智能用电系统

智能用电系统（精选十篇）

智能用电系统 篇1

在企事业单位办公及娱乐场所, 特别是学校和工厂宿舍, 违规使用大功率电器往往导致火灾等危害人民群众财产甚至生命的事故发生。因此有些单位或场所采用了一些简单的手段进行限制用电, 要么不装插座, 要么直接限制总功率, 超过该功率就断电, 或者对纯阻性大功率负载进行检测。虽然限制了用电功率, 但是前者总功率受限给用电者生活带来了不便, 而后者给使用新型设备比如功率转换器的用户钻了空子, 使用了大功率却不受限制。基于此, 本文对智能用电问题进行了研究, 并设计出一款实用的多路智能用电系统。

1 智能用电系统硬件设计

控电系统要求能够对多个用电房间进行智能控制, 因此系统采用上、下位机两级控制, 4 8 5总线通信的架构, 使用GSM模块进行不定地点控制, 更加人性化。

1.1 系统组成

系统以STC12C5A06S2单片机为核心处理与控制芯片, 设计下位机分控系统, 其负责对多个用电房间进行信号采样;以计算机系统为中心, 设计上位终端机系统, 其负责对各个房间的用电情况进行统计和管理。可以将分控系统装在用电端, 将上位机放在控制室, 各分控系统通过485总线与上位机通信, 上位机通过GSM模块与管理员进行信息交互和控制命令传输。手持终端可以在不启动计算机系统的情况下发布控制命令, 满足特定场合操作, 提高系统操作的灵活性。系统总体架构如图1所示, 其中N的设计取值范围为1~24, M的设计取值范围为1~200。

1.2 采样电路设计

采样电路可以使用先取样在进行AD转换的方法来实现, 但是因为单片机系统监测管理的房间多, CPU处理数据量大, 会造成设计成本高, 反应慢或者计量不准确。因此本系统选用上海贝岭公司研发的BL0932B单相双向功率电能计量芯片, 能够完成对用电房间或单元的功率采样和计量。BL0932B芯片是BL0932的升级改进型芯片, 内部集成模拟乘法器、压频转换器和控制电路, 能精确测量正负两个方向的有功功率, 线性度好, 防潜动, 低功耗[1]。

BL0932B通过对电压和电流的采样, 计算出用电功率, 并将其转换为脉冲输出, 通过测量其输出频率即可得到当前房间的用电功率。其中电流、及电压的采样通过与负载串联的阻值为500μΩ的锰铜, 再分别串接100Ω的电阻接入到BL0932B芯片的1、2脚。

采样电路的传递函数如式1所示:

其中:Vi―电流取样值;Vu―电压取样值;G―芯片增益;Fout―输出脉冲频率。

1.3 分控系统设计

分控系统要求能够对1~24路采样信号进行处理, 实时监测用电情况, 特别是对大功率用电情况能够及时发现并警告, 超过警告次数实时切断电路, 并对整个房间总功率设定上限, 超过则断电, 并通过10位数码管显示各路用电情况。分控系统能够通过485总线与上位机通信, 还可以在现场独立通过按键进行操作, 实现对其管理的各房间通/断电控制, 根据数码管显示代码观察各路的用电情况, 分控系统加装了充电电池、时钟芯片, 具有时间、数据记录、异常温度报警等功能。

另外, 为了降低分控系统功耗, 采用上海贝斯特电器制造有限公司生产的BST-902磁保持继电器来作为通断电开关。BST-902衔铁具有两个稳定的状态, 衔铁线圈在输入信号电流的作用下, 由机械部件的运动改变状态, 线圈断电后其衔铁仍能保持在通电时的状态[2]。正是由于这个特点, 在实际的设计中需要将加在其驱动引脚上的脉冲足够宽, 以使机械部件完成动作。分控系统主要电路设计如图2所示, 注意应在所有信号输入/输出端加光耦隔离。

1.4 其他电路设计

R S 4 8 5总线中继系统使用STC12C5A06S2的双串口功能, 实现同时与上位机和手持系统通信, GSM通信模块采用西门子的TC35i 2G手机通信模块[3], 通过串口和计算机的上位机软件通信, 通过移动通信网络与管理员等固定手机通信, 形成一个闭环的控制管理系统, 实时处理用户问题。手持系统以单片机为核心, 包含1602字符液晶显示器和按键, 主要可以实现不开PC机对某宿舍应急通断电, 提高系统的可靠和安全性。

2 智能用电系统软件设计

智能用电系统软件主要包含下位机程序和上位机软件, 其中上位机软件采用VB程序编写, 设计主要是串口数据和命令的接收、处理, 控制命令的发送, 以及数据库的设计, 这些设计已趋成熟, 易实现。下位机有三个部分:分控系统、中继系统和手持系统, 这里重点对分控系统软件设计进行介绍。

2.1 软件设计的思想

每个分控系统要能够同时监控管理多达24个房间, 首要解决的是功率的采集问题, 结合硬件设计, 并经过实地试验, 本设计最终采用固定时长时间片流转的思想。单片机每10ms中断一次并同时采样24个房间, 然后来根据对应房间的状态进行处理, 注意保证整个过程不超过10ms, 流转往复。

2.2 多路采样程序设计

处理程序采用有限状态机来实现, 共有空闲状态S 0、等待起始状态S1、采样状态S2、完成并处理状态S3等4个状态, 程序状态迁移如图3所示。其中状态S2通过对10ms中断次数进行计数来分别完成对24路功率脉冲采样, 计算半周期时间T。

2.3 主程序参数与算法设计

经过对常用电器的功率测量, 确定了常用电器的功率范围, 例如笔记本电脑功率为40W, 液晶台式电脑90W, 热得快1000W以上, 电水壶400W以上, 电吹风300W以上, 设定了本设计的极限参数, 如表1所示。

根据式1, 结合程序设计思想和算法原理, 同时通过对实际电路的测量和补偿, 根据半周期采样次数可以计算出功率, 计算方法如式2所示。

参数说明:

P标准为标准参考样本功率;

f标准为标准参考样本功率所对应的信号频率, 根据P标准测算;

Hals N为采样信号的半周期计数值;

K为常数, 这里取值为0.02;

Power为用电功率。

在分控系统主程序中, 采用有限状态机来实现大功率报警, 过载断电等功能, 具体流程如图4所示。能够完成最大24路采集处理, 其中Pmax为最大用电功率, Cnt为过载计数, ΔPmax为功率递增最大值, Pwr Off为断电标志。用电过载警告3次, 每次断电3s钟后自动送电, 超过警告次数则断电后不再自动送电, 需经管理人员确认解除大功率用电器后通电。

3 结束语

由STC12C5A60S2大容量双串口单周期单片机[4]作为分控系统的控制器, 以时间片流转的方法进行检测、以状态机的工作原理实现对采样的多种情况处理, 可以实时响应24个房间的用电需求, 测电精度达到±0.5W。通过485总线、GSM移动网络和上位机进行交互通信, 理论上可以完成对无限多个用电单位的智能用电管理, 在学校的应用实践中 (2400个房间) , 系统运行稳定, 操作便捷, 收到了良好的经济效益和效果。

摘要：针对目前集体用电管理水平较低的问题, 设计了一种多路智能用电系统, 详细介绍了系统的软、硬件设计。系统以STC加强型单片机为控制和通信核心, 以BL0932B芯片为基础设计单相双向功率电能计量模块, 以485总线和GSM模块作为通信和控制手段。实际应用表明系统智能化程度高, 运行可靠, 达到预期效果。

关键词：功率计量,智能用电,单片机,BL0932B,GSM

参考文献

[1]上海贝岭股份有限公司BL0932B用户手册

[2]上海贝斯特电器制造有限公司BST-902用户手册

[3]汝洪芳.基于GSM的小煤矿群无线监控系统的设计[J].工矿自动化, 2009 (5) :38-40.

[4]宏晶科技STC12C5A60S2单片机用户手册

智能用电系统 篇2

夏丽平

上海安科瑞电气股份有限公司

嘉定

201801 0 概述

建设智能用电及能效管理系统，实现对工矿企业用电及能源消耗状况的全面监测、分析和评估，通过对能源消耗过程信息化、可视化管理，优化企业生产工艺用能过程，科学、合理地制定企业能耗考核标准和考核体系，有效提升企业能源效率管理水平。

中国经济在持续高速增长的同时也伴随着能源紧张和环境恶化的巨大压力，而面对这一挑战的最有效、经济的办法是在高能耗企业建设能耗监测、管理、控制系统，通过技术创新提高能源使用效率，帮助企业实现节能增效、清洁生产的目标。

据国外统计资料：工业企业每年10%以上能源损耗源于没有能源监测及维护计划，每年12%的能源损耗源于没有能源管理及控制系统。欧美发达国家先进企业除了生产过程中广泛采用计算机监测、控制系统（DCS，SCADA）外，能源数据的在线监测、分析和优化系统占有重要的位置。通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完善的能耗监测、管理体系，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化，对企业生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行管理、控制和优化，提高能源使用效率。智能用电及能效管理系统简介

系统在线监测整个企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电、用水、用气等能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效、高效生产。

系统为用户提供以下能耗数据和节能信息：①掌握企业耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向；②了解企业用能水平：能量利用损失情况、设备效率、能源利用率、综合能耗；③找出企业能耗问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题；④查清企业节能潜力：余能回收的数量、品种、参数、性质；⑤核算企业节能效果：技术改进、设备更新、工艺改革等的经济效益、节能量；⑥明确企业节能方向：工艺节能改造、产品节能改造、制定技改方案、措施等。系统功能

