CN2772099Y - 用电现场服务终端设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种用电现场服务终端设备，其包括：主控部分，网络操作部分，现场采集部分，输入/输出部分和系统供电部分；主站通过无线网络经由网络操作部分发送指令帧给主控部分；该部分包括主单片机，存储芯片，时钟芯片，看门狗复位芯片；其根据主站的指令控制现场采集部分，采集终端所接的多功能电能表数据和用电现场信息，通过网络操作部分将该数据和信息发送到主站，并由输入/输出部分显示及控制I/O口输入或输出。该设备应用SMT贴片制造工艺研制开发，采用实时性较高的移动无线信道做为通讯信道，主要用于监控与管理各类配变、大用户的用电现场信息。其集远程抄表、内部计量、负荷管理与控制、异常信息报警、防窃电等功能于一身。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力监控设备的改进，具体讲是一种用电现场服务终端设备，其属于电力设备自动化技术领域。
背景技术
目前，电力部门监控配变及各类大用户的用电现场情况，主要采用230MHZ无线电台作为通讯信道的终端设备，由于电台通信方式的局限性和当时用户对负控功能要求的比较简单其主要功能只是进行用户的负荷控制。在无线电力负荷管理系统的专用频点的应用推广过程中，传统的负控设备受通讯方式的制约有诸多不足之处，主要有以下几点：
1)工程成本较高：一般架设一个电台要几万元到几十万元不等，如果终端分散距离比较远或者周围高楼密集信号就很容易衰减，需要增加中继站，成本就更高了。
2)受电台频段限制系统扩容困难，可扩展性较差。
3)通讯速率较慢，实时性差：国内多数系统采用1200bps的通信速度，另外一些系统采用600或2400bps的通信速度，像石家庄电业局公用1400多台终端，采用轮循方式一次大概需要4小时的时间。
4)容易产生频率冲突，抗干扰性差。
受通讯方式和功能单调的制约，这种传统的负控设备及控制方式与突飞猛进的电力自动化水平极不相称，已经远远不能满足现代用电部门用电需求侧管理的需求。用电现场服务终端的问世，将改变这种落后的局面。
发明内容
本实用新型的目的在于：提供一种新型的用电现场服务终端设备。该设备是用于配变、大用户用电现场情况监控的无线终端设备。此设备为电力部门提供实时，安全，准确的用电信息，为电力部门提供可靠的负荷控制和电量控制，并主动上报异常信息，便于电力部门进行用电需求侧管理。
本实用新型的任务是由以下技术方案完成的研制了一种用电现场服务终端设备。所述的终端设备，其包括：主控部分，网络操作部分，现场采集部分，输入/输出部分和系统供电部分；其中，系统供电部分是保证终端设备的正常工作而向整个终端设备供电的；主站通过无线网络经由网络操作部分发送指令帧给主控部分，主控部分根据主站的指令控制现场采集部分，采集终端所接的多功能电能表数据和用电现场信息，再通过网络操作部分将该数据和信息发送到主站，并由输入/输出部分显示给本地用户及控制I/O口进行输入或输出。
所述的主控部分，其包括：主单片机，存储芯片，时钟芯片，看门狗复位芯片；其中，所述的主单片机通过标准的SPI口与存储芯片进行数据读写；该主单片机还通过标准的IIC接口与时钟芯片保持时钟一致，看门狗复位芯片通过RSTCPU引脚和WDI引脚，进行由该看门狗控制的复位操作。
所述的网络操作部分，其包括：无线模块和SIM/UIM卡；其中，无线模块通过SIM/UIM卡负责切换信道，进行无线网络的连接，检测联网状况并及时反应给主控部分，即保证主站和主控模块之间的通路畅通；主控部分通过标准的UART口和无线模块进行数据通讯。
所述的现场采集部分，其包括：内置电表芯片和485通讯模块；其中，485模块通过标准的UART接口与主控部分的主单片机进行通信；该485模块终端还通过内置电表模块对用电现场的电源进行交流采样，即采集电压、电流、功率的信息，其采集的诸信息作为电力部门的计量或考核数据，或用作对现场多功能电能表的校验。
