费控智能表论文（精选4篇）
费控智能表论文 篇1
0前言
随着科学技术的快速发展,智能电网的建设进程不断加快,由此对于电能表的要求也不断提高。当前,智能表作为电力系统的终端装置,被广泛的应用于家庭用电系统当中,能够为智能电网系统带来巨大的经济利益。但是由于智能表在运行过程当中时常出现一些问题,鉴于此,文章对智能表进行校验和费用功能调试具有十分重要的现实意义,能够保障智能表的稳定运行。
1 智能表的概述
就当前的家庭用电情况来说,家庭的用电量逐年增加,并且窃电现象屡禁不止。为了让每个家庭能够详细的了解自家的用电情况以及实时的电价信息,国网公司不断加快推进了智能电表的应用进程。从一定角度来说,虽然传统的电能表能够满足人们的使用需求,但是传统的电能表仍然存在着一些测量误差,在电力科技技术不断发展的背景下,智能电表应运而生。智能表集合了测量、数据采集和自动处理等多种技术,能够对客户用电量进行实时监测和采集传输,除此之外,智能表通过与智能缴费系统相连,自动的完成了电量的计算和电价的扣费,并将这些数据传输到了系统平台上,是一种集多功能为一体的电能表。家庭用户就可以根据相应的联网信息来了解家庭的用电情况,通过分析应用设备的耗电情况,对家庭耗电设备的使用时间等情况采取相应的处理措施,从而改善用户的用电习惯。与此同时,智能表不仅起到预防窃电、节约电能的作用,还简化了电能计算的管理程序,提高了抄核收工作的效率。
2 智能表的校验
在智能表的实际运行当中,为了使智能表能够保持高效稳定的状态,只有不断加强对其的校验,高度重视校验过程中的注意事项,才能更好的发挥智能表的各种性能。
2.1 报警代码方面的注意事项
目前,在智能表当中具有自带的检测程序,能够对其内部的异常情况进行检测。除此之外,现代的许多设备已经具备了更多的个性化的设计,一旦发生运转不良的现象,液晶显示屏便能够显示各种报警代码。一般说来,不同的智能表产品具有不同的报警代码,并且具有差异的显示方式,因此校验人员在对智能表的校验过程中,首先就是要观察智能表的报警代码,并及时对其进行分析,掌握其具有的含义。只有做到这一点,才能够快速的发现智能表存在的安全隐患,并提高现场校验的效率。
2.2 电池电压方面的注意事项
在智能表的整个系统当中,电池是一个非常重要的元件,在电表的外部电源被切断之后,电池可以作为一个备用电源保证电表的稳定工作。但是由于电池具有容量的限制,加上自身的耗电,所以运行的时间不长。与此同时,由于智能表在缺少电压的时候会使得时钟产生错误的显示,因此可能会导致诸多问题的发生。特别是供电企业应用阶梯式电价的方式,对工业和企业的应用分费率和分时段的电费计量方式,因此一旦智能表的时间不准确,就会导致智能表的记录情况和用户的实际用电情况不符,出现不同的电价,从而引起计量纠纷问题。由此,在对智能表进行校验的时候,要加强对于时间的检查,尤其是时钟是否正常运行、电池是否饱满,并及时采取相应的有效措施,从而避免计量纠纷现象的发生。
2.3 电量方面的注意事项
除了上述所提到的注意事项以外,在对智能表进行校验的时候还要格外注意电量方面的分析。比如说,一旦发现智能表显示的电量情况和红外掌机上抄读的电量不相符,就要分析这种现象产生的原因。一般说来,智能电表的电量具有组合电量、正向电量和反向电量3种含义,其中有功的电量具有9种组合方式,无功电量的组合方式则高达81种。因此,当电表对停电的电量进行累计和储存的时候,就会因为程序设计的失误而使得组合电量、正向电量和反向电量之间产生差异,由此电表的液晶显示也会与红外掌机上抄录的数据不一样。鉴于当前主要应用红外掌机进行电表电量的抄读,并根据这个数据和用户进行结算,这样就会产生计量的纠纷,因此要对这个问题格外注意。
3 智能表的费控功能调控技术