1）能源消耗过程的信息化、可视化

目前国内大多数企业是靠人工定时抄表的方式统计用电及能源消耗状况，这种方式存在数据滞后、时效性差、数据单一等问题，不能及时掌握各生产环节和重点能耗设备的实时能耗数据。能效管理信息系统在线监测整个企业（集团）的生产能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备、车间、班组生产数据相结合，现场运行管理人员可了解和掌握生产环节和重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息。

如图：某工厂的工艺流程

图1 水泥磨子系统生产流程单耗监测

2）能耗/能效信息统计、管理

系统自动生成的多种能耗信息统计图形、曲线和报表，如以日、周、月、年为周期的电、水、气、煤等能耗统计报表，报表类型分为全矿、车间、重要耗能设备三个层次，为用户提供能源消耗结构和能源消耗成本分析依据，评估节能措施的效果和关联影响。

系统提供综合能耗/能效统计报表，采用菜单或光按钮直接引导界面模式，图形界面包括企业宏观的能耗数据和相关信息，快捷、直观反映企业、生产车间、班组和重要生产环节实时和历史能耗/能效信息。

图2 企业综合能耗统计

3）历史能耗数据对比、分析

系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，企业能效管理及生产工艺分析人员可按不同需要灵活设置工作点参数，在不同时段下生成各种能耗数据报表与能耗曲线：如设备单耗、生产线和班组单耗等，用多种方法对主要能耗设备和生产线的能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对企业能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。

通过动态的单位产量能耗曲线和数据，可以直观地比较企业生产能耗与国际、国内标准的差距，从而对生产、管理、工艺及时进行指导和调整，使企业生产过程的单位能耗和能源效率保持在科学、合理水平。

图3 能耗参数对比、分析

4）电能质量及谐波监测、分析 电力电子技术在电气化铁路、电解工厂、电弧炉冶炼和电机变频调速等领域的广泛应用，在提高生产效率的同时也产生了大量的谐波污染电网，导致谐波和电能质量问题的发生。

用电及能效管理信息系统在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生，同时降低供电系统谐波和无功损耗。通常购置谐波监测设备需要较大的投资，本系统能同时实现电能消耗状况以及谐波监测、分析的双重功能。

图4 供电网络中谐波分量图 系统架构及工作原理

系统主要由数据采集层、数据传输网络、能效管理系统软件三部分组成。

1）数据采集层：通过安装在能耗监测仪表箱（柜）中的带数字接口的智能电力仪表，实施对负荷用电量的实时监测。监测数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功无功电能、谐波、环境与开关状态、事件记录等用电参数。监测对象包括：电力需求侧中低压馈线回路、主要耗能机电设备、厂房（生活区）其他耗能设施。同时也可以对用水量、用气量、热量、投料量、产量等，通过电子式流量表、电子式热量表、电子皮带秤、地秤等现场智能数据采集，根据现场条件和系统应用的要求，采集的数据也可以取自用户的其他智能系统的数据接口。

2）数据传输网络：通过在能耗监测仪表箱（柜）中安装的能耗智能数据网关，实时采集能耗计量仪表的数据，并且通过TCP/IP网络传输到能耗监控中心。无需远距离布线，施工简单可靠。瑞申智能数据网关提供多种接入方式，目前支持RS-485/RS-232总线、光纤、工业以太网、433M无线、GSM/GPRS/CDMA网络传输等多种方式。

3）用电及能效管理系统软件：完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。

图5 用电及能效管理信息系统架构 计量及监控产品配置

电力仪表主要用于电网，特别是用户端低压的电参数测量、电能计量、故障诊断、电气控制、报警、保护等功能；电能表用于电网各个环节、用户与用户之间的电能结算，附带有电参数测量，无诊断、控制和保护等功能。

（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表

该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。

（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表

该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。

（3）动力柜、照明箱选ACR120EL电力仪表或导轨式电表

ACR120EL电力仪表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：开孔尺寸80×80mm，开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜。

DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。

DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于用于耗能设备进行计量。

照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。技术特点

1）以设备为对象构建的内置实时关系数据库：这种结构化、对象化的实时数据库相比较传统的平面数据库，大大提高了数据检索和访问的速度及效率；

2）灵活的进程调度管理技术：进程调度管理功能可以把大量的数据采集和处理任务分布到不同的服务器上运行来实现负载均衡。支持在线组态，在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改；

3）系统的集中管理和维护：有权限的用户，可以在EMIS系统中任意一台服务器或工作站上修改系统配置，在提交以后系统自动同步数据库的配置；

4）网络体系架构：基于先进的网络体系架构，支持多层次网络冗余及故障切换。增强的Web功能和Internet/Intranet浏览器技术，直接支持多文档；

5）支持多种通信协议：I/O通信冗余，直接读取现场数据采集设备存储的数据，同时具备良好的开放性和灵活性。支持RS-232/422/485、Ethernet、Can、LonWorks、MODBUS等多种通信协议和标准；网络通信采用标准的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等协议；

6）支持多种关系数据库：包括Oracle、SQL Server、dBASE等；实时数据库内置多种功能模块，可实现累计、统计、控制、线形化、PID控制、各种运算等功能。通过高效的压缩7

技术和海量的存储技术，可以处理10万点以上的数据；

7）丰富的图形开发工具以及优化设计的图库：新增更多的矢量子图，使工程画面制作更加丰富、灵活；提供面向对象编程方式，内置间接变量、对象变量、模板变量，方便构造强大的企业级运行系统；

8）开放性：全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX标准，提供OLE、COM、DCOM、动态链接库等多种接口，以便用户利用各种常用开发工具（如：VC++、VB等）进行深层的二次开发。应用案例

广达电脑成立于1988年，是目前全球第一大笔记本电脑研发设计制造公司。以领先群伦的技术与坚强优越的研发团队，屹立于高科技市场领导者地位；除了在笔记本电脑的领域中维持高成长、高品质与高评价之外，更将触角延伸到企业网路系统、家庭娱乐产品、行动通讯产品、车用电子产品以及数码家庭产品等市场，积极拓展产业整合布局。2006年荣登美国「财富杂志(Fortune)」评定为全球五百大企业。2011年广达电脑入住重庆，建成了一个拥有七栋大楼（每栋十层，每层35个房间），员工总人数以万计的重庆广达制造城。

上海安科瑞电气股份有限公司于2011年承接了重庆广达生活服务区一期能耗监测系统的设计与实施。系统采用Acrel-5000型能耗监测系统，实现了对生活服务区内用电量和用水量的在线监测（其中电力仪表2000只、水表5000只），方便了对该建筑群能耗的管理。

重庆广达生活服务区能耗监测系统采用网络分布式结构，整个系统包括该建筑群的七个子系统和中心监控室的一个总监控系统。冷/热水表数据和电表数据当地采集完成后集中传至中心监控室。分控中心和中心监控室之间用光纤网络进行通讯。每个子系统采用五台通讯管理机，其中三台通讯管理机采集楼内每户的冷/热水表数据，另外两台采集楼内电表的数据。

系统主要实现的监控功能：

1.界面开发设计成美观大方的图形，设备拓扑关系可自动生成并根据设备带电状态动态着色。

2.可查看各宿舍的当前电能值和当前冷/热用水量。

3.具备远程抄表功能，可查询到任意时刻某一回路的详细电参量。

4.具有用电量和用水量的报表查询功能，支持日报、月报和年报的查询及打印。5.具有Web访问功能，接入局域网的计算机可以打开IE浏览器浏览软件界面。结语

节能工作不仅是对某个设备和工艺的改造，而是对企业全系统用能过程的优化，采用能效管理信息系统可以对企业能源效率水平进行全面监测、分析和评估，找出生产过程中能耗问题根源所在，科学、合理地制定生产工艺流程、建设能耗考核标准和体系，有针对性地制定节能改造方案，是企业节能增效工作的基础和技术方向。

参考文献

[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2011.10版.作者简介：

智能用电系统 篇3

【关键词】电力企业；智能电网；用电信息采集；电网建设；远程抄表；线损分析

用电信息采集系统可以快速收集用户的电力信息，有效节省智能电网的运营系统，简化电网的运作流程。智能电网建设中的用电信息采集系统可以有效保障智能电网的正常运作，在智能电网未来的发展中起着至关重要的作用。

一、用电信息采集系统结构

用电信息系统是由主站计算机系统、终端设备和通信网络三部分组成的。系统终端通过接口把采集到的电表数据送到主站，主站通过一些的计算对数据进行分析、处理。在这个过程中，终端和主站是双向的，这样可以加快用电系统的工作效率。现场终端可以通过GPRS网络和主站的通讯机制构成通讯网络，然后现场终端设备可以通过这个网络把数据送到主站上，主站再对数据进行保存，同时发布到MIS网上，电力系统通过MIS网，了解各个系统的数据情况。

二、智能电网用电信息采集系统中的问题

（一）上下通道的互通性差

用电信息采集系统上下通道的互通性较差，是建设用电信息采集系统中经常出现的问题。因为我国关于智能电网技术标准的文件还不是很完善，所以系统在建设的时候会缺乏一些技术性的参考。有些项目在建设的时候脱离了实际，就会到导致用电出现问题，个别项目中还会出现一个项目多种通道的方案的情况。所以设计电网建设的时候，施工方就要多加考虑，确保系统的正常运行。

