【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)難的問題。然而IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在很大的問題，首先是由于電力部門缺乏對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)電能表的存在的問題，同時繼承了先購電后用電的管理模式。電力部門的管理微機(jī)通過RS485網(wǎng)絡(luò)對電能表進(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COM1來實現(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COM2來實現(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)一起實現(xiàn)用戶的開戶、交費(fèi)、注銷、電量查詢等功能。

2基于射頻識別技術(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買射頻卡和預(yù)交電費(fèi)，由管理部門把用戶的信息及購電量錄入管理微機(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電能表時，電能表內(nèi)的讀寫模塊首先對射頻卡進(jìn)行驗證，通過驗證后讀取射頻卡的信息，當(dāng)卡內(nèi)電費(fèi)充足時為用戶供電，同時把用戶信息寫入EEPROM，且電能表開始計量用電量。

3. 電能表采用遞加計量的方式，用電量存儲在EEPROM中，且用電量每增1度存儲器存儲一次。電能計量精度為0.01度。

4. 管理微機(jī)采用RS485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)定時向網(wǎng)絡(luò)上的各個電表采集用電數(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警，提醒用戶及時充值，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)。同時電能表斷開繼電器，停止為該用戶供電。

6. 電能表在為某用戶供電過程中，其它射頻卡則不能刷卡用電，只有在電能表待機(jī)時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)有卡路過某電能表時，卡與電能表距離較遠(yuǎn)不會觸發(fā)電能表。

7. 一張卡可以在不同的電能表中使用，且可以在多個電能表上同時使用。

8. 在用電過程中如出現(xiàn)斷電，通過備用電池將用戶本次用電量存入EEPROM中。來電后，電能表繼續(xù)為該用戶供電。如用戶不想下次來電后繼續(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，整個系統(tǒng)由七大部分組成：射頻卡讀寫模塊、電能計量模塊、存儲器模塊、通訊模塊、顯示模塊、電源模塊以及繼電器和聲光報警等。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，以MCU為核心，將其他模塊有*的整合在一起，形成一個統(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，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、電能計量模塊、聲光報警模塊、射頻卡讀寫模塊以及黑黃名單的驗證模塊。為了實現(xiàn)每個大模塊的功能，又把每個大模塊劃分為若干個相應(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，通過用戶安裝的通訊設(shè)備與智能電能表進(jìn)行通訊，實現(xiàn)對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，通過對現(xiàn)場所采集的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計算和處理，將*終得到的結(jié)論以圖形、聲音等方式展示出來，使管理人員隨時掌握現(xiàn)場的運(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)臉蛄海饕饔檬羌刑幚?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)，一個主管計量，一個主管通訊、顯示和指示，一個負(fù)責(zé)檢測狀態(tài)，各CPU相互獨(dú)立工作，互不影響；

  過載保護(hù)(限流)功能：當(dāng)用戶使用的負(fù)載超過規(guī)定負(fù)載時，系統(tǒng)將啟動過載保護(hù)，自動切斷該用戶電源供電；

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

  數(shù)據(jù)安全：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用加密算法對各項數(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)，可以實現(xiàn)對用戶用電的精管理，包括預(yù)付費(fèi)、惡性負(fù)載識別、定時斷送電、電價調(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)計查詢分析等智能管理功能，可以對項目的能耗情況及實時能耗量進(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，實現(xiàn)強(qiáng)大管理功能，可通過多種方式方便組網(wǎng)，如RS485專線、電話網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、光纖、無線、GPRS等；組網(wǎng)后，管理方只需要一個人，就可以通過電腦對所有用戶的用電情況進(jìn)行監(jiān)測及管理，避免了大量工作人員現(xiàn)場抄表或插卡售電，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)具備分級授權(quán)的功能，各軟件操作人員由自己的賬號及權(quán)限，各司其責(zé)，提高工作效率，系統(tǒng)會自動記錄每個操作員登陸后進(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，可以自動識別此類惡性負(fù)載，并選擇禁止使用或允許使用。系統(tǒng)通過多種參數(shù)對負(fù)載類型進(jìn)行識別，識別精/度高，且可以識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，杜絕用戶通過智能插座使用惡性負(fù)載。

