【應(yīng)用案例】預(yù)付費(fèi)多用戶電能管理系統(tǒng)應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

   IC卡預(yù)付費(fèi)電能表采用先購(gòu)電后用電的管理模式，在一定程度上解決了電力部門收取電費(fèi)難的問(wèn)題。然而IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在很大的問(wèn)題，首先是由于電力部門缺乏對(duì)IC卡電能表用戶的監(jiān)管，當(dāng)IC卡被破密后，很難發(fā)現(xiàn)和查處，導(dǎo)至國(guó)家損失大量的電費(fèi)；其次IC卡易被污染和損壞等。

本設(shè)計(jì)的主要目的就是為了解決IC卡預(yù)付費(fèi)電能表的存在的問(wèn)題，同時(shí)繼承了先購(gòu)電后用電的管理模式。電力部門的管理微機(jī)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)電能表進(jìn)行管理，以防止用戶竊電；選用射頻卡作為用戶卡以解決IC卡易被污染和損壞的問(wèn)題。

1電能表管理系統(tǒng)

  為了降低成本，管理微機(jī)既作為電能表用電管理上位機(jī)，同時(shí)還和發(fā)卡機(jī)一起完成發(fā)卡任務(wù)。電能表管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1電能表管理系統(tǒng)圖

  管理微機(jī)與發(fā)卡機(jī)通過(guò)COM1來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，采用RS232C通信接口標(biāo)準(zhǔn)。管理微機(jī)與電能表通過(guò)COM2來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，采用RS485通信接口標(biāo)準(zhǔn)。

  發(fā)卡機(jī)具備射頻卡讀寫功能。其主要作用是讀寫射頻卡，與管理微機(jī)一起實(shí)現(xiàn)用戶的開(kāi)戶、交費(fèi)、注銷、電量查詢等功能。

2基于射頻識(shí)別技術(shù)的電能表其主要的工作原理

1. 用戶用電前需要先到電力管理部門購(gòu)買射頻卡和預(yù)交電費(fèi)，由管理部門把用戶的信息及購(gòu)電量錄入管理微機(jī)并由發(fā)卡機(jī)寫入射頻卡。

2. 當(dāng)用戶持有效射頻卡掠過(guò)電能表時(shí)，電能表內(nèi)的讀寫模塊首先對(duì)射頻卡進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證后讀取射頻卡的信息，當(dāng)卡內(nèi)電費(fèi)充足時(shí)為用戶供電，同時(shí)把用戶信息寫入EEPROM，且電能表開(kāi)始計(jì)量用電量。

3. 電能表采用遞加計(jì)量的方式，用電量存儲(chǔ)在EEPROM中，且用電量每增1度存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一次。電能計(jì)量精度為0.01度。

4. 管理微機(jī)采用RS485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)電表采集用電數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)經(jīng)管理微機(jī)處理后列出兩個(gè)名單(電量小于10度的黃名單與電量為0的黑名單)向網(wǎng)絡(luò)中的電能表廣播。電能表在確認(rèn)用戶卡上了黃名單后聲音與指示燈報(bào)警，提醒用戶及時(shí)充值，但電能表繼續(xù)為用戶供電；電能表在確認(rèn)用戶卡上了黑名單后，聲音與指示燈報(bào)警，且停止為該用戶供電，退出該用戶卡，電能表處于待機(jī)狀態(tài)。

5. 用戶想終止用電，只需將射頻卡再次靠近電能表，電能表再次讀取射頻卡內(nèi)的信息，把卡內(nèi)電量減去本次用電量，且把運(yùn)算結(jié)果回寫射頻卡內(nèi)。同時(shí)電能表斷開(kāi)繼電器，停止為該用戶供電。

6. 電能表在為某用戶供電過(guò)程中，其它射頻卡則不能刷卡用電，只有在電能表待機(jī)時(shí)才能接受另一用戶卡的刷卡。由于有效讀卡距離僅為lOOmm左右，因此當(dāng)有卡路過(guò)某電能表時(shí)，卡與電能表距離較遠(yuǎn)不會(huì)觸發(fā)電能表。

7. 一張卡可以在不同的電能表中使用，且可以在多個(gè)電能表上同時(shí)使用。

8. 在用電過(guò)程中如出現(xiàn)斷電，通過(guò)備用電池將用戶本次用電量存入EEPROM中。來(lái)電后，電能表繼續(xù)為該用戶供電。如用戶不想下次來(lái)電后繼續(xù)供電，只需將射頻卡再次靠近電能表，取消供電，來(lái)電后電能表將處于待機(jī)狀態(tài)。

