智能采集（精选11篇）
智能采集 篇1
1 智能用电信息釆集系统的概念
智能用电信息采集系统技术是一种新技术, 在我国还没有全部实现。该系统能实现电能计量数据的自动采集、传输与处理, 并能将其应用到电能供用与管理系统中, 为自动抄表、短信平台、自动查询、智能互动、个性服务等提供了强大的技术支撑, 是实现智能用电的基础。智能用电信息釆集系统的优势非常明显, 可以解决人工采集数据过程遇到的许多困难, 采集数据的效率与质量都很高, 不容易出错, 可解放大批人工采集的劳动力, 并推进电能计量管理技术向现代化进程迈向一大步。
2 智能用电信息采集系统的组成
2.1 采集用户及数据分类
随着通讯、微处理器和制造工艺等的迅猛发展, 系统的功能配置、结构形式和性能指标等在不断发展和完善。用电信息采集系统构架主要由集中器、采集器、主站前置机、智能电表等组成。用电信息采集系统的采集对象包括:第一, 大型/ 中型专用变压器电力用户, 用电容量在100k VA及以上/100k VA以下的专用变压器电力用户;第二, 三相/ 单相一般工商业电力用户, 包括低电压等级的商业、小容量、工作等用电性质的非居民三相/ 单相用电;第三, 居民电力用户;第四, 公用配变考核计量点, 考核公共设施供电变压器上的内部量测点。
由于用电信息采集系统的采集对象不同, 则出现了不同电力用户类型, 会产生不同的电力需求, 可能是用来生产, 也可能用来家用, 不同需求的用电量截然不同。而智能用电信息采集系统要实现不同需求电力用户与公用配变考核计量点用电信息的全面采集。通过需求分析, 按照电力用户电力需求的业务, 可以将用电信息系统采集的数据划分为六种类型, 包括电能数据、交流数据、运行状态数据、电能质量越限统计数据、事件发生记录数据、其他数据, 等等。
2.2 主站
主站是整个系统的管理中心, 管理全系统的数据创术、数据处理和数据应用及系统运行和系统安全, 并管理与其他系统的数据交换。主站需要全面整合原有关口电能量采集、大用户负荷管理、低压集中抄表、配变监测等系统业务应用, 为各省公司及地级公司采集电力数据提供强有力支撑。主站的接口能实现与外部系统用电数据的相互交换, 主站的总体架构分为四层, 现对其进行简要介绍。 (1) 表现层:直观面向使用用户且提供标准业务应用相关操作和信息界面显示功能, 并具有用于复杂逻辑操作的C/S模式和用于数据信息上传的B/S模式两种客户端。 (2) 业务层:包括数据采集子层、业务应用子层及对外接口三部分。通过多种类型通讯设备连接的采集子层, 将采集数据上传至处理数据及其他增值功能的业务应用子层, 该层是用电信息采集系统的核心部分。 (3) 支撑层:为业务层提供专业性技术支持, 通过信息、安全防范、通讯等模块实现该层自身的逻辑业务功能, 所以要求本层的通讯模块、安全模块以及信息模块应性能高效稳定, 以满足不同情况的需求。 (4) 数据层:通过建立大型数据库, 为采集到的数据进行储存、读取、计算等。
2.3 通信信道
智能用电信息采集系统通信信道连接主站、采集终端及电能表, 是信息交互的承载体。通过远程通信信道和本地通信信道两种通信信道完成电力数据的采集和传输。
远程通信是指采集终端和主站之间的数据通信。当前, 可供用电信息采集系统开展数据传输的远程通信资源主要有GPRS/CDMA无线公网、光纤专网、230MHz无线专网和中压电力线载波等。
本地通信是指采集终端和用户电能计量装置之间的数据通信, 在用电信息采集系统中主要是集中器和采集器、集中器和电能表、采集器和电能表之间的通信。当前, 用电信息采集系统使用本地通信方式, 主要有低压窄带电力线载波、低压宽带电力线载波、微功率无线和RS-485 等。
2.4 采集终端
釆集终端是对各信息釆集点的电能信息进行采集、数据管理、数据传输以及执行或转发主站下发的控制命令的设备, 按使用场合分为厂站采集、专用变压器采集、公用变压器采集、低压集中抄表 (集中器和采集器) 、分布式电源测控等终端类型。
2.5 智能电表
智能电能表是新一代智能型高科技电能计量产品, 是智能电网高级计量体系中的重要设备, 它将有助于在消费者和电力公司之间实现实时通信, 使人们能给予环境和价格的考虑, 最大限度地优化能源用量。根据建设智能电网的要求, 所有关口、计费用户都需要安装智能电能表。
智能电能表有电流釆样电路、电压分压电路和集成计量电路组成的电能计量单元;有微控制器、数据内存卡、掉电检测和时钟组成数据处理单元。由电源、高能电池组成供电系统;由LCD显示器、通信口、按钮、外卡接口、时钟输出辅助端子组成输入输出系统。
3 智能用电信息采集系统主要功能
一般智能用电信息采集系统需要具备一些基础性的功能, 主要体现在采集处理、抄表付费、电力管理与维护及数据的共享等方面。笔者现对其进行分析总结。
3.1 数据处理功能
一般来说, 用电智能化以信息的实时、定时与主动采集为基础, 可以通过时间的设定进行定期采集与上报, 采集的内容包括与电力运行相关的电力质量、负荷、工况和事件等, 另外需要对采集到的数据进行原始分析、分类储存与管理, 从而保证数据的完整性与正确性, 同时根据数据的常规情况实时监测, 及时发现数据异常, 同时发出警示, 在一定程度上提供完备的数据备份与恢复方案。
3.2 抄表与付费功能
用电智能化信息采集系统需要实现电表的自动抄表上报与预付费扣费与充值功能, 其可以实时监控用户的用电量, 获得准确的用电数据, 然后对用户进行必要的预付费管理, 当用户用电量不足时, 主动提醒客户续费, 而当预存电量为零时, 主动执行跳闸控制。
3.3 有电管理功能
在一些特殊的电力管理与安全生产中, 可事先编制用电的限电控制方案, 并输入系统, 系统会自动识别用户的用电情况与负荷情况, 根据用电方案的要求进行监督, 一旦发现一些非法或非程序用电现象, 则可以实现对用户开关的控制。
3.4 常规的运行维护功能
这些功能较多, 且主要是为了维护系统基本功能的实现:其一, 保证系统设备时钟的准确性;其二, 对系统操作员进行密码与权限管理;其三, 建立必要的系统与终端档案;其四, 对系统的正常运行进行实时监测, 生成运行报告;其五, 根据不同需求进行各种数据的组合输出。
4 结语
总之, 智能用电信息采集系统具有很强的优势, 具有先进的电能计量数据自动采集、传输和处理能力, 不仅可以建立电力用户与电力管理的实时互动, 建立新型的供用电关系, 从而达到降低用户用电成本、提升可靠性、提高用电效率的目的, 同时将用户的智能家居设备统筹到用电管理中来, 实现用户的多角度用电需求, 同时推出一些增值服务。我国已在大力加强此类系统的建设, 而在不久的将来, 将进一步推进智能用电系统的发展与实现。
摘要：本文详细介绍了智能用电信息采集系统子站、通信信道、采集终端、智能电表的基本概况, 以及用电信息采集系统对采集用户和数据的分类情况, 并分析了系统各个功能单元的主要功能, 希望智能用电信息采集系统能有更广泛的应用。
关键词：用电采集系统,智能,功能
参考文献
[1]周金飞.用电信息釆集系统[J].农村电气化, 2012, (9) :26.
[2]陈盛, 吕敏.电力用户用电信息采集系统及其应用[J].供用电, 2011, (4) :45-49.