所述的输入/输出部分，其为该终端设备的内部与外部，即为用电现场所联系的所有接口，其包括：数字量模拟量采集I/O/AD口，跳闸控制输出口，还包括红外通讯口和232接口在内的本地通讯口，指示灯和液晶屏的用户显示口；用户通过现场本地通讯口，经由标准的UART口和主控芯片通讯，对终端设备进行参数设置和信息读取。
所述的系统供电部分，包括：系统交流电源和电池。
本实用新型的积极效果在于：该新型的用电现场服务终端设备满足了国家电网公司2004年《电力负荷管理系统通用技术条件》、《电力负荷管理系统功能规范》、《电力负荷管理系统数据传输规约》和国家电力、电子、通讯的相关标准，并且根据多位有着多年负荷管理经验的专职负荷专工提出的需求进行了整体规划，其功能完善，基本能满足现代用电需求侧管理的需要。本实用新型应用先进的SMT(贴片)制造工艺研制开发，采用实时性较高的移动无线信道(如GPRS/CDMA)做为通讯信道，主要用于监控与管理各类配变、大用户的用电现场信息。本智能终端集远程抄表、内部计量、负荷管理与控制、异常信息报警、防窃电等功能于一身，可为电力部门进行电力需求侧管理提供实时、详尽、可靠的原始数据。其功能效果有以下几个方面：
(1)抄表功能：
本终端设备可以采集多种电度表(具有485通讯功能接口，如：湖南威胜表、杭州华隆表、澳大利亚红相表，德国表等)的用电数据。根据所设置的参数及任务自动从多功能电表取得电量、功率、电压、电流、功率因数等数据，并将项目数据组帧打包上传。
(2)防窃电功能(异常信息报警)：
本终端设备可通过现场采集部分实时监测现场用电情况和计量柜门状态，发现异常(如CT短路分流、CT开路、电压断相、缺相、电表示度下降、门开启等)，并通过网络操作部分及时上传报警到中心主站及相关负责人。
(3)负荷监控功能：
本终端设备由于其输入/输出部分具备二轮输出控制，每轮均含1个常开触点、1个常闭触点。随着科技和经济的发展，用户的供电方式也有了较大的改进，相应的也产生了遥控、时段控、厂休控、营业报停控、当前功率下浮控、月电量定值控、购电控(包括催费告警)等多种用电控制方式及保电、剔除等多种灵活的管理方式，其中时段控可设四套功率曲线，实现对用户多种方式的错峰、厂休、线休等有计划的有序用电方案(通过网络操作部分下发控制参数，主控模块控制输入/输出部分完成)。
(4)内部计量功能：
本终端设备具备交流采样功能，计量电压精度1级，电流精度2级，功率精度1级。
(5)管理功能：
本终端设备可以通过现场采集部分采集的数据和信息存储到存储模块，经过主控部分计算分析，形成相应的曲线。
①负荷曲线的存储：日负荷曲线数据：每15分钟采集(15分钟平均功率)一次，每天96个数据，保存最近10天(有功、无功)；负荷曲线数据根据设置，决定上报：负荷曲线采集周期、上报时间间隔、数据包内容(数据量)。
②电压质量监测：每15分钟测量一次电压(一相或三相)；根据设置，可以上报电压统计曲线。
③过负荷统计：每15分钟测量一次Ia、Ib、Ic。
本实用新型的积极效果还在于：由于采用现代微电子技术、电测量技术、数字通讯技术、网络技术等新技术，使它与传统的230MHZ负荷监控终端相比，产生了质的飞跃，具体表现在：
(1)工程费用低：直接借用移动公司和联通公司已经搭建好的成熟的网络，无需网络建设及网络维护费用，且偏远山区也可通讯畅通。系统运行需一定的运行费用，根据客户要求的数据量的大小和操作频率费用不等，一般对电力客户，移动公司和联通公司都采用包月的方式，价格低廉。
(2)实时性强：可对多个终端并发进行数据召测和控制，显著提高工作效率，减少失误，减少工作人员，提高工作质量。
