電力營(yíng)銷抄表核算自動(dòng)化及智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高媛 李直 劉單華 曹有霞 何清源

摘? 要：傳統(tǒng)核算系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化能力較弱，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)能力與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)之間存在較大的偏差，這對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)電力營(yíng)銷抄表核算自動(dòng)化及智能系統(tǒng)提出了更高的要求。在硬件設(shè)計(jì)方面，重新選擇了可編程邏輯器，并優(yōu)化其硬件配置。在軟件設(shè)計(jì)方面，結(jié)合系統(tǒng)的原有特點(diǎn)，設(shè)置自動(dòng)化抄表模式，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的智能化核算功能，加強(qiáng)系統(tǒng)的自動(dòng)化及智能化處理能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)更短，證實(shí)了文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)自動(dòng)化及智能化效果更好。

關(guān)鍵詞：電力營(yíng)銷抄表;自動(dòng)化;智能化;核算系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP277;TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）24-0153-03

Design of Automation and Intelligent System for Electric Power Marketing Meter Reading and Accounting

GAO Yuan，LI Zhi，LIU Danhua，CAO Youxia，HE Qingyuan

（Marketing Service Center of State Grid Anhui Electric Power Co.，Ltd.，Hefei? 230088，China）

Abstract：The traditional accounting system is weak in performance for automation and intelligence，which leads to a great deviation between the reliability and response ability of the system and the preset standard. It puts forward the higher requirement for developing and designing automation and intelligent system for electric power marketing meter reading and accounting. In the aspect of hardware design，the programmable logic controller is reselected and its hardware configuration is optimized. In the aspect of software design，combined with the original characteristics of the system，the automatic meter reading mode is set，the intelligent accounting function of the system is designed，and the automation and intelligent processing ability of the system is strengthened. The experimental results show that the response time of the designed system is lower than that of the traditional system，which verifies that the automation and intelligent effect of the designed system is better.

Keywords：electric power marketing meter reading;automation;intelligence;accounting system

0? 引? 言

無(wú)論是工業(yè)生產(chǎn)還是人們的日常生活，均離不開(kāi)對(duì)電力的使用。隨著國(guó)家科技實(shí)力的不斷提升、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，各行各業(yè)以及人們的日常生活對(duì)于電力的需求越來(lái)越大，因此電能供應(yīng)越來(lái)越復(fù)雜[1]。電力營(yíng)銷企業(yè)中的傳統(tǒng)電力營(yíng)銷抄表核算系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置智能化控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)電表電量的抄送與核算，但其應(yīng)用效果還有待加強(qiáng)[2]。因此亟需研究一個(gè)全新的電力營(yíng)銷抄表核算自動(dòng)化及智能系統(tǒng)，從應(yīng)用效果、適應(yīng)能力以及反應(yīng)速度等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1? 設(shè)計(jì)電力營(yíng)銷抄表核算自動(dòng)化及智能系統(tǒng)硬件

可編程邏輯器簡(jiǎn)稱為FPGA，目前無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)還是在人們的日常生活中，各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域?qū)υ撛O(shè)備的利用率都是非常高的。當(dāng)前市場(chǎng)上常見(jiàn)的FPGA包括XC9500、Virtex、Spartan以及CoolRunner。其中Spartan系列具有容量適宜、成本低廉的特點(diǎn)，因此選擇該型號(hào)的FPGA替代傳統(tǒng)系統(tǒng)中的可編程邏輯器[3]。已知FPGA的程序不提供掉電保護(hù)功能，因此需要用外接FLASH芯片保存對(duì)應(yīng)的配置程序代碼，并重新加載FPGA的加電啟動(dòng)，圖1為應(yīng)用FPGA時(shí)，Master Serial/SPI配置模式的硬件設(shè)計(jì)[4]。

通過(guò)100 Ω的電阻，將SW3的后端與+3.3 V FPGA相連;通過(guò)1 kΩ的電阻，將SW3的前端與FPGA_M0和FPGA_M1管腳相連，并將它們與地線連接。當(dāng)SW3處于閉合狀態(tài)、斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)PGA_M1端能夠保持高電平和低電平狀態(tài)。以此實(shí)現(xiàn)對(duì)抄表核算系統(tǒng)的硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)[5]。

