CN1118041C - 一种用电抄表自动化系统 - Google Patents
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Abstract
一种用电抄表自动化系统，特别涉及一种应用网络技术，采用逐级集中方式，利用低压电力线和各种现代化通信技术传输用电量信息的三级用电抄表自动化系统。它的第一级是直接与用户电表相连的自动电力营抄装置WD-X，第二级是位于各变压器台区中心的II级集中器WD-256，第三级是设在电业局抄表中心的一般微机。该系统1-2级间信息传送，充分利用现有资源，通过在低压电力线上载波实现；2-3级之间信息传送可任选一种成熟的通信方式：电话、无线或抄表机方式。从而最终实现了从电业局到终端用户的用电量全自动营抄。
Description
本发明属于一种用电抄表自动化系统，特别涉及一种应用网络技术，采用逐级集中方式，利用低压电力线和各种现代化通信技术传输用电量信息的三级用电抄表自动化系统。
我国目前的用电营抄工作，基本上还处于手工抄表阶段。供电部门聘用一批抄表人员，走街串巷、手工抄表，不仅工作效率低，而且易发生漏抄、误抄、估抄等问题。根据权威部门统计，每年仅此一项，国家损失就达数十亿人民币。解决手工营抄各种问题，除加强营抄人员的管理、提高其业务素质外，还必须辅之以先进的技术手段。为此，我们于90年代初开始研制一种能自动进行营抄工作的装置，经过几年的努力，于94年初研制出了可对一个居民楼或一个单位X块电表用电量实施集中管理、分时计量、自动营抄、工作可靠，价格低廉的WD-X多功能电力营抄装置。该装置可自动对1-X块电表的电量进行累计，折算和贮存，同时配有显示窗口和通信插口。显示窗口供营抄人员观察用户用电情况，通信插口用来与抄表机通信。各表的编号及其表常数、表底数和计量箱号等基础数据在安装时用抄表机通过通信插口置于WD-X中。以后，营抄人员可定期用抄表机来读取数据，省去了挨门挨户抄表的麻烦以及由手抄带来的诸多问题。抄表机可使用市售手持式微电脑(如ZZ502、HT-1800)配上我们的专用软件代替，也可专门设计。WD-X还设计有掉电保护、抗干扰和停电数据自动保存2年以上等功能，以保证WD-X在现场恶劣环境下可靠地工作。
WD-X问世后，我们请北京中科院技术信息研究所对国内外近二十年文献及专利进行检索，结果未见同类装置。据此，我们于94年向国家专利局申请了实用新型专利，并获批准。专利号为94213659.4，同时进行小批量生产，投放市场。
WD-X大大方便了营抄人员，受到普遍欢迎。但供电管理部门仍感不满意。因为，仅有WD-X仍需抄表人员定期到现场去读取数据。数据不能随时提供，不便于及时发现问题。他们希望：在电业局的抄表中心就能随时随地了解所辖管区内所有终端用户的用电情况，即希望实现由电业局到终端用户的全透明式的管理，实现用电量的全自动化营抄。据说电力部门曾从国外(如以色列等)引进类似装置，但从技术上和价格上均不适应中国国情，安装调试未获成功。
随着我国计算机应用的普及，通信技术和网络技术的飞速发展，为我们解决电业管理部门这一要求提供了技术基础。我们根据国内通信技术的发展现状，在我所94年申报的实用新型专利——多功能电力营抄装置WD-X的基础上，应用网络技术，采取逐级集中的方式，设计了以位于用电现场的WD-X为第一级，位于变压器台区中心的II级集中器为第二级，位于供电管理部门抄表中心的微机为第三级的三级用电抄表自动化系统。
该系统结构示意图如图1。显然，系统是以抄表中心为核心的，下面每个变压器台区作为一个子系统相对独立，在这一级子系统中，II级集中器WD-256为主机，WD-X为从机，属于一个主从式网络子系统。一般情况下每一台WD-X与其管理的X块电表安装在一个计量箱内，进行编号。每个计量箱的任务是将1-X户的用电量集中后，向台区中心的II级集中器发送，II级集中器是系统的中间级，起着承上启下的作用，一方面收集加工处理WD-X传送过来的反映各用户用电量的一级信息，一方面将收集整理过的数据向上一级抄表中心发送，从而实现了从终端用户到电业局抄表中心的用电量抄表全自动化管理。
