一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
一、 引言
預(yù)付費(fèi)電能表因?yàn)槠洫?dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有著較為廣泛的使用。預(yù)付費(fèi)電能表按照使用場(chǎng)合來(lái)分可分為兩大類,一類是專用預(yù)付費(fèi)電能表。簡(jiǎn)單地講就是一表一卡,即每個(gè)用戶單獨(dú)使用一只電表,各個(gè)用戶之間不能通用。每個(gè)電表只識(shí)別一個(gè)購(gòu)電卡,同時(shí)每個(gè)購(gòu)電卡也只能在一只電能表上使用。第二類是公用預(yù)付費(fèi)電能表。也就是一卡多表或者講一表多卡。其最大的特點(diǎn)是多個(gè)用戶共有一個(gè)電表或者一個(gè)用戶使用多個(gè)電表,并且每個(gè)電表對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量收費(fèi)。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表作為預(yù)付費(fèi)電能表的一個(gè)分支也在越來(lái)越多的場(chǎng)合下使用。公用澆地表(即排灌用表)就是其一個(gè)較成功的例子。它不僅解決了收水費(fèi)電費(fèi)難的問(wèn)題,而且又杜絕了以往固定交多少錢(qián)任意用水的嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象,符合社會(huì)節(jié)約用水的方針。
二、 使用情況分析
一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表因其特定的使用環(huán)境,使其與專用預(yù)付費(fèi)電能表存在很多差別。
環(huán)境影響惡劣。一表多卡電能表一般安裝在野外露天的環(huán)境,沙塵、潮濕影響特別嚴(yán)重,因此對(duì)電表的密封性能有著較高的要求。此外,電表所在環(huán)境的干擾因素也很多,對(duì)電表的電磁兼容性能也有特殊的要求。使用頻繁。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表一般均為多個(gè)用戶使用,使用的頻率較高。例如,公用脫粒機(jī)用表在秋收農(nóng)忙季節(jié),每天的使用次數(shù)相當(dāng)多。而在平時(shí)幾乎停止使用。其關(guān)鍵部件如卡座等可能是專用預(yù)付費(fèi)表使用次數(shù)的幾百倍。維護(hù)困難。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表的安裝地點(diǎn)分散,給維護(hù)工作帶來(lái)很大的不便。用時(shí)給電表在抗攻擊和防竊電方面提出了新的要求。由于維護(hù)工作困難,對(duì)電表的可靠性和穩(wěn)定性也有著嚴(yán)格的要求。
三、 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
針對(duì)上述使用特點(diǎn),一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表的設(shè)計(jì)上應(yīng)優(yōu)先考慮針對(duì)使用的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)對(duì)以下幾點(diǎn)多加考慮。
選用密封性能好的電表結(jié)構(gòu)件,防止?jié)駳?、沙塵的影響。對(duì)電表的印刷電路板采三防工藝處理。提高電表對(duì)惡劣環(huán)境及天氣的耐受力。關(guān)鍵元器件采用高質(zhì)量的產(chǎn)品。對(duì)于易磨損的卡座等器件要使用壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品品牌,同時(shí)卡座上要有防止人為攻擊的措施。如果有可能的話,可選用非接觸卡,如射頻卡,從根本上解決磨損問(wèn)題。
