智能電能表遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文/姚永彩 金朋 王琪

隨著電能計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，電力企業(yè)對(duì)電能計(jì)量的考核也越來(lái)越重視，電能表作為計(jì)量電能的強(qiáng)檢器具，其檢測(cè)過(guò)程的監(jiān)控情況意義重大。目前，在電能表檢定過(guò)程中，需要大量的計(jì)量人員到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，以發(fā)現(xiàn)異常表計(jì)。這種方式不僅需要大量的人力，在計(jì)量人員無(wú)法到達(dá)的惡劣環(huán)境中就難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)中，監(jiān)控系統(tǒng)包括電能表檢定系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、GPRS 通訊模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心以及智能設(shè)備。電能表檢定系統(tǒng)用于檢測(cè)智能電能表，本文設(shè)計(jì)的電能表檢定系統(tǒng)設(shè)置有無(wú)線通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與智能設(shè)備的無(wú)線通訊。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)置在電能表檢定系統(tǒng)上。電能表檢定系統(tǒng)可以是便攜式電能表檢定裝置、電能表檢定裝置人工臺(tái)、自動(dòng)化電能表檢定裝置或電能表自動(dòng)化檢定流水線系統(tǒng)等，適用范圍廣。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)用于采集檢定電能表的信息情況。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集的電能表信息通過(guò)GPRS 通訊模塊遠(yuǎn)程傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、云服務(wù)或智能設(shè)備，在上述部件可以看到電能表檢定系統(tǒng)檢測(cè)電能表的情況。如圖1所示。

2 監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)中，采用云存儲(chǔ)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，該攝像機(jī)采用純流媒體轉(zhuǎn)發(fā)云存儲(chǔ)技術(shù)，即插即用，可穿透各類型網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備自帶云序列號(hào)，無(wú)需申請(qǐng)和綁定DDNS 域名，真正實(shí)現(xiàn)一鍵遠(yuǎn)程。支持手機(jī)和計(jì)算機(jī)同時(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，能夠與智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊。因此，在本文設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集到的監(jiān)控信息不僅可以遠(yuǎn)程到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，還能夠與持有智能設(shè)備的計(jì)量人員實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊，使得遠(yuǎn)程和近程的人員都能夠獲取最新的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。本文采用的攝像機(jī)支持紅外夜視：0.3LUX 低照度，4 顆納米紅外燈，紅外夜視距離20 米，監(jiān)控夜如白晝。采用GM 8135 芯片處理器，分辨率達(dá)1080P，視頻數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)能夠防止數(shù)據(jù)丟失，即查即用，獲取方式靈活。

2.2 電能表檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要完成電能表的檢定，包含計(jì)算機(jī)、功率源、標(biāo)準(zhǔn)表電能表、誤差處理單元以及信號(hào)源，各個(gè)模塊之間采用RS485 總線通訊形式，由信號(hào)源統(tǒng)一控制各模塊工作，計(jì)算機(jī)和信號(hào)源都設(shè)置有無(wú)線通訊接口和藍(lán)牙接口，使得檢定系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)短距離和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和接收。本系統(tǒng)采用無(wú)線通訊或RS232 接口通訊的方式與上位機(jī)進(jìn)行通訊。在工作時(shí)，誤差處理單元同時(shí)采集并存儲(chǔ)在一定時(shí)間段內(nèi)的被測(cè)電能表和標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能脈沖，然后計(jì)算二者采集到的脈沖信息，由于誤差處理器采用單獨(dú)的MCU 控制，因此，數(shù)據(jù)運(yùn)算速度快，處理能力較強(qiáng)。通過(guò)誤差處理器實(shí)現(xiàn)電能誤差計(jì)算、走字試驗(yàn)、啟動(dòng)/潛動(dòng)試驗(yàn)、時(shí)段投切誤差試驗(yàn)、需量周期誤差試驗(yàn)等功能。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

該單元作為遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站控制中心對(duì)安裝在各個(gè)電能表檢定裝置的本地檢測(cè)單元的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)及遙控測(cè)試進(jìn)行統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)分析。還可以為其他管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，其能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、數(shù)據(jù)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析、異常信息報(bào)警、數(shù)據(jù)傳遞和共享等功能。在具體設(shè)計(jì)中，采用MSP430F149 作為主控制器，控制中心通過(guò)nRF24L01 射頻模塊進(jìn)行無(wú)線通信，用戶可通過(guò)智能設(shè)備（比如智能手機(jī)）經(jīng)由GPRS 通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在工作時(shí)，向用戶智能設(shè)備或者GPRS 通訊模塊發(fā)出控制指令，并接底層設(shè)備上傳的信息，然后對(duì)上傳的信息處理，處理結(jié)果可直接發(fā)布給用戶智能設(shè)備。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

圖1

智能電能表對(duì)于用電企業(yè)、計(jì)量單位等發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控及電能表在線現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，對(duì)計(jì)量管理部分開(kāi)源節(jié)流、提高計(jì)量管理水平，保障電力營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)與用戶的利益有著重大意義。目前，該系統(tǒng)在寧夏隆基寧光儀表有限公司內(nèi)得到試運(yùn)行。在原有電能表檢測(cè)系統(tǒng)中加入云系統(tǒng)，支持1000 多個(gè)檢定終端的同時(shí)在線檢測(cè)，在電能表自動(dòng)化檢定流水線中進(jìn)行了云端服務(wù)器布置，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)可上傳云端，其中云端服務(wù)器還配置移動(dòng)云VPN 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等輔助設(shè)備。移動(dòng)云VPN 設(shè)備用于數(shù)據(jù)加密、服務(wù)器認(rèn)證、CAB 應(yīng)用發(fā)布、消息完整性等，在具體使用時(shí)，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程地接入云端服務(wù)器。在具體應(yīng)用時(shí)，云端服務(wù)器還與局域網(wǎng)或者無(wú)線通訊設(shè)備與SG186生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)連接通訊，與用戶的智能設(shè)備、電能表檢定系統(tǒng)等連接通訊，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的即時(shí)云端、無(wú)線、遠(yuǎn)程接收。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常事件時(shí)，計(jì)量管理人員即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線接收，又能實(shí)現(xiàn)即時(shí)在線接收。同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集，工作環(huán)境、檢測(cè)對(duì)象（智能電能表）、檢測(cè)過(guò)程、異常事件報(bào)警、檢測(cè)數(shù)據(jù)、在場(chǎng)人員等均被遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、云端服務(wù)器或智能設(shè)備接收，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果分發(fā)用戶查看，有利于實(shí)現(xiàn)智能電能表在線檢測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。數(shù)據(jù)永久性保存，不會(huì)丟失。通過(guò)試運(yùn)行，人力成本降低70%以上，監(jiān)控效率提高80%以上。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)兼容多種數(shù)據(jù)接收方式，實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大提高現(xiàn)場(chǎng)故障、檢定等監(jiān)控力度，實(shí)現(xiàn)了多種形式通信方式的數(shù)據(jù)交互，滿足用戶在不同情境下的電能計(jì)量和檢測(cè)，克服了計(jì)量人員必須到場(chǎng)才能監(jiān)控電能質(zhì)量的技術(shù)弊端，提高了監(jiān)控水平，具有很好的推廣使用價(jià)值。