智能采集 篇2
0 引言
随着数字信息时代的不断发展，基于单片机的数据采集系统凭借结构紧凑、工作性能稳定、可扩展性好、功能丰富等优点，得到了充分的重视和广泛的应用。人是恒温动物，人体的肝、脾、胆以及血压、血液成分等会随着气温的变化受到不同程度的影响，舒适的气温有利于健康。
本文针对室温对基于单片机的智能温度数据采集系统进行进一步分析和研究。该系统分为两部分：室温的数据采集器和监控室内温度的上位PC机。采集器基于STC15F2K61S2单片机，实现对室温的实时监测，显示及对相关设备进行控制，以达到控制室温的效果。
1 系统的总体设计
系统整个过程包括信号的采集、单片机对信号处理、采集数据的实时显示、温控设备的智能控制，最后将采集数据上传至PC机存储分析，系统原理如图1所示。系统包括前端的温度传感器、单片机、按键、数码管显示、空调等温控设备、PC机。其中，单片机是核心设备，主要完成采集信号的处理和转换，将转化后的数据信息显示在数码管上。同时，根据温度变化自动控制空调、风扇、暖气，并将数据存储到上位PC 机的数据库内，可显示当天室温变化的情况和历史变化趋势曲线，空调、暖气设备的使用状况。
1.1单片机I/Ο口分配
对于单片机控制下的智能温度采集系统而言，单片机是系统设计的.核心部分，合理使用单片机的I/Ο口资源是系统设计成功与否的关键。本系统将单片机的P0,P2口分别用于控制数码管的字位码和字形码，P1.0口用于将传感器检测的模拟信号输入至单片机内部的A/D转换器，P3.0和P3.1与上位PC机实现串口通信，P3.2~P3.4接按键，P3.5~P3.7接温控设备。
1.2 A/D转换模块
将温度传感器采样的信号进行数据采集，由单片机同时触发启动转换过程，转换完毕后读入单片机，并进行进一步的信号处理。本系统使用的ADC转换器模块为STC15系列单片机内部集成的8路10位高速ADC转换器模块，模拟信号输入端口设置在P1端口的8个引脚上，本系统仅使用P1.0作为模拟信号输入口。ADC转换器模块涉及的主要寄存器有：
(1)ADC控制寄存器ADC_CONTR(见表1)。
(2)A/D 转换中断有关的寄存器 IE(见表 2)。
EA:总中断允许控制位，置 1 开总中断。
EADC:ADC使能控制端，置1开ADC中断。
当EA =1,EADC =1时 ,ADC控 制 寄 存 器ADC_CONTR中的ADC_FLAG是A/D装换结束标志位，也是A/D转换结束的中断请求标志位。
该模块中主要包括两部分程序：ADC初始化程序和ADC中断服务程序。其中，初始化程序主要用于将P1口设置为ADC的输入通道，启动ADC转换器，并开启CPU中断，等待A/D转换结束的中断请求。程序设计流程如图2所示。
当A/D转换结束后，ADC转换器工作停止，同时相应的中断标志位ADC_FLAG被置为1,程序跳转至ADC中断服务程序入口，在ADC中断服务程序中，主要完成的工作为清除中断标志位，并计算出A/D转换的数字量，然后重新启动ADC转换器。ADC中断服务程序工作流程如图3所示。
1.3数据存储、分析模块
单片机采集到室温后，经过数据处理，需将结果上传给PC机做数据的存储和分析。由于上传的数据量较小，本系统采用串行口通信进行数据传送。上位机接收到实时数据后，需要将实时室温存储至数据库中，为历史数据的管理和分析提供可靠数据支撑。
本系统使用的数据库为SQL Server,通过JDBC提供的接口编写JAVA语言连接数据库并对数据库进行操作。数据存储流程如图4所示。
2 结语
单片机的智能温度采集与分析系统能够实时记录室内温度的变化情况，并能够在温度不适宜人体健康时智能控制温控设备，调节室内温度。
参考文献
[1]董巍巍，李钊，李建军。基于单片机的数据采集系统设计[J].计算机与网络，(12)：34-36.
[2]邢献芳，刘建华，郝绒华，等。基于单片机的数字式温湿度数据采集器的研制[J].冶金自动化，(Z1)：1013-1015.
[3]刘明龙，刘浩，王腾。基于单片机的智能数据采集系统[J].科技博比，(32)：167.
浅谈智能电网下的用电信息采集 篇3
关键词：智能电网；用电信息采集；系统；技术；应用
中图分类号： TM93 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-183-2
0 引言
随着经济的快速发展，我国各行各业用电需求量不断增加，对于电力系统的可靠运行提出了更高的要求。在这种情况下，我国电力改革不断深入和发展，综合利用现代信息技术、通信技术、控制技术等积极构建智能电网，转变电网运营模式，致力于实现国家电网的创新性发展。用电信息采集是智能电网构建的重点内容，主要是对电力使用情况和营销情况的分析和处理，直接服务于电力用户，发挥着用电数据采集、资源共享、电网运行监控等功能。加强对用电采集系统的研究和开发是推动智能电网的建设和发展的有效途径，有利于提高用电服务质量，促进电力事业的稳定发展。
1 智能电网下用电信息采集系统简析
1.1 用电信息采集系统的构成
用电信息采集系统是构建智能电网的重要基础，充分利用现代传感技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术等，构架完善的用电管理结构体系。用电信息采集系统主要包括主站系统、通信信道、采集终端等几部分，主站主要包括数据存储、分析、处理相关的模块；通信信道是主站和采集终端的远程数据通信渠道，例如，光纤网、无线网等；采集终端是安装在各级电压用户的终端及计量设备，主要负责采集用电系统原始数据，例如采集器、智能电表等。此外，用电信息采集系统与供电企业的营销业务管理系统、辅助决策分析系统等有效联结，能够实现智能用电信息平台的资源共享，有利于用电信息管理，提高供电企业的工作效率。
1.2 用电信息采集系统的功能
在智能电网运行中，用电信息采集系统主要实现以下几点功能：第一，数据采集功能，传统的人工数据采集模式需要耗费大量的人力、物力，工作效率较低，通过用电信息采集系统可以根据不同业务特点调整采集要求，进行快速、准确、高效的信息采集工作；第二，数据管理功能，用电信息采集系统可以将采集到的数据进行存储、分析、计算等操作，有效甄别异常数据，及时排除用电异常问题，保障用电信息的安全性和可靠性；第三，控制功能，通过用电信息采集系统可以对电网功率进行定值控制、用电时段控制、总用电量控制，从而实现用电的科学、合理调控；第四，综合运用功能，用电信息采集系统还具有多种职能，可以实现网络在线用电预付费用管理，通过短信发送缴费和停电等通知，让电力用户及时了解用电信息。
2 智能电网下用电信息采集技术
2.1 智能电能表：实现智能用电信息采集
传统电网运行中使用的电能表较为落后，需要进行人工测量管理，在智能电网下，用电信息采集系统采用智能电能表，可以实现自动抄表、自动测量管理等功能。智能电能表包括测量模块、数据处理模块、通信模块等，在传统的电能计量功能基础上，拓展出用电信息实时采集、自动存储、动态监测以及数据相互等功能，测量模块主要完成对用电信息的采集工作；数据处理模块将采集到的电流、电压等转化为与电能成正比的脉冲变量，并进过单片机形成统一形式的输出；通信模块具有独立的通信物理结构，支持RS485通信、红外通信、载波通信、公网通信等[1]。此外，智能电网还配置安全芯片，通过加密设置，实现用电信息的安全存储、身份认证、权限控制。
2.2 无线网通信：实现高效实时数据传输
用电信息采集涉及的一项关键技术就是无线网通信技术，对通信速率和质量具有较高要求。在现代智能电网构建趋势下，无线网通信技术的发展趋势为全光纤通信，但是光纤通信技术涉及点多、面广，运行和维护费用较高，造成用电信息采集经济性降低，因此，全光纤通信的构建具有一定难度[1]。目前，用电信息采集系统综合考虑通信方式、覆盖范围、信道容量、终端数量等方面内容，再用无线公网提高通信效率，并积极探索无线专网以及光纤通信技术，致力于实现快速、稳定、可靠的通信。通过无线网通信，用电信息采集系统与营销信息系统共同构建统一的营销管理系统，与预付费电能手电系统构建完整的预付费体系，从而实现电能采集和利用的统一处理。
2.3 智能营销：构建双向交互营销策略
在传统的电能计量和收费模式下，电力用户只能严格按照规定电价用电缴费，而在智能电网背景下，用电信息采集系统可实现双向互动营销模式，通过用电信息反馈机制，积极收集电力用户的意见，并结合用电信息采集系统分析出的用电负荷变化情况，实时调整用电方案[1]。通过用电信息采集系统双向互动功能的设计，电力用户可以积极参与到智能电网构建中，表达自己的用电需求和对电网建设的要求，为供电企业的经营和发展提供可靠参考；供电企业可以通过双向互动技术在用电采集系统中自动分析出最佳的用电方案，扩充电费缴纳渠道，当某段线路故障时及时启用备用线路，并根据电力用户需求制定个性化服务，实现电力营销的智能化、现代化。