（二）安全防护不健全

用电信息采集系统可以为供电企业的系统提供用电数据，在这个不安全的互联网中，数据的保护就显得十分重要。互联网中有很不安全因素，可以通过防火墙技术、信息加密等方式保证电网数据的安全性。在系统的每个阶层都可以实施一定的保护方案，确保数据可以进行正常传递。

三、用电信息采集系统的功能

（一）用电信息采集

用电信息采集最基础的作用就是收集数据，它可以把大量原本需要人工采集的数据自动进行收取，提高工作人员的工作效率。根据实际的工作需求，信息采集系统也可以有一些灵活的小调整。工作人员可以根据自己的需要调取资料。通过用电采集系统可以高效完成数据的采集，为电力企业节省不少人力物力。

（二）管理数据

用电信息系统除了要进行信息采集之外，还有一个作用就是进行数据管理。用电信息采集系统可以通过自己设定好的程序对采集来的信息数据进行分析和存储。在这个过程中对于如果发现信息有误，系统就会自动记录，这样可以保障信息的准确性。用电信息采集通过分析可以保障数据的准确性，同时也可以为工作人员找出问题所在，减少了工作人员的工作内容，有效对电网进行科学分析。用电信息采集系统除了具备上述这些功能以外，还可以实现预付费管理。

（三）控制电网

用电信息采集系统可以远程控制电网的运行，对于电网功率和总用电量都可以控制在安全范围内，一旦出现问题就可以及时进行切断，防止意外事件的发生。远程控制电网可以在发现问题的时候及时对电网进行切断，如果是用户不在家的状态，可以确保用户的住宅安全。

四、智能电网用电信息采集系统的应用

（一）远程抄表功能应用

信息采集系统可以对用户的用电情况进行全面的监控，同时对于电网自身的运行也有远程控制的作用。工作人员可以通过监控电网运行，发现电网中的安全问题，并且及时对安全隐患进行排除，加强电网建设的安全性和稳定性。用电信息采集系统可以借助公网设备监测、专网设备控制技术，可以实现用户错峰措施的具体落实，及时纠正出现的小问题，保证电网的安全性。用电信息采集系统可以通过远程抄表实现电费的结算，对高耗能企业进行用电指导，有效减少电能的浪费，提高企业的用电利用率。

（二）线损分析功能

通过同步总表和台区用户智能电能表信息，可以准确计算台区的线损情况，通过对线损的分析，实现线损的可控性，减少了在抄表工作中出现的各种纠纷现象，提高了供电企业的管理效率。智能电网中的用电信息采集可以实现对供电装置的监视，有效避免人为更改数据的事件发生，在用户管理上更加严谨。用户也可以通过电话或者网络查询自己的用电情况，及时进行充电缴费，如果出现故障，不仅可也可以电话报修。信息的实时化可以方便企业调整供电策略，以满足客户的用电需求，还可以最大限度地为用户减少麻烦。

（三）有序用电应用功能

在用电高峰的时候，该应用可以主动对电力系统进行错峰移峰，降低了管理成本，最大程度上保证了用户的正常用电。信息系统采集的电表更为准确，可以有效避免电数抄取错误造成的误差。

五、用电信息采集系统的推广

（一）专变终端+智能表模式

这种方式比较适合高压专变客户，这类方案采用的是专变终端+智能表模式，智能表的RS485口通过通信线缆和采集终端连接，专变采集终端通过GPRS把数据上传到用电信息采集的主站上，实现主站对数据的采集和控制。

（二）载波+RS485总线三层结构模式

这类方式比较适合公用台区内的低压客户，这类方案选取的是载波+RS485总线三层结构模式，低压台区内的智能表通过通信线缆和采集器进行连接，采集器和集中器通过窄带载波进行连接，集中器通过光纤把数据传到主机上，而低压三相客户则是通过带远传模块的智能表直接和主站进行连接。

（三）光纤到户模式

这类模式比较适合新建居民区。用配變台区为单元组件EPON子网到居民楼栋单元内集中表箱的附加通讯箱，箱子里安装的有ONU。表箱里有简单安装的集中器，通过通信端口直接连接到主站上完成信息采集。

六、结束语

智能电网中的用电信息采集系统可以在多个领域进行运用，大大提高企业的工作效率，同时还提高了电能的利用效率，减少电力不必要的浪费。根据用户的用电情况，实现用电系统的智能处理，对于用电紧缺的地区可以先进行供应，而对于那些相对宽松的地区则减少用电供应，实现供电均衡。

参考文献

[1]贾东梨，孟晓丽.实时数据库在用电信息采集系统中的应用研究[J].电力建设，2012，（1）：17-21.

[2]张进，黄欣，邴志鹏，李秋玲，李辰龙.智能电网建设中的用电信息采集系统[J].信息通信，2012，（1）：284-285.

作者简介：范亚东（1978-），男，山西人，国网山西省电力公司晋中供电公司工程师，研究方向：电力营销。

学校智能用电管理系统研发 篇4

按照国家电网的发展规划, 2009年、2010年为智能电网的“规划试点阶段”, 主要工作是制定规划和相关标准。2011年至2015年, 则是智能电网计划的“全面建设阶段”, 这一阶段的投资金额接近2万亿元。

国家电网公司计划在2015年前, 智能电表覆盖率达到80%, 2020年全面覆盖。智能电表的推广应用将催生智能用电服务等产业的发展。

学校智能用电管理系统将在提高学校用电节能和安全用电管理水平发挥重要作用。

1 研发目的和意义及创新和突破点

1.1 利用计算机网络通信, 降低项目建设、运维成本

目前学校的计算机网络有线RJ45或无线WI-FI连接基本实现全覆盖。利用计算机网络通信, 具有现有物理链路、易维护、易推广、易使用、低成本等优点。

1.2 低碳照明, 实现节能减排

学校的公共场所公共照明用电都是开放式的, 没有明确的用电责任造成用电的极大浪费, 不符合国家正积极倡导的创建节约型校园的政策。

采用光监控和推广LED等节能、绿色的新材料、新产品对节能减排和延长灯具寿命起着积极作用。但光监控的整体响应限制节能水平, 智能用电管理平台的集中监控和移动监控, 可以对公共照明用电进行实时、针对性的监控, 降低劳动强度和维护成本、提高工作效率和照明质量。

1.3 提高基础设施的复用度, 实现用电信息的集中采集

智能电网以通信信息平台为支撑, 以智能控制为手段, 包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节。智能电表是由测量、数据处理、通信等单元组成, 具有电能量计量、信息存储及处理、实时监控、自动控制、信息互动等功能的电能表。智能电表作为智能电网的重要组成部分, 为实时采集用户用电信息提供基础数据。充分利用智能电表功能, 在不增加成本的情况下, 能从智能电表采集到用电设备的实时用电量。取代传统的人工抄表, 节省了人力、财力, 大大提高了用电管理的自动化程度, 同时通过对用电数据进行分析、诊断, 帮助学校了解用电设备的能耗情况和异常用电分析, 提高用户的节能减排水平, 同时消除学校用电安全隐患。

1.4 系统创新及突破点

(1) 项目通信协议支持嵌入指令, 提高受控设备接入的方便性, 降低系统通信网络流量;

(2) 采用手机通信, 实现移动控制, 使项目更具先进性、实用性;

(3) 实现具有自主知识产权的应用系统;

(4) 项目嵌入指令的设计, 提高数据传输的经济性和可靠性。

2 主要研发内容及拟解决的关键技术

本项目以电力线载波通信技术为核心, 以“低碳照明、节能减排、智能用电管理”为目标, 研发通信协议、智能插座、用电采集器、互动终端、智能用电管理平台于一体的学校智能用电管理系统。系统设计框架图如下 (图1) :

2.1 主要研发内容

其核心研发内容主要集中下面三个方面:

2.1.1 研制项目设备

(1) 根据面向对象“抽象、封装”设计原则, 研制WI-FI通信模块、无线G24、通信模块、电源模块、软开关控制模块、硬开关控制模块等系统设备的通用模块。

(2) 研制集WI-FI通信模块、通过RS485通信采集电表用电信息的采集器。

(3) 研制集WI-FI通信模块、无线G24通信模块的互动终端。

(4) 研制集无线G24通信模块或WI-FI通信模块、软开关控制模块、红外线控制的智能插座。

(5) 研制集无线G24通信模块或WI-FI通信模块、硬开关控制模块的智能插座。

2.1.2 研究系统组网技术方案

(1) 设计系统通信协议, 提高系统数据传输的经济性和安全性, 降低对计算机网络的影响程度;支持各种型号的空调、投影仪、电表的控制指令的透明嵌入, 提高系统应用的适应性。

(2) 开发智能手机操作软件, 实现移动互动、控制和报警信息的短信通知, 提高故障响应能力、系统运行质量和实用性, 降低系统运维成本。

(3) 通过计算机网络把系统设备、智能手机、管理平台连接起来, 形成一个无需重新布线的系统通信网络。

2.1.3 开发用电管理平台

构建智能用电管理平台, 实现对学校用电信息采集、用电安全、用电设备进行集中管理和控制。

2.2 拟解决关键技术

2.2.1 不同电表的用电采集指令不同, 目前大部分指令为DL/T 645和MODBUS RTU厂家协议指令, 不同型号电表的数据存储地址各不相同, 如何把不同指令嵌入到项目通信协议, 是解决项目设备适应性的关键技术。

