遠程電表的設計與應用

呂志結

廈門新景地集團有限公司（361000）

遠程電表的設計與應用

呂志結

廈門新景地集團有限公司（361000）

傳統的IC卡表電表運行方式，已不能滿足現代化管理的要求，實現多用戶能耗儀表的自動抄表已經成為可能，特別是建設部提出來的小康型住宅小區的規劃要求，并逐步實行能耗儀表出戶的統一管理，實現微機自動檢測、計量和收費。本文針對目前居民小區的電能計量中實際存在的各種問題，詳細說明了遠程電表的設計、改造及應用。

IC卡表；遠程抄表；射頻

0　引言

遠程電表系統管理軟件實現了電表的遠程抄表功能、過載斷送電控制功能、定時斷送電功能、預付費功能、惡性負載識別功能、復費率計量功能等。還充分利用現代電腦處理速度快、存儲容量大、便于管理和操作、安全性可靠性高的特點，擴展實現了用電量的月度及年度統計，公用電表電量的分攤，公共線損電量的分攤，用電狀況實時監控顯示，預付費電量電價的調整，個別情況的優惠售電，水表、氣表、暖氣表遠程抄表、結算、交費，物業項目（衛生費、保衛費、停車費等）管理收費，各類數據報表的查詢打印，用戶用電信息的編輯維護等，將大量的用戶及用電信息儲存在電腦中，使數據的檢索、匯總、傳遞等變得簡單準確，從而將相關的管理工作人員從繁重的勞動中解放出來，為管理的科學化、現代化提供依據［1］。

1　遠程電表的設計結構

遠程電表的設計結構圖如圖1。

圖1　設計結構圖

2　遠程電表硬件設計

2.1遠程電表的整體結構

在了解國內外現有產品特點的基礎上，為了使抄表器的功能更加完善，設計的抄表器具有計數、數據存儲、數據處理、電量及其狀態的顯示等基本功能。整體結構如圖2所示。

圖2　整體結構如圖

2.2遠程電表的整體工作流程

脈沖采集計數模塊根據脈沖計算出電表的數據，存儲于內部的RAM中。

AT89C51根據時鐘模塊的時間設定，定時向脈沖計數模塊發送數據傳輸命令，收集其電表中的數據，并根據設定好的程序，存儲于外部的RAM中，等待上位機的查詢，并把沒有反應過來的終端的號碼記錄下來，上傳給上位機。

上位機操作中，有定時抄送和隨時抄送模式；定時抄送，即上位機根據系統設定的時間，查詢各脈沖采集計數模塊中的數據；隨時抄送，指在某種特殊情況下，需要單獨對某一用戶進行復查等。在兩種模式下，對沒有反應的終端做備份，并警告等［3］。

2.3遠程電表設計要求的技術參數

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

2.4遠程電表的功能要求

可實現本地管理和網絡管理。售電方式多樣化，可買度數或實交錢數，避免賣電找零。用電商品化，做到商品用電可購可退。內部強電部分與弱電部分應有電磁干擾屏蔽隔離措施，確保電能表安全可靠運行。智能網絡電表計量芯片應采用專用純三相電能計量芯片，能按國家標準要求的三相表的平衡校表法及不平衡校表法進行校表。智能電表具備兩種費率結算方式——單費率和復費率，杜絕以后因費率變化更換儀表。具備射頻卡擴展功能，射頻終端具備顯示液晶屏，可查詢相關用戶用電信息。為防止客戶端數據丟失等情況發生，要求數據庫可存放數據庫服務器，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。具備用電狀態查詢功能，顯示查詢用戶電量、功率、通斷狀態、功率因數等，可顯示每相負載功率。具備全屏監控功能，可24h循環不斷檢測用戶用電狀態。反竊電功能，能精確計量正負兩個方向的電能且以同一方向累計，有效杜絕了偷漏電現象。具有預付費功能及免費基礎電量設置功能。內部電源三相供電，具有電源缺相指示功能，電源缺相，設備正常工作。強弱電隔離，提高抗干擾能力。具有定時通斷管理功能。

3　遠程電表的軟件設計

3.1軟件設計的基本原則

為了滿足遠程抄表系統的設計要求，應根據以下基本原則進行軟件的編制：

1）易讀性和易維護性

這通常是指軟件系統容易被發現和糾正錯誤，容易修改和補充。由于生產過程自動化程度越來越高，測控系統的結構也日趨復雜，設計人員很難在短時間內就能對整個系統理解得準確無誤，軟件的設計與調試也不可能一蹴而就，在發現問題時又要便于修改和完善。

2）可測試性

系統軟件的可測試性有兩方面含義：一是較容易制定出測試，并據此對軟件進行測試；二是軟件設計工作完成后，首先在模擬環境下運行，經過靜態分析和動態仿真運行，證明準確無誤后才可投入實際使用。

3）準確性

這對整個系統具有重要意義，對遠程抄表系統而言就更具有實際意義，其結果的準確程度直接關系到千家萬戶的切身利益。因此，在算法選擇和位數選擇方面要滿足實際要求，運算結構要符合國家相關的技術標準。