3 智能电网下用电信息采集系统的应用价值
用电信息采集系统的应用标志着我国电力行业的进步和发展，用电信息采集技术有效增强了国家电网的综合控制能力，在智能电网运营中发挥着重要的应用价值。
3.1 确保供电安全
智能电网下，用电信息采集系统可以全面监控电网的运行情况，电力管理人员可以根据采集到的信息，及时发现电网运行中存在的安全隐患，从而制定快速、有效的解决方案，准确排除故障，保障电网供电的稳定性、可靠性。用电信息采集系统可以通过公网设备和专网设备相结合的方式，对电力用户的用电分配情况进行全程监视，避免偷电、漏电等行为，确保用电的规范性，减少电能浪费。此外，用电信息采集系统可以通过远程抄表自动采集和整理用电信息，并可以借助网络平台收取电费，提高了电能的管理效率。
3.2 实现管理创新
用电信息采集系统的应用有效避免了传统人工抄表工作的弊端，减少了人工操作失误和数据不准确的问题，大大提高了供电企业的管理效率。通过用电信息采集系统可以快速、准确地完成抄表工作，同时还可以进行电费收缴业务，为电力用户的用电提供了方便，电力用户还可以通过网络、电话等方式查询自己的用电信息，并可以咨询多种用电服务[1]。此外，用电信息采集系统是全自动化采集、分析和核算，可以对供电计量装置实现全面监管，避免了人为改动数据的现象，保障了供电企业和用户双方的利益。
3.3 降低运营成本
在供电企业传统的经营管理模式中，工作任务繁重，需要大量工作人员的参与，而在智能电网下，用电信息采集系统极大地降低了电力企业对于人工的依赖，降低了管理过程中抄表，检查过程中人力的消耗以及车辆的消耗；极大地减少了窃电带来的损失，减少了人为误差，使运营的综合成本大大降低，提升了供电企业的经济效益。
4 结束语
总而言之，我国电力行业发展迅速，电网的管理要求更加的现代化、规范化，用电信息采集系统作为智能电网的重要内容，发挥着十分重要的作用，在智能电网背景下，相关电力单位必须加强对用电信息采集系统的研究和开发，积极探索现代化、智能化的用电信息采集技术，从而为电力用户提供更加优质的服务，提高电力传输的经济性、安全性和可靠性。
参 考 文 献
智能采集 篇4
入门级数据采集器通常支持单相电力线, 用途是采集自动抄表系统 (AMR) 的数据或新式带数字输出的智能电表数据。采集的数据通常存储在采集器系统的闪存中 (内置或外置于微控制器本身) , 集中数据通过选定的通信接口在预定时间传输至上游网络。
入门级数据采集器向上游网络传递信息之前通常会执行一定量的初步数据处理。例如, 结合少量的数据采样和时间记录, 数据采集器可以报告某一特定时间内的电力使用情况, 从短短几分钟到一个星期或一个月不等。也可以根据不同时间间隔和筛选方式对数据进行分类、存储。这样有助于公用事业公司详尽地分析电力使用趋势, 数据粒度细化至单个用户, 并可进行动态调整, 实现更合理的电力输配。经配置后, 数据采集器可监测电子式电表的下游运行情况。如果电表参数发生变化, 或报告间隔超过公差, 或检测到故障或异常数据, 则数据采集器会实现软件智能化, 及时报警, 并向维护团队提供远程修复所需的信息。
各地智能电网的传输方式可能有所不同, 因此, 应地方规范要求, 需要扩展基本功能集。根据数据采集器的部署位置, 可以使用RS-485、通用分组无线业务 (GPRS) 或电力线通信 (PLC) 进行数据传输, 也可用红外线或RS-485进行外部控制。许多开发商并不针对每个地区或市场进行定制设计, 而是采取了“一刀切”的做法, 构建系统支持可能使用的所有传输方式 (但不是所有传输方式都同时使用) 。此做法可能在制造时带来规模经济效益, 但同时对微控制器将提出更多要求。
入门级数据采集器系统框图和资源要求
图1显示了如何配置微控制器用于入门级数据采集器, 表1则列出了该设计的一般功能要求。假定该设备从多个UART端口采集数据, 并支持多种基本功能, 包括输入采集、数据存储、通信和维护。设计中包括用于提供时间戳数据的实时时钟RTC、进行实时供电质量检查的可选模数转换器ADC以及与外部存储器或外部设备通信 (如无线传输射频模块) 一起使用的可选SPI接口。
表1中未列出微控制器本身的电耗要求, 但通常来说, 数据采集器需要高效用电。公用事业公司不想增加电网电力消耗而产生的额外成本, 消费者也不愿意因使用新的计量功能而增加电费支出。
入门级数据采集器元件选举及考量
恩智浦LPC1200工业控制系列为入门级数据采集器提供了不错的解决方案。如图2所示, 该系列采用ARM Cortex-M0处理器, 提供高达128 KB闪存, 且包含数据采集器可以使用的其他资源, 如RTC、ADC和SPI。
LPC1200系列标配支持两个UART, 另外, 其独特的特殊应用标准产品 (ASSP) 功能使得该系统可以额外支持两个硬件UART。ASSP功能让设计人员可以避免增加高端设备支出, 同时又具有足够的灵活性, 可在不同应用中执行多项任务。例如, 其内置的ASSP还可以被配置用于I2C转DMA传输、引脚模式匹配或模拟数据记录等。使用ASSP可降低CPU的负载及减少处理简单信息时对系统运行产生的中断, 可在定制微控制器功能的同时最大限度地降低系统开销。
中级和高级数据采集器的应用及系统结构
较之入门级数据采集器, 中级和高级数据采集器都具有更广泛的功能。高级与中级的区别通常在于CPU的速度。也就是说, 高级数据采集器一般需要更快的CPU速度, 而这对微控制器配置至关重要。
高级数据采集器系统框图和资源要求
高级数据采集器常用于更复杂的住宅设置和三相工业应用中。计算需求越高, CPU性能要求也越高。200MHz以上主频通常是最佳选择。高级数据采集器还具备更先进的通信和控制功能, 如以太网和Wi-Fi、用于交互式显示的LCD接口以及供本地数据下载的USB主机。这些新增功能需要更多闪存与系统内存, 且需要实时操作系统 (RTOS) 。图3给出了示例功能框图。
高级数据采集器元件选举及考量
对于图3的应用方案, 恩智浦LPC3250系列不失为一个很好的选择。该系列采用ARM9 CPU内核, 其运行速度高达266 MHz, 同时采用矢量浮点 (VFP) 协处理器用于高级算术运算。此外, 还提供了必要的外设和接口, 包括7个UART、1个带专用DMA控制器的10/100 G以太网MAC、1个具有全速主机和设备性能的USB OTG、1个RTC, 以及1个灵活的可支持STN和TFT面板的LCD控制器。
图3的配置为三芯片解决方案, 因为微控制器需要外部SDRAM和NAND闪存才能形成足够的存储器资源。如果系统不需要这么快的CPU时钟频率, 则选择一款板载资源充足的微控制器往往更为可取, 这也正符合了中级解决方案的要求, 如图4所示。
中级数据采集器元件选举及考量
相对于高级解决方案, 中级数据采集器的突出优点是成本较低。因为需要较少的组件, 所以在PCB方面可节省高达2~3美元成本。简单的配置带来更好的经济性, 但性能上的局限使得中级数据采集器更适合作为入门级的升级产品使用, 并非高级解决方案的替代方案。中级数据采集器更适合于以牺牲系统功能换取成本的工业应用。对于想提高系统性能的住宅应用来说也是不错的选择, 如以太网实时通信可用于控制用户电源开与闭, 或用于报告状态变化 (显示设备篡改) 等。
恩智浦LPC1760系列非常适合中级数据采集器。该系列采用ARM Cortex-M3 CPU, 主频高达100 MHz, 且包括最大64 KB的SRAM和512 KB闪存。板载外设和通信接口也为中级数据采集器提供了充足的资源。
数据采集器执行了提高电网智能化的重要任务。选择合适的32 bit微控制器可简化开发步骤, 设计出经济高效的解决方案。选择微控制器时, 工程师应考虑片上资源, 也应考虑其他设计因素, 如设备可靠性 (温度和湿度范围、数据保持能力、电流快速瞬变可靠性、防静电等) 、系统级组件集成、区分功能 (如数据加密) , 当然还有价格因素。恩智浦的ARM解决方案包括LPC1200、LPC32x0和LPC1760系列, 可提供最佳的性能特点组合及满足系统需求, 是各种住宅甚至是工业用数据采集器设计的理想选择。
摘要：主要阐述了ARM微控制器在智能电网的入门级和中高级数据采集器中的应用, 从而更好地完成智能家居控制功能。该设计方案充分利用了ARM微控制器的高性能和低耗电优点, 系统的扩展性和升降级能力强, 在智能家居市场应用广泛。
智能采集 篇5
全自动智能陀螺寻北仪中待测光标信号采集模块的设计
介绍了全自动智能陀螺寻北仪的硬件系统原理图.基于CPLD技术设计的电路驱动CCD图像传感器,通过待测光标信号采集模块,实现陀螺仪光标信号的高精度自动采集.实验表明该模块能有效的代替人眼对光标进行识别,可以减少测量结果对操作人员素质的依赖,使寻北仪的.寻北精度从原来的30″提高到5″,为仪器寻北全自动化和智能化奠定了基础.