智能表以传统的电能表为基础,并在这个基础上进行创新变革而形成,因此,在对智能表的性能进行调控的时候,不只是对普通电表所具有的性能进行调控,更为重要的是要对其独一无二的性能进行调控,尤其是对费控功能的调控。与传统的电表相比,智能电表的费控功能具有节省人力、物力、财力的巨大优势,并且能够实时监控用户的用电情况,并及时对发生的故障和窃电情况等问题采取有效的处理措施。但调试人员也应该认识到,远程的智能表费控功能在运行过程中还存在着一些问题,严重影响着智能表的正常工作,鉴于此,需要对智能表的费控功能进行调控,其调控技术如下 :一般说来,智能以网络平台为介质,从而实现远程费控的功能。因此,对智能表费控功能的调控主要是在智能表内安装安全密钥模块,通过实现与密码机之间的安全认证,从而保证信息在安全的情况下进行交换。一般在安全认证的试验结束之后,需要对智能表的拉闸和合闸状态进行调控。首先,要对智能表下达远程拉闸的命令,检查其是否处于拉闸的状态,当检查完毕之后,对智能表下达合闸的命令,并检查这个时候智能表所处的状态。当一切检查成功之后,便要检查智能表的密钥更新情况,也就是说在更新密钥之后,用原密钥对电能表进行控制,如果没有办法执行操作,则说明密钥更新成功。通常情况下,如果采用科学的检测方法而且检测的过程比较顺利,那么就说明智能表的费控功能很正常。但是在检测过程中出现异常情况的时候,就说明智能表的费控功能存在不合理的问题,需要采取一系列的整改方案。
4 结束语
随着智能时代的来临,智能表成为电力系统当中的重要组成部分,并发挥着不可替代的作用。由此为了保证智能表能够充分发挥其应有的功能,需要对智能表进行校验和功能调试,通过及时发现智能表在运行当中存在的问题,从而采取一系列的控制措施使其能够运行稳定,为客户提供更加优质可靠的供电服务。
费控智能表论文 篇2
随着电网的大规模的改造与建设, 电力系统对三相智能费控电能表的需求不断增长, 提出了高精度、多参数测量、谐波功率电能计量, 实时测量等技术要求。本文以三相计量集成芯片ADE7878为核心, 设计出一款三相费控智能表。
2 计量芯片ADE7878的性能特点
ADE78 78是一款高精度、3.3 V供电、宽电源电压工作、串行接口以及具备三个灵活的脉冲输出的三相计量集成芯片。它集成了模数转换器、数字积分电路、基准源电路、电能计量、数字信号处理电路。ADE787 8可以提供四种不同的电源模式, 通过引脚PM0和PM1来控制ADE7878进入不同的功耗模式, 包括正常模式、省电模式、低功耗模式、睡眠模式;在低功耗模式下, 最大电流功耗为200u A, 可以实现防窃电的功能。
3 计量芯片ADE7878的外围硬件电路设计
ADE7878的电压电流通道输入信号范围为±0.5V, 此次设计的电表额定电压为220V, 通道采用5个20 0KΩ的电阻和一个5 1 0Ω的电阻分压, 加额定电压时输入信号电压为112m V.采用多个电阻的目的是提高抗干扰性能。图1为外围硬件电路设计。
4 电能表的总体框图
该电能表主要包括单片机、电能计量电路、电表电源电路、数据存储电路、ESAM模块、IC卡接口电路、LCD显示电路等。硬件框图如图2:
5 重要模块的设计
(1) 电能计量电路:采用具备高精度、高速率的三相计量芯片ADE7878来实现对电表的计量, 满足多参数测量、谐波功率电能计量的要求;
(2) 控制芯片:单片机采用U P D 7 8 F 1 1 6 6, 它是N E C推出的低功耗FLASH型1 6位单片机, 是一款性价比较高的单片机, 采用FLASH存储器, 广泛用于仪表行业, 具有低功耗、内置上电清零电路、低压差检测电路、按键中断特点;
(3) ESAM加密认证模块:ESAM模存储电能表运行过程中的所有重要参数, 是电表实现费控功能的核心部件。UPD78F1166和CPU卡接口对于加密认证来说只是起到传输数据的作用;
(4) 数据存储电路:此次设计的电能表采用3 4 K b i t的E E P R OM, 3 2 M b i t的FLASH, 2 5 6 K b it的非易失性的F-R AM, 既满足了存储数据和程序的要求, 也具有不会断电丢失数据, 快速读取数据, 无限的读写操作和低功耗的特点;