(3)本终端设备可及时发现用电现场异常情况：有效防止窃电、漏电，避免损失或将损失降至最低。
(4)强大的硬件、软件可靠性设计：平均无故障工作时间(MTBF)≥100,000小时；年可用率≥99.99％。
(5)本终端设备具有完善周密的电磁兼容性设计(机械结构、电源、PCB走线、去耦、滤波、接地、光电隔离等方面)，能够适应高低温和高湿等恶劣运行环境。
(6)电源电磁兼容性好，工作可靠，电源适应范围宽可适用110V/220V/380V交流输入。
主要技术参数：
| 项目 | 技术指标 | |
| 工作电压 | 额定电压±20％ | |
| 工作频率 | 50Hz±5％ | |
| 最大功耗 | ≤10W | |
| 通讯频率 | GSM/GPRS：900M/1800MHz | |
| CDMA：800MHz | ||
| 工作温度 | 正常 | -20℃-+50℃ |
| 极限 | -25℃-+65℃ | |
| 时钟电池 | 3.6V1200mAh Li | |
| 工作电池 | 6V350mAh NiMH | |
| 外形尺寸 | 290mm×180mm×100mm | |
(7)本终端设备采用硬件看门狗电路保证本实用新型不死机，确保数据采集软件正常运行。一旦采集集中器软件运行出现问题，看门狗电路自动复位。
(8)本终端设备具有简洁美观的外观设计，具有友好的汉字菜单界面。
(9)本终端设备具有方便的当地及远方维护。具有红外/RS232维护通讯口，通过该接口可当地修改设备参数。
(10)本终端设备具备自检功能，能够报告运行状态和故障信息。本终端设备还具有远程在线升级应用程序功能。
附图及其具体实施方式
本实用新型的实施例结合附图进一步说明如下：
图1为本用电现场服务终端设备功能原理方框图；
图2为本用电现场服务终端设备的器件组成结构图；
图3为本用电现场服务终端设备具体的电路图。
下面的实施例，对本实用新型的用电现场服务终端设备详细结构连接组成及功能进行祥述：所述的终端设备，如图1所示其包括：主控部分，网络操作部分，现场采集部分，输入/输出部分和系统供电部分；其中，系统供电部分是保证终端设备的正常工作而向整个终端设备供电的；主站通过无线网络经由网络操作部分发送指令帧给主控部分，主控部分根据主站的指令控制现场采集部分，采集终端所接的多功能电能表数据和用电现场信息，再通过网络操作部分将该数据和信息发送到主站，并由输入/输出部分显示给本地用户及控制I/O口进行输入或输出。
所述的主控部分由主单片机、存储芯片、时钟芯片、看门狗复位芯片组成。主单片机采用采用ST公司的uPSD3254A-40U1单片机，存储芯片采用ATMEL公司的AT45DB161flash芯片，时钟芯片采用RICON公司的R2025芯片，看门狗复位芯片采用SIPEX公司的SP706RESA芯片。主单片机通过标准的SPI口与存储芯片进行数据读写；通过标准的IIC接口与时钟芯片保持时钟一致；看门狗复位芯片通过RSTCPU(单片机复位)引脚WDI(看门狗控制)引脚进行复位操作。所述的主控部分是整个终端设备的大脑，其中主单片机为核心模块，它协调各个功能部分协同工作，并负责数据的运算、分析、存储工作。其中硬件看门狗电路保证本实用新型不死机，确保数据采集软件正常运行。存储芯片为FLASH芯片，存储终端运行所需参数，历次抄电能表数据，异常信息记录，事件记录，运行日志等信息，并能保证掉电数据永不丢失。所述的网络操作部分由无线模块和SIM/UIM卡组成。无线模块选用稳定的工业级模块索尼爱立信的GR47、西门子的MC35(GPRS)或者CMOTECH公司的CCMG-1×800、BELLWAVE公司的BCM-860(CDMA)。主控部分通过标准的UART口和无线模块进行数据通讯。所述的无线模块负责切换信道(无线网络信道/短信信道)，进行无线网络的连接(通过SIM/UIM卡)，检测联网状况并及时反应给主控部分，即保证主站和主控模块之间的通路畅通。