作 者：林玉池 林明春 夏桂锁 黄银国 LIN Yu-chi LIN Ming-chun XIA Gui-suo HUANG Yin-guo 作者单位：天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室,天津,300072刊 名：传感技术学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS年，卷(期)：20(3)分类号：V241.5关键词：寻北仪 全自动化 CCD CPLD 光标信号 寻北精度
智能采集 篇6
用电信息采集系统既对供电企业有利，又对用户有积极影响，所以供电企业有必要加强用电信息采集系统的建设和应用。用电信息采集系统在智能电网中的应用，不仅能够为供电企业提供可靠的信息和带来更多的经济效益，而且能够为用户提供稳定可靠的电，在智能电网中有着重要的作用和地位。用电信息采集系统在智能电网中的应用，推动供电企业的健康发展。
一、用电信息采集系统在智能电网中的作用
（一）收集信息数据
用电信息采集系统最主要的作用之一就是快速收集供电信息数据，为供电企业节省大量的人力和时间，使信息收集工作变得高效快捷。在用电信息采集系统下，我国电网更加智能化，不仅能够快速收集有用的信息数据，而且可以对采集到的数据信息进行灵活调整。此外，供电企业通过用电信息采集系统，能够满足业务的需要，并且使工作人员在规定时间完成相关任务，大大提高了工作人员的信息数据收集效率。由此可见，用电信息采集系统在智能电网中发挥着重要作用。
（二）管理信息数据
用电信息采集系统可以实现数据管理，在信息采集过程中，系统不仅能够对采集的信息进行分析、运算和存储，还可以对异常信息进行有效辨别，以验证信息的真实性，确保供电企业采集信息的可靠性。对于供电企业而言，其信息量庞大，倘若稍加不慎，必然会选中失真的信息数据，进而影响供电企业工作人员的进一步判断，既增加了工作人员的工作量，又对工作人员有错误导向。由此可见，用电信息采集系统在智能电网中的应用具有必要性，能够对信息数据有好的管理。
（三）能够控制电网
在电网运行过程中，需要供电企业有着良好的控制，以确保供电的安全可靠性。用电信息采集系统能够较好的控制电网。首先，用电信息采集系统能够控制电网功率。供电过程中，电网功率过大或过小，对供电企业和用户的使用都有一定的问题，并且为供电企业带来供电安全隐患，而该系统能够有效控制功率。其次，用电信息采集系统能够控制总用电量。随着我国用电用户的逐渐增多，用电总量不断增加，为供电企业带来较大的压力，而该系统能够有效控制用电总量。最后，该系统能够实现远程控制，为供电企业的工作开展提供方便。
（四）用电信息系统具有较多的功能
用電信息采集系统具有更多的职能，使得用电信息采集系统在智能电网中有更深入的应用。首先，能够有效对用电用户的付费行为进行管理。用户用电数量存在明显差异，需要支付的费用有不同，付费环节对于工作人员而言，其任务量较多，难度大。在用电信息采集系统的应用下，可以轻松实现管理。其次，能够自动向用户发送缴费信息，确保用户了解电费的使用情况。最后，在用电信息采集系统中，用户可以通过计算机实现在线支付电费，便于供电单位的管理。
二、用电信息采集系统在智能电网中的运用
（一）提高供电的安全可靠性
用电信息采集系统在智能电网中的应用，能够提高供电的安全可靠性。首先，该系统能够有效采集信息数据，并且对信息数据做好处理，为工作人员尽可能的清除信息安全隐患，确保为工作人员提供可靠的信息。其次，该系统能够确保用户用电的有序性。随着用电用户数量的不断增加，用电高峰期往往为工作人员带来了更为繁重的任务量，为了避免用户用电过程中出现差错，确保用电有序性具有必要性。最后，该系统能够实现远程控制，使工作人员通过远程控制对用户用电量进行远程统计，既能提高工作人员的工作效率，又能节省供电企业的人力资源开支。
（二）增强了管理的有效性
首先，用电信息采集系统在智能电网中的应用，能够避免人工抄表所带来的弊端，且提高工作人员的工作效率。其次，由于供电企业抄表周期相对较短，所以在电费环节可能存在较多不必要的麻烦，增加供电企业的安全风险，采用该系统，能够有效降低电费回收风险。最后，在该系统的应用下，能够增强用户与供电企业之间的联系，使供电企业不断获取用户的建议或意见，并加以改正或完善，从而实现可持续发展。
（三）为供电企业减少经济成本
首先，传统供电企业条件下，工作人员需要逐户进行抄表工作，其工作步骤十分繁琐，并且浪费大量的人力和时间、精力，而在用电信息采集系统条件下，能够有效减少人力、物力和财力。其次，该系统能够对人为偷电行为进行有效监控，防止此行为的发生，既维护了供电企业的合法权益，又能为供电企业减少经济损失，提高企业的经济效益。
结论
总而言之，用电信息采集系统在智能电网中的应用，对实现节能目标发挥着重要作用，不仅提高了电的利用率，而且能够较大程度的减少电能的浪费。现阶段，用电信息采集系统在我国智能电网中的应用现状良好，且对供电企业的发展发挥着促进作用。笔者相信，在不久的将来，用电信息采集系统不仅能够在智能电网中有更好的应用，而且能够更加广泛的应用于其它领域。
智能采集 篇7
1 检测系统的功能作用
1.1 采集终端所处位置及作用
用电信息采集系统源于自动抄表系统 (AMR) , 对用户的用电信息进行采集、处理和实时监控, 实现用电数据的自动抄收、计量异常监测、电能质量监测、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能, 最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查、负荷预测及节约用电成本的目的。用电信息采集系统的结构见图1, 有主站、通信信道、采集终端和计量仪表组成, 其中主站是系统的指挥调度和数据处理中心。通信信道是抄表数据传输的媒介, 主要包括通用分组无线业务 (GPRS) 、码分多址 (CDMA) 、230 MHz无线专网、公共开关电话网络 (PSTN) 、非对称数字用户环线 (ADSL) 、光纤专网及电力线载波等。计量仪表是系统的基础数据来源。采集终端是整个系统数据缓存和传输的中继站。采集终端按应用场所分为专变采集终端、集中抄表终端 (包括集中器、采集器) , 实现电能表数据的采集、数据管理、数据双向传输以及转发和执行控制命令。
1.2 采集终端检测的必要性
采集终端作为用电信息采集系统的中间环节, 是联系计量仪表和主站的桥梁, 起着承上启下的重要作用。以黑龙江省电力公司用电信息采集系统为例, 目前接入采集终端5万多台, 涉及生产厂家近百家。如此数量众多的采集终端一旦存在问题, 将影响整个用电信息采集系统的可用性和信息采集的准确可靠性。同时, 对安装到现场的采集终端进行调试升级等处理, 势必将造成大量人力、物力浪费。另外, 采集终端厂家繁多, 其技术水平与生产水平参差不齐, 很可能出现产品标准不统一、产品形式五花八门、产品质量合格率偏低等问题。由此, 建设统一、高效、全面的检测系统就势在必行。
2 检测系统设计方案
2.1 检测系统结构组成
检测系统是对整个采集终端检测过程进行管理和控制, 实现采集终端各项性能和功能自动化检测的系统。检测系统的逻辑组成结构如图2所示, 和用电信息采集系统的结构相仿, 主要有主站、通信信道、待检测采集终端和虚拟表组成。其中主站主要包括检测服务器、检测密码机和检测台体。通信信道主要包括GPRS/CDMA、以太网、串口、电力线载波、RS485等。虚拟表是通过计算机、通信技术模拟现场各类电能表的软件。
检测系统软件包括采集终端检测软件 (包括专变终端检测软件、集中器检测软件和采集器检测软件) 、虚拟表软件及外围接口。采集终端检测软件通过控制检测台体, 如改变检测台体输出的电压电流等, 对采集终端性能和功能进行自动化检测, 具有支持多种上行协议、方案配置灵活、操作便捷易用等特点。虚拟表通过计算机、通信技术模拟各类电能表, 具有支持多种表计规约、支持多通道并发处理、支持数据存储等特点。外围接口包括与用电信息采集系统接口和与生产调度平台接口等, 实现接收检测任务和上传及共享检测结果等目的。
2.2 检测流程
采集终端检测的流程包括接收检测任务、检测设备申请、检测设备出库、检测设备核对、设备性能检测、设备功能检测、检定任务完成等。在设备性能检测和设备功能检测环节又可根据具体检测的性能或功能项分解成更小更细的流程, 如图3所示。
以检测终端抄收冻结数据功能为例:首先, 需要在自动化检测之前预设终端的电表参数及相关抄表参数 (此步骤只需配置一次, 采集终端检测软件会记忆使用者对此部分的修改或更新, 减少使用者重复性的操作) 。其次, 采集终端检测软件通过终端注册, 一方面是读取待检设备的比较重要的参数并存储, 另一方面从设备管理的角度只有经过识别注册的终端才是软件需要管理和检测的设备。在前两个步骤完成后, 就可以进入到自动检测环节, 首先启动检测脚本设置电表参数及相关抄表参数;接下来设置终端时钟, 时钟要求必须是某月最后一日的23时58分, 以保证终端过日过月, 启动抄收电表冻结数据。检查终端时钟是否设置成功是非常关键的一个步骤, 如果终端时钟设置失败, 整个检测将立即结束。最后采集终端检测软件等待一定的终端抄表周期后, 读取终端日冻结和月冻结数据并与虚拟表联动校验数据的真实性。
3 检测系统的关键技术
3.1 批量自动化检测