2.2.2 不同型号的空调、投影仪的控制指令各不相同, 如何把不同指令通过项目设备传递到对应设备, 是项目需解决的另一个关键技术。

3 采用的研究方法、技术路线以及工艺流程

3.1 系统采用的研究方法

本系统将采用多专业、多学科人员相结合、学校科研单位与生产企业相结合的方式, 以市场需要为基础, 以学校需求为导向, 依据最新政策、法律、法规、条例和规范进行研发。

从“学校低碳照明、节能减排、智能用电管理”的项目建设目标出发, 应用可扩展到其它信息服务、智能控制所需求的行业, 如:水表、煤气表集中抄表、城市道路照明智能管理、智能家居等应用领域。

3.2 技术路线

本系统在借鉴和研究国内外现有产品的基础上, 利用已有的研究基础, 根据市场需求, 开发样品。经过测试, 试运行, 市场拓展, 从而实现产业化。系统研发过程以嵌入指令、学习指令为技术重点, 对项目设备电路设计以“实验、测试样品、电路优化、样品制作、模具设计, 先通用后专用”的流程进行;软件按“需求分析、总体设计、详细设计、程序开发、测试、试运行”的开发步骤进行。

系统通信协议设计技术方案:

系统通信协议为半双工问答式连接。请求方发送包含地址的指令, 应答方识别请求方发来的指令, 决定产生何种行动。如需回应, 应答方将生成反馈信息并用系统通信协议发出。

数据帧是传送信息的基本单元, 每帧由开始标识, 目标地址、源地址、数据帧序号、数据帧识别码、指令识别码、数据长度、地址域长度、数据域【前导数据域】+地址域+【后续数据域】、校验码CS和结束标识组成。帧格式如表1所示:

①开始标识 (1字节) :标识一帧信息的开始, 其值为68H=01101000B=104D。

②目标地址 (1字节) :表示需要接收数据帧的目标节点地址。

③源地址 (1字节) :表示发送数据帧的节点地址。

④数据帧序号 (1字节) :发送方从01H~FFH自行循环编号, 应答方不能修改该编码, 保证数据帧的完整和指令不被重复执行。

⑤数据帧识别码 (1字节) (表2) :

数据帧识别码高4位为完整数据帧数量, 表示构成完整帧的数量, 数据帧识别码高4位D7D6D5D4=1111表示完整数据帧必须由16个数据帧合成;数据帧识别码高4位D7D6D5D4=0001, 表示为单帧。数据帧识别码低4位D3D2D1D0为数据帧内序号, 作用于完整数据帧的拆分和合成。

⑥指令识别码 (1字节) (表3) :

指令识别码D7为保留, 暂未定义;标识1 D6=0表示数据帧为本地指令, D6=1表示数据帧为嵌入指令;标识2 D5=0表示数据帧为请求指令, D5=1表示数据帧为应答结果;标识3 D4=0表示指令必须反馈, D4=1表示指令不需反馈;指令识别码低4位D3D2D1D0为指令码。

应用实例1:如本项目约定指令码=1000, 表示保存第一条操作指令在本节点, 该操作指令的实际作用是开启某型号的空调, 指令码=1100, 表示读取存储在本节点的第一条操作指令。本系统约定节点最多可以保存8条操作指令, 如指令码=1011, 表示保存第8条操作指令在节点, 该操作指令可能是关闭某型号的投影仪, 指令码=1111, 表示读取存储在节点的第8条操作指令。存取操作指令在节点, 其目的在于初始化时, 在节点保存操作指令, 实现嵌入式指令保存在节点, 运行时直接从节点读取操作指令, 降低数据帧的传输长度, 提高项目操作指令传输的经济性和可靠性。其它指令码约定由开发人员根据系统功能需求进行详细约定。

⑦数据长度 (1字节) :数据长度的高4位D7D6D5D4表示数据域的前导数据域的数据长度L1, 数据长度的低4位D3D2D1D0表示数据域的后续数据域的数据长度L3。

⑧地址域长度 (1字节) :表示数据域的地址域的数据长度L2。

⑨数据域 (可变长) :长度=L=L1+L2+L3。数据域作用于传输结果和操作指令, 因为地址编码存在于操作指令的任意位置, 把数据域分为【前导数据域】+地址域+【后续数据域】三部分, 使同一型号的相同操作可以共享同一操作指令, 降低项目操作指令数量。

数据帧为本地指令时, 地址域为全零时表示执行指令的节点为本地节点;不为零时表示执行指令的为本地节点所管理的下级节点或子控制单元。数据 (L-1字节) , 为有效数据或实际操作指令。

数据帧为嵌入指令时, 目标地址节点向节点的分支总线 (如用电采集器与电表连接的RS485总线) 转发数据域 (【前导数据域】+地址域+【后续数据域】) 的完整数据。

应用实例2:指令"10916202803032391608907856341200010243"是采集电表号为"3032391608"昨天的用电量, 要完成这项功能有两条途径:

途径1:请求方编制指令识别码为"00001001"=09H, 表示保存第二条操作指令在目标节点;数据长度"01011001"=59H, 表示数据域的前导数据长度为L1=5字节, 后续数据长度L3=9字节;地址域长度"00000101"=05H, 表示数据域的地址域长度L3=5字节;数据域的前导数据、地址域、后续数据分别为"1091620280"、"3032391608"、"907856341200010243"。目标节点接收到该数据帧后, 把前导数据和后续数据保存在节点的永久存储空间。该操作指令成功执行过一次后, 请求方编制指令识别码为"01011101"=5DH, 地址域数据可以是"3032391608"或其它有效电表编号, 不需前导数据和后续数据, 节点接收到该数据帧后, 读取存储在本节点的第二条操作指令, 合成前导数据+地址域+后续数据的完整操作指令后, 向分支总线发送指令, 读取总线反馈数据后, 编制反馈操作结果给请求方。

途径2:请求方编制指令识别码为"01010001"=51H (0001假设为读取电表数据指令码) ;数据长度"01011001"=59H, 表示数据域的前导数据长度为L1=5字节, 后续数据长度L3=9字节;地址域长度"00000101"=05H, 表示数据域的地址域长度L3=5字节;数据域的前导数据、地址域、后续数据分别为"1091620280"、"3032391608"、"907856341200010243"。目标节点接收到该数据帧后, 合成前导数据+地址域+后续数据的完整操作指令后, 向分支总线发送指令, 读取总线反馈数据后, 编制反馈操作结果给请求方。

与途径2比较, 途径1使同一型号的相同操作可以共享同一操作指令, 降低项目数据帧的总长度, 提高操作指令传输的经济性和可靠性。

⑩校验码CS (1字节) :累加从数据帧的开始标识到校验码的各字节, 求累加值除以256的余数, 余数就是效验码。即各字节二进制算术和, 不计超过256的溢出值。

11结束标识 (1字节) :标识一帧信息的结束, 其值为16H=00010110B=22D

利用系统通信协议的数据帧识别码, 保证数据帧的完整和嵌入指令的可识别, 实现不同指令的规范化嵌入系统通信协议。提高系统的适应性和实施方便性, 降低系统维护成本和工作量。

3.3 研制系统设备

系统设备以电路模块化设计、部件拼接方式进行研制, 降低系统投资成本, 增强项目的可扩展性和可维护性。通用模块部件包括WI-FI通信模块、无线G24通信模块、电源模块、软开关控制模块、硬开关控制模块等, 其中电源模块可以应用到系统设备智能插座、用电采集器、互动终端。

3.3.1 互动终端设计

必要模块包括WI-FI通信模块和电源模块, WI-FI通信模块作用于通过计算机网络, 实现系统设备接入系统网络。互动终端必须设计有存储操作指令的永久存储控制。

如果互动终端管辖的智能插座数量较少, 可以把软开关控制模块、硬开关控制模块集成到互动终端中, 减去互动终端与智能插座之间的无线G24通信模块。

如果互动终端管辖的智能插座数量较多, 必须集成无线G24通信模块, 便于智能插座的安装。

3.3.2 用电采集器设计

必要模块包括WI-FI通信模块和电源模块, 通过RS485通信采集电表用电信息的采集器, 存储操作指令的永久存储控制。

为提高用电安全水平, 可以增加硬开关控制模块, 作用于对电表输出电源的控制。

3.3.3 智能插座设计

必要模块包括无线G24通信模块和电源模块, G24通信模块作用于与互动终端通信。智能插座解释互动终端下达的指令, 直接通过硬开关控制模块控制电源或上报设备用电状态;通过软开关控制模块向用电设备发送开启或关闭设备, 如指令为开启指令, 模块必须检测设备处于通道状态, 所以可以集成硬开关控制模块, 先通过指令控制设备通电, 再向用电设备发送开启指令。为了保护用电设备如投影仪, 关闭时先向用电设备发送关闭指令, 再通过指令控制设备断电。

3.3.4 操作指令采集器设计

操作指令采集器具有学习、采集不同设备、不同型号控制指令的功能。对实际应用中的设备控制指令进行采集, 通过RS232、蓝牙、或WI-FI通信模块与管理平台通信, 为系统提供操作指令基础数据。电表采集指令可以直接通过电脑录入系统。

3.4 配套手机软件

开发用电管理APP软件, 通过智能手机实现移动控制和远程监控。

建立管理平台, 是为了能够更方便、简洁地控制设备、降低网络流量, 平台软件必须具有指令编辑功能。

系统软件体系结构采用三层C/S结构。系统软件结构图如图2。

平台软件和手机操作软件为表示层, 通过功能层与数据层进行数据交换。平台软件负责完成本系统软件功能、保证本系统正常运行, 操作员必须进行的业务操作和会话的功能软件。平台软件采用B/S结构开发, 方便手机APP软件的开发, 提高系统的可维护性和扩展性。

4 结束语

本系统关联度大, 涉及现代生产性服务业、智能电网、节能减排、信息化与工业化融合等诸多领域, 发展前景广阔。对学校节省开支, 提高工作效率有积极意义。

摘要：以低碳照明、节能减排、智能用电管理为目标, 研发智能插座、用电采集器、互动终端、智能用电管理平台, 以计算机网络为基础通信, 实现对学校公共照明和宿舍用电的实时监控、用电信息的集中采集、分析和管理, 提高学校用电管理水平和节约电能水平。

关键词：互动终端,RS485,G24

参考文献

[1]DL/T 698—2009《电能信息采集与管理系统》[S].

