【應用案例】無線預付費電表系統設計及應用

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

一、引言

  目前，民用照明用電和工業用電大多采用傳統的感應式電度表計量，用電管理方法為人工抄表，記錄每月用電量，“先用電，后交費”。隨著用電量的不斷變大，這種電能計量管理方法顯示出許多缺點，集中表現在：人工抄表難，勞動強度大，浪費人力、物力、財力；電費收取難，用戶“先用電”意味著電業管理部門須預付巨額的電費，已用電費的按時收取受諸多因素的影響，給管理部門帶來經濟損失；防偷盜電難，傳統電表由于自身的原理和結構，給盜電者以可乘之機。

  隨著國家電力體制改革的進行和公眾對電力消費的需求越來越高，落后的售電管理方式亟待改變。隨著嵌入式系統和VLSI的快速發展，人們提出了多種智能化電管理系統，以改變傳統售電方式存在的問題。

  本文首先介紹目前市場上的智能化用電管理系統存在的問題，提出一種新型無線預付費電表系統的設計原理和設計方法，本系統利用無線藍牙技術和計算機軟件技術實現用電管理的自動化和信息化。

1. 目前市場上智能化用電管理系統的優缺點

  智能化用電管理系統以計算機為控制核心，改變傳統“先用電，后付費”的用電模式，實行“先購電，后用電”的管理辦法，供電管理部門可以免除人工抄表，提高勞動生產率，解決收費難的問題，節省大量的資金，并可有效防止反轉、分流等盜電現象，從而具有一定的防偷盜電功能。通過電子鑰匙作為傳輸媒介，可以及時全*地掌握用電信息，實現控制、統計、報表的全*自動化管理。

  目前，國內采用*多的是Ic卡作為售電介質的預付費售電系統。這種電表可以避免因人工人戶抄表、多戶共用一表帶來的各種問題。但IC卡電表存在以下問題：抗干擾能力差，特別是開放的讀寫窗口，易受外界攻擊；IC卡電表被攻擊造成控制系統失效后，很難取證認定，很容易發生用電糾紛；價格高，壽命短，綜合效益差，使用風大；難以適應電價變動的要求。

  由于IC卡電表系統的用戶數據采集終端容易遭受攻擊，使得數據終端器容易出現工作故障，如造成閥門打開而不計費給電力公司造成巨大損失等。因此，原國家電力公司決定：在“一戶一表”改造工程中不宜選用IC卡電能表。

  由于目前預付費電表存在的問題，本文提出一款采用封閉的數據采集終端和全雙工通信方式的無線預付費電表，以克服目前智能化預付費電表的不足。

二、無線預付費電表系統的總體設計

  無線預付費電表系統分為軟、硬件兩個部分。軟件主要是預付費售電管理系統軟件，硬件包括PC、電話線路或互聯網絡、管理端數據調制解調器、終端數據調制解調器、無線預付費電表。PC、管理端數據調制解調器置于電力部門，無線數據終端調制解調器、無線預付費電表屬于用戶。

  無線預付費電表可以完成將電表的電度數、電流、電壓等數據通過無線方式發射。用戶家中放置終端數據調制解調器可以實現對發送數據的有效接收，同時，終端數據調制解調器可以通過電話線或電力網與預付費售電管理系統實現有效通信。

  當用戶通過電話線或電力網進行撥號、聯網后，用戶按照管理系統的需要設置用戶名和密碼后，就可以將管理權限交給終端數據調制解調器，終端數據調制解調器通過電話線或電力網完成與管理端數據調制解調器的通信，根據預付費售電管理系統設計實現充值、查詢等功能。本系統總體設計如圖1所示。

圖1無線預付費電表系統的總體設計框圖

1.無線預付費電表設計

  無線預付費電表的設計框圖如圖2所示。

圖2無線預付費電表的設計框圖

  機心采用通用的電表機心，通過傳感器將電壓、電度數、電流等參數轉換為電信號，通過A／D變換將數據送到單片機中，單片機進行數據處理，LED(發光二極管)顯示用戶累計用電和剩余電量，EEPROM主要存放用戶的電表信息，包括用戶充值記錄、用戶余額、累計用電量、剩余電量、用戶名和密碼等。當系統正常工作時，單片機驗證用戶名、密碼和用戶余額，滿足供電條件就打開供電閥門開關，不滿足供電條件就關閉供電閥門開關，同時可以按照程序設置，在規定時間段將無線預付費電表中的數據信息通過無線收發模塊發送到用戶終端數據調制解調器中。或者采用用戶終端數據調制解調器發送控制命令，然后由無線預付費電表將數據信息傳送到用戶終端數據調制解調器。

2.預付費售電管理系統設計

  預付費售電管理系統主要由PC、管理端數據調制解調器組成。計算機在系統軟件、應用軟件和數據庫的支持下，負責有關信息的處理、存儲和顯示。這些信息包括：用戶信息(用戶名和密碼)、用戶購電信息、系統總的售電信息、配置信息等。

  用戶通過電話線或電力網與預付費售電管理系統之間建立通信，用戶輸入用戶名和密碼通過預付費售電管理系統的安全驗證，用戶端的終端調制解調器與預付費售電管理系統建立通信，將用戶的用電信息傳送到預付費售電管理系統的數據庫中，建立用戶用電信息數據庫。