为缩短采集终端的检测时间, 提高检测工作效率, 终端检测应是并发、批量、自动化的。检测系统采用J2EE作为基础技术架构, 而Java语言提供功能强大多线程编程的API。Java虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。但在一个Java虚拟机里创建太多的线程可能会导致系统因过度消耗引起资源不足而发生崩溃, 即程序需要采取有效方法来限制任何时刻处理请求的线程数量[2]。因此系统软件采用池化技术来管理线程。线程池通过对多个并发任务重用线程来分摊对资源的开销, 并且通过调整线程池中的活动的线程数量来控制并发。
实现自动化检测的前提是用户可以根据自己的实际需要设计灵活可变、任意合理的检测方案, 这对系统软件的实现无疑是个很大的难题。在充分理解用户的实际需求和细致分析每个检测环节后, 系统软件创建了一个完善的检测流程模型。模型将检测终端某个具体性能或功能项定义为步骤, 检测流程是各个步骤的任意组合。模型又将流程描述和执行过程分开, 用户定义的只是一个流程描述。系统软件通过XML技术、Io C模式来实现此模型。XML是一种元标注语言, 定义了用于定义其他特定领域有关语义的、结构化的标记语言。XML能够更精确地声明内容, 提供了一种描述结构数据的格式, 并作为数据交换的标准格式, 因此它常被称为智能数据文档。这正契合了用户自定义检测流程描述的需求。而Io C设计模式中最基本的Java技术就是“反射”编程。通过“反射”可以将描述检测流程的XML文件转化成可执行程序代码。另外, 为使用户更加方便快捷的操作软件, 系统软件会记忆存储用户对检测方案的修改或更新。此部分的实现主要应用了Java对象序列化技术及内存数据库技术。
3.2 支持多种上下行协议
上行协议是指采集终端与采集终端检测软件的主站通信协议, 目前支持IEC 62056和Q/GDW 376.1协议。下行协议是指采集终端与虚拟表软件的电表通信协议, 目前支持DL/T 645—1997、DL/T 645—2007、IEC 62056-21、DLMS、Mk6E协议。对上下行通信协议的软件实现可以说是设计开发检测系统的核心工作。系统软件采用组件化的设计思路, 每个组件实现了一组服务 (每个服务可理解为一组接口) , 同时符合系统软件订立的规范, 例如, 初始化、配置、销毁。系统软件把不同协议的解析程序划分若干个完整的组件, 为界面应用程序提供一组服务接口。这样, 系统软件根据用户对上下行协议的实际需求通过拼接的方式将协议解析组件与界面应用程序整合在一起。此部分的实现主要应用了Java RMI技术。Java RMI能够让在某个Java虚拟机上的对象调用另一个Java虚拟机中的对象上的方法, 是J2EE中最简单、最有效的底层接口技术。
3.3 支持多种通信方式
采集终端与采集终端检测软件的通信方式有GPRS/CDMA、230 MHz无线专网、以太网和RS232串口。检测系统采用Socket技术实现采集终端与采集终端检测软件的TCP通信。相对于以太网, 采集终端每次连接到GPRS/CDMA无线网络时, 都会被分配一个不同的IP地址, 这就使采集终端检测软件不能通过固定的IP地址创建连接来访问采集终端。所以, 采集终端需要主动与采集主站创建Socket连接并且通过周期性的发送心跳来保持这个连接。那么, 采集终端检测软件就需要有效的管理这些建立好的Socket连接与采集终端进行通信[3]。传统的方式是通信程序创建一个Server Socket实例, 通过监听某个端口来提供Socket通信服务。这会产生两个问题, 一是建立连接前会造成阻塞, 二是过多的连接请求时会导致CPU使用率过高和大量内存被占用。所以, 采集终端检测软件采用java.nio.channels包中的最新的实现Socket技术的API来完成Socket的创建、断开、销毁等管理。对于230 MHz和RS232串口通信, 采集终端检测软件通过第三方组件将其转化为Socket方式来实现通信。
4 结语
检测系统是使采集终端无缝接入主站的前提, 是保证采集终端功能实现可靠性、合理性、一致性的重要手段。通过实时接口将采集终端检测结果上传至主站或其他生产系统, 避免未经检测设备非法接入, 实现检测与生产的闭环管理。检测系统与以往系统相比具有很多优势, 为各电力公司在采集终端检测方面提供了一种合理有效的解决方案。同时检测系统在对现场设备在线检测、远程集控等方面仍有待进一步完善。随着国内智能电网建设的逐步深入, 此系统一定会得到更加广泛的应用和发展。
摘要：针对智能用电信息采集系统建设、运行和应用中可能出现的未经检测设备非法接入、监测生产闭合性能不佳等问题, 结合系统建设和系统应用实际, 提出基于IEC62056协议的智能用电信息采集终端检测系统方案, 探讨了智能用电信息采集终端检测系统的设计方案及关键技术, 为国内智能用电信息采集终端检测提供有益的指导和借鉴。
关键词：智能电网,用电信息采集系统,终端检测系统
参考文献
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[2]李永茂.网络化远程自动抄表系统的设计及实现[J].现代电子技术, 2010 (19) :38-40.
智能采集 篇8
东西融合了科技的力量, 如通信、信息、传感器、自动化的电力生产、传播和消费、管理各个环节, 广泛部署有一定的认识, 计算能力和执行各种智能设备的能力, 基于IP的标准协议, 由电力信息通信网络、安全、可靠的信息传输, 合作管理、统一的服务和应用程序集成, 和全景的全过程管理的企业, 实现全息的操作意识, 连通性和无缝集成。
基于物联网技术的特点和智能电网发展的要求, 电力物联网应具备以下五个基本特征:
全面感知:管理电力生产、传播和消费、综合智能识别每个链接的信息, 在信息收集的基础上, 收集处理的实现过程中, 一生的资产和总客户感知。
之间的IP连接:传感器, 传感器和应用系统通过事情的力量标准化的通信协议和通信网络, 实现信息传递和互动。
可靠传输:使用电力光纤、载波、无线专用网络, 互联网, 等等, 实现可靠感知层和应用层之间的信息传输。
智能处理, 综合使用高性能计算、人工智能和分布式数据库技术、数据存储、数据挖掘和智能分析, 支持服务, 信息展示、客户交互等业务功能。
它集成:成为一个扩展企业的IT基础设施, 完善企业IT体系结构, 同时最重要的企业IT体系结构的一部分, 和企业IT体系结构融合。
物联网网络的智能电信信息采集系统完成相关电压, 电流, 电量的采集, 以及小区节点系统的通信。主要把智能小区的数据包括电压、电流、电量、故障等上传给监控系统。和后台监控的通信, 以及后台监控数据处理, 保存, 显示等。基于无线自组织物联网网络的智能电信信息采集技术研究不仅是必须的而且是可行的。它对于智能电网的普及、电力管理系统的发展以及大批量信息处理等领域有着广泛的应用前景。
1) 可以实现智能小区的监控电力, 可以监视电压, 电流, 功率, 等;
2) 可以监视多个智能小区, 只要改变协议, 以实现通用的目的;
3) 符合标准的智能社区信息采集系统产品入网。
通过本系统研究, 研制一种以小区智能监控为核心, 能够方便的应用的小区智能信息采集软件, 为企业节省监控费用, 从而降低产品成本。
物联网的设计目标是数据中心, 在无线节点中, 由于节点通常运行在远程环境, 甚至工作在危险恶劣的环境。在检测区域中, 节点可以随机分散, 通过RFID标签识别模式, 来识别相关节点。无线需要进行计算, 并保持网络连接等功能。而由于能量的不可替代性和低功耗的多跳通信方式, 无线传感器节点的设计, 有效地延长生命周期的网络和节点的低功耗已经成为无线传感器网络的核心问题, 其无线传感节点模型如图1所示。无线节点上电, 开始运行, 系统初始化, 信息采集节点响应主节点查询命令, 发送采集的电量等。
1) 使用NMI模式传输。此时使用NMI协议传输。
除了透明协议, AP也可以按客户要求将其出厂默认的数据协, 议为格式协议 (又称API模式) , 此时, 对来自串口的数据, AP只对符合格式的数据进行处理, 并将从网络中收到的数据也按, 一定格式发往串口。即:AP在从串口收到数据后, 它将寻找数据的包头并判别此数据是否符合协议要求, 它只对符合协议的数据作出响应, 对不符合协议的数据, 它将向前移位丢弃的方式继续向后寻找, 直到找到符合协议格式要求的数据, 在该模块从网络中收到数据后, 它也将按协议要求将数据打包输出到串口。
2) 使用透传模式传输。此时用透传模式传输。
当无线自组织物联网网络的功能设计为AP时, 其出厂默认的数据协议, 为透明协议, 对来自串口的数据, 无线自组织物联网网络将以透明的方式 (即不做任何解释或改动) 经无线网络广播发送出去, 而从网络中, 接收的来自NP或EP的数据包, AP将净数据从串口输出。
本文描述了物联网电量采集系统, 给出了物联网节点查询图, 电量查询图, 设计了产品, 给出了最后的显示结果。从产品技术特征上看, 已经达到了设计的要求, 可以对小区的电表采集, 达到了省时、高效的目的。对物联网信息采集和控制有一定的指导意义。
摘要：随着无线网络的发展, 无线网络在智能小区有着广泛的应用。物联网智能电信信息采集系统完成相关电压, 电流, 电量的采集, 以及小区节点系统的通信。主要把智能小区的数据包括电压、电流、电量、故障等上传给监控系统。和后台监控的通信, 以及后台监控数据处理, 保存, 显示等, 对智能小区水电的收费有很大的帮助。
关键词：物联网,无线节点,智能小区,信息采集
参考文献
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[4]柴远波, 郑晶晶, 等.无线Mesh网络应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2015.
