淺談無線預(yù)付費電表系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】針對目前市場上普遍以Ic卡作為售電介質(zhì)的預(yù)付費售電系統(tǒng)存在的問題，介紹了一種新型的無線預(yù)付費售電系統(tǒng)及其構(gòu)成，并給出了整個系統(tǒng)設(shè)計的完整方案。整個系統(tǒng)包括用戶終端和電力管理系統(tǒng)端，它們之間通過雙工通信可以將用戶用電信息和管理系統(tǒng)端相關(guān)的電價改革信息以及分時段計費信息及時進行相互通信。用戶可以通過用戶終端方便地進行充值和查詢等。

關(guān)鍵詞：無線預(yù)付費電表，預(yù)付費售電管理系統(tǒng)，Ic卡電表，雙工通信

引言

目前，民用照明用電和工業(yè)用電大多采用傳統(tǒng)的感應(yīng)式電度表計量，用電管理方法為人工抄表，記錄每月用電量，“先用電，后交費"。隨著用電量的不斷變大，這種電能計量管理方法顯示出許多缺點，集中表現(xiàn)在：人工抄表難，勞動強度大，浪費人力、物力、財力；電費收取難，用戶“先用電"意味著電業(yè)管理部門須預(yù)付巨額的電費，已用電費的按時收取受諸多因素的影響，給管理部門帶來經(jīng)濟損失；防偷盜電難，傳統(tǒng)電表由于自身的原理和結(jié)構(gòu)，給盜電者以可乘之機。

隨著國家電力體制改革的進行和公眾對電力消費的需求越來越高，落后的售電管理方式亟待改變。隨著嵌入式系統(tǒng)和VLSI的快速發(fā)展，人們提出了多種智能化電管理系統(tǒng)，以改變傳統(tǒng)售電方式存在的問題。

本文首先介紹目前市場上的智能化用電管理系統(tǒng)存在的問題，提出一種新型無線預(yù)付費電表系統(tǒng)的設(shè)計原理和設(shè)計方法，本系統(tǒng)利用無線藍牙技術(shù)和計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)用電管理的自動化和信息化。

1. 目前市場上智能化用電管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點

智能化用電管理系統(tǒng)以計算機為控制核心，改變傳統(tǒng)“先用電，后付費"的用電模式，實行“先購電，后用電"的管理辦法，供電管理部門可以免除人工抄表，提高勞動生產(chǎn)率，解決收費難的問題，節(jié)省大量的資金，并可有效防止反轉(zhuǎn)、分流等盜電現(xiàn)象，從而具有一定的防偷盜電功能。通過電子鑰匙作為傳輸媒介，可以及時全面地掌握用電信息，實現(xiàn)控制、統(tǒng)計、報表的全面自動化管理。

目前，國內(nèi)采用*多的是Ic卡作為售電介質(zhì)的預(yù)付費售電系統(tǒng)。這種電表可以避免因人工人戶抄表、多戶共用一表帶來的各種問題。但IC卡電表存在以下問題：抗干擾能力差，特別是開放的讀寫窗口，易受外界攻擊；IC卡電表被攻擊造成控制系統(tǒng)失效后，很難取證認定，極易發(fā)生用電糾紛；價格高，壽命短，綜合效益差，使用風大；難以適應(yīng)電價變動的要求。

由于IC卡電表系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)采集終端容易遭受攻擊，使得數(shù)據(jù)終端器容易出現(xiàn)工作故障，如造成閥門打開而不計費給電力公司造成巨大損失等。因此，原國家電力公司決定：在“一戶一表"改造工程中不宜選用IC卡電能表。

由于目前預(yù)付費電表存在的問題，本文提出一款采用封閉的數(shù)據(jù)采集終端和全雙工通信方式的無線預(yù)付費電表，以克服目前智能化預(yù)付費電表的不足。

二、無線預(yù)付費電表系統(tǒng)的總體設(shè)計

無線預(yù)付費電表系統(tǒng)分為軟、硬件兩個部分。軟件主要是預(yù)付費售電管理系統(tǒng)軟件，硬件包括PC、電話線路或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、無線預(yù)付費電表。PC、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器置于電力部門，無線數(shù)據(jù)終端調(diào)制解調(diào)器、無線預(yù)付費電表屬于用戶。

無線預(yù)付費電表可以完成將電表的電度數(shù)、電流、電壓等數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)射。用戶家中放置終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以實現(xiàn)對發(fā)送數(shù)據(jù)的有效接收，同時，終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以通過電話線或電力網(wǎng)與預(yù)付費售電管理系統(tǒng)實現(xiàn)有效通信。

當用戶通過電話線或電力網(wǎng)進行撥號、聯(lián)網(wǎng)后，用戶按照管理系統(tǒng)的需要設(shè)置用戶名和密碼后，就可以將管理權(quán)限交給終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器通過電話線或電力網(wǎng)完成與管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的通信，根據(jù)預(yù)付費售電管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)充值、查詢等功能。本系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

圖1無線預(yù)付費電表系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖

1.無線預(yù)付費電表設(shè)計

無線預(yù)付費電表的設(shè)計框圖如圖2所示。

圖2無線預(yù)付費電表的設(shè)計框圖

機心采用通用的電表機心，通過傳感器將電壓、電度數(shù)、電流等參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，通過A／D變換將數(shù)據(jù)送到單片機中，單片機進行數(shù)據(jù)處理，LED(發(fā)光二極管)顯示用戶累計用電和剩余電量，EEPROM主要存放用戶的電表信息，包括用戶充值記錄、用戶余額、累計用電量、剩余電量、用戶名和密碼等。當系統(tǒng)正常工作時，單片機驗證用戶名、密碼和用戶余額，滿足供電條件就打開供電閥門開關(guān)，不滿足供電條件就關(guān)閉供電閥門開關(guān)，同時可以按照程序設(shè)置，在規(guī)定時間段將無線預(yù)付費電表中的數(shù)據(jù)信息通過無線收發(fā)模塊發(fā)送到用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中。或者采用用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送控制命令，然后由無線預(yù)付費電表將數(shù)據(jù)信息傳送到用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器。