3電能表系統(tǒng)硬件構(gòu)成

   電能表硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)由七大部分組成：射頻卡讀寫模塊、電能計(jì)量模塊、存儲(chǔ)器模塊、通訊模塊、顯示模塊、電源模塊以及繼電器和聲光報(bào)警等。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以MCU為核心，將其他模塊有*的整合在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)。以下各節(jié)是系統(tǒng)各部分的具體設(shè)計(jì)方案。

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖

4軟件模塊的構(gòu)成

  軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，共劃分為五大模塊(如圖3)，分別為與管理微機(jī)的通訊模塊、電能計(jì)量模塊、聲光報(bào)警模塊、射頻卡讀寫模塊以及黑黃名單的驗(yàn)證模塊。為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)大模塊的功能，又把每個(gè)大模塊劃分為若干個(gè)相應(yīng)的功能子程序或小模塊。主程序的作用是系統(tǒng)的初始化、中斷管理和監(jiān)視以及各功能模塊的調(diào)用等。

圖3軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

5預(yù)付費(fèi)遠(yuǎn)程電能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  預(yù)付費(fèi)遠(yuǎn)程電能管理系統(tǒng)使用安科瑞智能管理軟件，通過(guò)用戶安裝的通訊設(shè)備與智能電能表進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)多用戶智能電能表的抄表、控制、管理。其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖7預(yù)付費(fèi)遠(yuǎn)程電能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.1管理層

  管理層是系統(tǒng)的*上層部分，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和處理，將*終得到的結(jié)論以圖形、聲音等方式展示出來(lái)，使管理人員隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。主要包括系統(tǒng)軟件和配套的硬件設(shè)施，如服務(wù)器、射頻讀卡器。

5.2通訊層

  通訊管理層是系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，主要作用是集中處?85總線上的所有儀表信息，完成遠(yuǎn)程抄表和數(shù)據(jù)上傳的功能，以及處理服務(wù)器端的各類遙控執(zhí)行指令。主要設(shè)備有通訊適配器、網(wǎng)絡(luò)適配器、物聯(lián)網(wǎng)模塊。

5.3設(shè)備層

  設(shè)備層是數(shù)據(jù)測(cè)量的基礎(chǔ)，是構(gòu)建系統(tǒng)的必要元素，主要包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中用于測(cè)量用電信息的各類之智能電表。

6預(yù)付費(fèi)遠(yuǎn)程電能管理系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

  智能網(wǎng)絡(luò)電表采用國(guó)際超大規(guī)模集成電路及SMT工藝制造，集成化程度高，體積小，功耗低、精度高；

  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊使用防雷電路，內(nèi)部強(qiáng)電與弱電采用鍍鋅屏蔽板進(jìn)行隔離，對(duì)通訊電路與其他電路分離處理，使之具備更強(qiáng)的抗干擾能力；

  智能網(wǎng)路電表內(nèi)部采用多CPU結(jié)構(gòu)，一個(gè)主管計(jì)量，一個(gè)主管通訊、顯示和指示，一個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)狀態(tài)，各CPU相互獨(dú)立工作，互不影響；

  過(guò)載保護(hù)(限流)功能：當(dāng)用戶使用的負(fù)載超過(guò)規(guī)定負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)過(guò)載保護(hù)，自動(dòng)切斷該用戶電源供電；

  控制功能：系統(tǒng)可以對(duì)用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電控制；斷電自動(dòng)回復(fù)功能：在規(guī)定的斷電次數(shù)內(nèi)，用戶觸發(fā)過(guò)載保護(hù)后，待負(fù)載降至允許范圍內(nèi)系統(tǒng)將自動(dòng)恢復(fù)供電；系統(tǒng)可依據(jù)實(shí)際需求對(duì)單三相戶數(shù)進(jìn)行設(shè)置，但不能超過(guò)電表已配置回路數(shù)；

  數(shù)據(jù)安全：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用加密算法對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，保證信息安全。

7預(yù)付費(fèi)遠(yuǎn)程電能管理系統(tǒng)功能特點(diǎn)

  本系統(tǒng)采用DD/TSY1352型智能電表，具備體積小、精度高、管理功能強(qiáng)大等卓*特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電的精管理，包括預(yù)付費(fèi)、惡性負(fù)載識(shí)別、定時(shí)斷送電、電價(jià)調(diào)整、用戶用電狀態(tài)監(jiān)控、在線控制、透支用電、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢分析等智能管理功能，可以對(duì)項(xiàng)目的能耗情況及實(shí)時(shí)能耗量進(jìn)行有效的監(jiān)控及管理。