2? 設(shè)計(jì)電力營(yíng)銷抄表核算自動(dòng)化及智能系統(tǒng)軟件

2.1? 設(shè)置自動(dòng)化抄表模式

當(dāng)前系統(tǒng)在執(zhí)行抄表核算任務(wù)時(shí)，通過(guò)分組編號(hào)、名稱、管理單位、責(zé)任人以及抄表段信息等數(shù)據(jù)，獲取抄表對(duì)象和基本用電數(shù)據(jù)，因此按照各個(gè)信息段的相關(guān)特性，對(duì)抄表段進(jìn)行分組歸類管理，建立更高一級(jí)的大抄表段，即采用特定格式對(duì)用戶信息進(jìn)行編號(hào)，保證編號(hào)唯一性的同時(shí)，設(shè)置一個(gè)自動(dòng)化抄表規(guī)則。根據(jù)用戶所在城市，取當(dāng)?shù)貑挝痪幪?hào)后兩位作為第一字段，然后將單位后四位編號(hào)作為地區(qū)劃分字段，若地區(qū)屬于縣級(jí)單位則用“00”補(bǔ)齊，后四位則按照城區(qū)中的居住地進(jìn)行順序劃分[6]。新增一個(gè)自動(dòng)化抄表計(jì)劃制定隊(duì)列，每月1號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)上個(gè)月抄表統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)起工單。此時(shí)要求抄表計(jì)劃的抄表段滿足當(dāng)前月份所對(duì)應(yīng)的周期月，即每月和單月的抄表計(jì)劃由單月抄表計(jì)劃自動(dòng)發(fā)起，每月和雙月的抄表計(jì)劃由雙月抄表計(jì)劃自動(dòng)發(fā)起，如圖2所示。

根據(jù)自動(dòng)抄表計(jì)劃制定數(shù)據(jù)準(zhǔn)備隊(duì)列清單，準(zhǔn)備成功時(shí)自動(dòng)保存待處理隊(duì)列數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備失敗時(shí)將工作環(huán)節(jié)發(fā)送至數(shù)據(jù)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，由負(fù)責(zé)人做出相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化核算[7]。

2.2? 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的智能化核算功能

利用示數(shù)校驗(yàn)庫(kù)提供智能校驗(yàn)規(guī)則，對(duì)新增或維護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，只有通過(guò)該驗(yàn)證環(huán)節(jié)的規(guī)則，才具有系統(tǒng)核算效用。具體流程如圖3所示。

而在電力營(yíng)銷抄表核算過(guò)程中，數(shù)據(jù)應(yīng)用的維度不同，因此數(shù)據(jù)類型也各不相同。結(jié)合自適應(yīng)與一體化的設(shè)計(jì)思路，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分類設(shè)置為兩個(gè)模塊，分別為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模塊和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模塊。其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模塊中包含元數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、流程數(shù)據(jù)和編碼數(shù)據(jù)等內(nèi)容;非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模塊中包含文件數(shù)據(jù)[8]。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)從模塊中包含文件數(shù)據(jù)、接收處理自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并根據(jù)示數(shù)校驗(yàn)庫(kù)的規(guī)則進(jìn)行智能化校驗(yàn)工作，然后對(duì)未能通過(guò)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。而通過(guò)校驗(yàn)的抄表數(shù)據(jù)將會(huì)被自動(dòng)上傳到電費(fèi)計(jì)算單元中，以智能化手段計(jì)算電費(fèi)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果存在差錯(cuò)時(shí)，將失敗用戶的計(jì)算數(shù)據(jù)分離出來(lái)，形成獨(dú)立的抄表計(jì)劃，并將該計(jì)劃傳遞給人工核算提示界面，如圖4所示。

當(dāng)計(jì)算全部通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將電量電費(fèi)隊(duì)列數(shù)據(jù)傳遞至電量電費(fèi)審核單元[9]。電費(fèi)審核單元增加營(yíng)銷中集中電量電費(fèi)審核隊(duì)列，根據(jù)電量電費(fèi)審核庫(kù)的規(guī)則，自動(dòng)審核計(jì)算結(jié)果，并對(duì)未通過(guò)審核的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，同時(shí)生成異常工單，自動(dòng)傳遞至人工電費(fèi)審核界面，依靠人工處理存在較大問(wèn)題的數(shù)據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力營(yíng)銷抄表核算系統(tǒng)的自動(dòng)化及智能化設(shè)計(jì)[10]。

3? 實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)試此次設(shè)計(jì)的抄表核算系統(tǒng)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)下的抄表核算系統(tǒng)之間的差異性。為進(jìn)一步細(xì)化系統(tǒng)應(yīng)用效果，從可靠性、可維護(hù)性、相應(yīng)實(shí)施性三個(gè)角度比較不同系統(tǒng)之間的差異。