(5) CPU卡读写电路:此次设计CPU卡内采用的是ARTCOS操作系统, 该系统符合《中国金融集成电路 (IC) 卡规范》, 支持安全数据传输, 支持明文、加密、加密校验四种传输模式;
(6) LCD显示电路和LED显示:液晶显示内容包括数字、代码和符号三种, 设计采用两片基于I2C的PCF8576CT来进行液晶驱动。实现原理是把要显示的数据传给PCF8 5 7 6 C, 它将接收到的字节数据按照所选择LCD驱动方式填充在显示RAM中。
6 结语
本次设计的费控智能表既能满足准确计量, 高精度的要求, 又具有灵活组合的计量方式、多种多样的事件记录特点, 有利于规范电表技术的开发与应用, 具有广阔的应用前景, 本文所介绍的方案设计已通过实际的开发与运行, 且达到预期效果。
摘要：本文在计量芯片ADE7878的基础上设计一款具有高精度、费控功能、多计量方式的三相费控智能表, 它符合国家电网公司提出的规范化电表的要求, 具有良好的发展前景。
关键词：费控智能表,计量芯片,ADE7878
参考文献
[1]Q/GDW-365-2009《智能电能表信息交换安全认证技术规范》.北京:国家电网公司, 2009.
费控智能表论文 篇3
一、智能电能表远程费控的优劣分析
智能电能表远程费控技术的推广与应用是现代化智能技术发展的结果, 体现了电能的智能化计量, 实现了电力企业抄核收工作的自动化发展, 在实际运用过程中, 该技术体现出一定的优势和弊端, 具体体现在以下方面:
1. 优势方面
(1) 表计不易受干扰。传统的电能表计费容易受到各种内外变化因素的干扰, 智能化电能表远程费控技术条件下, 表计功能相对稳定, 即使变动调价也不会带来干扰性破坏。而且远程表内部未形成电价参数, 实际的调价操作中, 只需在营销系统实施变更操作, 省去了很多麻烦。
(2) 缴费渠道更加灵活。传统电能表计费模式下, 用户缴费方式相对单一, 智能电能表远程费控系统则为用户缴费创造了更多的便捷条件, 开通了更加多元化的缴费渠道。用户不仅可以在柜台缴费, 还可以凭借网上银行、手机支付、向购电卡充值等多种渠道来缴纳电费, 节省了用户的缴费时间, 提高了对用户缴费服务水平。
对应的缴费方式也丰富多样, 用户既可以进行预付缴费、也可以后付缴费, 用户能够根据自身条件做出合理的选择。
(3) 削减了抄核收工作量。在远程费控系统的帮助下, 室内检定工作朝着简单化、简略化方向发展, 也省去了参数管理的诸多麻烦。
(4) 提高安全性。远程费控系统是一个高科技智能化系统, 设置了属于自身的密码, 维护了数据的安全、稳定传输, 而且主站具有密码远程控制功能, 可以远距离更改密码, 以此来保护数据、密码等的安全。
2. 缺陷方面
(1) 无法显示用电余额, 为电费统计带来麻烦, 只能凭借短信等形式来提醒用户购电。
(2) 增加了成本。远程费控电能表在正式安装使用前, 需要拥有充足的信息、数据, 依据这些信息数据才能发挥远程费控作用, 然而, 数据信息等的采集必然需要耗费一定的资金, 会导致成本的上升。
(3) 缴费判断失误常发生。因为受到信道的影响, 远程拉闸、合闸等操作必然需要一定的时间, 如果合闸后不能及时恢复供电, 将引发客户的不满, 甚至出现频繁投诉的现象, 会引发用户与供电企业之间的矛盾。
(4) 计费任务繁重。由于用电客户较多、用电类型各不相同, 主站承担着巨大的计费任务, 加剧了计算系统的负担, 当部分客户的电费余额较少, 达到某一极值时, 需要以多种方式来向用户发出提醒通知, 在无形中又增加了主站的任务负担。
二、智能电能表远程费控的应用条件
