智能抄表系统的设计与实现

智能抄表系统的设计与实现

潘华东

潘华东

深圳机械院建筑设计有限公司广东深圳518027

摘要：随着外国技术的引进和国内技术研究的加强，新型固态、智能化、多功能电能表将越来越多，使用也越来越普遍，必将实现我国住宅用户或整个供电用户的智能化、现代化收费管理。本文结合工程实例，对智能抄表系统的设计应用进行了他分析探讨，详细介绍了系统的组成及功能。

关键词：智能抄表系统；远程控制；数据查询；节能

前言

对目前建筑用电管理普遍存在的抄表不及时，数据不准，用电管理困难、工作费时等一系列问题，集抄表、保护和远程控制为一体的智能抄表系统，可方便准确地抄读电表数据、进行统计分析；能有效地防止大功率电器使用，更好地保护用电安全，减少危险事件发生，保护供电设备线路，保证正常用电秩序；实现管理人员对各用电部门的远程控制与管理，如远程停电等业务，节约人力资源，降低后勤运营成本。

1.项目简介

某科技园A、B楼位于工业园内，A楼有3个区，B楼有2个区。A、B楼共有45个总配电箱（地下室除外），237个子配电箱（即237个房间）。2栋楼楼层供电引自于变电所，通过楼层强电井分配给各楼层的照明总配电箱以及楼层公共配电箱；楼层总配电箱为楼层的子配电箱供电，每个子配电箱再给该楼层的房间进行供电。

经统计，A、B楼共有楼层总配电箱以及共用配电箱45个，楼层子配电箱237个。

1.1系统总体结构及特点

科技园A、B楼智能抄表系统设计采用分层分布式结构，由系统管理层、网络通讯层和现场设备层组成。系统结构图如下：

1.2系统管理层

科技园A、B楼管理层设于控制室内，具体包括：1台监控系统工作站、1台100M以太网交换机以及打印机等相关设备。整个管理层负责将通讯间隔层上传的数据解包，进行集中管理和分析，执行相关操作，并负责整个变配电系统的整体监控。

1.3网络通讯层

本智能抄表系统主站层网络采用以太网结构，由以太网交换机组成；支持TCP/IP、现场总线等国际国内常见的通讯规约，使其它系统的保护、测控、计量、PLC等设备可以方便地直接接入主站系统。负责与现场设备层的各类装置进行通讯，采集各类装置的数据、参数，进行处理后集中打包传输到主站层；同时作为中转单元，接受后台主站层下发的指令，转发给现场设备层各类装置。

1.4现场设备层

现场设备层又叫现场监控层，具体包括：三相电能表、单相电子式电能表等电能监控设备。负责采集现场的各类数据和信息状态，发送给通讯间隔层；同时也作为执行单元，执行通讯间隔层下发的各类指令。向上和主站系统采用以太网方式相连，保证数据交换的快速和准确性。通讯处理单元有以下特点：军工级主板，嵌入式CPU模件，多种通讯接口和通讯规约；它既能完成实时数据采集与通讯，又能进行数据处理、计算、转换与保存，不但具有传统通讯处理器与通讯前置机的功能，而且具有防雷、防强电磁干扰、适于在恶劣环境下长期运行。

1.5系统特点

1.5.1分层分布式

整个系统分系统管理层、通讯层和现场设备层。系统结构简洁明了，设备功能清晰明确。

1.5.2高可靠性的硬件

本系统主要硬件设备具有极高的性能和可靠性，装置抗干扰能力强，为整个系统的可靠性打下坚实基础，同时方便用户使用维护及备品备件的选购。

1.5.3真正单元化的设计

功能单元化：所有单元的保护和监控均严格独立，任一装置故障均不影响其它装置的正常工作，提高了整个系统的可靠性。

结构单元化：所有单元均严格按一次回路设备进行独立配置，简化了整个系统的结构，非常便于运行、维护、检修和系统扩容，并且不会影响到其他回路设备的运行。

1.5.4简洁的组网方式及网络通讯

整个智能抄表系统通讯采用工业以太网、现场总线等技术。完全满足自动抄表系统的大量数据通讯处理的要求，同时也为以后与其他系统接口时对高速率数据传输的要求提供有利条件，有效确保实时性。

1.5.5良好的开放性

系统支持以太网、串口等通讯接口；支持多达100多种规约，随着一次系统的扩容，监控系统可以非常方便的接入相应二次设备而不影响现有设备的正常运行。

2.智能抄表系统技术实现

2.1计量装置选型及配置

为实现科技园A、B楼总用电及各楼层总用电的监测，为各楼层总回路及公共用电设备配置了广东雅达电子的DTSD3366D型三相电能表。为实现各用电区域（房间）的用电监测、用电控制，为各用电区域的单相供电回路分别配置DDS3366L了广东雅达电子的单相电子式电能表。

三相电能表DTSD3366D：45台

单相预付费电表DDS3366L：237台

2.2现场监控网络配置

根据科技园A、B楼的用电区域及设备分布情况，智能抄表系统分3个现场监测子网。具体为：在A楼1、2区楼层子配电箱配置的电表设为一个子网，B楼1、2区楼层子配电箱配置的电表设为一个子网，A、B楼总配电总配电箱以及共用配电箱配置的电表设为一个子网。子网通过双绞线连接至现场的串口联网服务器，串口联网服务器再通过超五类双绞线连接至数据集中采集器，采集器负责与管理层上位机数据通讯。3个子网共配置3台数据采集器及6台串口联网服务器。