  產(chǎn)品遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)控，節(jié)省人力，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大管理功能，可通過(guò)多種方式方便組網(wǎng)，如RS485專線、電話網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、光纖、無(wú)線、GPRS等；組網(wǎng)后，管理方只需要一個(gè)人，就可以通過(guò)電腦對(duì)所有用戶的用電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)及管理，避免了大量工作人員現(xiàn)場(chǎng)抄表或插卡售電，節(jié)省的大量的人力及精力，特別適合用戶數(shù)量眾多的大型商業(yè)、寫字樓的用電管理；

  系統(tǒng)具備分級(jí)授權(quán)的功能，各軟件操作人員由自己的賬號(hào)及權(quán)限，各司其責(zé)，提高工作效率，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄每個(gè)操作員登陸后進(jìn)行的操作，防止工作人員作*；

  系統(tǒng)采用無(wú)卡式售電，用戶買的電，直接充值到用戶電表上，不需要在買電后再跑回去插卡，使用方便；將電純粹作為一種商品對(duì)待，可買可退，可批量售電，可預(yù)置，可清零，可打印單據(jù)；

  系統(tǒng)具備智能用電管理功能，可以在線控制每個(gè)房間或整棟建筑的通電斷電，方便處理突發(fā)事件或進(jìn)行設(shè)備檢修；可以限制每個(gè)用戶使用的*大負(fù)荷，保障主電網(wǎng)供電穩(wěn)定；

  系統(tǒng)具備惡性負(fù)載識(shí)別功能。系統(tǒng)將熱得快、電茶壺、電吹風(fēng)等容易引起火災(zāi)等安全隱患的用電設(shè)備定義為惡性負(fù)載，可以自動(dòng)識(shí)別此類惡性負(fù)載，并選擇禁止使用或允許使用。系統(tǒng)通過(guò)多種參數(shù)對(duì)負(fù)載類型進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別精/度高，且可以識(shí)別市面上的流通的智能插座等改變惡性負(fù)載設(shè)備電氣特性的產(chǎn)品，杜絕用戶通過(guò)智能插座使用惡性負(fù)載。

  系統(tǒng)具備定時(shí)功能，每天都可以設(shè)置八個(gè)時(shí)間段，到時(shí)間段自動(dòng)執(zhí)行通電或斷電操作，方便了商戶的用電管理，避免了工作人員挨個(gè)拉閘的繁瑣操作。

  系統(tǒng)具備同一房間多個(gè)回路計(jì)量、分路管理功能。照明、插座、空調(diào)等可以各設(shè)一個(gè)回路，每個(gè)回路可以執(zhí)行獨(dú)立的通斷電狀態(tài)及管理設(shè)置，統(tǒng)一計(jì)費(fèi)。

  系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)查詢用戶的用電狀態(tài)、斷電記錄等，包括用戶當(dāng)前工作狀態(tài)及功率、功率因數(shù)等，*近10次斷電時(shí)間及原因；便于管理方實(shí)時(shí)掌握用戶用電情況，同時(shí)用戶對(duì)用電有疑義時(shí)可以方便地調(diào)出記錄；

  系統(tǒng)具備低電量報(bào)警功能，當(dāng)用戶電量低于預(yù)警值時(shí)，電表顯示窗上會(huì)不停閃爍，并可以選擇是否斷電一分鐘進(jìn)行報(bào)警；同時(shí)操作員可以通過(guò)軟件打印處報(bào)表張貼出來(lái)，提醒用戶買電；若項(xiàng)目配備了短信或語(yǔ)音模塊、液晶可視查詢終端、LED大屏幕等輔助設(shè)備，還可以通過(guò)這些輔助設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，如給客戶發(fā)低電量提醒短信等；

  系統(tǒng)具備統(tǒng)計(jì)查詢功能，系統(tǒng)的所有管理操作以及用戶的所有用電信息都可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算并生成報(bào)表，例如售電記錄、用戶用電量記錄等，為管理方提供直觀而詳盡管理依據(jù)，可以隨時(shí)看到電費(fèi)收支情況，及時(shí)調(diào)整用電策略；

  系統(tǒng)具備水電氣暖多能耗管理功能，通過(guò)一套系統(tǒng)及相應(yīng)基表，就可以對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的用電、用水等能耗進(jìn)行綜合管理；系統(tǒng)具備卡片式管理功能，每個(gè)用戶一張感應(yīng)卡（可兼容其他廠家一卡通），通過(guò)卡片隨時(shí)查詢自己的用電信息，在通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)也可以通過(guò)卡片實(shí)現(xiàn)買電、恢復(fù)供電等應(yīng)急功能。