1-2级之间，2-3级之间信息传送方式是本系统的关键，铺设专用线路，传送快而准确，但施工量大，费时、费事、耗材，增加系统投资。这样的系统，商用价值不大，很难推广。能否充分利用现有资源，在投资不大的情况下解决信息传输问题呢？经过大量调查研究，在吸取国外先进技术的基础上，我们成功地解决了利用低压电力线(110V/220V，50H2)传输信息数据的难题。利用附加于WD-X和II级集中器内的特制的调制解调器件，采用移频键控技术和半双工通信方式，传输速率为600bps和1200bps可选，误码率优于1×10-4。又因低压载波信号不能越相，因此，在II级集中器中特设了三个通道，分别经A、B、C三相低压电力线与下一级WD-X连接，各相所接WD-X的数量不受限制。各WD-X除接受与之相连的X块电表的信息外，平时向上处于守候状态，随时等侯上一级II级集中器的召唤，只有被召唤的WD-X才能向II级集中器发送数据。从II级集中器再向上，到抄表中心的数据传输，各电业局可根据自身现有硬件资源，采用电话、无线或抄表机方式中的任意一种，II级集中器内设计有良好的软硬件接口，可方便的实现与任意一种通信方式的匹配、兼容和连接，使系统具有了可同时兼容电力线、无线、电话线三种信通的功能，并同抄表机并存。
本发明的优越性归纳起来有以下几点：
1、系统采用网络技术和逐级集中方式，且各子系统(一个变压器台区)相对独立，这样的系统不仅便于维护和管理，而且可扩充性强，系统容量不受限制。
2、系统充分利用低电力线这一现有资源来传输信息，省时、省材、省力，不仅便于系统安装，而且大大降低了系统成本。
3、由原实用新型专利多功能电力营抄装置WD-X实现第一级X块电表的集中管理，除保留了原实用新型专利的全部优点外，又增加了电力线调制解调功能，使其数据经电力线自动传送到台区中心。更便于装置和系统的推广。
4、系统的实现记录功能，可方便准确的计算各台区的线损率，为电业管理部门及时发现问题，堵塞漏洞提供依据。
5、抄表中心可及时发现异常用户(用电过多或偷电情况)及时作出分析、判断和处理。
6、IT级集中器可以分别接收来自A、B、C三相线上的载波信号，克服了因低电力线上阻抗不均衡、不稳定而造成的载波信号的衰减，确保传输距离。
7、系统可以兼容电力线、无线、电话线三种信道，并同抄表机方式并存，可方便地同现有相关系统接轨。
8、利用系统的电话线信道，可随时在异地对II级集中器和抄表中心的硬软件进行维护、诊断和软件升级等远程服务。
下面结合附图对本发明的具体实施方案作进一步详细描述：
附图1为用电抄表自动化系统结构示意图；
附图2为WD-X自动电力营抄装置外形图；
附图3为WD-X自动电力营抄装置安装示意图；
实施例，一个以WD-X自动电力营抄装置为第一级，II级集中器WD-256为中间级，普通PC机为第三级的用电抄表自动化系统。
附图1给出了该系统的结构示意图，其中每一个WD-16可同时对16块电表进行管理(可扩充到n块表)。
附图2给出了WD-16的外形图，其中1为显示窗，2为转换开关，3为表尾，4为+9V电源输出端，5为16路脉冲输入口，6为220V交流输入端，7为通信插口。
一般情况下，WD-16应尽可能安装在所管理的电表附近，以方便与各电表的连接和数据采集。我们推荐给用户的最佳使用方式是将WD-16与其管理的16块电表集中安装在一个计量箱内，如附图3。其中，正中间上方为WD-16，其余为它管理的16块电表，它们分别记录着一个门栋或一个单位的16个用户的用电情况，若电能表是脉冲式，则将其脉冲输出直接与WD-16的脉冲输入口5相连，若电能表是机械式，则需在每块表内加装一个光电转换器——反射式红外传感器，该传感器的传感头经过特殊设计，具有较强的抗干扰性，它可直接固定于各种型号的单(三)相电能表内表盘上方的骨架上，不接触机械表的转动部分，不产生磁场。因而，对电表计量精度毫无影响。使用时，首先在表盘上作不小于8×18mm(径向长度为18mm)的无反射黑色标记。然后，将传感器固定于表盘上方骨架上，传感头距表盘3-5mm。传感器有三根引线，其中两根是电源线，接到WD-16的4，传感器需要的+9V电源由WD-16提供，另一根是输出脉冲信号的信号线，它接到WD-16的脉冲输入端5，WD-16的表尾3内有16个接线柱，可分别接受来自16块电表的脉冲信号。