[2]DL/T 645—2007《多功能电能表通信协议》及其备案文件[S].

[3]杨刚.电力线通信技术[M].电子工业出版社, 2011, 1.

[4]齐淑清.电力线通信技术 (PLC) 技术与应用[M].中国电力出版社, 2005, 8.

[5]秦开宇, 杨巍基于.NET平台的配网线损实时分析系统的设计[J].广西电力, 2005, 1.

[6]李志强.基于虚拟仪器技术的仿真系统的设计与开发[J].中国测试技术, 2005.

[7]黄智伟.无线数字收发电路设计[M].电子工业出版社, 2003, 5.

智能用电系统 篇5

大踏步，大发展，大安高，大品牌！

出色，成就卓越！

安高电气，服务精良，品质精益。

安全高效，为你而造。

诚信安高，创新领域，绿色环保！

安高同心，诚信同行，未来同创。

电气茫茫，安高领航。

安高电气，冠军品质，贵族气质。

安全高效，节能环保。

安全可靠，高端创新。

态度决定一切，细节决定成败。

安全第一，高效生产。

安全万家福，德民天下安。

安保万家，高人一等，安高电气，中外驰骋。

安高电气，为客户产品注入灵魂。

智能用电小区与物业供用电管理问题 篇6

关键词：智能用电；小区；物业；供用电管理；用电

智能电力小区的建设是一种新型建设，随着智能电网的不断深入，智能电力小区正以势不可挡的趋势发展着，在发展的同时也给现代社会带来了新的变革。但是小区的物业对供用电的管理能力还比较弱，还存在着一些安全性问题及资金消耗比较大。因此，智能电力小区的物业必须针对供应电管理的问题展开改进，减少安全性问题，并加强供应电的管理及物业人员自身的素质。

1 智能用电小区物业供用电管理现状

随着智能电网的不断深入，智能用电小区在中国不断普及，导致水电的供应量愈来愈大，资金的消耗也愈来愈多，并且多数智能电力小区供用电管理还存在着安全问题。例如：①智能用电小区经常出现停电情况；②智能用电小区物业管理人员不负责任，总是推托责任；③偶尔发生安全性问题；④用电设施的保护不够全面，没有定期对用电设施进行检查；⑤部分智能用电小区物业管理人员没有严格执行规章制度，乱收取费用；⑥用户出现浪费电等类似的情况。因此，为了改善户主对智能用电小区物业的看法，物业必须从根本上改变一些行为处事，以保证智能用电小区用户的用电安全。那么智能用电小区的物业管理人员在供用电的管理中需要做些什么，才能改变用电的现状呢？

2 智能用电小区与物业供用电管理的建议

智能用电小区主要以电为基础，所以对电力小区的用户来说物业工作人员是很重要的。因此，物业管理人员必须重视供用电的管理并需要对供用电的管理进行改善，改变管理中所存在的问题，满足用户的需求，保证户主能够正常用电、安全用电。如：加强小区用电制度的宣传及学习，提升物业工作人员的自身素质以及服务各个户主的态度，加强小区安全用电，保证各个户主用电正常，并定期对设施进行检修，保障设施的安全，从而缓减用户用电的紧张，同时在配电房也要配备足够的发电机作为备用电源，以保证用户能够在停电的情况下有充足的时间应对等。以下是智能用电小区物业供用电管理的具体建议：

2.1 选择适当的供电形式

随着中国科学力量的不断提升，电力发展愈来愈快。而且现代社会中，人们选择所供应电源的形式也多种多样，如：由变电站提供的用户用电、配電室（箱）供应的用电以及发电机所发出的电源等多种用电。在智能用电小区用电紧张时，可以相互切换电源，保证用户的用电需要或者在停电时启用备用电源，以保证用户不被困在电梯中，保证了用户的人身安全。例如：某智能用电小区因电梯停电，电梯没有停到所在楼层，导致一名妇女踩空跌入电梯底层而当场身亡，且抱着的孩子也因抢救不及时而死亡。因此，这个小区物业针对电梯停电可能出现的问题进行分析汇总，最后决定在电梯上安装一个备用电源，以保证在小区停电的情况下，电梯能够安全运行，保证用户的人身安全。因为这个小区对此紧急采取措施，所以没有再次出现这样的问题，保证了用户安全。

2.2 配备检修人员，经常检查电路

在智能用电小区物业供用电管理中，检修人员在其中起到尤为重要的作用，直接关系到用户能否安全用电、正常用电起到关键性的作用。因此，物业管理人员需要为智能用电小区配备具有较强电力知识，身体健康、熟悉业务的检修工作人员，同时在工作期间还要对检修人员进行定期的培训，宣传小区制度及相关的法律，熟悉工作制度，增强工作人员的素质，提升工作效率。而且无论智能用电小区的电路有没有出现问题，都要相关工作人员定期检查，检查设备的运行是否完好，定期维护设备，如：仪表的灵敏度、设备外表损坏程度、参数情况以及设备的出油工作等。例如：某智能用电小区自用户入住起，从没出现过断电或者接到住户对供应电管理的投诉。其原因是这个小区的住户对物业供用电管理很满意，因为这个小区的电气设备的工作人员的素质很高，服务态度也很好，而且物业也经常对工作人员进行培训，系统化工作人员的专业知识。而且小区内经常会检修电路，保证了住户的正常用电，从未出现过断电的情况。因此，小区内的住户对物业供应电管理非常满意。所以物业管理供用电时，要配备高素质的工作人员，并定期对其进行培训。

2.3 启用承包制收取电费

智能用电小区最基本的就是电，每户人家所用的电都是不同的，而且某些住户却非常浪费电。因为他们觉得自己所用的电是用自己所赚取的资金来买的，我费不费跟别人没有任何关系。所以考虑到每户所消耗电能是不平均的，智能用电小区物业在对供用电费用收取中可以启用承包制来收取费用，可以把电费的直接花费给个人，自己用了多少就交多少的电费，并把工作落实到个人，保证各个用户用电的公平性。

3 结束语

总而言之，智能电力小区的建设是一种新型建设，随着智能电网的不断深入，智能电力小区正以势不可挡的趋势发展着，在发展的同时也给现代社会带来了新的变革。因此，物业管理人员必须重视供用电的管理并需要对供用电的管理进行改善，改变管理中所存在的问题，如：加强小区用电制度的宣传及学习，提升物业工作人员的自身素质，定期检修，同时在配电房也要配备足够的发电机作为备用电源，以保证户主能够正常用电。

参考文献：

[1]苏思敏.谈供用电管理中反窃电管理措施[J].民营科技，2008（11）.

[2]刘德侠.新建住宅小区供用电管理方式探讨[J].大众用电，2003（12）.

[3]晏翔.以整顿电力市场为契机 严厉打击窃电犯罪行为——对窃电案的几点思考及对策[J].电力需求侧管理，2001（05）.

[4]徐子力.中新广州知识城智能用电规划研究[D].华南理工大学，2013.

