智能抄表系統的設計與實現

深圳機械院建筑設計有限公司 廣東深圳 518027

摘要：隨著外國技術的引進和國內技術研究的加強，新型固態、智能化、多功能電能表將越來越多，使用也越來越普遍，必將實現我國住宅用戶或整個供電用戶的智能化、現代化收費管理。本文結合工程實例，對智能抄表系統的設計應用進行了他分析探討，詳細介紹了系統的組成及功能。

關鍵詞：智能抄表系統；遠程控制；數據查詢；節能

前言

對目前建筑用電管理普遍存在的抄表不及時，數據不準，用電管理困難、工作費時等一系列問題，集抄表、保護和遠程控制為一體的智能抄表系統，可方便準確地抄讀電表數據、進行統計分析；能有效地防止大功率電器使用，更好地保護用電安全，減少危險事件發生，保護供電設備線路，保證正常用電秩序；實現管理人員對各用電部門的遠程控制與管理，如遠程停電等業務，節約人力資源，降低后勤運營成本。

1.項目簡介

某科技園A、B樓位于工業園內，A樓有3個區，B樓有2個區。A、B樓共有45個總配電箱（地下室除外），237個子配電箱（即237個房間）。2棟樓樓層供電引自于變電所，通過樓層強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，每個子配電箱再給該樓層的房間進行供電。

經統計，A、B樓共有樓層總配電箱以及共用配電箱45個，樓層子配電箱237個。

1.1系統總體結構及特點

科技園A、B樓智能抄表系統設計采用分層分布式結構，由系統管理層、網絡通訊層和現場設備層組成。系統結構圖如下：

1.2系統管理層

科技園A、B樓管理層設于控制室內，具體包括：1臺監控系統工作站、1臺100M以太網交換機以及打印機等相關設備。整個管理層負責將通訊間隔層上傳的數據解包，進行集中管理和分析，執行相關操作，并負責整個變配電系統的整體監控。

1.3網絡通訊層

本智能抄表系統主站層網絡采用以太網結構，由以太網交換機組成；支持TCP/IP、現場總線等國際國內常見的通訊規約，使其它系統的保護、測控、計量、PLC等設備可以方便地直接接入主站系統。負責與現場設備層的各類裝置進行通訊，采集各類裝置的數據、參數，進行處理后集中打包傳輸到主站層；同時作為中轉單元，接受后臺主站層下發的指令，轉發給現場設備層各類裝置。

1.4現場設備層

現場設備層又叫現場監控層，具體包括：三相電能表、單相電子式電能表等電能監控設備。負責采集現場的各類數據和信息狀態，發送給通訊間隔層；同時也作為執行單元，執行通訊間隔層下發的各類指令。向上和主站系統采用以太網方式相連，保證數據交換的快速和準確性。通訊處理單元有以下特點：軍工級主板，嵌入式CPU模件，多種通訊接口和通訊規約；它既能完成實時數據采集與通訊，又能進行數據處理、計算、轉換與保存，不但具有傳統通訊處理器與通訊前置機的功能，而且具有防雷、防強電磁干擾、適于在惡劣環境下長期運行。

1.5系統特點

1.5.1分層分布式

整個系統分系統管理層、通訊層和現場設備層。系統結構簡潔明了，設備功能清晰明確。

1.5.2高可靠性的硬件

本系統主要硬件設備具有極高的性能和可靠性，裝置抗干擾能力強，為整個系統的可靠性打下堅實基礎，同時方便用戶使用維護及備品備件的選購。

1.5.3真正單元化的設計

功能單元化：所有單元的保護和監控均嚴格獨立，任一裝置故障均不影響其它裝置的正常工作，提高了整個系統的可靠性。

結構單元化：所有單元均嚴格按一次回路設備進行獨立配置，簡化了整個系統的結構，非常便于運行、維護、檢修和系統擴容，并且不會影響到其他回路設備的運行。

1.5.4簡潔的組網方式及網絡通訊

整個智能抄表系統通訊采用工業以太網、現場總線等技術。完全滿足自動抄表系統的大量數據通訊處理的要求，同時也為以后與其他系統接口時對高速率數據傳輸的要求提供有利條件，有效確保實時性。

1.5.5良好的開放性

系統支持以太網、串口等通訊接口；支持多達100多種規約，隨著一次系統的擴容，監控系統可以非常方便的接入相應二次設備而不影響現有設備的正常運行。

2.智能抄表系統技術實現

2.1計量裝置選型及配置

為實現科技園A、B樓總用電及各樓層總用電的監測，為各樓層總回路及公共用電設備配置了廣東雅達電子的DTSD3366D型三相電能表。為實現各用電區域（房間）的用電監測、用電控制，為各用電區域的單相供電回路分別配置DDS3366L了廣東雅達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

單相預付費電表DDS3366L：237臺

2.2現場監控網絡配置

根據科技園A、B樓的用電區域及設備分布情況，智能抄表系統分3個現場監測子網。具體為：在A樓1、2區樓層子配電箱配置的電表設為一個子網，B樓1、2區樓層子配電箱配置的電表設為一個子網，A、B樓總配電總配電箱以及共用配電箱配置的電表設為一個子網。子網通過雙絞線連接至現場的串口聯網服務器，串口聯網服務器再通過超五類雙絞線連接至數據集中采集器，采集器負責與管理層上位機數據通訊。3個子網共配置3臺數據采集器及6臺串口聯網服務器。