加強(qiáng)電磁兼容設(shè)計(jì),提高電表抗干擾的能力。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表安裝地點(diǎn)一般在變壓器周圍或末端,而且可能有高壓線路經(jīng)過(guò),電磁干擾情況嚴(yán)重。增強(qiáng)容錯(cuò)措施。強(qiáng)化對(duì)異常狀態(tài)的處理,及時(shí)對(duì)電表及負(fù)載進(jìn)行保護(hù),防止異常狀態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。由于一表多卡預(yù)付電能表的使用頻率高,出現(xiàn)故障的可能性也相對(duì)較高。電能表應(yīng)能在出現(xiàn)異常的情況下保護(hù)故障現(xiàn)場(chǎng),記錄出現(xiàn)故障時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),以便在調(diào)查故障原因時(shí)提供參考。同時(shí)電能表還應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)入禁止使用狀態(tài),強(qiáng)制管理人員維修或更換,防止更大的損失。
四、設(shè)計(jì)實(shí)例
根據(jù)一表多卡預(yù)付電能表的設(shè)計(jì)要點(diǎn),下面介紹一種設(shè)計(jì)方案,該方案主要是面向農(nóng)業(yè)排灌用電表而設(shè)計(jì)的,而且目前已經(jīng)在廣大農(nóng)村大量使用,經(jīng)過(guò)了實(shí)用考驗(yàn)。圖1是電表的組成框圖。
圖1:方案組成框圖
該方案采用數(shù)據(jù)計(jì)量芯片作為電表的計(jì)量部分,采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MC68HC908JL8作為主處理MCU,采用非接觸卡作為購(gòu)電卡,整個(gè)方案簡(jiǎn)單實(shí)用。
本方案的核心是MC68HC908JL8芯片。它是飛思卡爾半導(dǎo)體公司(原摩托羅拉半導(dǎo)體公司)比較成熟的一款單片機(jī),在電表應(yīng)用上已有先例,如多費(fèi)率電能表等。
MC68HC908JL8不僅配置較好,性能穩(wěn)定可靠,而且價(jià)格適中,在電能表價(jià)格越來(lái)越低的趨勢(shì)下,比較適合用于預(yù)付費(fèi)電能表。而且它可以在線編程,對(duì)于以后軟件升級(jí),增加功能提供方便的手段。
本方案的計(jì)量部分采用數(shù)字計(jì)量芯片ADE7752。它是美國(guó)AD公司的三相數(shù)字計(jì)量芯片,抗干擾好,且計(jì)量準(zhǔn)確穩(wěn)定。
本表采用雙顯示輸出,即采用LED屏加計(jì)度器顯示的模式。計(jì)度器顯示總電量,LED屏顯示剩余電量及其它提示信息。存貯器采用MICROCHIP的24系列EEPROM,保存設(shè)置參數(shù)及運(yùn)行記錄??刂戚敵霾糠植捎闷胀ɡ^電器,并且有限流保護(hù)。
本方案的一個(gè)亮點(diǎn)是采用非接觸卡的方式進(jìn)行工作。由于一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表要頻繁使用,特別時(shí)排灌用表更是頻繁地輸電取電,卡座極易磨損,造成接觸不良,影響到電表正常使用。而采用非接觸卡就沒(méi)有此類情況發(fā)生。本方案中采用高速射頻卡,讀寫(xiě)速度相當(dāng)快,避免因抖動(dòng)造成讀寫(xiě)不成功的現(xiàn)象。
在硬件上,除了一些特別的保護(hù)措施外,一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表與普通一表一卡預(yù)付費(fèi)電能表沒(méi)有什么太大的區(qū)別。而在軟件方面,一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表就有著自己的特色。該方案用作排灌用表的功能有:
• 計(jì)量有功電能并存貯,反向電能單獨(dú)存貯并計(jì)入正向電量
• 輸入電量允許用電,剩余電量為0時(shí)禁止用電
• 先插卡輸入電量,再插卡取走剩余電量
• 一表多卡功能,一只電表能夠接受多個(gè)用戶的購(gòu)電卡
• 一卡多表功能,一個(gè)用戶的購(gòu)電卡可以在多個(gè)電表上使用
• 劃區(qū)功能,電表可設(shè)定某個(gè)區(qū)域的使用范圍,超出范圍的用戶不允許使用電表
• 獨(dú)占工作模式,電表中有用戶剩余電量數(shù)據(jù)時(shí),禁止其它用戶使用,避免用戶之間產(chǎn)生誤會(huì)
• 當(dāng)前剩余電量小于報(bào)警門(mén)限時(shí),電表發(fā)出聲光報(bào)警
• 當(dāng)負(fù)荷超過(guò)限定功率時(shí),斷開(kāi)繼電器停止供電,保護(hù)負(fù)載設(shè)備及電表
• 延時(shí)保護(hù)功能,當(dāng)電表接受用戶電量后,在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未使用電能,電表將停止供電