2.3系统软件

智能抄表系统包括操作系统软件、数据库软件和具有组态功能的智能抄表应用软件。

2.3.1操作系统

采用服务器专用操作系统软件，包括操作系统生成包、编译系统、诊断系统和各种软件维护、开发工具，操作系统具有良好的实时性能。

操作系统具有防止数据文件丢失或破坏的功能。

操作系统具有系统生成的方法。

操作系统具有虚拟存贮的能力。

操作系统具有支持用户开发的程序装入实时系统运行，实现其运行的功能。

操作系统能有效地管理各种外部设备。

2.3.2数据库软件

数据库的规模能容纳全部系统并能够处理以后扩建接入的自动化系统所需的全部数据，并适合所需的各种数据类型。其各种性能指标能满足系统功能和性能的要求；有良好的实时性、可靠性、可扩性和适应性，其数据模型符合电网监控及负荷管理的要求，便于数据规模的不断扩充和数据间形成的结构不断更新。适应新应用程序的加入和修改。应用程序应能用点名、逻辑符号等多种方式访问数据库，数据库管理程序的调用方式应全部提供给采购人；数据库管理系统满足以下要求：

（1）实时性：即对数据库的快速访问，对数据库的访问时间小于0.5ms，在并发操作下也能满足实时功能要求。

（2）灵活性：提供多种访问数据库的方式，其中至少一种是直接、简便的访问方式。

（3）可维护性：提供数据库维护工具，以便用户在线修改和编辑数据库内的各种数据。

（4）可恢复性：数据库在计算机监控系统事故消失后，能迅速恢复到事故前?

的状态。

（5）并发操作：允许不同程序对数据库内的同一数据集进行并发访问，要保证在并发方式下数据库的完整性和一致性。

（6）具有建立多种数据集的能力。

（7）提供安全的监控系统数据库生成功能，其生成方式应简便，数据库的结构应充分考虑分布控制的特点，各个就地控制单元应具有独立执行本地控制所需的各种数据，以便站级控制层停运下，本地控制不受影响。

2.3.3具有组态功能的智能抄表应用软件

自动抄表系统是在WindowsXP平台上独立开发的支持网络和多机运行的软件系统。该软件不但具有常规监控软件的所有功能，同时还可以根据用户的特殊要求增加新的功能。

系统软件实现真正的多任务，支持数据库跨平台连接，支持多种开放的数据库管理系统。

其主要特点如下：

（1）提供极其灵活的面向对象的动态图形功能以及丰富的图形库。

（2）集成开发环境。

（3）实时和历史数据的记录及历史事件查询功能。

（4）卓越的报警管理以及在线组态功能。

（5）高性能的I/O驱动，模块化的结构设计，增加和扩展规约极为方便。

（6）系统模块化结构，面向对象设计、易于扩展，配置灵活多样，易操作性强。

（7）提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增强了系统的可靠性，方便了系统维护。

（8）强大的数据库连接能力。

（9）提供灵活的报告与报表生成功能。

（10）采用分布式Client/Server体系多用户结构。

（11）支持多种电力行业标准规约。

（12）内嵌的高级编程语言。

（13）完整的安全保护特性。

（14）WebServer功能。

2.4系统功能

2.4.1智能抄表功能

（1）智能抄表：按设定的抄表日期及时间自动读取计量仪表的计量数据及其他信息；

（2）随机抄收：根据需要，可随时连通指定区域的远方终端并抄收数据。

2.4.2预购电功能

用户在用电前必须先到管理部门购买电量，管理部门通过后台软件为每个用户的电能表配置电量，当电量用完时，预付费电能表的跳闸回路将发出信号控制电能表跳闸，切断用户供电电源。

2.4.3远程控制功能

管理部门可通过后台软件发出命令，实时控制各用户电能表供电回路的分闸与合闸，方便管理部门的供电管理。

2.4.4数据查询功能

按月结算数据，管理用户各项电能数据等功能。

2.4.5历史数据存储与分析

按照预先设定的主站抄收间隔和抄收周期，通过通讯管理机自动地读取计量仪表的计量数据和状态信息，并保存在计算机中，方便系统的处理与统计分析。

2.4.6用户管理

用户管理兼容了工业自动化及电力系统变电站的特点，即支持按数据分类操作，又支持按功能模块分类操作的权限管理功能。

2.4.7数据报表功能

根据用户的实际需要，可制作与导出相关电量报表。

3.结束语

通过本智能抄表系统的设计运行，实现了建筑用电管理的自动化、智能化，解决了用电管理中抄表不及时，数据不准，用电管理困难、工作费时等一系列问题。同时也实现了大楼用电的远程监控，可有效节约建筑的电力能耗。

参考文献：

[1]GB/T50314―2006智能建筑设计标准[S]

[2]GBJ63―90电力装置的电测量仪表装置设计规范[S]