远程费控是智能电能表独有的功能, 该功能具体体现为:发挥电能表的远程计费作用, 是在远程采集系统、营销系统的同步配合下实现的, 当用户有电费拖欠、缓交、迟交等现象时, 能够凭借远程主站采集系统来发放拉闸命令, 切断欠费用户的供电, 等待用户缴费, 再凭借该系统进行合闸操作, 重新恢复该用户的供电。远程费控模式的利用也需要具备一定的条件, 具体包括以下方面:
1. 表计需达标
要想发挥远程费控功能, 表计就需具备较为齐全的功能, 例如:能够实时召测、能够远距离断电、送电等。
2. 表箱要合格
智能电能表远程费控对表箱也提出了特殊的指标规定, 采集的终端可以被配置于表箱某处, 可以是其内部, 也可以是附近位置。参照国家电力行业的有关规定:在远程费控模式下, 电力系统的复电需要用户的参与, 要求用户通过实体按键的方式, 来确认电力已被恢复。对此, 就要制作特殊型号的电表箱, 首先, 其高度要在用户能够触及的位置, 拓展观察的窗口尺寸, 设置插卡槽, 通过这种方式来为用户的复电确认创造便利条件。
3. 电表的要求
在远程费控条件下, 电表自身也要达到一定的标准, 电表不能毫无条件地面向广大用户, 只有在特殊情况下, 用户需要在专业电力技术人员的指导下来完成相关操作。
三、智能电能表远程费控的模式与影响分析
1. 远程费控模式分析
在智能技术的支持下, 远程费控模式体现出以下特点:第一, 缴费工作处于营销过程中, 同时, 也完成电费的计量;第二, 营销系统中的相关数据、信息等能够被更加客观、精准地分析与判断, 体现远程费控的独特功能;第三, 用户缴费工作更加简单、便捷, 在远程费控系统控制下, 用户可以选择多种缴费渠道与缴费方式;第四, 远程费控系统具有自动化反应功能, 参照智能表的相关指令, 来实现合闸、跳闸、警报等操作, 也能凭借信道, 实现其他费控操作。
2. 远程费控的影响分析
(1) 对供电企业的影响
在远程费控模式下, 实现了电费账目的统一, 因为电费的计算是在营销系统进行的, 能够维护数据的安全性、一致性。需要创建一个功能更高的采集平台, 能够发挥多方面功能, 例如:电费抄核功能、远距离监测功能、远程断电、复电功能等, 并对应要同营销系统形成稳定的对接。而且在预付费系统下, 营销系统还需具备电费的测算、数据采集等功能。
在远程费控模式下, 供电企业要确保为用户打通更加多元化的缴费通道, 提供丰富的缴费方式, 例如:同银行系统合作, 实行银行卡预付费缴费服务, 并开通手机付费、网上支付等服务, 以此达到全方位缴费服务。
同时, 在远程费控模式下, 供电企业能够有效防范各种风险, 同时, 有效维护表计、采集终端等的安全, 即使有不法分子破译密码, 主站端还能凭借及时更换密码来免除干扰、控制损失, 有效地维护了抄核收工作安全。
(2) 对用户的影响
在智能电能表远程费控模式下, 用户享受到了更加完善、到位的服务, 全面提升了供电企业的供电服务水平, 实现对不同客户的公平对待, 而且有效提升了工作效率, 为客户创造了更为便捷、优越的用电方式。传统的用户缴费模式体现为:月末结算电费, 这种缴费方式可能造成电费拖欠现象, 甚至引发供电企业与客户之间的矛盾。在远程费控模式下, 系统能够高效地向用户发出余额提醒通知, 并实行欠费断电的方式, 能够对用户形成一种监督, 从而防范电费拖欠问题。
同时, 在远程费控模式下, 用户可以通过多种方式缴纳电费, 无须亲身前往柜台, 节省了客户的时间, 为客户及时缴费提供了便利。
四、智能电能表远程费控的优化策略
为了体现远程费控功能的优势功能, 确保其优势功能在智能电能表中得到充分发挥, 有必要对远程费控进行积极优化, 具体可以从以下方面做起:
1. 远程控制命令的优化
费控中增设状态字, 推动远程费控的自动化、智能化发展, 发挥远程费控的自动化抄写功能, 也体现了智能电能表远程费控的独到优势, 通过这种方式, 可以积极发挥电能表远程费控功能, 确保其稳定性, 确保远程费控安全可靠, 达到智能电能表相关优势功能的有效发挥。
2. 优化合闸命令
