智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

深圳機械院建筑設(shè)計有限公司 廣東深圳 518027

摘要：隨著外國技術(shù)的引進和國內(nèi)技術(shù)研究的加強，新型固態(tài)、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(xiàn)我國住宅用戶或整個供電用戶的智能化、現(xiàn)代化收費管理。本文結(jié)合工程實例，對智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用進行了他分析探討，詳細介紹了系統(tǒng)的組成及功能。

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

前言

對目前建筑用電管理普遍存在的抄表不及時，數(shù)據(jù)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(tǒng)，可方便準確地抄讀電表數(shù)據(jù)、進行統(tǒng)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(fā)生，保護供電設(shè)備線路，保證正常用電秩序；實現(xiàn)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(yè)務(wù)，節(jié)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(yè)園內(nèi)，A樓有3個區(qū)，B樓有2個區(qū)。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(jīng)統(tǒng)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(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及特點

科技園A、B樓智能抄表系統(tǒng)設(shè)計采用分層分布式結(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臺監(jiān)控系統(tǒng)工作站、1臺100M以太網(wǎng)交換機以及打印機等相關(guān)設(shè)備。整個管理層負責將通訊間隔層上傳的數(shù)據(jù)解包，進行集中管理和分析，執(zhí)行相關(guān)操作，并負責整個變配電系統(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)交換機組成；支持TCP/IP、現(xiàn)場總線等國際國內(nèi)常見的通訊規(guī)約，使其它系統(tǒng)的保護、測控、計量、PLC等設(shè)備可以方便地直接接入主站系統(tǒng)。負責與現(xiàn)場設(shè)備層的各類裝置進行通訊，采集各類裝置的數(shù)據(jù)、參數(shù)，進行處理后集中打包傳輸?shù)街髡緦樱煌瑫r作為中轉(zhuǎn)單元，接受后臺主站層下發(fā)的指令，轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場設(shè)備層各類裝置。

1.4現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層又叫現(xiàn)場監(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。負責采集現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)，發(fā)送給通訊間隔層；同時也作為執(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(guī)約；它既能完成實時數(shù)據(jù)采集與通訊，又能進行數(shù)據(jù)處理、計算、轉(zhuǎn)換與保存，不但具有傳統(tǒng)通訊處理器與通訊前置機的功能，而且具有防雷、防強電磁干擾、適于在惡劣環(huán)境下長期運行。

1.5系統(tǒng)特點

1.5.1分層分布式

整個系統(tǒng)分系統(tǒng)管理層、通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了，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，為整個系統(tǒng)的可靠性打下堅實基礎(chǔ)，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(shè)計

功能單元化：所有單元的保護和監(jiān)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(tǒng)的可靠性。

結(jié)構(gòu)單元化：所有單元均嚴格按一次回路設(shè)備進行獨立配置，簡化了整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，非常便于運行、維護、檢修和系統(tǒng)擴容，并且不會影響到其他回路設(shè)備的運行。

1.5.4簡潔的組網(wǎng)方式及網(wǎng)絡(luò)通訊

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

1.5.5良好的開放性

系統(tǒng)支持以太網(wǎng)、串口等通訊接口；支持多達100多種規(guī)約，隨著一次系統(tǒng)的擴容，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)備的正常運行。

2.智能抄表系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

2.1計量裝置選型及配置

為實現(xiàn)科技園A、B樓總用電及各樓層總用電的監(jiān)測，為各樓層總回路及公共用電設(shè)備配置了廣東雅達電子的DTSD3366D型三相電能表。為實現(xiàn)各用電區(qū)域（房間）的用電監(jiān)測、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(yù)付費電表DDS3366L：237臺

2.2現(xiàn)場監(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個現(xiàn)場監(jiān)測子網(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)為一個子網(wǎng)。子網(wǎng)通過雙絞線連接至現(xiàn)場的串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器再通過超五類雙絞線連接至數(shù)據(jù)集中采集器，采集器負責與管理層上位機數(shù)據(jù)通訊。3個子網(wǎng)共配置3臺數(shù)據(jù)采集器及6臺串口聯(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、開發(fā)工具，操作系統(tǒng)具有良好的實時性能。

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)具有支持用戶開發(fā)的程序裝入實時系統(tǒng)運行，實現(xiàn)其運行的功能。

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)庫軟件

數(shù)據(jù)庫的規(guī)模能容納全部系統(tǒng)并能夠處理以后擴建接入的自動化系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)，并適合所需的各種數(shù)據(jù)類型。其各種性能指標能滿足系統(tǒng)功能和性能的要求；有良好的實時性、可靠性、可擴性和適應(yīng)性，其數(shù)據(jù)模型符合電網(wǎng)監(jiān)控及負荷管理的要求，便于數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷擴充和數(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)能用點名、邏輯符號等多種方式訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理程序的調(diào)用方式應(yīng)全部提供給采購人；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)滿足以下要求：

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

（2）靈活性：提供多種訪問數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫維護工具，以便用戶在線修改和編輯數(shù)據(jù)庫內(nèi)的各種數(shù)據(jù)。

（4）可恢復(fù)性：數(shù)據(jù)庫在計算機監(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)庫內(nèi)的同一數(shù)據(jù)集進行并發(fā)訪問，要保證在并發(fā)方式下數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。

（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)庫生成功能，其生成方式應(yīng)簡便，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)應(yīng)充分考慮分布控制的特點，各個就地控制單元應(yīng)具有獨立執(zhí)行本地控制所需的各種數(shù)據(jù)，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(tài)功能的智能抄表應(yīng)用軟件

自動抄表系統(tǒng)是在Windows XP平臺上獨立開發(fā)的支持網(wǎng)絡(luò)和多機運行的軟件系統(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)軟件實現(xiàn)真正的多任務(wù)，支持數(shù)據(jù)庫跨平臺連接，支持多種開放的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

其主要特點如下：

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

（2）集成開發(fā)環(huán)境。

（3）實時和歷史數(shù)據(jù)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(tài)功能。

（5）高性能的I/O驅(qū)動，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加和擴展規(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、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(shù)據(jù)丟失的可能，增強了系統(tǒng)的可靠性，方便了系統(tǒng)維護。

（8）強大的數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)。

（11）支持多種電力行業(yè)標準規(guī)約。

（12）內(nèi)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(tǒng)功能

2.4.1智能抄表功能

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

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

2.4.2預(yù)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(yù)付費電能表的跳閘回路將發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)查詢功能

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

2.4.5歷史數(shù)據(jù)存儲與分析

按照預(yù)先設(shè)定的主站抄收間隔和抄收周期，通過通訊管理機自動地讀取計量儀表的計量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并保存在計算機中，方便系統(tǒng)的處理與統(tǒng)計分析。

2.4.6用戶管理

用戶管理兼容了工業(yè)自動化及電力系統(tǒng)變電站的特點，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)報表功能

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

3.結(jié)束語

通過本智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計運行，實現(xiàn)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(shù)據(jù)不準，用電管理困難、工作費時等一系列問題。同時也實現(xiàn)了大樓用電的遠程監(jiān)控，可有效節(jié)約建筑的電力能耗。

參考文獻：

[1]GB/T50314―2006智能建筑設(shè)計標準[S]

[2]GBJ63―90電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)范[S]