所述的现场采集部分主要由内置电表芯片和485通讯模块组成。内置电表模块采用精确度较高的珠海炬力集成电路设计有限公司的ATT7022芯片，可达到计量电压精度1级，电流精度2级，功率精度1级。内置电表模块通过标准485接口把采集的信息传递到485模块，485模块通过标准的UART接口与主控单片机进行通信。本实用新型通过485模块终端可以抄收现场所有的多功能电能表的数据项，也可以通过内置电表模块对用电现场的电源进行交流采样，可采集电压、电流、功率等信息，其采集信息可作为电力部门的计量或考核数据，也可用作对现场的多功能电能表的校验。所述的输入/输出部分为终端内部与外部即用电现场联系的所有接口，包括数字量模拟量采集口(I/O/AD)；跳闸控制输出口。本地通讯口(红外通讯口和232接口)；用户显示口(指示灯和液晶屏)等。用户可在现场通过本地通讯口经由标准的UART口和主控芯片通讯，对终端进行参数设置和信息读取。所述的系统供电部分系统电源和电池组成，锂电池保证在外接交流电断电时终端至少可以和主站通讯三次，以便报警信息和当时用电现场的情况及时反应到主站。
本领域的普通技术人员都会理解，在本实用新型的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是可能的，其都没有超出本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1、一种用电现场服务终端设备，其特征在于：所述的终端设备，其包括：主控部分，网络操作部分，现场采集部分，输入/输出部分和系统供电部分；其中，系统供电部分是保证终端设备的正常工作而向整个终端设备供电的；主站通过无线网络经由网络操作部分发送指令帧给主控部分，主控部分根据主站的指令控制现场采集部分，采集终端所接的多功能电能表数据和用电现场信息，再通过网络操作部分将该数据和信息发送到主站，并由输入/输出部分显示给本地用户及控制I/O口进行输入或输出。
2、根据权利要求1所述用电现场服务终端设备，其特征在于：所述的主控部分，其包括：主单片机，存储芯片，时钟芯片，看门狗复位芯片；其中，所述的主单片机通过标准的SPI口与存储芯片进行数据读写；该主单片机还通过标准的IIC接口与时钟芯片保持时钟一致，看门狗复位芯片通过RSTCPU引脚和WDI引脚，进行由该看门狗控制的复位操作。
3、根据权利要求1所述用电现场服务终端设备，其特征在于：所述的网络操作部分，其包括：无线模块和SIM/UIM卡；其中，无线模块通过SIM/UIM卡负责切换信道，进行无线网络的连接，检测联网状况并及时反应给主控部分，即保证主站和主控模块之间的通路畅通；主控部分通过标准的UART口和无线模块进行数据通讯。
4、根据权利要求1所述用电现场服务终端设备，其特征在于：所述的现场采集部分，其包括：内置电表芯片和485通讯模块；其中，485模块通过标准的UART接口与主控部分的主单片机进行通信；该485模块终端还通过内置电表模块对用电现场的电源进行交流采样，即采集电压、电流、功率的信息，其采集的诸信息作为电力部门的计量或考核数据，或用作对现场多功能电能表的校验。
5、根据权利要求1所述用电现场服务终端设备，其特征在于：所述的输入/输出部分，其为该终端设备的内部与外部，即为用电现场所联系的所有接口，其包括：数字量模拟量采集I/O/AD口，跳闸控制输出口，还包括红外通讯口和232接口在内的本地通讯口，指示灯和液晶屏的用户显示口；用户通过现场本地通讯口，经由标准的UART口和主控芯片通讯，对终端设备进行参数设置和信息读取。
6、根据权利要求1所述用电现场服务终端设备，其特征在于：所述的系统供电部分，包括：系统交流电源和电池。
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