上海世博园智能用电信息采集系统 篇9
1 智能用电信息采集建设情况
上海世博园智能用电信息采集系统示范工程严格遵循国家电网公司用电信息采集系统相关标准,以实现世博园区实施范围内用户的“全覆盖、全采集、支持全费控”为建设目标,力求提高世博园区内电能计量管理、自动抄表、用电稽查等营销业务处理的自动化程度,并为上海市电力公司提供及时、准确、完整的数据支撑,以满足各部门对用电信息的需求。
上海世博园智能用电信息采集系统按照国家电网公司采集系统相关标准的要求,进行主站、通信信道、通信采集终端及智能电能表等建设。该系统覆盖世博园区内57户用户,包括35 kV用户7户(共14个计量点)、10 kV用户45户(共80个计量点,其中光伏发电用户3户)、380 V三相低压用户5户(共5个计量点)。同时,系统主站接入原有大用户集抄系统和居民集抄系统的用电信息数据。在整个系统的建设过程中,还对高级量测技术、安全防护技术、海量数据处理能力等多个关键性技术进行了深入细致的研究。
2 智能用电信息采集系统的结构
2.1 全系统物理结构
世博园智能用电信息采集系统从物理结构上主要包括采集系统主站、通信信道和智能通信采集终端3个部分,如图1所示。
在图1中,系统主站网络的物理结构主要由数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器、前置采集服务器、接口服务器、通信接口机、工作站、防火墙等网络设备以及安全防护设备等构成。而通信信道指系统主站与通信采集终端之间的远程通信信道,主要包括光纤专网信道、第3代移动通信技术/通用分组无线服务技术(3G/GPRS)无线公网信道等。智能通信采集终端设备是指安装在现场的终端及计量设备,主要包括专用变压器终端、集中器、采集器以及智能电能表等。
2.2 全系统逻辑结构
世博园智能用电信息采集系统的逻辑结构如图2所示,整个系统分为采集层、通信层、主站层3层。
1)
采集层中的采集设备负责收集和提供整个系统的原始用电信息,并及时、安全可靠地在计量设备与系统之间实现数据的相互传递。采集系统的信息来源是通过采集终端和智能电能表获取数据,主要来源对象有大用户、工商业用户、居民用户等。
2)
通信层中的通信通道考虑到今后智能电网的需求和系统安全防护的要求,因此同时支持多种通信方式。这些通信方式或单独,或以组合形式出现,用于保证底层数据快速、安全、完整的双向传输。主要通道包括:光纤专网、3G/GPRS无线公网、230 MHz无线专网等。
3)
主站层(即应用层)包括满足用电信息采集业务的基本功能和基于采集数据基础上的扩展功能:
(1) 基本功能是信息采集系统的基础和核心,是完成系统功能所必须的业务应用部分。
重点是对采集状态分析,采集数据的自校验功能和数据质量分析等。
(2) 扩展功能是指基于采集数据基础上的数据整理、统计和分析,是采集系统的高级应用部分。
根据上海的实际要求,扩展应用功能的重点应放在计量装置在线检测功能和计量比对功能,同时兼顾配电业务管理、线损分析和增值业务等。
根据上海市电力公司管理要求和营销业务应用系统的部署情况,用电信息采集系统采用集中部署模式,即全市仅部署一套主站系统,一个统一的通信接入平台,统一采集全市范围内的所有采集终端和智能电能表的数据,集中处理信息采集、数据存储和业务应用。下属的各供电公司不设立单独的主站,用户统一登录到上海市电力公司的主站系统,根据各自权限访问数据和执行本地区范围内的运行管理职能。
下文将分别介绍主站系统、通信通道和智能通信采集终端的相关功能。
3 主站系统
主站系统设计为浏览器/服务器(B/S)架构,用户界面和报表通过浏览器访问、操作和展示,如图3所示。
在主站系统中,用户使用客户端通过HTTP协议访问主站应用服务程序。而主站应用服务程序则部署在独立的Web 应用服务器上,并采用J2EE架构;主站应用服务程序通过TCP协议与应用服务器AP进行通信,通过Oracle JDBC或者OCI与Oracle数据库服务器通信;应用服务器AP则通过CDMA、GPRS、光纤等各种采集信道,直接控制基于智能采集终端和智能电能表构建的数据采集网络。
3.1 主站软件架构
为了构建高可用性、安全性、可靠性、可伸缩性和扩展性的智能用电信息采集系统,主站软件采用了成熟、标准的J2EE企业平台架构搭建,并采用多层的分布式应用模型、组件再用、一致化的安全模型及灵活的事务控制。系统具有了更好的移植性,可适应用电信息采集系统应用环境复杂、业务规则多变、信息发布的需要,以及系统将来扩展的需要。
主站软件架构分表现层、应用层、服务层、数据层共4层(见图4)。主站软件通过对外接口与外系统交互。各层的主要功能如下。
1) 表现层:
提供统一的业务应用操作界面和信息展示窗口,是系统直接面向操作用户的部分。
2) 应用层:
实现具体业务逻辑,是系统主站的核心层,根据系统的应用特点,业务层可分为采集子层、业务子层、对外接口等。
3) 服务层:
提供全局通用的业务服务、安全服务等组件服务支持,并实现本系统专用的业务逻辑服务,为业务层提供通用的技术支撑。
4) 数据层:
实现海量信息的存储、访问和整理,为系统提供数据的管理支持。数据层通过大型关系型数据库实现。
3.2 主站软件主要功能
主站软件功能分为基本应用、高级应用、运行管理、统计查询、系统管理5项,每一项功能由多个不同的功能模块来实现。
1) 基本应用:
(1) 采集点设置,包括采集点设计方案审查;采集点勘查;安装方案确定。
(2) 数据采集管理,包括采集任务编制;采集质量检查;设备监测;数据召测;批量巡测;数据发布管理。
(3) 接口管理。
2) 高级应用:
(1) 检测设备管理,包括检测设备维护;检测设备参数维护;检测数据采集;检测数据展示。
(2) 计量比对。
3) 运行管理:
(1) 档案管理,包括档案同步;客户档案;参数档案;集中抄表设备档案;电能表档案。
(2) 运行状况管理,包括主站运行状态;终端设备运行状态;电能表运行状态;通信信道监测;操作监测。
(3) 异常处理,包括系统异常;现场设备异常;数据异常;实时事件监视;实时事件过滤规则。
(4) 值班日志,包括值班日志查询;填写值班日志。
(5) 现场管理,包括现场消除缺陷;现场调试;终端参数设置。
4) 统计查询:
(1) 数据查询分析,包括数据查询分析;昨日地区电量分布;地区用电大户排名;重点行业周用电量趋势;当日用电负荷监测;居民用电查询。
(2) 采集点综合查询,包括采集点覆盖情况;各地采集覆盖率;负荷监测统计信息;采集质量统计;异常告警信息。
(3) 工单查询。
5) 系统管理:
(1) 组织和授权管理,包括单位和员工;系统功能定义;用户组权限。
(2) 编码管理。
(3) 模板管理,包括采集数据项模板配置;异常事件配置。
4 通信通道
通信通道(下称信道)的建设主要包括远程信道和本地信道两方面。
考虑到该用电信息采集系统建设是上海世博园智能电网综合示范工程之一,在保证业务应用的前提下,远程信道建设采用了光纤专网、3G(TD-SCDMA)、GPRS无线公网相结合的方式,保证了远程信道的实时、高速、可靠;而本地信道建设则考虑到现场的实际情况,分别采用了电力线载波、RS-485、光电复合缆、无源光网络(EPON)等方式。
4.1 世博园区的通信方案
整个世博园区的通信网络结构如图5所示。
世博园区中的世博村1号地块为35 kV用户,目前已实现光纤到户,该地块的专用变压器采集终端通过光纤以太网直接接入到220 kV的变电站骨干光纤网络,从而实现与主站的通信;其专用变压器采集终端通过RS-485接口与用户智能电能表连接,实现数据采集。
世博园区其他35 kV用户和10 kV用户,则通过3G/GPRS无线方式实现与主站的通信;相应的专用变压器采集终端通过RS-485接口与用户智能电能表连接,实现数据采集。
世博园区的380 V用户通过3G/GPRS无线方式实现与主站的通信,集中器通过RS-485接口直接与用户智能电能表连接,实现数据采集。
4.2 智能用电小区通信方案
上海世博园智能电网综合示范工程中所包含的智能用电小区的通信网络总体示意图如图6所示。其中,智能用电小区的高层居民楼3、4、5单元已经实现了光纤到户,每个单元都安装一个集中器,集中器通过光纤以太网直接接入到市东供电分公司的骨干光纤网络,从而实现与主站的通信。集中器下行通过RS-485与EPON的OLT相连,再经过EPON连接到用户侧的ONU上;ONU则通过RS-485连接用户智能电能表,实现数据采集。
智能用电小区的地下配电室所连接的商铺用户,主要通过3G/GPRS无线方式实现与主站的通信。利用集中器和RS-485接口与安装在每个单元配电间的采集器相连,采集器再通过RS-485接口与用户侧智能电能表连接,实现数据采集。
5 智能通信采集终端
智能用电信息采集系统建设遵循国家电网公司最新的用电信息采集系统和智能电能表相关标准,率先将最新标准的专用变压器采集终端、集中器、采集器、智能电能表等采集设备应用到实际工程当中。通过对各种类型采集设备的研究,结合上海世博园信息采集系统建设的实际需要,选定适合于该项目的采集设备类型,具体选型如下。
1) 专用变压器采集终端选择国家电网公司标准的Ⅲ型,型号为FKXA42(温度等级C2),远程通信模块支持3G/GPRS(可自动切换)、光纤以太网接入;本地通信支持2路RS-485接入;额定电压分57.7、220 V两种,接线方式为三相四线;终端可实现费控功能,满足相关的技术规范和功能要求。专用变压器采集终端针对50 kW及以上三相电力用户。