智能电网下的用电信息采集系统 篇7

为适应我国经济和社会发展的需要, 2009年5月国家电网公司正式提出“坚强智能电网”的概念, 并计划于2020年基本建成坚强智能电网。国家电网规划, 2014年底用电信息采集系统覆盖率达到100%, 对直供直管区域内所有用户实现“全覆盖、全采集、全费控”。用电信息采集系统承担着用电信息自动采集、高效共享和实时监控的重要任务, 是智能用电服务体系的重要基础和用户用电信息的重要来源。建设坚强智能电网, 客观要求必须建设好用电信息采集系统, 实现覆盖全部用户、采集全部用电信息、支持全面电费控制的目标。

2 用电信息采集系统建设目的

用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统, 具备用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、分布式电源监测及相关信息发布等功能。用电信息采集系统建设的目的是为了满足电能管理的需要, 即要实现:

a.全网用户电能量信息的自动采集。提高实抄率, 杜绝估抄漏抄, 提高数据同步性, 确保数据准确、有效、同步、全面, 为企业管理、决策提供数据基础。

b.全网电量的统计计算。可以迅速判断损失点, 使得防窃电、反窃电工作有的放矢, 有效地避免窃电行为的发生;同时降低抄表工作的劳动强度, 极大地提高劳动生产率, 降低经营成本, 提高电网运行效率。

c.用户电量数据的自动发行。提高收费效率、降低月末应收电费余额。通过不同用户及不同时段的价格差异更合理利用电能及个性化服务。

d.全网线损日管理。实现全网电量的分区域, 分电压等级, 分线路、变台的线损分析与管理, 提高线损指标管理考核的准确性, 使线损指标管理更加科学, 达到优化电网结构、改善管理缺陷。

e.实时为企业客户提供用电信息。为企业节能降耗科学用电和建立健全供用电秩序发挥重要作用。

f.通过电能信息采集系统为运行提供最基础的数据, 提高电网运行质量, 为配网及馈线自动化打下扎实的基础。

3 用电信息采集系统组成

用电信息采集系统由系统主站和站端设备构成, 系统主站基于多种信道 (GPRS/CDMA、工业以太网等) , 通过多种通讯方式实现与站端设备的信息交换, 通讯协议遵循IEC62056。站端设备包括采集终端、电表、手持终端等所有涉及电能计量的设备。它可以采集用户和网络各级关口计量点的全部用电信息, 是智能用电的重要支撑。用电信息采集系统示意图, 如图1所示。

4 用电信息采集系统主站功能

4.1 采集数据

系统采集的主要数据类型有:a.电能数据:总电能示值、各费率电能示值、总电能量、各费率电能量、最大需量等;b.交采数据:电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等;c.工况数据:开关状态、终端及计量设备工况信息;d.电能质量统计数据:电压、功率因数、谐波等统计数据;e.事件记录数据:终端和电能表记录的事件记录数据;f.其他数据:预付费信息等。

4.2 数据分析和处理

系统对数据采集的合理性进行检查, 对数据进行计算分析、存储和查询等。通过数据分析, 及时发现异常数据, 自动进行补抄, 保证数据的真实、完整。按照事先预定的规则进行电量、负荷、电能质量的统计分析, 线损计算, 为营销管理提供决策依据。

4.3 控制功能

系统可以对智能电表发出跳闸或合闸信号, 实现对用户的远程控制。在此基础上, 可以实现对用户的功率、电量、电费的控制。

4.4 业务支持和综合管理

系统为实现营销管理业务提供信息保障, 为“SG186”系统提供及时、完整、准确的基础数据, 提供以下业务支持和信息服务:a.实现远程自动抄表;b.预购电控制;c.预购电管理和电费回收;d.客户增值服务;e.用电检查和计量管理;f.有序用电控制;g.用电信息综合分析;h.配变运行管理;i.线损管理;j.数据开放服务。

5 用电信息采集模式

系统根据采集对象的特点, 采用不同的采集模式实现对所有电力用户的采集全覆盖。

5.1 大型专变用户的信息采集模式

大型专变用户使用基于负荷管理功能的专变采集终端, 终端对电表进行实时抄表、实时采集电表脉冲输出, 获取并存储电表的计量数据和信息;对现场计量装置的状态进行监测;通过对用户用电开关的直接监控, 实现电量控制和负荷控制功能;通过远程通信与主站建立直接数据通信, 向主站传送现场采集的用户用电信息;为用户提供本地信息服务等。

5.2 中小型专变用户采集模式

中小型专变用户使用专变采集终端, 通过对电表进行实时抄表, 获取并存储电表的计量数据和信息;对现场计量装置的状态进行监测;通过对用户用电开关的直接监控, 实现预购电控制管理;通过远程通信与主站建立直接数据通信, 向主站传送现场采集的用户用电信息。

5.3 居民用户和公配变计量点采集模式

居民用户数量巨大, 单个用户采集的电能信息较少, 故采用集中抄表模式来实现远程抄表和监控。居民集中抄表以公用配变台区为采集单位, 先由本地集中抄表终端利用本地采集数传网络, 将该配变台区的全部居民电表 (还包括该配电台区的单相和三相工商业用户电表) 纳入集中抄表管理范围, 通过本地抄表通信, 集中采集各电表的计量数据。

参考文献

[1]Q/GDW373-2009电力用户用电信息采集系统功能规[S].北京:国家电网公司, 2009.

基于物联网的智能用电管理系统 篇8

计算机技术、传感器技术、Zig Bee技术、移动通信等物联网技术的快速发展, 使得物联网技术在物流运输、环境监测、视频监控、安防保护、工业控制网络和智能家居等得到了广泛地普及和应用, 有效提高了人们作业办公、家居生活的智能化、信息化和自动化。

2 背景技术

2.1 Zig Bee技术

Zig Bee技术是一种在IEEE802.15.4标准上经过改进和发展得到常用的无线网络标准技术, 基于Zig Bee技术的传感器网络具有自组织、自愈功能, 网络稳定性较强、通信可靠性较高、具有较低的节点功耗、时延较短、容量较大、数据传输具有极高的安全性。

2.2 QT技术

智能用电管理系统应用开发过程中, 为了能够提高版本的可控性和可移植性, 管理系统开发过程中可以采用QT技术。QT技术是一种常用的网络通信控制软件开发和设计的可视化编程技术, 其具有非常完美的封装机制, 其能够实现有效地模块化处理功能, 因此其可以为不同的应用实现重复开发功能, 模块化之后, 能够大大的缩短软件应用程序的开发时间, 提高开发效率。

2.3 WI-FI通信技术

WI-FI通信模块内置TCP/IP协议并支持三种工作模式即AP、STA以及两种模式共存, 提供了两种通信方式:透传方式和Socket通信方式。透传模式通信速度快, 但控制不灵活;Socket通信速度慢, 但可以方便控制单一的设备。因此, 本方案采用的是Socket控制的通信方式, 模块上电或复位后默认为透传模式, 模块每次复位后都需要先进入命令模式再配置, 依次设置UART、TCP、AP/STA后重启才可使设置生效。

3 智能用电管理系统设计

用电管理系统基于传感器CC2350芯片, 结合CC2350芯片的软硬件开发套件, 实现用电量管理。CC2350芯片集成射频收发和MCU控制功能于一体, 并且在外围软件中包含一颗强大的32MHz的晶振及其他相关的阻容器件, 并且CC2350芯片采用板载PCB板天线设计, 采用巴伦匹配电路, 因此传感器的接受灵敏度可以达到-97d B, 在接口设计与德州仪器官方的发版CC2350EM完全融合在一起, 具有极其强大的软件开发功能。硬件设计主要包括终端节点和路由节点两种。终端节点能够实现用电数据采集功能, 并且将数据采集起来, 发送到相关的路由节点, 并且可以通过接收相关的响应指令, 以便能够自动化调节用电量, 终端节点功能如图1所示。

能源网关需具备远方抄表、电能计量、需量统计、电能质量测量、防窃电监测及主动上报等功能, 能够满足在监测、计量、远程抄表等方面的应用需求。因此, 路由节点可以读取传感器采集的数据, 将传感器采集到的环境数据封装起来, 并发送到相关的服务器, 同时接收响应指令, 并且实现路由转发数据的功能, 如图2所示。

4 结束语

智能用电管理系统可以通过传感器节点及其构成的无线传感网络采集用电数据, 已经成为物联网技术在智能家居中的重要应用, 能够实现节能用电、能耗监控、过载管理和远程控制等功能, 具有极其重要的作用和意义。

参考文献

[1]周强辅, 张丽丽, 程凌森.基于B/S模式的智能用电服务系统设计与开发[J].物联网技术, 2013, 27 (4) :41-44.

[2]张本利, 刘和.物联网在智能电网中的机构框架与应用研究[J].通信管理与技术, 2014, 21 (6) :24-25.

[3]曾志洪, 郭谋发, 杨耿杰等.采用Zig Bee技术的智能家居用电信息采集系统[J].电工电气, 2011, 11 (10) :25-29.

[4]申斌, 张桂青, 汪明等.基于物联网的智能家居设计与实现[J].自动化与仪表, 2013, 28 (2) :6-10.

智能用电系统 篇9

智能用电是坚强智能电网的重要组成部分, 是建设坚强智能电网的着力点和落脚点。智能用电建设的好坏直接关系到电网的能源使用效率、经济运行和有序用电, 对电网建设、节能环保、电能质量管理产生深远的影响。构建便捷的居民智能用电管理系统方案实现了面向电力用户的电能信息智能化采集与监控, 结合储能设备的接入管理、电动汽车充电站的管理, 并与营销业务系统各业务模块紧密集成, 为电力生产管理、营销业务应用以及智能电网建设提供了双向互动的基础技术平台。

2 背景技术及意义

第一, 为电力营销提供信息化的技术支持手段和依据。能够及时根据要求自动采集各电压等级用电现场电能量计量数据, 包括电能示值、分时电量、日月冻结电量、需量等应营销收费服务所需电能量信息。能够监测现场用电计量情况, 包括计量装置故障、计量回路异常、表计异常等, 为用电监察远程自动化服务提供数据依据。

第二, 为供电企业经济运行、经济管理提供可靠数据依据和支持。能够根据需要监测现场用电运行信息, 包括电压、电流、有功无功功率曲线等信息, 为供电质量分析及负荷管理提供可靠技术支持。能够根据采集到的分时电能量进行所属电网全面的线损统计分析, 并和理论线损进行对比分析, 为降低管理线损提供依据。

第三, 为强化需求侧管理、节约能源提供技术支持。能够提供客户远程现场服务, 根据负荷平衡情况开展科学用电、有序用电、分时计费等, 使得整个电力系统响应自动化、电能的使用高效化、负荷曲线灵活化, 并保证电能质量, 最终在满足供电的基础上节约能源。

