周穎
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：由于現有系統僅對電表數據進行讀取操作，存在成本較高和耗時較長的問題，為此對單相智能多用戶遠程預付費控系統優化設計進行研究。選擇電能表子系統作為優化對象，選取78KO527A微控制器作為電能表子系統的控制核心，采用具備SPI接口的ATT7053A芯片作為單相多功能計量芯片，并在220V的高壓線路下保障采樣值在專用計量芯片信號處理的范圍之內，實現電能表的正常運作。在硬件設計的基礎上，設計電能表子系統主程序、電能數據計量與處理程序以及用電數據存儲程序，實現用電數據的存儲、寫入與保存等功能，完成對單相智能多用戶遠程預付費控系統的優化。試驗結果表明：運用優化系統后，電費催收成本得到了明顯降低，且用時得到了降低，其所用時間的較高值僅為44s，充分說明優化系統的經濟效益較高，能夠為電力企業的經營、管理與發展提供保障，適合大力推廣使用。
關鍵詞：單相智能；多用戶；預付費控制；微控制器；電能表子系統；電能計量芯片；數據計量；數據存儲；信號采樣電路
0 引言
在電力企業管理信息系統不斷應用與普及的背景下，對多用戶預付費智能管理的需求也在不斷增加，尤其是電力企業目前使用的是遠程抄表系統。如何將信息發布與開關控制進行有機的整合，實現多用戶購售電信息的共享，正成為亟需解決的問題。
現今常用的多用戶遠程預付費控系統主要為基于瀏覽器／服務器（browser／server，B／S）架構的多用戶遠程預付費控系統與基于代碼式電能表的多用戶遠程預付費控系統。經市場調查研究發現，現有多用戶遠程預付費控系統中電能表子系統具有很大的局限性，只能對電表數據進行讀取操作，無法對用戶遠程抄表、預付費進行系統的控制，不能實現完整的電力信息控制，存在經濟效益低下的問題。為了解決上述問題，對單相智能多用戶遠程預付費控系統優化設計進行研究。
1 系統優化設計
現有多用戶遠程預付費控系統的缺陷多存在于電能表子系統中。因此，選擇電能表子系統作為優化對象。為了增加系統的智能性，設計新的單相智能預付費控電能表子系統，具體優化設計過程如下。
1.1 電能表子系統硬件設計
1.1.1 微控制器選取
微控制器是電能表子系統的核心控制元件，功能為讀取計量芯片電能數據、數據處理、計算脈沖計數、讀取時間、電能數據顯示與報警、通信以及遠程傳輸等。微控制器性能的高低直接決定電能表功能的實現效果。為此，選取一款高性能的微控制器，對電能表子系統功能的實現具有至關重要的作用。
1.1.2 電能計量芯片選取
在單相電能表中，廣泛使用的是高精度的專用計量芯片。依據多用戶遠程預付費控系統需求，采用ATT7053A計量芯片7。ATT7053A實質上是一個具備串行外設接口（serial peripheral interface， SPI）的單相多功能計量芯片，工作電壓范圍為3.0～3.6 V，晶振頻率為5.53 MHz。
1.1.3 信號采樣電路設計
電能表供電線路為220V的高壓線路，專用計量芯片處理的信號為一定范圍內的電壓與電流信號。為此，需要采樣高精度的電壓、電流信號，保障采樣值在專用計量芯片信號處理的范圍之內，確保電能表的正常運作。另外，需要完成專用計量芯片與電能表高壓電力線路之間的電氣隔離，以保障電能表的安全。
1.2 電能表子系統軟件設計
在系統硬件設計的基礎上，進行單相智能預付費控電能表子系統軟件設計，主要包括主程序、電能數據計量與處理程序以及用電數據存儲程序設計，具體設計過程如下。
1.2.1 子系統主程序設計
電能表子系統主程序設計步驟如下所示。
①電能表子系統初始化。
②脈沖信號采集 10
③在時鐘模塊讀取當前時刻，包括尖時刻、峰時刻、平時刻以及谷時刻。
④將上述采集的尖時刻、峰時刻、平時刻以及谷時刻電量進行累加。
⑤用戶用電數據存儲。
⑥顯示用戶用電數據。
⑦判斷子系統是否收到通信命令，若收到通信命令，轉至步驟⑧；若未收到通信命令，轉至步驟②。
⑧執行通信模塊，輸出電能表處理結果。
圖4為電能表子系統主程序設計流程。
圖4 電能表子系統主程序設計流程圖
上述過程完成了電能表子系統主程序的設計，為作電能數據計量與處理程序、數據存儲程序的設計作準備。
1.2.2 電能數據計量與處理程序設計