2) 集中器型号为DJGX22(温度等级C2);远程通信模块支持3G/GPRS(可自动切换)、光纤以太网接入;本地通信支持2路RS-485接入和电力线载波通信;无交互采集功能。集中器针对50 kW以下三相电力用户和低压电力用户。
3) 采集器选择国家电网公司标准的Ⅰ型,型号为DCXL22(温度等级C2),2路RS-485接口,采集器与集中器可以通过RS-485、电力线载波通信,采集器与智能电能表通过RS-485通信。
4) 智能电能表根据不同的用户类型,分别选择不同智能电能表,主要有:0.2S级三相智能电能表;0.5S级三相智能电能表;1级三相智能电能表;1级三相CPU卡费控智能电能表;2级单相CPU卡费控智能电能表。所有智能电能表均为RS-485通信方式,功能满足标准中智能电能表的基本功能要求。
6 智能用电信息采集系统与原有电能采集系统的比较
在开展智能电网建设之前,上海市电力公司在20世纪90年代中期建设了一套电能采集系统。该系统以采集用户用电信息为基本建设目标,包括大用户电能信息采集系统、用电负荷管理系统、中小用户集中抄表系统3个组成部分。
上海世博园智能用电信息采集系统与电能采集系统相比较,主要在以下几个方面有了很大的进步。
1) 电能采集系统以区级(供电公司)为平台采集。供电公司通过Modem池与采集集中器通信进行数据采集。而智能用电信息采集系统在全市仅部署一套主站系统,采用统一的通信接入平台,统一采集全市范围内的所有采集终端和智能电能表的数据,集中处理信息采集、数据存储和业务应用,从组织构架上保证了所有用户用电信息采集的同时性和统一性。
2) 电能采集系统的通信通道主要是GPRS无线公网和230 MHz无线专网两种方式,不能对普通居民用户的用电信息进行实时采集。而智能用电信息采集系统则应用了EPON光纤专网、3G(TD-SCDMA)、GPRS无线公网相结合的方式,在通信技术、通信质量和容量等各方面来讲,智能用电信息采集系统的通信通道都具有无可比拟的优势。
3) 电能采集系统的通信终端主要是计量设备,其功能主要是采集电能量数据,不具备智能控制、实时电价计量等功能。而智能用电信息采集系统中的智能电能表不仅采集精度高、抗干扰能力强,关键是具备实时通信、双向数据传输与控制的拓展功能或者相关的功能接口,而且理论上可以实时采集普通居民的用电信息,并按照实时电价进行电能计量。
4) 受所采集数据的种类、规模以及采集实时性的限制,电能采集系统主站软件的高级应用主要放在网损分析方面。而智能用电信息采集系统的主站软件其高级应用功能涵盖了设备运行管理、计量管理、数据采集管理和需求侧管理等多个方面,并且支持营销、运行、调度等多个部门对相关数据的查询与统计。
7 结语
智能用电信息采集系统的研究建设是一个漫长复杂的过程,涉及电力公司、电能表生产厂家、通信设备生产企业等相关产业,涵盖了电力、计量、通信、IT等相关技术,该系统的研究建设必将促进相关产业的发展。而随着智能用电信息采集系统建设的逐步推广,也必将对相关的技术提出更高的要求,促使相关产业单位加大对新技术研究的投入,从而推动智能用电信息采集系统相关技术的科研创新。
摘要：上海世博园智能用电信息采集系统遵循国家电网公司用电信息采集系统相关标准进行建设。分析了该系统的结构,并详细阐述了主站系统、通信通道和通信采集终端的功能和组成。最后与上海原电能采集系统比较,分析了智能用电信息采集系统的优越性。
关键词：用电信息采集,通信通道,主站系统,通信采集终端
参考文献
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智能变电站全景数据采集方案 篇10
智能电网明确提出需要实现电力流、信息流、业务流的有机融合[1,2,3,4,5,6,7]。作为电网节点的变电站首先需要将这三流信息进行补充、完善和标准化,满足智能电网各类客户端的实时需求。为此,首先要在变电站实现所有数据的统一管理并模型化,建立变电站基础数据平台,《智能变电站技术导则》也明确提出了建立站内全景数据的统一信息平台,供各子系统统一数据标准化规范化存取访问以及和调度等其他系统进行标准化交互。
采用IEC61850实现变电站信息化、交互标准化是变电站自动化的必选项[8,9,10,11,12,13],也是智能电网的必选项。变电站上传的信息符合IEC61850 SCL规范,而遵循IEC61970 CIM建模规范[14]的主站系统执行到CIM电力资源对象的映射,实际工程中需要进行相互转换映射,也就是说,需要解决智能变电站和主站的共享建模问题。
为此,本文提出了一种智能变电站全景数据采集方法,在变电站增设一台变电站通信对象服务器,实现变电站数据整合,其基本思路是:(1)在深入研究变电站各子系统信息模型的特性及相互关系的基础上,采用面向对象建模技术,利用对象的继承、信息隐藏和模块化的优点,进行系统分析与设计,准确地定义对象,然后再根据对象的特征属性定义对象之间的关系,进而完成整个系统的分析与设计工作。(2)建立涵盖变电站各种应用的一体化通信管理平台。设计充分适应安全分区的变电站各个应用系统的通信结构;设计各个非IEC61850标准的应用到通信管理平台的适配接口;设计各个需要适配到统一信息模型上的转换关系;设计全面符合IEC61850标准体系结构;设计各个应用系统到通信信息管理平台的专用通信服务映射(SCSM)及实现GOOSE机制;设计独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口ACSI。(3)建立统一的变电站信息系统对外接口体系。支持IEC61970 GID及IEC61850/MMS接口。(4)汇总以上内容,开发变电站通信对象服务平台。
1 系统架构
多数变电站已安装或即将建设各类自动化子系统,如:综合自动化系统、电能计量系统、故障信息管理系统、电能质量监测系统、火灾报警系统、防误操作闭锁系统、图像监控系统[15]和在线监测系统等,智能变电站需要全部或部分接入这些系统。
这些子系统大多是在不同阶段建设,处于相互独立的状态,造成了很多问题,包括:(1)通信线路重复投资、重复建设;(2)整体可靠性差,不利于变电站安全生产;(3)各种系统自成体系,需要专门、独立的值班和维护人员;(4)各种系统自成一体,信息不能互通,不能发挥自动化系统的综合效益;(5)系统维护量大,维修、维护困难等。
为了从系统工程的角度整体上对变电站进行统一的自动化管理,防止“信息孤岛”现象,有效整合各种资源并发挥自动化集成的最大效益,需要建立一体化变电站二次系统,对各类子系统进行有效整合,这是智能化变电站的建设要求和发展方向。
在各子系统中,综自系统、计量系统、图像监控系统等都已相当成熟,而在线监测系统的应用则刚刚起步。而智能变电站的建设又对在线监测系统提出了较高要求。在线监测系统可及时了解站内一次设备的实时运行状态和环境状况,主要内容包括:点式在线红外测温、断路器状态在线监测、变压器油色谱在线监测、变电站气象环境监测等。现阶段的IEC61850标准尚不能完全涵盖在线监测系统。
点式在线红外测温系统主要应用于监测变电站高压电气设备中易发热部件,可在开关柜母线排连接处及柜内各种触点安装点式在线红外测温仪,利用485总线可以将多个探头的数据连接到主控室内,实现远程监控,并有声光报警。
断路器状态在线监测,主要监测三相电流的实时值、开关的动作时间、累计的动作次数、每相的触头磨损量及累计的触头磨损量,相对剩余电寿命、开关辅助触点的动作状态、开关动作时刻的三相负荷以及短路电流波形,分合闸线圈电流波形,机械振动波形、储能电机打压时刻与储能时间,可在主变各侧断路器及出线断路器上安装断路器在线监测设备。
变压器油色谱在线监测可对变压器油中氢气、乙炔和乙烯等多种非电气特征参数进行监测与监视,安装于变压器本体上。
变电站气象环境监测对变电站的微气象参数(空气温、湿度,降雨量,大气压力,光合有效辐射,太阳总辐射,土壤湿度,叶片湿度,风向,风速,气候图像,冰雪厚度)进行在线监测和数据传输,安装于站内。
为了统一站内站外的模型和接口,本文提出了智能变电站全景数据采集方法,研制变电站通信对象服务平台,统一接入变电站内各子系统。通信对象服务平台的系统架构如图1所示。
变电站通信对象服务平台主要实现以下功能:
(1)数据模型的整合
通信对象服务器可以接入各种不同数据模型的子系统,通信对象服务器对这些不同的数据模型进行整合,统一成基于IEC61850标准的数据模型。
(2)数据模型的扩展
在IEC61850标准中,对变电站在线监测领域涉及较少。通信对象服务器根据IEC61850标准的扩展原则,对在线监测领域的数据模型进行扩展。
(3)数据模型的转换
通信对象服务器可以根据需要对数据模型进行转换,包括:
基于IEC61850标准的模型和基于传统的线性点表的模型之间的转换;
基于IEC61850标准的模型和基于IEC61970标准的模型之间的转换。
(4)通信协议的转换
通信对象服务器可以根据不同的数据模型,转换对站外的通用通信协议:基于IEC61850标准的模型和接口以及基于IEC61970标准的模型和接口。
2 智能变电站全景数据采集方案
本方案的实现包括以下步骤:
(1)通过各厂商的私有通信协议,获取各种传感器采集到的变电站稳态、暂态、动态数据以及设备状态、图像等全面反映变电站设备状态与运行工况的全景数据,遵循IEC61850建模规则,将全景数据转换成符合IEC61850标准的对象模型。