3 具体实施方式介绍

3.1 对居民用电情况进行智能化采集

根据不同业务对采集数据的需求, 实现用电信息“全覆盖、全采集”, 采集数据完整、正确。对居民用电情况进行智能化采集包括居民用户用电数据采集, 其中, 居民用户用电数据采集包括:电量、电压、电流、有无功功率、功率因数、需量、频率、开关状态等;在居民入户处安装智能电能表, 智能电能表根据交流采样和功率积分的结果, 产生这些数据量, 并转变成电力载波信号, 将载波信号经过电力线传输到采集终端;采集终端收集到载波信号后, 进行分析和存储, 并将数据转变为RS485信号, 通过RS485总线将信号传输到集中器;集中器同时对多个采集终端的信号进行收集、分析和存储, 并根据主站服务器的指令, 将数据转变为GPRS或CDMA信号, 通过无线方式发送到主站服务器。居民、物业管理、供电局人员等, 经过授权后, 可通过互联网查看上述数据。

对居民用电情况进行智能化采集还包括居民用电设备数据采集, 居民用电设备数据采集包括:电量、电压、电流、有无功功率、功率因数、开关状态、档位、运行工况、谐波、频率等。

3.2 有序用电管理

系统可根据历史用电记录和当前情况, 自动编制及自动优化有序用电方案;通过网络自动下达用电指标和用电方案;通过网络进行远程控制, 全面支持有序用电;对有序用电的措施, 系统进行自动通知和执行, 对异常用电情况自动反馈;系统可对有序用电的效果自动进行统计评价, 确保有序用电措施迅速执行到位, 保障电网安全稳定运行。

主站服务器在数据库中记录各居民的用电性质、重要程度、用电高峰时段信息, 主站服务器根据记录的用电性质、重要程度和用电高峰期时段生成有序用电方案, 主站服务器将有序用电方案通过GPRS或CDMA无线网络下发到采集终端中, 采集终端根据接收到的有序用电方案对智能电能表进行执行, 对部分地区、部分用户进行轮流停电、限制用电量, 减少停电、限电对用户的影响;同时, 主站服务器将有序用电方案编制成手机短信格式, 主站服务器通过短信平台将有序用电方案发送给相关的居民, 以便用户提前做好停电、限电的准备。

3.3 在线电费核算

采集终端自动采集智能电能表电量, 采集终端通过RS485接口将采集终端的电量数据传输到集中器中, 集中器通过GPRS或CD-MA无线网络上送到主站服务器中, 主站服务器的智能化采集模块将每个用户的电量存储在数据库中;同时, 主站服务器的电费核算模块利用webservice接口, 访问用电营销信息系统的数据库, 得到本地区的实时电价;主站服务器利用每个用户的用电量和单位电价, 计算出该用户的电费, 并存储到数据库中。数据库的电费数据接入互联网, 用户可利用电脑或手机接入互联网, 验证用户名和密码后可实时查看自己的电费情况。

3.4 直接为居民用户供电的配电网进行线损分析

主站服务器根据电能量数据, 计算每个配电网的线损。主站服务器将一个居民小区作为一个配电网, 进行独立的线损分析。居民小区的入口处安装的总智能电能表的电量, 作为配电网的总供电量;该小区内所有居民的智能电能表的电量之和, 为售电量;供电量和售电量之差, 是线路上损失的电量, 即线损。采集终端自动采集总智能电能表和各居民用户智能电能表的电量, 采集终端通过RS485接口将采集终端的电量数据传输到集中器中, 集中器通过GPRS或CDMA无线网络上送到主站服务器中, 主站服务器计算出总供电量和售电量的差值即为配电网的线损, 根据小区的电力容量、抄表人员、设备使用年限、住户数量等不同特性, 进行分类统计和排序, 并对每个类别统计平均线损。如果某小区的线损和平均值比较差别较大, 主站服务器即将它视作线损异常, 主站服务器生成清单供工作人员查询, 以便工作人员及时发现线损异常现象, 查找线损原因。

3.5 对储能元件的接入和充放电进行管理

储能元件又称储能装置, 是能够将电能转换成其他能源, 并在需要时重新将其他能源转换成电能的设置。常见的储能装置有电池、电容等。通过这种方式, 可以精确控制储能装置的充电和放电, 也可精确计量装置的充电量和放电量。

4 结束语

解决现有技术中所存在的对居民用电地区分散、管理薄弱的问题, 同时解决现有技术对各类储能设备接入、电动汽车充换电的管理功能较少的问题。对每个现场控制点, 在通过互联网发送基础数据前, 先对基础数据进行逻辑分析, 将基础数据信息进行重新组织, 过滤掉冗余的基础数据信息, 从而充分利用有限的网络资源, 避免网络阻塞, 同时充分减少通讯费用, 节约成本。适应国内所有的网、省、地市和县级电力公司。居民智能用电管理系统的运营成本极大的降低, 使系统真正具有实用性, 提高各级电力公司的管理自动化水平, 促进供电、配电、用电各方的有序发展, 提高电力公司的社会形象。

参考文献

[1]相银初.一种居民智能用电管理方法和管理系统[P].广东:CN102509162A, 2012-06-20.

智能用电系统 篇10

传统的居民用户用电信息采集系统的主站一般设置在电业局,系统可监测用户用电情况并进行用电信息管理。用户想了解当前的用电信息需采用账单查询、上网查询或电话查询等方式,这些方式不够便捷且难以满足所有用户的需求。智能电表的液晶屏能显示当前用电信息、电价信息及电费余额等,但智能电表通常是安装在统一的表箱内,不便于用户了解相关信息。本文提出了一种采用ZigBee技术的智能家居电表监视系统,采集器通过智能电表的RS-485接口对用电信息进行提取,并通过ZigBee无线传感器网络与家居用电信息监视终端进行数据交换,最终在家居用电信息监视终端显示用户的用电信息、电价信息及电费余额,实现用电信息实时方便地向用户发布。

1 系统组成与通信方式选择

1.1 系统组成

系统由智能电表、采集器、路由器和家居用电信息监视终端(以下简称“监视终端”)组成,如图1所示。小区的每个电表箱内配备1台采集器,采集器通过RS-485总线采集电表箱内所有智能电表的用电信息、电价信息和电费余额等数据,数据传输遵循国家电网公司颁布的用电信息采集通信规约,并经ZigBee无线传感器网络传送至安装在用户家中的监视终端。监视终端显示并存储采集器传输的数据及相关的环境参数,供用户查询。

监视终端、路由器和采集器组成ZigBee网络。监视终端作为ZigBee网络路由节点,接收相应采集器发送的数据信息,也可将数据路由给其他监视终端或路由器。采集器为ZigBee网络的协调器。

1.2 通信方式选择

用户用电信息传输对于数据安全性具有较高的要求,综合考虑到经济性、实施可行性和网络安全性,提出以下几种方案。

方案一:采用RS-485总线通信方式。该方案通过RS-485通信线连接采集器和监视终端,以总线的方式进行通信。该方式实现比较容易,在早期用户远程抄表中有着较为广泛和有效的应用。但随着应用用户群的扩大,对于已建成的社区而言,在建筑物内各用户或现场楼群之间铺设通信线路工作量大且实施困难,并且有线路易受损、故障难定位、维护困难和综合成本高等一系列难以解决的问题。目前其应用范围较小。

方案二:采用低压电力线载波通信方式。它采用载波通信技术,通过配电线路来实现通信。这种方式最大的优点是集抄表和电能传输为一体,不需单独铺设线路,信道实施简单、维护容易、不存在运行成本。但由于目前低压配电网存在信号衰减大、线路阻抗变化大、噪声源繁多且干扰强等诸多不利因素,无疑会带来通信的误码率较高,可靠性和稳定性较差等问题,目前采用的信号抗扰及数据路由等技术使得上述问题有所改善,但推广应用前还需进行大量的工程验证。

方案三:采用ZigBee无线传感器网络通信。无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一系列微功率通信技术的通称,WSN技术克服了传统的数据点对点无线传输模式的局限性,具有拓扑结构动态性强、自组织以及分布式特点,同时具有低成本、低功耗、超强通信能力、通信距离远和抗干扰能力强等诸多优点:(1)无需布线,安装成本低;(2)自组织网络可以寻找射频范围内所有的无线节点,不受电力线拓扑网络的影响。在一定条件下,节点越多,可选择的路由路径越多,网络可靠性就越高;(3)通信质量不受配电网质量的影响,容易保证信道长期可靠性,相应地较能适应现场不同配电网环境的新旧城市和农村社区情况;(4)ZigBeePro网络采用2个安全钥匙、1个信任中心及128位AES加密等保证数据通信的安全。

综合考虑最终采用ZigBee无线传感器网络作为系统中采集器与监视终端的数据传输方式[1]。

2 硬件设计

2.1 硬件构成

监视终端由微处理器、时钟电路、数据存储电路、温湿度采集电路、ZigBee无线通信模块、按键输入模块、LCD显示模块、数据存储及电源管理电路等组成。主要介绍微处理器、时钟电路、数据存储电路、温湿度采集电路和ZigBee无线通信模块。硬件构成如图2所示。

监视终端采用美国TI公司生产的超低功耗、高性能的16位混合信号微处理器MSP430F149芯片。其工作频率最高可达到8 MHz,工作电压为3.3 V,具有处理能力强、运算速度快、集成度高、外部设备丰富等特点。