電能數據計量與處理是多用戶遠程預付費控系統的關鍵環節，功能為實時讀取時鐘讀數2，實現用戶電能的分時計量。以此為基礎，實現存儲用戶電能表用電數據信息、判斷剩余金額、電能報警以及預付費控制等功能。電能數據計量與處理程序中包括通信中斷模塊。該模塊依據用戶的剩余金額對用戶供電情況進行控制。當剩余金額大于零時，保障用戶的供電；若剩余金額較少時，提醒用戶繳費；若剩余金額小于零時，繼電器斷開，切斷該用戶的供電。當用戶續交費用后，系統通過遠程售電子系統，利用RS-486通信，下發允許合閘命令，恢復用戶的供電。電能數據計量與處理程序如圖5所示
圖5 電能數據計量與處理程序圖
2 仿真試驗分
為了驗證優化系統的有效性與經濟效益，設計仿真對比試驗。試驗中的對比系統為基于B／S架構的多用戶遠程預付費控系統（系統1）和基于代碼式電能表的多用戶遠程預付費控系統與優化系統（系統2）。經濟效益主要由電費催收成本決定。常規情況下，電費催收成本越小，表明系統的經濟效益越好。試驗硬件參數如表2所示。
表2 試驗硬件參數
2.1 試驗準備
為了保障仿真對比試驗的順利進行，首要的任務就是設置試驗流程。試驗流程如圖6所示。
圖6 試驗流程圖
依據圖6所示的試驗流程進行仿真對比試驗。
3 安科瑞Acrelcloud-3200預付費水電云平臺
3.1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。
3.2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。
3.3系統結構
3.4系統功能
3.4.1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。
3.4.2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。
3.4.3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。
3.4.4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。
3.4.5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況。
3.4.6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。
3.4.7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。
3.4.8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。
3.4.9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。
3.4.10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。
3.5系統硬件配置
4 結論
針對現有系統僅對電表數據進行讀取操作時存在的成本較高和耗時較長的問題，提出單相智能多用戶遠程預付費控系統優化設計方法。微控制器實現讀取計量芯片電能數據、數據處理、計算脈沖計數等功能。通過220V的高壓線路保障采樣值在專用計量芯片信號處理的范圍之內，實現電能表的正常運作。在此基礎上，通過系統軟件設計，實現用電數據的存儲、寫入與保存等功能。試驗結果表明，該系統能夠有效抑制干擾因素的影響、降低電費回收所用時間和電費催收成本、提升單相智能多用戶遠程預付費控系統應用性能，具有較高的應用價值與實用價值。
參考文獻
[1]劉必勇.基于智能電網的配電自動化探討.信息記錄材料，2018,19(1):20-21.
[2]羅孝羚，蔣陽升，吳奇，等.基于IC卡識別通勤客流的公交線路多模式調度．工業工程，2018,21（5）：85-90．
[3]李涵，陶鵬，李翀，等.智能電能表時鐘電池欠壓分析及關鍵計量指標影響．河北電力技術，2018,37（2）：26-29．
[4]安科瑞電氣企業微電網設計與應用手冊2020.06版
作者簡介
周穎，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事與預付費系統的研發與應用，
上海嘉定區育綠路253號
guoyangfan980325@163.com
在線客服