)方式相連，保證數(shù)據(jù)交換的快速和準(zhǔn)確性。通訊處理單元有以下特點(diǎn)：軍工級(jí)主板，嵌入式CPU模件，多種通訊接口和通訊規(guī)約；它既能完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊，又能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、轉(zhuǎn)換與保存，不但具有傳統(tǒng)通訊處理器與通訊前置機(jī)的功能，而且具有防雷、防強(qiáng)電磁干擾、適于在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行。

1.5系統(tǒng)特點(diǎn)

1.5.1分層分布式

整個(gè)系統(tǒng)分系統(tǒng)管理層、通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，設(shè)備功能清晰明確。

1.5.2高可靠性的硬件

本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備具有極高的性能和可靠性，裝置抗干擾能力強(qiáng)，為整個(gè)系統(tǒng)的可靠性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)方便用戶使用維護(hù)及備品備件的選購(gòu)。

1.5.3真正單元化的設(shè)計(jì)

功能單元化：所有單元的保護(hù)和監(jiān)控均嚴(yán)格獨(dú)立，任一裝置故障均不影響其它裝置的正常工作，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

結(jié)構(gòu)單元化：所有單元均嚴(yán)格按一次回路設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立配置，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，非常便于運(yùn)行、維護(hù)、檢修和系統(tǒng)擴(kuò)容，并且不會(huì)影響到其他回路設(shè)備的運(yùn)行。

1.5.4簡(jiǎn)潔的組網(wǎng)方式及網(wǎng)絡(luò)通訊

整個(gè)智能抄表系統(tǒng)通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)。完全滿足自動(dòng)抄表系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)通訊處理的要求，同時(shí)也為以后與其他系統(tǒng)接口時(shí)對(duì)高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊筇峁┯欣麠l件，有效確保實(shí)時(shí)性。

1.5.5良好的開(kāi)放性

系統(tǒng)支持以太網(wǎng)、串口等通訊接口；支持多達(dá)100多種規(guī)約，隨著一次系統(tǒng)的擴(kuò)容，監(jiān)控系統(tǒng)可以非常方便的接入相應(yīng)二次設(shè)備而不影響現(xiàn)有設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.智能抄表系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1計(jì)量裝置選型及配置

為實(shí)現(xiàn)科技園A、B樓總用電及各樓層總用電的監(jiān)測(cè)，為各樓層總回路及公共用電設(shè)備配置了廣東雅達(dá)電子的DTSD3366D型三相電能表。為實(shí)現(xiàn)各用電區(qū)域（房間）的用電監(jiān)測(cè)、用電控制，為各用電區(qū)域的單相供電回路分別配置DDS3366L了廣東雅達(dá)電子的單相電子式電能表。

樓層供配電回路電能表配置情況如下表：

三相電能表DTSD3366D：45臺(tái)

單相預(yù)付費(fèi)電表DDS3366L：237臺(tái)

2.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)配置

根據(jù)科技園A、B樓的用電區(qū)域及設(shè)備分布情況，智能抄表系統(tǒng)分3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)子網(wǎng)。具體為：在A樓1、2區(qū)樓層子配電箱配置的電表設(shè)為一個(gè)子網(wǎng)，B樓1、2區(qū)樓層子配電箱配置的電表設(shè)為一個(gè)子網(wǎng)，A、B樓總配電總配電箱以及共用配電箱配置的電表設(shè)為一個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)通過(guò)雙絞線連接至現(xiàn)場(chǎng)的串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器再通過(guò)超五類雙絞線連接至數(shù)據(jù)集中采集器，采集器負(fù)責(zé)與管理層上位機(jī)數(shù)據(jù)通訊。3個(gè)子網(wǎng)共配置3臺(tái)數(shù)據(jù)采集器及6臺(tái)串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。

2.3系統(tǒng)軟件

智能抄表系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和具有組態(tài)功能的智能抄表應(yīng)用軟件。

2.3.1操作系統(tǒng)

采用服務(wù)器專用操作系統(tǒng)軟件，包括操作系統(tǒng)生成包、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)和各種軟件維護(hù)、開(kāi)發(fā)工具，操作系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性能。

操作系統(tǒng)具有防止數(shù)據(jù)文件丟失或破壞的功能。

操作系統(tǒng)具有系統(tǒng)生成的方法。

操作系統(tǒng)具有虛擬存貯的能力。

操作系統(tǒng)具有支持用戶開(kāi)發(fā)的程序裝入實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行的功能。

操作系統(tǒng)能有效地管理各種外部設(shè)備。

2.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模能容納全部系統(tǒng)并能夠處理以后擴(kuò)建接入的自動(dòng)化系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)，并適合所需的各種數(shù)據(jù)類型。其各種性能指標(biāo)能滿足系統(tǒng)功能和性能的要求；有良好的實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴(kuò)性和適應(yīng)性，其數(shù)據(jù)模型符合電網(wǎng)監(jiān)控及負(fù)荷管理的要求，便于數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷擴(kuò)充和數(shù)據(jù)間形成的結(jié)構(gòu)不斷更新。適應(yīng)新應(yīng)用程序的加入和修改。應(yīng)用程序應(yīng)能用點(diǎn)名、邏輯符號(hào)等多種方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序的調(diào)用方式應(yīng)全部提供給采購(gòu)人；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)滿足以下要求：