DS1302是DALLAS公司的一款具有涓细电流充电功能的实时时钟芯片,主要特点是采用串行数据传输,可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,并且可以关闭充电功能。

AT45DB04D是Atmel公司生产的4 Mbit串行数据Flash。其最大工作频率可达66 MHz,支持2.7~3.6 V单电源供电,具有SPI串行外设接口及硬件数据保护等功能。

数字式温湿度传感器SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器。SHT11将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、两线串行接口全部集成于一个芯片内,无需外围器件。SHT11通过两线串行接口电路与单片机连接。其中,串行时钟输入线SCK用于单片机控制器与SHT11之间的通信同步,串行数据线DATA用于内部数据的输出和外部数据的输入。

2.2 ZigBee模块与MCU的接口

ZigBee无线通信模块采用Digi公司XBee Pro模块。XBe Pro模块的数据传输系统及其与MCU的接口如图3所示。

XBee Pro模块通过一个逻辑电平的异步串口连接到MCU。数据以异步串行信号通过DIN引脚进入模块,从DOUT引脚输出。

ZigBee无线通信模块硬件原理如图4所示。RXD引脚和TXD引脚连接MCU的UART接口相应的引脚。LED引脚指示网络是否正常通信和组网。

3 软件设计

软件采用IARSystems公司的IAR Embedded Workbench和Digi公司X-CTU进行开发。下面具体介绍XBeePro模块配置、通信协议和监视终端程序设计。

3.1 XBeePro模块配置

XBeePro模块与MCU之间的通信可通过UART实现。MCU将数据传输至XBee Pro模块,XBee Pro自动按照ZigBee协议建立路由连接,寻找路径,将数据发送出去。在使用Xbee Pro模块之前,必须进行参数设置,主要内容包括:网络、地址、射频RF(Radio Freqency)接口、网络安全、串行接口、路由方式等。下面介绍系统用到的主要参数设置:

(1)扫描信道。网络由协调器负责创建,在组建网络时,协调器要进行通道的能量扫描,以避免协调器在高能量通道区组网。同样,路由器和终端设备在加入网络时,也要进行同样的通道扫描。

(2)扫描PAN ID。路由器或终端节点在加入ZigBee网络前要进行PAN扫描,若PAN ID预先设置,设备将加入指定的PAN ID网络。否则,将加入任何检测到的网络,并继承该网络的PAN ID。

(3)目标地址。每个模块出厂时都有一个固化的64位物理地址编号。通信时需要设置目标地址,如果是广播方式,目标地址应设成0x0000FFFF;如果对方是协调器,目标地址应设成0x00000000。当设备加入网络时,使用64位物理地址进行通信。

(4)串口通信参数。包括:波特率、校验方式、数据流控制等。

(5)数据路由。ZigBee Pro协议栈包含了3种不同的数据路由方法:AODV(AD hoc On-demand Distance Vector)网状路由、源节点路由和多对一路由。当多个采集器有事件发生且需要发送数据到集中器,若采用AODV网状路由则需要很大的网络通信开销,因此,本设计采集器与监视终端及集中器间通信采用ZigBee Pro协议栈所提供的多对一路由。

3.2 通信协议

3.2.1 采集器和监视终端的通信

XBee Pro通信模块提供AT指令及应用编程接口API(Application Programming Interface)2种通信方式。API模式可指定任意通信目标节点,本身自带校验域,且具有高级网络诊断、远端配置和数据重发机制,可保证数据准确到达目标节点,故本设计采用API通信方式。

采集器与监视终端之间采用XBee Pro模块进行通信,数据传输必须遵循XBee Pro模块固定帧格式。本协议为主—从结构的半双工通信方式。通信发起者为主动站,应答者为从动站。通信链路的建立与解除均有主站发出的信息帧来控制。

每帧有帧起始符、帧长度、数据域、校验域等组成。每部分有若干字节组成,先传低字节,后传高字节。每字节含8位数据位,传输时加上一个起始位和一个停止位,共10位。传送顺序是先传低位,后传高位。

API数据包格式由起始字符、数据长度、帧类型、帧ID、目标物理地址、目标网络地址、广播半径、选项、数据域和校验和十个部分组成。其中起始字符,值为7EH,标识一帧信息的开始;帧长度,为帧中不包括计算起始字符、帧长度和校验和的字节数;帧类型,API信息类别,详见参考文献[2];帧ID,其值设为0x00,意为禁止模块自动回复响应帧,其原因是在应用区数据的协议下已有相应的返回帧,不必累赘;目标物理地址,为目的节点模块的物理地址;目的网络地址,为已构建的网络地址或搜寻未知网络地址标识0x FFFE;广播半径,取值范围为0到32,如果设为0,由系统指定广播半径;选项,协议规定必须设成0x00,暂无其它意思;校验和,0x FF与从帧类型至校验和前的数据各字节累加和的差值[3]。

3.2.2 API帧数据域定义

API帧数据域存放的是用户要发送的数据,用户可以根据实际需要制定数据域中的数据格式。发送方按照API格式发送完整数据包,接收方模块收到API格式的数据后,会自动滤除部分信息,只将数据域中的数据转发给受端设备。API帧数据域定义见表1。

帧计数器:采集器或监视终端每发一帧数据,帧计数器加1,不考虑溢出位。

功能码:定义如图5所示。从动站异常应答,数据域有对应错误字,代表有错误发生。错误字详见参考文献[4]。事件计数表示上次通信到本次通信之间采集器发生事件数。监视终端查询事件时,用于表示事件序号。

注:D7为传送方向,0表示主动站发送的命令帧,1表示从动站发出的应答帧;D6为从动站应答标志,0表示从动站正确应答,1表示从动站异常应答;D5为读写标志位,0表示读操作,1表示写操作;D4~D0为事件计数。

数据标识和数据域:详见参考文献[4]。

3.2.3 采集器与智能电表通信规约介绍

采集器与单相智能电表间通信协议采用D L/T645—2007规约。数据帧格式如图6所示。起始字符为68H;地址域为单相智能电表的物理编号地址;应用层定义通信双方行为的集合,控制码表示具体通信行为,决定了帧长度及数据域信息;长度,为数据帧字节长度;数据域,为时间戳和用户用电信息;校验码,采用累加和方式校验;结束字符为16H[5,6,7]。

3.3 监视终端程序设计

监视终端主要实现用电信息、温湿度和时间的显示及人机交互功能。主流程如下:首先进行初始化,对I/O口、DS1302时钟芯片、Zig Bee无线通信模块、温湿度采集模块以及中断进行设置或启动。MCU采集温湿度环境量,读取DS1302芯片的时间量,通过LCD显示温湿度和时间。监视终端检测按键是否动作,判断是否调整时间,如是做出相应调整,否则判断。是否有查询以往用电信息的动作,如果是,则通过Zig Bee无线通信模块发送请求帧至采集器,使其采集用户所需求智能电表的用电信息。监视终端等待接收采集器发送的应答帧。如网络连接失败时,Zig Bee无线通信模块延时一段时间后再进行网络连接,若连续三次网络连接失败,复位Zig Bee无线通信模块,延时一段时间后再次尝试连接。当收到应答帧时,对接收到的应答帧进行解析,并把用户所需的信息显示在LCD模块上,如图7所示[8,9,10]。

4 结语

本文给了一种采用Zig Bee技术的智能家居用电信息采集系统,实时追踪并显示用户当前用电信息,并提供用电信息查询功能。系统采用Zig Bee网络作为采集器和监视终端之间的传输介质,具有网络安全性能高、可靠性强、实施难度低和性价比高等优点具有一定的市场应用前景。现场应用中,系统自组织多节点网络稳定可靠,数据传输的准确度高,保证了采集器与监视终端之间的可靠通信,用户用电信息能被准确地查询。此外,系统也具有提供时间显示、温湿度提示等人性化功能[11,12]。

参考文献

[1]IEEE Std802.15.4—2003Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs)[S].

[2]USA:Digi International Inc.XBEE/XBee-PRO ZB RF Modules[EB/OL].[2009-8-18].http://ftp1.digi.com/support/documentation/90000976_D.pdf.

[3]USA:Texas Instruments Inc.MSP430x13x,MSP430x14x,MSP430x14-x1Mixed Signal Microcontroller[EB/OL].[2004-6-1].http://focus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/msp430f149.pdf.

[4]电力工业部电测量标准化技术委员会.DL/T645—2007多功能电能表通信协议[S].

[5]宁炳武.ZigBee网络组网研究与实现[D].大连:大连理工大学,2007.

[6]王月志,刘伯刚.自动抄表系统[J].电测与仪表,2004,41(9):48-51.

[7]冯军,宁志刚,阳璞琼.基于ZigBee的无线抄表系统设计[J].电力自动化设备,2010,30(8):108-111.

[8]曹青松,徐鹏,周继惠.基于CC1100的ZigBee无线抄表系统的节点设计[J].电测与仪表,2010,44(2):17-20.

[9]武风波,强云霄.基于ZigBee技术的远程无线温湿度测控系统的设计[J].西北大学学报:自然科学版,2008,35(15):731-734.

[10]何宾,吕育斌,冯涛.ZigBee技术和DL/T645规约在无线抄表系统中的应用[J].电力系统保护与控制,2009,37(24):81-84.

[11]郭卫东.基于低压电力载波的智能化自动抄表系统[J].电力系统自动化,2001,25(24):58-59.