WD-16的初始化工作由抄表机在安装时进行，初始化的内容包括：向WD-16置入计量箱编号，各表的表常数、表底数等。初始化时，首先将WD-16上的通信转换开关2倒向“左”侧，同时将WD-16的通信口与抄表机的通信口相连，即可按照抄表机的提示，逐一对WD-16进行初始化操作。初始化完毕，将转换开关2拔向“右”，此时，WD-16处于与WD256通信状态，等待接受来自WD-256的数据操作命令，并按WD-256命令要求将所管理的电能表的数据通过电力线传送到WD256中存放，也可用抄表机直接从WD-256的通信口读取数据。现场初始化的数据，可全部由抄表机上装到台区中心或抄表中心。
II级集中器WD-256是一台工业级计算机。因此，其安装和工作方式与正常的PC机完全相同，WD-256可安装在变压器台区内的任意位置，只要三个相线便于安装即可，WD-256每隔一定时间(时间间隔可调)对该变压器台区内的所有WD-16装置实施巡回检测，发布数据采集命令。采集到的数据以一定的格式存贮在WD-256的内存及硬盘中，用户可在WD-256上直接读取，数据存贮格式以及人机界面均可按用户提出的要求设计。存贮在WD-256内存中的数据可通过三种方式送入抄表中心。
A、抄表机方式
用抄表机同WD-256的串口直接连接，可一次抄录整个变压器台区的全部用户的电量值。
B、无线方式
在WD-256上加插一块自制的无线调制解调卡，便可直接同无线电台连接，通信速率为300-1200bps可选，这样WD-256可将整个台区的数据经无线信道向抄表中心(目前多为负荷监控中心)传递。电可用车载电台抄表。
C、电话方式
用标准的卡式或台式电话调制解调器，同WD-256的串行口直接相连，可实现电话线方式通信，通信速率9600bps以上。电话通信方式是实现远程维护的基础，用户可通过长途电话向销售或安装公司要求诊断、维护和其它远程服务。
电业局内的抄表中心是整个系统的中枢，可用一台一般的微型计算机来完成，它是系统主要的人机界面。通过这台计算机，可以获得所需的各种数据和信息，并可将数据传送到现有的局部网络上。
该系统经适当改造。也可用于自来水、天然气、蒸汽等行业，实现这些行业的抄表自动化管理。
Claims (5)
1、一种用电抄表自动化系统，应用网络技术，采取逐级集中方式，利用低压力电力线和各种现代化通信技术传递信息的三级用电抄表自动化系统，其特征在于，该系统以自动电力营抄装置WD-X为第一级，直接与终端用户电表相连，以位于各变压器台区中心的II级集中器为第二级，收集，加工，处理经由低电力线传输过来的一级信息，然后向上一级抄表中心发送，各II级集中器到抄表中心的数据传输，可由用户任选一种成熟的通信方式，电话、无线或抄表机方式，从而最终实现从用户到电业局的用电电量的全自动管理。
2、如权利要求1所述居民用电抄表自动化系统，其特征在于，第一级WD-X是一个以单片机为核心的电脑装置，系统由它实现第一级对X块表的集中自动管理，WD-X可与国内现行任何型号的单相或三相电度表配套使用，对于脉冲电度表可直接使用，对于机械转盘式电式可加装传感器件，WD-X连接的电表数X不受限制。
3、如权利要求1所述的居民用电抄表自动化系统，其特征在于，II级集中器内特设了三个通道，分别经A、B、C三相低压电力线与下一级WD-X连接，每相所接WD-X的数量不受限制。
4、如权利要求1所述的居民用电抄表自动化系统，其特征在于，系统利用附加于WD-X和II级集中器内的特制的调制解调器，采用移频键控技术和半双工通信方式，实现了利用低压电力线传输一、二级之间信息的目的。
5、如权利要求1所述的居民用电抄表自动化系统，其特征在于，该系统中II级集器中内含电力线、无线和电话线三种调制解调技术并通过软、硬件接口设计，实现上述三种信道的兼容。
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