2.3系統軟件

智能抄表系統包括操作系統軟件、數據庫軟件和具有組態功能的智能抄表應用軟件。

2.3.1操作系統

采用服務器專用操作系統軟件，包括操作系統生成包、編譯系統、診斷系統和各種軟件維護、開發工具，操作系統具有良好的實時性能。

操作系統具有防止數據文件丟失或破壞的功能。

操作系統具有系統生成的方法。

操作系統具有虛擬存貯的能力。

操作系統具有支持用戶開發的程序裝入實時系統運行，實現其運行的功能。

操作系統能有效地管理各種外部設備。

2.3.2數據庫軟件

數據庫的規模能容納全部系統并能夠處理以后擴建接入的自動化系統所需的全部數據，并適合所需的各種數據類型。其各種性能指標能滿足系統功能和性能的要求；有良好的實時性、可靠性、可擴性和適應性，其數據模型符合電網監控及負荷管理的要求，便于數據規模的不斷擴充和數據間形成的結構不斷更新。適應新應用程序的加入和修改。應用程序應能用點名、邏輯符號等多種方式訪問數據庫，數據庫管理程序的調用方式應全部提供給采購人；數據庫管理系統滿足以下要求：

（1）實時性：即對數據庫的快速訪問，對數據庫的訪問時間小于0.5ms，在并發操作下也能滿足實時功能要求。

（2）靈活性：提供多種訪問數據庫的方式，其中至少一種是直接、簡便的訪問方式。

（3）可維護性：提供數據庫維護工具，以便用戶在線修改和編輯數據庫內的各種數據。

（4）可恢復性：數據庫在計算機監控系統事故消失后，能迅速恢復到事故前

的狀態。

（5）并發操作：允許不同程序對數據庫內的同一數據集進行并發訪問，要保證在并發方式下數據庫的完整性和一致性。

（6）具有建立多種數據集的能力。

（7）提供安全的監控系統數據庫生成功能，其生成方式應簡便，數據庫的結構應充分考慮分布控制的特點，各個就地控制單元應具有獨立執行本地控制所需的各種數據，以便站級控制層停運下，本地控制不受影響。

2.3.3具有組態功能的智能抄表應用軟件

自動抄表系統是在Windows XP平臺上獨立開發的支持網絡和多機運行的軟件系統。該軟件不但具有常規監控軟件的所有功能，同時還可以根據用戶的特殊要求增加新的功能。

系統軟件實現真正的多任務，支持數據庫跨平臺連接，支持多種開放的數據庫管理系統。

其主要特點如下：

（1）提供極其靈活的面向對象的動態圖形功能以及豐富的圖形庫。

（2）集成開發環境。

（3）實時和歷史數據的記錄及歷史事件查詢功能。

（4）卓越的報警管理以及在線組態功能。

（5）高性能的I/O驅動，模塊化的結構設計，增加和擴展規約極為方便。

（6）系統模塊化結構，面向對象設計、易于擴展，配置靈活多樣，易操作性強。

（7）提供全面的冗余功能，能夠有效地減少數據丟失的可能，增強了系統的可靠性，方便了系統維護。

（8）強大的數據庫連接能力。

（9）提供靈活的報告與報表生成功能。

（10）采用分布式Client/Server體系多用戶結構。

（11）支持多種電力行業標準規約。

（12）內嵌的高級編程語言。

（13）完整的安全保護特性。

（14）Web Server功能。

2.4系統功能

2.4.1智能抄表功能

（1）智能抄表：按設定的抄表日期及時間自動讀取計量儀表的計量數據及其他信息；

（2）隨機抄收：根據需要，可隨時連通指定區域的遠方終端并抄收數據。

2.4.2預購電功能

用戶在用電前必須先到管理部門購買電量，管理部門通過后臺軟件為每個用戶的電能表配置電量，當電量用完時，預付費電能表的跳閘回路將發出信號控制電能表跳閘，切斷用戶供電電源。

2.4.3遠程控制功能

管理部門可通過后臺軟件發出命令，實時控制各用戶電能表供電回路的分閘與合閘，方便管理部門的供電管理。

2.4.4數據查詢功能

按月結算數據，管理用戶各項電能數據等功能。

2.4.5歷史數據存儲與分析

按照預先設定的主站抄收間隔和抄收周期，通過通訊管理機自動地讀取計量儀表的計量數據和狀態信息，并保存在計算機中，方便系統的處理與統計分析。

2.4.6用戶管理

用戶管理兼容了工業自動化及電力系統變電站的特點，即支持按數據分類操作，又支持按功能模塊分類操作的權限管理功能。

2.4.7數據報表功能

根據用戶的實際需要，可制作與導出相關電量報表。

3.結束語

通過本智能抄表系統的設計運行，實現了建筑用電管理的自動化、智能化，解決了用電管理中抄表不及時，數據不準，用電管理困難、工作費時等一系列問題。同時也實現了大樓用電的遠程監控，可有效節約建筑的電力能耗。

參考文獻：

[1]GB/T50314―2006智能建筑設計標準[S]

[2]GBJ63―90電力裝置的電測量儀表裝置設計規范[S]