3.1? 可靠性測(cè)試

實(shí)驗(yàn)測(cè)試的第一階段，隨機(jī)選擇一片區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象，分別采用兩個(gè)系統(tǒng)，對(duì)該區(qū)域中的用戶用電量，執(zhí)行7×24 h的抄表核算任務(wù)，表1中的測(cè)試結(jié)果，為系統(tǒng)可靠性測(cè)試結(jié)果。

由表1顯示的測(cè)試結(jié)果可知，此次設(shè)計(jì)的核算系統(tǒng)，在面對(duì)7×24 h的抄表核算任務(wù)時(shí)，預(yù)警效果和恢復(fù)效果均滿足設(shè)計(jì)要求，且系統(tǒng)在執(zhí)行核算任務(wù)時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象。可見(jiàn)此次設(shè)計(jì)的核算系統(tǒng)可靠性更高。

3.2? 可維護(hù)性測(cè)試

實(shí)驗(yàn)測(cè)試的第三階段，以同一測(cè)試對(duì)象為例，在不影響系統(tǒng)其他部分的情況下，分別測(cè)試文中系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，修改現(xiàn)有系統(tǒng)功能后，系統(tǒng)是否可以維持正常工作狀態(tài)。圖5為兩個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障前、出現(xiàn)故障后以及維修完畢后的運(yùn)行效果。

由圖5顯示的測(cè)試結(jié)果可知，在系統(tǒng)運(yùn)行的前60 min，由于兩個(gè)系統(tǒng)均存在故障問(wèn)題，因此系統(tǒng)的工作指標(biāo)非常不穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)60 min后，兩個(gè)系統(tǒng)的工作指標(biāo)瞬時(shí)下降至0.85以下，此時(shí)開(kāi)始維修兩個(gè)核算系統(tǒng)。將維修時(shí)間去掉，將維修后的系統(tǒng)工作時(shí)間與未維修之前相連接，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。但由圖2中的曲線波動(dòng)程度可知，維修后的文中系統(tǒng)，其工作指標(biāo)不再有過(guò)大的波動(dòng)情況，且在150 min時(shí)維持了正常工作狀態(tài)。但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)，維修完畢后在60 min～90 min之間，還存在劇烈波動(dòng)的情況。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行150 min時(shí)，系統(tǒng)工作指標(biāo)突然下降，在0.81左右維持了穩(wěn)定。因此綜合兩組測(cè)試結(jié)果來(lái)看，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有可維護(hù)性，也就是說(shuō)在出現(xiàn)故障問(wèn)題后，維修后的系統(tǒng)還能保持原有工作水準(zhǔn)，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)在維修后，其工作水準(zhǔn)大幅度下降。因此得出結(jié)論，文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有更好的可維護(hù)性。

3.3? 響應(yīng)實(shí)時(shí)性測(cè)試

第三階段測(cè)試兩個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)實(shí)時(shí)性。保持測(cè)試對(duì)象的一致性，以查詢類和統(tǒng)計(jì)類數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試在執(zhí)行上述任務(wù)時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)實(shí)時(shí)性情況。為了保證測(cè)試結(jié)果的可靠性，此階段共進(jìn)行20次測(cè)試，表2中的數(shù)據(jù)是20次測(cè)試中兩個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)實(shí)時(shí)性平均值測(cè)試結(jié)果。

根據(jù)表2所示的測(cè)試結(jié)果，計(jì)算四組測(cè)試條件下，文中系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的響應(yīng)差異，分別為3.98 s、4.85 s和2.47 s、3.72 s以及11.08 s。綜合分析上述計(jì)算結(jié)果可知，文中系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不僅滿足標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)比傳統(tǒng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，縮短了近一半的響應(yīng)時(shí)間。由此可見(jiàn)，此次設(shè)計(jì)的核算系統(tǒng)具有更好的響應(yīng)性能。

4? 結(jié)? 論

此次設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化性能，并取得了不錯(cuò)的研究成果。但由測(cè)試結(jié)果可知，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還有很大的提升空間，因此在今后的研究工作中，可以設(shè)置一個(gè)具有自動(dòng)化計(jì)算能力的智能核算模型，從整體上提高系統(tǒng)的工作效率，為電力營(yíng)銷抄表核算工作提供更加完善的技術(shù)支持。

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作者簡(jiǎn)介：高媛（1980—），女，漢族，安徽合肥人，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向：電力營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用。