簡(jiǎn)析三相電能預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品選型

    楊翠

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:介紹了一種電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng),主要用于三相動(dòng)力用戶。采用預(yù)付費(fèi)控制器終端和電能表分離的方式,從原有電表讀取相關(guān)數(shù)據(jù)用于比較,在盡量少改動(dòng)原有接線的情況下安裝預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)。采用安全性和穩(wěn)定性高的RFID卡,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間大,實(shí)現(xiàn)不開(kāi)箱操作.控制器終端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)冗余技術(shù),有效降低數(shù)據(jù)丟失和出錯(cuò)可能性。后臺(tái)管理系統(tǒng)嵌入有電能質(zhì)量管理程序,分析從電表讀出的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù),提高供電質(zhì)量;增設(shè)用戶信用度管理,實(shí)現(xiàn)信用管理。后臺(tái)管理系統(tǒng)和控制器終端相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)丟卡不丟電,充分**用戶權(quán)益。系統(tǒng)可升級(jí),可以增設(shè)用戶,做到一卡多戶或者一表多卡。引進(jìn)開(kāi)箱記錄的防竊電思想,可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)箱管理,防止竊電。

    關(guān)鍵詞:三相動(dòng)力;預(yù)付費(fèi)系統(tǒng);電能質(zhì)量管理;RFID;防竊電

    引言

    在電能用戶群中,很多小型企業(yè)為三相動(dòng)力用戶,他們用電量比較大,電費(fèi)額高。由于某些用戶信用度較差、經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較大、經(jīng)濟(jì)效益差,及時(shí)足額回收其電費(fèi)是供電企業(yè)經(jīng)營(yíng)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。目前很多供電企業(yè)都面臨著某些大用戶電費(fèi)回收難的問(wèn)題,造成這一問(wèn)題的根本原因在于“先用電后付費(fèi)”的營(yíng)銷模式。為了解決這個(gè)問(wèn)題,目前常用且有效的方法是采用預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)[1-2]。預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)包括后臺(tái)管理系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)控制終端兩大部分,前者包括計(jì)算機(jī)、Ic卡讀寫器、打印機(jī)等設(shè)備,后者由讀卡模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出等部分構(gòu)成?,F(xiàn)有的預(yù)付費(fèi)電能表一般采用存貯媒介(IC卡)來(lái)傳遞信息,用戶購(gòu)電的同時(shí),信息將自動(dòng)通過(guò)存貯媒介傳回售電部門,售電部門可以對(duì)傳回的用電信息及時(shí)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

    目前,預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)種類繁多,采用的方式也很多【1-5】。大部分的預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)是與電能表相結(jié)合,采用預(yù)付費(fèi)電能表的方式,這種方式適用于普通居民等電流量較小的用戶。由于電表系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)及其控制部分一體化的預(yù)付費(fèi)電能表的通斷能力有限,電表需要國(guó)家相關(guān)計(jì)量部門驗(yàn)證通過(guò)才能使用,再考慮到當(dāng)前在很多場(chǎng)合已經(jīng)有電表投入到使用中,完全重新安裝新系統(tǒng)成本較高。所以筆者研究一種分體式的預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng),電能量從原有電表中讀出。該系統(tǒng)除應(yīng)用于普通居民用電還可用于一些三相動(dòng)力和臨時(shí)施工場(chǎng)所,有一定的應(yīng)用前景。

    一、設(shè)計(jì)思想與總體結(jié)構(gòu)

    整個(gè)系統(tǒng)由后臺(tái)售電管理系統(tǒng)、RFID射頻卡和控制器終端組成。用戶拿電卡(射頻IC卡)到供電部門繳費(fèi)充電,供電部門利用讀卡器對(duì)電卡寫數(shù)據(jù)充值,同時(shí)后臺(tái)管理系統(tǒng)記錄相關(guān)的信息。用戶拿充值后的電卡到安裝在配電柜里的控制器終端刷卡充電??刂破鹘K端記錄相關(guān)信息,并一直從電表讀取數(shù)據(jù)對(duì)比電量,到相應(yīng)的電量發(fā)出警報(bào)或斷開(kāi)電路。

    控制器終端和電表是分離的,控制器終端起到讀取并保存電量,讀取電表數(shù)據(jù)并比對(duì)的功能,還有實(shí)現(xiàn)接觸器的通斷控制??梢栽谠邢到y(tǒng)上稍作改動(dòng)而實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。配電柜里的一次接線如圖1所示。