2.預(yù)付費售電管理系統(tǒng)設(shè)計

預(yù)付費售電管理系統(tǒng)主要由PC、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器組成。計算機在系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，負責有關(guān)信息的處理、存儲和顯示。這些信息包括：用戶信息(用戶名和密碼)、用戶購電信息、系統(tǒng)總的售電信息、配置信息等。

用戶通過電話線或電力網(wǎng)與預(yù)付費售電管理系統(tǒng)之間建立通信，用戶輸入用戶名和密碼通過預(yù)付費售電管理系統(tǒng)的安全驗證，用戶端的終端調(diào)制解調(diào)器與預(yù)付費售電管理系統(tǒng)建立通信，將用戶的用電信息傳送到預(yù)付費售電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，建立用戶用電信息數(shù)據(jù)庫。

用戶需要對電表充值時，可通過購買電力部門發(fā)行的充值卡或銀行卡的方式，通過系統(tǒng)安全驗證后，將需要充值的金額信息通過電話線或電力網(wǎng)傳送到預(yù)付費售電管理系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)庫中，預(yù)付費售電管理系統(tǒng)通過用戶終端調(diào)制解調(diào)器，將用戶充值信息通過無線信道發(fā)送到用戶無線預(yù)付費電表的EEPROM中存儲，完成對用戶電表的充值過程。整個系統(tǒng)的設(shè)計采用類似目前201電話卡和充值卡業(yè)務(wù)的方法。

3.系統(tǒng)特色和節(jié)能增效

a)通過預(yù)付費售電管理系統(tǒng)和用戶端調(diào)制解調(diào)器，將*新電價或分時電價存儲在用戶電表的EEPOM中，可以隨時更新電價信息，當電價調(diào)整時，無線預(yù)付費電表根據(jù)*新電價信息進行電費結(jié)算，避免由于電價變動引起的用戶與供電部門之間的矛盾。

b)實現(xiàn)計算機自動抄表、收費，不僅節(jié)省了大量

人力物力，而且抄錄的數(shù)據(jù)更多、更準確、更便于利用。例如根據(jù)無線預(yù)付費電表反饋的數(shù)據(jù)信息，供電部門可以及時了解用戶的用電和購電情況，同時，供電部門可以根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫確定某一片區(qū)用戶的用電情況，適當?shù)貙﹄娋W(wǎng)進行調(diào)整。

C)在我國，電能向來都是先用電后付費，容易造成拖欠電費、抗交電費等弊端，嚴重制約了電力工業(yè)的發(fā)展。要根本解決上面問題，改用先交費后用電原則，使電能成為真正的商品，為電力工業(yè)的發(fā)展提供可靠的資金保障。

d)分時計費制度的推廣是用經(jīng)濟杠桿調(diào)節(jié)負荷，從而有效提高電力設(shè)備的利用率，無線預(yù)付費電表能有效實現(xiàn)分時計電。

e)可以減少竊電引起的損失。由于無線預(yù)付費電表采用整體化設(shè)計，沒有外部IC卡接口，同時，無線收發(fā)模塊采用加密設(shè)置，安全性能可靠，能有效防止通過解密技術(shù)手段進行的竊電行為。

三、安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費水電云平臺

1.概述

AcrelCloud-3200預(yù)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(yù)付費電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費系統(tǒng)，達到先交費后用水的目的，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)公司遠程實時操作實時監(jiān)控，具有良好的人機界面，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，解決收費難問題的理想產(chǎn)品。

2.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。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.系統(tǒng)功能

4.1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，費用狀態(tài)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(nèi)的電表進行各種遠程控制操作，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。

4.2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。

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(fā)到電表。電表會根據(jù)電度走字實時扣除電費同時系統(tǒng)也支持早臺計費，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

4.4財務(wù)管理

訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費記錄，以及物業(yè)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(tǒng)計水電費收入情況，收入組成。

4.5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，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

4.6批量操作

為了方便用戶對大量儀表進行管理和設(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。

4.7自定義收費方案

為了靈活應(yīng)對用戶多種多樣的收費方案，比如物業(yè)費，房租，服務(wù)費等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費項目。收費方式可設(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。

4.8公共區(qū)域用電分攤

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，收費方式有直接扣費或者生成維費賬單。

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(shù)據(jù)進行確認后生成繳費賬單方便追蹤客戶繳費情況可導(dǎo)出繳費賬單以及欠費賬單通知客戶。

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。

四、系統(tǒng)硬件配置

五、結(jié)束語

無線預(yù)付費電表的推廣使用，符合飛速發(fā)展的電力工業(yè)對電能的計量、控制與管理的新要求，對于電力系統(tǒng)的節(jié)能增效、拉動國民經(jīng)濟快速發(fā)展起積極作用。

參考文獻

[1]程杰，陳惠明，陸榮鎰．Ic卡預(yù)付費售電管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)．電子工程師，2003，29(5)：1～3

[2]蘇建元．Ic多功能電能表的應(yīng)用．節(jié)能，1999，(J2)：21～23

[3]張松，方小馬，廖科.無線預(yù)付費電表系統(tǒng)設(shè)計

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2019.11版

作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事與預(yù)付費系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。