(2)根据资源采用全局统一命名规则,将遵循IEC61850 SCL的变电站二次设备模型与遵循IEC61970 CIM建模规范的主站一次设备模型进行相互转换映射,实现电力系统一、二次设备统一建模。
(3)遵循IEC61970 GID规范,提供GID开放应用程序接口。
智能化变电站全景数据采集的实现方式如图2所示。
在图2中,采用各厂商的私有通信协议,可获取各种传感器采集到的变电站三态数据以及设备状态、图像等全面反映变电站设备状态与运行工况的全景数据。
将各子系统内所有非IEC61850的监测设备通过规约转换,统一对外提供IEC61850服务,通过标准化的数字化信息,实现变电站内全景数据采集与信息高度集成。不仅包括传统“四遥”的电气量,还包括设备信息(如变压器的绕组变形情况、色谱分析结果、冷却散热系统情况、断路器的动作次数、传动机构储能情况、开断电流的情况等)以及环境信息、图像信息等。
根据资源全局统一命名规则,将遵循IEC61850SCL规范的变电站二次设备模型与遵循IEC61970CIM建模规范的主站一次设备模型进行相互转换映射,对电力系统一、二次设备进行统一建模,实现智能变电站与主站之间无缝通信。
遵循IEC61850建模规则,将全景数据转换成符合IEC61850标准的对象模型;根据资源采用全局统一命名规则,在统一语义的定义下,将变电站二次设备(保护、测控等设备)的SCL模型与主站一次设备(变电站、线路、负荷等)的电网CIM模型拼接起来,建立一二次关联关系;根据映射法则,将遵循IEC61850 SCL的变电站二次设备模型与遵循IEC61970 CIM建模规范的主站一次设备模型进行相互转换映射,实现电力系统一、二次设备统一建模。
遵循IEC61970 GID规范,提供GID开放应用程序接口。按照功能的不同,GID接口又分为三类接口,分别是:(a)实时数据访问接口(DAIS);(b)报警和事件接口;(c)历史数据访问接口(HDAIS)。相应地,分别实现这三类接口的服务器就称为DA服务器、AE服务器和HDA服务器。
本方案具有如下优点:(1)实现了变电站稳态、暂态、动态数据以及设备状态、图像等变电站设备状态与运行工况的全景数据有机融合,便于实现各种系统资源的共享,降低系统监测成本;(2)将变电站采集的各类数据统一转换为基于IEC61850标准的数据对象;(3)实现了遵循IEC61850 SCL的变电站二次设备模型与遵循IEC61970 CIM的一次设备模型无缝拼接;(4)提供了基于IEC61970 GID的远程服务接口,第三方分析程序可以很方便地获取和分析采集的数据,为相关应用工作提供了便利,部署灵活,维护成本低。
3 建立面向对象的变电站信息统一模型
在变电站数据采集方案中,对各个不同应用系统中高度异构数据实现有效信息共享,建立一个统一的信息模型是关键。IEC61850标准为变电站自动化系统的发展指明了方向,在深入研究变电站各子系统信息模型的特性及相互关系的基础上,采用面向对象建模技术,利用对象的继承、信息隐藏和模块化的优点,进行系统分析与设计,准确地定义对象,然后再根据对象的特征属性定义对象之间的关系,进而完成整个系统的分析与设计工作。
基于IEC61850标准,从全局的视点出发,给出变电站物理设备、逻辑设备、逻辑节点、数据对象的信息模型,并给出变电站数据编码标准,定义采用应用设备名、逻辑节点名、实例编号、数据类名,建立对象名的命名编码规则。
由于目前现场设备的私有协议大多是面向信号点表、线形和平面的,而IEC61850的数据模型是面向对象和立体的,这就存在私有协议向IEC61850数据模型的转换过程,涉及将线形的信号点表,按照IEC61850的面向对象方式重新建模的过程,这是一种从平面到立体的过程,如图3所示。
4 结论
智能反窃电数据采集技术与应用 篇11
1 窃电问题现状分析
近年来, 随着国家电网公司营销用电采集系统的运用, 特别是智能电表的应用以后, 以前不容易统计的台区线损现在每日都可以统计, 每个用户一天的电量也能查询。通过技术分析, 一些窃电用户也容易被发现。据统计, 笔者所在的县公司在2014—2015年这两年间共查获窃电案件150多起, 其中居民用户窃电案件最为严重。经过一段时间打击后, 窃电行为减少了很多, 但总也不绝迹, 也有了新的变化, 主要表现为窃电过程隐蔽化、窃电手段高科技化等。像晚上的挂钩方式窃电、进户管线里接线窃电方式等变得难以快速查处, 浪费了大量的人力和物力。在无目标窃电户的情况下, 只能通过大海捞针的方式对整个台区进行拉网排查。但由于排查面过大、用电检查人员不够、地形等情况复杂、惊动窃电人员已自行解除等因素, 反窃电效果并不很理想。
2 智能反窃电数据采集系统设计
2.1 原理
该装置最主要的功能是通过用电量的对比, 将顽固难查的窃电户的范围缩小到一个小范围后, 再采用出其不意的人海战术查出窃电户。该装置安装在台区低压线路主线下面的分支线路入口处采集此分支线路的电量, 每天将此电量与用电信息采集系统自动采集的此分支线上的用户总电量进行对比, 如有差别则判断此分支线上有用户窃电, 则可进一步按小时采集分析情况。之后因为分支线上的用户不多, 我们此时可采用人海战术予以相对精准的查处。如果两处电量没有差别, 我们就换到其他分支线路上或同时在多路分路线路上进行电量采集, 直至找到窃电户。
2.2 系统组成
智能反窃电数据采集器主要由高精度开口式电流互感器、专用计量IC、主控芯片、高精度时钟IC、无线模块等组成。
(1) 高精度开口式电流互感器。采用开口式互感器, 一是因为安装该装置时不会造成停电;二是能快速安装不会惊动窃电户导至的窃电行为中止而使反窃电行动做无用功。为了减少因互感器误差引起的电量误差造成判断错误, 我们采用了0.2级的电流互感器来满足计量需求, 同时我们也准备了几组不同电流比的电流互感器以适应不同用电电流的分支线路来提高采集精度。
(2) 专用计量IC。采用成熟的专用计量IC, 可减少芯片数量、电路板面积、电路设计时间、程序编制难度, 提高测量精度。
(3) 高精度时钟IC。采用高精度时钟芯片才能确保采集到的分支线电量与用户电能表电量是同期数据。我们采用爱普生公司内置晶体的R8025时钟芯片, 日误不大于1 s。
(4) 无线数据传送模块。因为传输的信息量并不大, 我们采用SMS短信来传送信息, 利用移动通信公司无处不在的信号, 采用高增益的外置天线, 绝大部分地方就无需考虑信号死角问题, 方便使用。
3 现场安装应用
(1) 现场安装:该装置有外设线长为1.2 m的3个开口式电流互感器和4个电压夹子。如需对可疑分支线进行测量, 只需将装有智能反窃电数据采集器的小箱子挂在分支线分接箱等的边上, 将标有A/B/C相序的3个开口式电流互感器分别按A/B/C相顺序夹入分支线, 夹入时还需注意相位关系, 不要夹反了。同时应注意钳口要闭合, 不得有异物进入活动钳口。之后再将4个电压夹子按标记夹住A/B/C/零就可以了。实际安装时, 由于操作方法简单, 可以在短时间内就安装好。
(2) 具体应用:智能反窃电数据采集器安装上电后, 会回传一个包含时钟信息和各相电流、电压信息的短信, 以方便我们判断采集器是否正常工作和安装是否到位。如发现时钟误差较大就需上传校正短信进行调整, 利用短信里面包含的基站发出的时钟信息进行校正, 最大误差不会超过10 s, 完全满足电量采集需要。智能反窃电数据采集器在每天过零点时自动采集一次上一日的用电量数据并保存。在第二天8点后利用短信回传上一日的各电量信息, 这样我们就可以和这条支线上所有用户在营销系统里的总电量进行对比, 如有差别就可认为存在窃电的嫌疑, 连续一段时间的观测一定可以判断是否存在窃电用户。如需当前的电量信息, 我们只需发出相应的短信指令就可以得到分支线路当前的电量、电压、电流等参量, 结合营销系统的数据就可以分析任意时段内用电信息, 这样有利于分析窃取电量的时间和其他特性, 便于更精准地找出窃电户。因为分支线路一般用户都不会很多了, 这样就可集中精力分析可疑情况、可疑用户, 再采取小范围的人海战术就可找出窃电户。
4 窃电案件实例分析
笔者公司下属的某供电所的一个台区低压线损超出合理损耗, 所里多次组织人员进行反窃电排查, 都没有查到窃电用户。在采用该装置对其几条分支线电量和分支线上用户电量进行对比后, 最终在某分支线路发现分支线总电量与用户电量存在较大差别, 经过多日跟踪对比分析确认这条分支线上有用户窃电。并且分析出了其窃电时间基本从晚上20点之后开始, 早上8点钟之后消失。于是晚上10点集合了全所力量对这条分支线路的电表箱、分接箱进行拉网式检查, 结合先前的分析数据, 仅用了7 min就找到窃电位置, 有两根6平方的铜导线挂接在一间无人居住房子外墙上分接箱里, 并顺着墙入地。我们用工具沿着入地导线开挖, 接着用了10 min就找到了真正的窃电户。原来窃电户采用晚上将导线挂在分接箱处, 早上又将其取下的方式窃电, 由于采用两根导线窃电、窃电的线路又是独立用于几个功率大的用电器。因此智能电表上传的数据里相线和零线电流是平衡的, 按常规分析并不能发现此用户窃电, 2016年3月20日的电量对比见表1。
5 结语
实践证明, 采用智能反窃电数据采集器可相对精准、快速地找出窃电户, 有效减少人力和物力的投入。特别是对隐蔽强窃电行为更有效果, 能够促进反窃电工作质量及效率的提升, 有效震慑潜在窃电的用户, 维护正常的供用电秩序。
参考文献
[1]周金飞.用电信息采集系统[J].农村电气化, 2012 (9) :43-44.