  用戶需要對電表充值時，可通過購買電力部門發行的充值卡或銀行卡的方式，通過系統安全驗證后，將需要充值的金額信息通過電話線或電力網傳送到預付費售電管理系統的用戶數據庫中，預付費售電管理系統通過用戶終端調制解調器，將用戶充值信息通過無線信道發送到用戶無線預付費電表的EEPROM中存儲，完成對用戶電表的充值過程。整個系統的設計采用類似目前201電話卡和充值卡業務的方法。

3.系統特色和節能增效

a)通過預付費售電管理系統和用戶端調制解調器，將*新電價或分時電價存儲在用戶電表的EEPOM中，可以隨時更新電價信息，當電價調整時，無線預付費電表根據*新電價信息進行電費結算，避免由于電價變動引起的用戶與供電部門之間的矛盾。

b)實現計算機自動抄表、收費，不僅節省了大量

人力物力，而且抄錄的數據更多、更準確、更便于利用。例如根據無線預付費電表反饋的數據信息，供電部門可以及時了解用戶的用電和購電情況，同時，供電部門可以根據系統數據庫確定某一片區用戶的用電情況，適當地對電網進行調整。

C)在我國，電能向來都是先用電后付費，容易造成拖欠電費、抗交電費等弊端，嚴重制約了電力工業的發展。要根本解決上面問題，改用先交費后用電原則，使電能成為真的商品，為電力工業的發展提供可靠的資金保障。

d)分時計費制度的推廣是用經濟杠桿調節負荷，從而有效提高電力設備的利用率，無線預付費電表能有效實現分時計電。

e)可以減少竊電引起的損失。由于無線預付費電表采用整體化設計，沒有外部IC卡接口，同時，無線收發模塊采用加密設置，安全性能可靠，能有效防止通過解密技術手段進行的竊電行為。

三、安科瑞Acrelcloud-3200預付費水電云平臺

1.概述

  AcrelCloud-3200預付費水電云平臺是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預付費電能表及DTSY-1352三相電子式預付費電能表配套的售電管理系統。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。主要完成電能表/水表參數設置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實現物業公司遠程實時操作實時監控，具有良好的人機界面，能夠有效的統計和管理數據。安裝方便，是用電管理部門、商業廣場和物業小區，提高用電用水管理水平，解決收費難問題的理想產品。

2.應用場所

  本平臺適用于公寓出租戶、商業廣場、公寓酒店、物業小區、寫字樓、物流倉儲、高校、連鎖超市、智慧園區、農貿市場等場所。

3.系統結構

4.系統功能

4.1房間監控

  清晰簡潔的展示所有房間狀態信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態等，進入房間詳情可對房間當前實時信息進行查看，并可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內的電表進行各種遠程控制操作，比如開戶、電價設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

4.2電戶開表

  系統針對商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價方案，單一電價、尖峰平谷電價、階梯電價等:支持預先設置開戶信息后期一鍵開戶;支持設置電表合額告警默認三級告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號推送等。

4.3充電繳費

  可以對已開戶的電表進行遠程充值，電費實時下發到電表。電表會根據電度走字實時扣除電費同時系統也支持早臺計費，金額下發到系統賬戶，到賬快速穩定。

4.4財務管理

  訂單總覽，包含系統里所有水電充值退費記錄，以及物業費扣費流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時間跨度等不同維度統計水電費收入情況，收入組成。

4.5報表

  系統還提供了多個報表以供查詢。用電綜合報表，幫助財務統計每個月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費，能耗同比分析，可以比較每個月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報表，按日，月，年三個不同維度查詢電表每個階段的用能情

4.6批量操作

  為了方便用戶對大量儀表進行管理和設置，可以在系統中新建批量操作任務，比如設置電價、電表控制、儀表設置、充值等，批量任務可以立即執行，也可以定時執行。

4.7自定義收費方案

  為了靈活應對用戶多種多樣的收費方案，比如物業費，房租，服務費等，系統支持用戶自定義收費項目。收費方式可設置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設置周期性收費或者一次性收費，可以按固定金額收費或者按房間面積換算等等。

4.8公共區域用電分攤

  某塊表為主表，然后分配關聯子表，系統每個月自動將主表的用電按比例換算成電費從子表中扣除，這樣可以剩余人工統計的麻煩。公攤方式多樣，可以根據比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費方式有直接扣費或者生成維費賬單。

4.9后付費模式

  按日期生成后付費用戶周期用電費用，對數據進行確認后生成繳費賬單方便追蹤客戶繳費情況可導出繳費賬單以及欠費賬單通知客戶。

4.10公眾號在線支付

  用戶可以在微信小程序或者微信公眾號自助查詢電表使用情況以及繳費。

四、系統硬件配置

五、結束語

  無線預付費電表的推廣使用，符合飛速發展的電力工業對電能的計量、控制與管理的新要求，對于電力系統的節能增效、拉動國民經濟快速發展起積極作用。

參考文獻

[1]程杰，陳惠明，陸榮鎰．Ic卡預付費售電管理系統的研究與開發．電子工程師，2003，29(5)：1～3

[2]蘇建元．Ic多功能電能表的應用．節能，1999，(J2)：21～23

[3]張松，方小馬，廖科.無線預付費電表系統設計

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2019.11版