    這樣的系統(tǒng)可用于三相三線系統(tǒng)和三相四線系統(tǒng)中。進(jìn)線經(jīng)過(guò)閘和電能表后再通過(guò)交流接觸器接到用戶設(shè)備??刂破鹘K端的用電則取白線電壓或者某一相電壓,它的485接口從電能表的485輸出口讀取電能。控制器帶有射頻卡讀卡器,用戶持保存有電量數(shù)據(jù)的射頻卡到控制器的讀卡器附近可以將電量數(shù)據(jù)輸入到控制器內(nèi),與此同時(shí),射頻卡上的電量數(shù)據(jù)將被清零??刂破鲀?nèi)部經(jīng)過(guò)計(jì)算和比對(duì)后,控制繼電器信號(hào)輸出,繼而控制交流接觸器來(lái)控制主線路的通斷。交流接觸器的工作電壓取自線電壓,經(jīng)過(guò)自身的輔助觸點(diǎn)和繼電器的配合,接成一個(gè)脫扣和吸合互斥的電路。

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    二、后臺(tái)管理系統(tǒng)

    目前已經(jīng)應(yīng)用的后臺(tái)管理系統(tǒng)以及讀卡器都已較多,但是很多管理系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單地記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和對(duì)讀卡器操作。本后臺(tái)管理系統(tǒng)是綜息記錄、讀卡器操作、數(shù)據(jù)反饋分析、電能質(zhì)量管理于一體的智能化系統(tǒng)。后臺(tái)管理系統(tǒng)采用的是VisualBASIC和ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)編寫。數(shù)據(jù)查詢輸出到功能*強(qiáng)大的表格處理軟件Excel中方便編輯和打印。

    數(shù)據(jù)分析的功能是后臺(tái)管理系統(tǒng)和控制器終端以及電卡相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。在控制器終端嵌入有讀取電表各種數(shù)據(jù)的程序,可以將A、B、c各相的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因素等數(shù)據(jù)讀取,在刷卡充電時(shí)將數(shù)據(jù)寫入電卡。當(dāng)電卡拿到后臺(tái)管理系統(tǒng)充電時(shí),數(shù)據(jù)讀出保存到硬盤此功能可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量管理和線損管理,提高供電可靠性和供電質(zhì)量。

    三、預(yù)付費(fèi)控制器終端

    預(yù)付費(fèi)控制器終端是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的控制器件。總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    1讀卡模塊

    在控制器中,讀卡部分采用的是讀卡模塊。讀卡模塊把飛利浦的讀卡芯片MFRC522IS[8]及其所需要的外圍電容等器件以及印刷天線做成集成電路,留出電源和數(shù)據(jù)通信接口用于與母板單片機(jī)連接。模塊與單片機(jī)之間的通信方式采用具有協(xié)議完善、支持芯片較多和占用I/O線少等諸多優(yōu)點(diǎn)的IC協(xié)議。模塊的接口及其定義如圖3所示。

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    LED引腳的作用是當(dāng)有卡進(jìn)人射頻區(qū)標(biāo)志位,該引腳輸出低電平,可用于觸發(fā)單片機(jī)中斷并點(diǎn)亮指示發(fā)光二極管.SDA為I2C總線的數(shù)據(jù)線,SCL為串行時(shí)鐘線,用于同步收發(fā)機(jī)。I2C協(xié)議的具體通信過(guò)程請(qǐng)參考文獻(xiàn)[9]。

    2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

    由于單片機(jī)的內(nèi)存在掉電后丟失所有數(shù)據(jù),而電量等重要信息要求在控制器掉電后不能丟失,所以要求控制器內(nèi)有非易失性的存儲(chǔ)器。筆者采用的是Atmel公司的AT24C256型非易失性EEPROM,其存儲(chǔ)容量為32k×8bits。通信方式也是IC協(xié)議,數(shù)據(jù)通信有其特定的幀格式。其引腳定義及操作方式請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[9]。

    數(shù)據(jù)保護(hù)措施:①只有在寫EEPROM時(shí)才將其使能,其它情況不能對(duì)其進(jìn)行寫操作。②數(shù)據(jù)冗余保護(hù)法。將數(shù)據(jù)分成1個(gè)正本和2個(gè)副本(或者4個(gè)副本,總本數(shù)為奇數(shù)即可),每次存儲(chǔ),在讀取數(shù)據(jù)時(shí)采用軟件自動(dòng)修補(bǔ)功能,即采用“少數(shù)服從多數(shù)”的原則,將異常的數(shù)據(jù)修補(bǔ)完整,讀出正確的數(shù)據(jù)。此方法大大提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性,將數(shù)據(jù)丟失和出缽的概率幾乎降到零。