根据智能电能表的相关规定, 为了缩短合闸时间, 可以在合闸命令中免除密码设置环节, 这一方式不会影响远程费控功能的有效发挥, 待用户如数缴纳电费以后, 可以采取飞快合闸操作, 力争缩短合闸供电时间, 尽可能地削减合闸步骤, 从而确保在最短时间内复电, 这样才能真正体现远程费控的优势, 提高客户对供电企业供电服务的满意度, 减少彼此间的矛盾。
3. 继电器设计的优化
竭尽全力保持继电器内外运行状态的一致, 加大力度防范一切干扰性因素。加大对继电器的优化设计力度, 最关键是加大线路规划力度, 确保线路的科学、准确连接, 发挥继电器的各项功能, 发挥对智能电能表远程费控的支持作用。防止因为继电器功能失常所导致的远程费控误差问题。
此外, 为了推动智能电能表优势计量功能的有效发挥, 供电企业要加大对电网系统的改建力度, 逐步建设并实现智能化电网。
结语
智能电能表是随着现代化智能技术逐渐发展起来的一种电能计量装置, 其远程费控功能体现出其独到的优势, 这一功能正在逐步得到推广与应用, 然而, 实际应用中难免会出现新问题, 应该加大智能电网建设力度, 为智能表的运用创造有利条件, 促进智能电能表远程费控功能的有效发挥, 从而提高电能表计量水平, 提高供电服务水平, 维护供电企业与广大用户的利益。
参考文献
[1]宋荣.电能表计量误差产生原因及调整对策分析[J].科技创新导报, 2012 (12) :77-77.
[2]赵璟.智能配电网在电网中的发展[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2012 (3) :292-292.
费控智能表论文 篇4
关键词：智能电表,MSP430,ATT7022B
随着国家电网在各地的智能电网改造逐步推进的实施, 促进了各种电能检测装置的研制, 以往采用多个采样模块加上多路转换开关与模拟数字转换器构成一个同步采样模块方式的传统计量逐渐被带专用高精度专用计量芯片所替代。与传统电表相比, 智能电表能利用多费率和阶梯电价的经济杠杆在一定程度上缓解电网负荷严重矛盾并且节省了传统电表抄表投入的人力物力便于系统维护。本文方案采用美国TI公司的超低功耗单片机MSP430和三相电能专用计量芯片ATT7022B来实现一级三相费控智能表, 具有智能费控, 高精度, 低功耗等特点。使用C语言以IAR Workbench为软件平台进行设计, 并完成校表和功能验证。
1、电能计量芯片ATT7022B
ATT7022是一颗珠海炬力公司生产高精度三相电能专用计量芯片, 集成了六路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量, 同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数, 充分满足三相复费率多功能电能表的需求。
2、MCU芯片MSP430F5438
MSP430F5438是TI公司生产的16位超低功耗MCU, 它片内集成有256K的ROM和16K的SRAM采用RSIC精简结构。取数据和取指令可以同时进行, 一个时钟周期可以执行一条指令, 而且它的指令多为单字节指令, 所以程序存储器的空间利用率也很高。MSP430以IAR Workbench为开发平台。这种以FLASH技术、JTAG调试、集成开发环境结合的方式, 具有方便、廉价、实用等优点。
3、硬件设计
本方案的硬件结构框图如图1所示。它主要由测量单元ATT7022B, RTC, MSP430, LCD显示, EEP-ROM, 电源, 通信接口和操作键等几部分组成。
电源部分:电源由线性电源和电池两部分构成。线性电源断电时, 立即产生信号转入电池电路供电。电池电路由锂电池和储能电容构成。正常工作情况下处于“充电”状态:线路电源期间投入运行保证实时时钟计时的连续性和重要数据存储。