（1）實(shí)時(shí)性：即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的快速訪問(wèn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)時(shí)間小于0.5ms，在并發(fā)操作下也能滿足實(shí)時(shí)功能要求。

（2）靈活性：提供多種訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，其中至少一種是直接、簡(jiǎn)便的訪問(wèn)方式。

（3）可維護(hù)性：提供數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具，以便用戶在線修改和編輯數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)。

（4）可恢復(fù)性：數(shù)據(jù)庫(kù)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)事故消失后，能迅速恢復(fù)到事故前

的狀態(tài)。

（5）并發(fā)操作：允許不同程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的同一數(shù)據(jù)集進(jìn)行并發(fā)訪問(wèn)，要保證在并發(fā)方式下數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和一致性。

（6）具有建立多種數(shù)據(jù)集的能力。

（7）提供安全的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)生成功能，其生成方式應(yīng)簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)應(yīng)充分考慮分布控制的特點(diǎn)，各個(gè)就地控制單元應(yīng)具有獨(dú)立執(zhí)行本地控制所需的各種數(shù)據(jù)，以便站級(jí)控制層停運(yùn)下，本地控制不受影響。

2.3.3具有組態(tài)功能的智能抄表應(yīng)用軟件

自動(dòng)抄表系統(tǒng)是在Windows XP平臺(tái)上獨(dú)立開(kāi)發(fā)的支持網(wǎng)絡(luò)和多機(jī)運(yùn)行的軟件系統(tǒng)。該軟件不但具有常規(guī)監(jiān)控軟件的所有功能，同時(shí)還可以根據(jù)用戶的特殊要求增加新的功能。

系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)真正的多任務(wù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)跨平臺(tái)連接，支持多種開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

其主要特點(diǎn)如下：

（1）提供極其靈活的面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)圖形功能以及豐富的圖形庫(kù)。

（2）集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。

（3）實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的記錄及歷史事件查詢功能。

（4）卓越的報(bào)警管理以及在線組態(tài)功能。

（5）高性能的I/O驅(qū)動(dòng)，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加和擴(kuò)展規(guī)約極為方便。

（6）系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、易于擴(kuò)展，配置靈活多樣，易操作性強(qiáng)。

（7）提供全面的冗余功能，能夠有效地減少數(shù)據(jù)丟失的可能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，方便了系統(tǒng)維護(hù)。

（8）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)連接能力。

（9）提供靈活的報(bào)告與報(bào)表生成功能。

（10）采用分布式Client/Server體系多用戶結(jié)構(gòu)。

（11）支持多種電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

（12）內(nèi)嵌的高級(jí)編程語(yǔ)言。

（13）完整的安全保護(hù)特性。

（14）Web Server功能。

2.4系統(tǒng)功能

2.4.1智能抄表功能

（1）智能抄表：按設(shè)定的抄表日期及時(shí)間自動(dòng)讀取計(jì)量?jī)x表的計(jì)量數(shù)據(jù)及其他信息；

（2）隨機(jī)抄收：根據(jù)需要，可隨時(shí)連通指定區(qū)域的遠(yuǎn)方終端并抄收數(shù)據(jù)。

2.4.2預(yù)購(gòu)電功能

用戶在用電前必須先到管理部門(mén)購(gòu)買(mǎi)電量，管理部門(mén)通過(guò)后臺(tái)軟件為每個(gè)用戶的電能表配置電量，當(dāng)電量用完時(shí)，預(yù)付費(fèi)電能表的跳閘回路將發(fā)出信號(hào)控制電能表跳閘，切斷用戶供電電源。

2.4.3遠(yuǎn)程控制功能

管理部門(mén)可通過(guò)后臺(tái)軟件發(fā)出命令，實(shí)時(shí)控制各用戶電能表供電回路的分閘與合閘，方便管理部門(mén)的供電管理。

2.4.4數(shù)據(jù)查詢功能

按月結(jié)算數(shù)據(jù)，管理用戶各項(xiàng)電能數(shù)據(jù)等功能。

2.4.5歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析

按照預(yù)先設(shè)定的主站抄收間隔和抄收周期，通過(guò)通訊管理機(jī)自動(dòng)地讀取計(jì)量?jī)x表的計(jì)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并保存在計(jì)算機(jī)中，方便系統(tǒng)的處理與統(tǒng)計(jì)分析。

2.4.6用戶管理

用戶管理兼容了工業(yè)自動(dòng)化及電力系統(tǒng)變電站的特點(diǎn)，即支持按數(shù)據(jù)分類操作，又支持按功能模塊分類操作的權(quán)限管理功能。

2.4.7數(shù)據(jù)報(bào)表功能

根據(jù)用戶的實(shí)際需要，可制作與導(dǎo)出相關(guān)電量報(bào)表。

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了建筑用電管理的自動(dòng)化、智能化，解決了用電管理中抄表不及時(shí)，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，用電管理困難、工作費(fèi)時(shí)等一系列問(wèn)題。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了大樓用電的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可有效節(jié)約建筑的電力能耗。

參考文獻(xiàn)：

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[2]GBJ63―90電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S]