  產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的接口以及通訊協(xié)議，可以通過(guò)RS485接口、交互式數(shù)據(jù)庫(kù)或TCP/IP接口等，與一卡通、消防、門禁、樓宇自控、財(cái)務(wù)等其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)綜合管理，更好地體現(xiàn)管理的智能化、一*化；集團(tuán)各部門可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合管理集團(tuán)用電，只要有互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)的地方，就可以通過(guò)相應(yīng)權(quán)限的賬號(hào)進(jìn)入能耗管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。

8安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)應(yīng)用方案

  AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場(chǎng)和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。

8.1應(yīng)用場(chǎng)所

  本平臺(tái)適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場(chǎng)、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫字樓、物流倉(cāng)儲(chǔ)、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等場(chǎng)所。

8.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

8.3系統(tǒng)功能

8.3.1房間監(jiān)控

清晰簡(jiǎn)潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費(fèi)用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對(duì)房間當(dāng)前實(shí)時(shí)信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對(duì)房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開(kāi)戶、電價(jià)設(shè)置，售電、退電、報(bào)警金額設(shè)置、分合閘操作等等。

8.3.2電戶開(kāi)表

系統(tǒng)針對(duì)商鋪開(kāi)戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價(jià)方案，單一電價(jià)、尖峰平谷電價(jià)、階梯電價(jià)等:支持預(yù)先設(shè)置開(kāi)戶信息后期一鍵開(kāi)戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級(jí)告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機(jī)短信，APP推送，郵件、語(yǔ)音外呼、公眾號(hào)推送等。

8.3.3充電繳費(fèi)

可以對(duì)已開(kāi)戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費(fèi)實(shí)時(shí)下發(fā)到電表。電表會(huì)根據(jù)電度走字實(shí)時(shí)扣除電費(fèi)同時(shí)系統(tǒng)也支持早臺(tái)計(jì)費(fèi)，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

8.3.4財(cái)務(wù)管理

訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費(fèi)記錄，以及物業(yè)費(fèi)扣費(fèi)流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時(shí)間跨度等不同維度統(tǒng)計(jì)水電費(fèi)收入情況，收入組成。

8.3.5報(bào)表

系統(tǒng)還提供了多個(gè)報(bào)表以供查詢。用電綜合報(bào)表，幫助財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)每個(gè)月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費(fèi)，能耗同比分析，可以比較每個(gè)月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報(bào)表，按日，月，年三個(gè)不同維度查詢電表每個(gè)階段的用能情況。

8.3.6批量操作

為了方便用戶對(duì)大量?jī)x表進(jìn)行管理和設(shè)置，可以在系統(tǒng)中新建批量操作任務(wù)，比如設(shè)置電價(jià)、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時(shí)執(zhí)行。

8.3.7自定義收費(fèi)方案

為了靈活應(yīng)對(duì)用戶多種多樣的收費(fèi)方案，比如物業(yè)費(fèi)，房租，服務(wù)費(fèi)等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費(fèi)項(xiàng)目。收費(fèi)方式可設(shè)置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設(shè)置周期性收費(fèi)或者一次性收費(fèi)，可以按固定金額收費(fèi)或者按房間面積換算等等。

8.3.8公共區(qū)域用電分?jǐn)?/span>

某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統(tǒng)每個(gè)月自動(dòng)將主表的用電按比例換算成電費(fèi)從子表中扣除，這樣可以剩余人工統(tǒng)計(jì)的麻煩。公攤方式多樣，可以根據(jù)比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費(fèi)方式有直接扣費(fèi)或者生成維費(fèi)賬單。

8.3.9后付費(fèi)模式

按日期生成后付費(fèi)用戶周期用電費(fèi)用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)后生成繳費(fèi)賬單方便追蹤客戶繳費(fèi)情況可導(dǎo)出繳費(fèi)賬單以及欠費(fèi)賬單通知客戶。

8.3.10公眾號(hào)在線支付

用戶可以在微信小程序或者微信公眾號(hào)自助查詢電表使用情況以及繳費(fèi)。

8.4系統(tǒng)硬件配置

9結(jié)束語(yǔ)

  本設(shè)計(jì)解決了IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在的問(wèn)題，同時(shí)繼承了先購(gòu)電后用電的管理模式。本設(shè)計(jì)形成產(chǎn)品后市場(chǎng)前景廣闊，對(duì)于我國(guó)電力市場(chǎng)的規(guī)劃管理將起到積極的作用。

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