  系統(tǒng)具備定時功能，每天都可以設(shè)置八個時間段，到時間段自動執(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拉閘的繁瑣操作。

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

  系統(tǒng)可以實時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次斷電時間及原因；便于管理方實時掌握用戶用電情況，同時用戶對用電有疑義時可以方便地調(diào)出記錄；

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

  系統(tǒng)具備統(tǒng)計查詢功能，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)計分析，系統(tǒng)自動計算并生成報表，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)，可以隨時看到電費(fèi)收支情況，及時調(diào)整用電策略；

  系統(tǒng)具備水電氣暖多能耗管理功能，通過一套系統(tǒng)及相應(yīng)基表，就可以對整個項目的用電、用水等能耗進(jìn)行綜合管理；系統(tǒng)具備卡片式管理功能，每個用戶一張感應(yīng)卡（可兼容其他廠家一卡通），通過卡片隨時查詢自己的用電信息，在通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時也可以通過卡片實現(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RS485接口、交互式數(shù)據(jù)庫或TCP/IP接口等，與一卡通、消防、門禁、樓宇自控、財務(wù)等其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，實現(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)信號的地方，就可以通過相應(yīng)權(quán)限的賬號進(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)水電云平臺應(yīng)用方案

  AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺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，操作簡便，實現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實時操作實時監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問題的理想產(chǎn)品。

8.1應(yīng)用場所

  本平臺適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫字樓、物流倉儲、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場等場所。

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)入房間詳情可對房間當(dāng)前實時信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開戶、電價設(shè)置，售電、退電、報警金額設(shè)置、分合閘操作等等。

8.3.2電戶開表

系統(tǒng)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(yù)先設(shè)置開戶信息后期一鍵開戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級告警，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、語音外呼、公眾號推送等。

8.3.3充電繳費(fèi)

可以對已開戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費(fèi)實時下發(fā)到電表。電表會根據(jù)電度走字實時扣除電費(fèi)同時系統(tǒng)也支持早臺計費(fèi)，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

8.3.4財務(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，時間跨度等不同維度統(tǒng)計水電費(fèi)收入情況，收入組成。

8.3.5報表

系統(tǒng)還提供了多個報表以供查詢。用電綜合報表，幫助財務(wù)統(tǒng)計每個月商鋪總用電量，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況。

8.3.6批量操作

為了方便用戶對大量儀表進(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、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時執(zhí)行。

8.3.7自定義收費(fèi)方案

為了靈活應(yīng)對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)每個月自動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(fèi)。

8.4系統(tǒng)硬件配置

9結(jié)束語

  本設(shè)計解決了IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在的問題，同時繼承了先購電后用電的管理模式。本設(shè)計形成產(chǎn)品后市場前景廣闊，對于我國電力市場的規(guī)劃管理將起到積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫穎，張敬敏，張志佳．一種基于MFRC500的Mifarel卡讀寫器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]微計算機(jī)信息，2006，(2．2)：7—9.

[2]單承贛，柴斌，姚磊．高集成度TYPEA讀寫器芯MFRC500及其應(yīng)用[J]．國外電子元器件，2004，(8)：34．37．

[3]黃麗麗．以AD7755設(shè)計的電子電度表[J].儀表技術(shù)，2002，(4)：38-40．

[4]程宇紅．串行顯示驅(qū)動器MC14499及其在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．常德師范學(xué)院學(xué)報，2002，(2)：3840．

[5]項安，朱更軍．256K位串行髓PR0M24LC256原理及與DSP的接121應(yīng)用[J]．電子質(zhì)量．2004，(5)：4.5．

[6]田擁軍，曾健平．基于射頻識別技術(shù)的多用戶電能表的設(shè)計[J]．微計算機(jī)信息，2007，(5z)：7.9．

[7]趙光強(qiáng)，田擁軍.預(yù)付費(fèi)多用戶電能管理系統(tǒng)的設(shè)計.[J]湖南科技學(xué)院學(xué)報.2012.04,33:4

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版．