计量部分:测量各种电能参数, 主要由电流互感器, 电阻分压网络和专用电能计量芯片ATT7O22B构成。电流和电压信号分别经过电流互感器和电阻分压网络传送给ATT7022B处理, ATT7022B完成各种电能参数的测量并通过SPI总线提供给MCU。
时钟部分:实时时钟主要是为单片机系统提供精确的实时时钟, 使电表能够按照时钟正常的进行操作, 如日冻结, 时段切换等等, 由于电表内的操作大部门都通过判断时钟来进行, 我们选择了低成本、高精度IIC实时时钟DS3231。
通讯部分:
1、RS485通讯选用MAX13085, MAX13085是一个具有失效保护功能的RS485接口, 差分输出电压的摆幅可达3.5V, 信号传输距离长, 抗干扰能力强的优点。
2、载波模块直接采用东软设计的国网三相载波模块PLCi36G-III-E。该芯片是专门为电力线介质作为通信信道而设计的扩频通信芯片。其具有通信可靠性高, 具有完善的网络数据通信协议集, 并且具有低成本、低功耗、外围器件少等特点。
显示部分:由于主控芯片本身不带LCD功能, 所以我们需要外扩LCD驱动器1647V131。这里我们采用的是8行*32列的接线方式, 输入可达256个段, 通讯接口采用独立的模拟IIC。显示内容如图2, 主要负责电能、功率、相序、操作是否成功等参数的显示。
数据存储:电表需要存储的数据有数据量大、断电需快速保存、断电后低功耗写数据等特性。对于电表参数设置、电表事件记录等数据采用EEROM进行存储。对于实时负荷曲线数据则采用一片32M的flash芯片AT45DB3321D进行存储。由于负荷曲线每分钟存储一次, 而flash有一个10万次的操作寿命限制, 因此, 电表使用EEPROM做数据的缓存, 一段时间间隔或者无主电的情况, 转存到flash里面。
4、软件设计
国网三相本地费控表软件采用C语言进行编写, 软件主体架构主要分成以下两种模式:常压工作模式, 低压工作模式。
4.1 主控程序
主控程序要使MCU能够指挥各个部分电路有序地完成电能的计量, 数据的存储、通信, 费率、时区、时段、阶梯、电价的切换, 显示等。主控程序就是调试各个子程序模块来实现整个系统的各项功能。整个MCU资源的调配, 管理以及信息的流向都由主程序来实现。后台中断只针对即时事件做出响应立下标志就退出, 保证整个系统实时性的要求。系统上电后进行外设、常量、相关标志、内存等初始化, 并且设置实时时钟, 通过监控电压状态, 进入不同的工作模式。具体流程见图3。
4.2 正常电压工作模式
此工作模式在电压正常时运行主要进行:冻结、费率切换处理、电表运行状态检测处理、时区时段切换检测处理、节假日周休日检测处理、电能量处理、通信协议解析处理、安全认证处理、按键翻页显示查询处理、超负荷检测处理、拉合闸处理、更新显示处理等。
4.3 低电压工作模式
当电压降低超过临界值时系统首先关闭IO、外设相关资源, 然后进行重要数据保存 (电量、金额、系统时间等) , 系统进入等待模式;等到有按键中断, 外部触发或者其他可以唤醒系统的中断发生例如:红外、按键、表盖开盖检测等操作唤醒系统。
5、校表和功能验证
当硬件与软件都完成好后以IAR Workbench平台进行软硬件联调, 利用浙江海盐电力仪表厂生产的型号:XSD-3W3B-J;等级:0.2的标准校表台进行在线仿真实验。按流程进行三相校表, 把相应值写入ATT7022B相应寄存器即可, 测试误差数据远高于国家电网一级三相智能电表要求。
参考文献
[1]炬力集成电路设计有限公司.ATT7022B用户手册珠海:炬力集成电路设计有限公司, 2005.
[2]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例, 北京航空航天大学出版社, 2002.
[3]胡大可.MS P 4 3 0系列单片机C语言程序设计与开发.北京航空航天大学出版社, 2003.
[4]GB/T 17215.321—2008《《交流电测量设备特殊要求-第21部分静止式有功电能表》