    3電能表通信

    控制器與電能表的通信采用485通信,其協(xié)議采用DL/T645電表通信規(guī)約。485通信的電氣連接較簡(jiǎn)單,采用485轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的串行口連接,用一個(gè)I/O口選擇接收或發(fā)送即可。這里重點(diǎn)說(shuō)一下DL/T645電表通信規(guī)約。該規(guī)約的字節(jié)格式為:每字節(jié)含8位二進(jìn)制碼,傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位(0)、一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位(1)共11位。DO是字節(jié)的*低有效位,D7是字節(jié)的*高有效位。先傳低位,后傳高位。初始速率采用1200bpd。如圖4所示。

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    讀取電表數(shù)據(jù)還有固定的幀格式,以68H開(kāi)頭。比如,讀取電表點(diǎn)總電量的指令為:

    68 DF 01 23 45 5D DF 68 0l 02 43 C3 5D 16H

    DF 01 23 45 5D DF為電能表地址。

    圖中相關(guān)的術(shù)語(yǔ)和細(xì)節(jié)請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[10],這里不再贅述。

    4工作流程

    控制器終端的工作流程和中斷處理流程如圖5和圖6所示。

    控制器終端系統(tǒng)處于一直讀取電表數(shù)據(jù)和比較的循環(huán)中,如果有電卡進(jìn)入射頻區(qū)則進(jìn)入中斷處理程序。上電開(kāi)機(jī)后從EEPROM讀取保存的信息,讀取的內(nèi)容包括電表表號(hào)、剩余電量、報(bào)警門限等信息。讀取完成后從電能表讀取當(dāng)前電量,比較相關(guān)數(shù)據(jù)判斷是否到達(dá)相應(yīng)的動(dòng)作條件。如果到達(dá)低電量則報(bào)警,電用完則向繼電器發(fā)送斷開(kāi)信號(hào),由繼電器控制交流接觸器斷開(kāi)主電路。

    電卡進(jìn)入射頻區(qū)則觸發(fā)中斷處理程序,先檢查卡種。如果是設(shè)置卡讀出卡內(nèi)報(bào)警門限設(shè)置值并保存;如果是檢查卡則按照要求讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)并寫入電卡中,可用于后臺(tái)管理系統(tǒng)分析;如是用戶卡則讀出充電量并卡內(nèi)電量。

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    如果還有一定的電沒(méi)有充到控制器里邊而電卡丟失,可以到售電處補(bǔ)卡,后臺(tái)管理系統(tǒng)把原來(lái)電卡卡號(hào)寫入新卡。新卡在控制器終端感應(yīng)后驗(yàn)證為補(bǔ)卡,將從總充電量中計(jì)算出丟失卡的時(shí)候沒(méi)有充進(jìn)去的電量以及補(bǔ)卡時(shí)再次充值量,從而實(shí)現(xiàn)丟卡不丟電功能。

    四、電卡

    電卡采用的是非接觸式射頻IC卡,克服了接觸式IC卡易損壞,讀卡口易遭破壞的弊端,并且可以實(shí)現(xiàn)不開(kāi)箱操作。采用飛利浦公司的MifarelS50卡【11】,該卡容量為8k位,分為16個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)為4塊,每塊16個(gè)字節(jié),以塊為存取單位,每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問(wèn)控制,每張卡有4字節(jié)序列號(hào),具有防沖突機(jī)制,支持多卡操作等性能。Mifare卡是一種技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、內(nèi)存容量大的一種感應(yīng)式智能Ic卡,它可靠性高,安全性好,有利于提升系統(tǒng)的性能。

    五、安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

    1概述

    AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(tǒng)。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。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置,商戶售電/售水管理及能耗管理工作,操作簡(jiǎn)便,實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控,具有良好的人機(jī)界面,能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便,是用電管理部門、商業(yè)廣場(chǎng)和物業(yè)小區(qū),提高用電用水管理水平,解決收費(fèi)難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。

    2應(yīng)用場(chǎng)所

    本平臺(tái)適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場(chǎng)、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫字樓、物流倉(cāng)儲(chǔ)、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等場(chǎng)所。

    3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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    4系統(tǒng)功能


    安科瑞電氣股份有限公司專注于電力運(yùn)維平臺(tái),低壓線路保護(hù)器,智慧用電管理云平臺(tái),故障電弧探測(cè)器,智能通信管理機(jī),智能溫度控制器等, 歡迎致電 19821750213

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