4）實時性

它是檢測系統的普遍要求，即要求系統及時響應外部時間的發生，及時給出處理結果。近年來，由于硬件高度集成化和速度的提高，配合相應的軟件，系統實時性的要求較容易得到滿足。

5）可靠性

可靠性是系統軟件最重要的指標之一，該要求有兩層意義：一是運行參數環境改變時，軟件能可靠地運行并給出正確的結果，即要求軟件具有自適應性；二是在環境惡劣、干擾嚴重的情況下，軟件必須保證系統可靠地運行。這對系統的整體可靠運行尤為重要。

近年來，廣西越來越重視健身休閑產業的發展，其產業規模也逐年擴大。2015年廣西體育健身休閑活動總產出和增加值分別為7.5億元和3.5億元，占全區體育總產出和增加值的比重分別為4.8%和4.9%①資料來源：《廣西壯族自治區體育局發布2015年全區體育產業規模及增加值的公告》（桂體經〔2017〕19號）。。綜觀整個體育服務業（除體育用品和相關產品制造業、體育場地設施建設外的其他9大類），經濟規模較大的是體育場館服務，總產出和增加值分別為21.2億元和14.0億元，占比分別為13.6%和19.5%。由此可見，傳統體育產業的發展，體育場館服務依舊是主要創收來源，健身休閑產業尚有較大提升空間。

3.2管理軟件的特點及主要功能

抄表與售電功能：通過管理中心利用管理軟件，系統可抄取電表的數據及售電，售電精度0.01度。

參數設置功能：通過管理中心利用管理軟件，依據電能表類型可設置各種參數。

控制功能：通過計算機控制用戶的通、斷電狀態。

修改功能：系統具有住戶信息修改、設置等功能。

費用結算：系統根據抄表或售電記錄計算用戶的費用，并實現將公共能源損耗平均分攤或按比例分攤到每戶，并自動計算每戶應繳費用，以便向用戶收費。

查詢功能：①單戶查詢：可隨時查詢任一戶的售電記錄或剩余電量。②每層樓查詢：可隨時查詢任一層樓全部住戶售電記錄或剩余電量。

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：系統實現授權密碼操作，可以詳細記錄操作員的操作流程。

開戶銷戶功能：系統可實現對用戶進行開戶、銷戶、更換房間、退費等管理功能。

數據過濾功能：系統能根據設定值，對用戶剩余電量進行過濾分析，提醒用戶及時購電。

3.3遠程電表軟件的數據傳輸模塊

1）RS-485標準接口

RS-485為半雙工，在某一時刻，一個發送另一個接收。用于多站互連時，可以節省信號線，便于數據的傳輸。RS-485是一種多發送器的電路標準，擴展了RS-422的性能，允許雙導線上1個發送器驅動32個負載設備，允許在平衡電纜上掛發送器、接收器或者收發器。

2）MAX485芯片

MAX485芯片是MAXIM公司生產的差分平衡性收發器芯片，集成片包含一個驅動器和一個收發器，適用于RS-485通信標準。

4　遠程電表的應用

4.1遠程抄表控制與管理系統

遠程抄表控制與管理系統主要由電能表、中繼分配器、傳輸網絡、通訊適配器、通訊機、主控計算機和管理軟件等部分組成。計算機通過傳輸網絡與電能表進行數據交換并進行計算、查詢、統計、打印、參數設定及斷送電控制，從而實現電費結算及控制等功能［3］。

電能表備有專用通訊接口，通過通訊適配器或通訊機可接入485總線網絡、局域網網絡、無線網絡、電話網絡等傳輸網絡，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絡將多臺電能表及采集器與異地計算機連接起來，實現數據網絡傳輸。

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

增強型中繼分配器：當通訊適配器與遠端電表或采集器線距離超過1200m時，應增加中繼分配器，以放大通訊信號，延長通訊距離。

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

中心管理計算機：WindowsXP平臺、奔騰多媒體計算機。對電能表或采集器上傳數據進行集中管理。

4.2遠程抄表管理系統的要求

精度等級1.0級，出廠精度0.5級，穩定運行1.0級。雙核CPU，計量電路與通訊、顯示、控制電路應采用雙CPU結構，一個CPU主管計量，一個CPU主管通訊、顯示、控制等，計算準確，運算速度快，提高抗干擾能力。數據庫開放，能適應第三方軟件讀取數據、遠程在線監控通斷控制等功能。智能表內部強電部分與弱電部分應有電磁干擾屏蔽隔離措施，確保電能表安全可靠運行。計量芯片采用純三相電能計量芯片，能按國家標準要求的三相表的平衡校表法及不平衡校表法進行校表。采用防雷電路設計，內部強弱電隔離，具備專門防雷設計，避免雷擊對電表及計算機終端的破壞。對電表結構進行優化，電表體積更加小巧，結構更加科學，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，只需更換內部模塊，節省大量費用及施工難度。抄表方式多樣，可以采用系統軟件、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［J］.工程設計CAD與智能建筑，2002，1（2）：56-59.

［2］張立科.單片機典型模塊設計實例導航［M］.人民郵電出版社，2006.

［3］戴佳，戴為恒.51單片機C語言應用程序設計實例精講［M］.電子工業出版社，2006.