• 表記故障報(bào)警功能,可通過(guò)介質(zhì)操作解除,故障內(nèi)容可查詢
• 電卡操作成功及失敗提示
• 控制保護(hù)功能,主要包括缺相保護(hù)、低壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等等
• 抗惡意攻擊保護(hù)功能
• 用電記錄功能,電表能記錄最近使用的用戶用電量情況
• 停用功能,當(dāng)電表在某些情況下禁止使用時(shí),如需要維護(hù)或遇到攻擊不能恢復(fù)正常運(yùn)行等情況下,可將電表設(shè)為停用狀態(tài),不接受任何購(gòu)電卡,事后可恢復(fù)繼續(xù)使用
五、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表與一表一卡的專用預(yù)付費(fèi)電能表相比,使用范圍及使用數(shù)量上均要小得多,因此及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)顯得尤為重要。我們根據(jù)客戶的使用情況對(duì)農(nóng)業(yè)排灌用電表進(jìn)行了一些總結(jié),以供參考。
A、管理極為重要。管理包括兩個(gè)方面,一個(gè)是售電系統(tǒng)的管理,另一個(gè)是電表的管理。售電系統(tǒng)的管理包括對(duì)售電人員的設(shè)置,口令保護(hù);對(duì)售電程序的規(guī)定及監(jiān)控;對(duì)售電時(shí)間及售電地點(diǎn)的監(jiān)管;用戶資料的管理等方面。同時(shí)要有完備的規(guī)章制度對(duì)所有售電相關(guān)的活動(dòng)進(jìn)行規(guī)范,防止私電、人情電的發(fā)生。對(duì)電表的管理要做到檔案齊備,定時(shí)巡察,專人管理等。檔案齊備是指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的電表要有案可查,胸中有數(shù),防止出現(xiàn)電表不受控狀態(tài)。定時(shí)對(duì)所有在用電表進(jìn)行巡察,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)處理,降低因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)故障晚而導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大的情況發(fā)生。專人管理是指每個(gè)電表均應(yīng)有專人負(fù)責(zé)電表的運(yùn)行維護(hù)工作,保證電表的正常使用。
B、電表的電磁兼容性能要好。電表的計(jì)量不應(yīng)因受到干擾而改變。由于電表的使用環(huán)境相當(dāng)差,電表因受干擾而計(jì)量不準(zhǔn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,因而造成了線損大的情況嚴(yán)重。
C、電表環(huán)境適應(yīng)性要強(qiáng)。如澆地表一般安裝在田間地頭的機(jī)井旁邊,塵土、潮濕現(xiàn)象相當(dāng)多,電表不應(yīng)受到環(huán)境影響,并準(zhǔn)確計(jì)量。
D、要具備保護(hù)功能。保護(hù)功能包括電表的自我保護(hù)和對(duì)負(fù)載設(shè)備的保護(hù)。
自我保護(hù)一方面指防止惡意攻擊,惡意用電,另一方面是指當(dāng)電表出現(xiàn)故障的情況下及時(shí)告警提示并停止繼續(xù)使用,防止故障擴(kuò)大。對(duì)負(fù)載設(shè)備的保護(hù)是指當(dāng)電源不正常時(shí)停止供電,保護(hù)負(fù)載設(shè)備,防止因此損壞。如排灌用電表后接電機(jī),當(dāng)缺相或電壓過(guò)高、過(guò)低時(shí)均容易損壞,電表如果能在上述情況下保護(hù)電機(jī),會(huì)減少用戶損失。
六、結(jié)束語(yǔ)
一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表由于其能夠在特殊的情況下使用,并且方便供電管理部門(mén)和用戶,受到了各方的歡迎。對(duì)于供電方,它解決了收費(fèi)難的問(wèn)題,同時(shí)提高了服務(wù)質(zhì)量,制止了亂加價(jià)的發(fā)生,促進(jìn)用電營(yíng)業(yè)走向科學(xué)化、現(xiàn)代化、規(guī)范化管理軌道。對(duì)于用戶而言,采用一表多卡電能表使用方便,可根據(jù)自己的需要交費(fèi)購(gòu)電和使用,減輕了負(fù)擔(dān),沒(méi)有地中間環(huán)節(jié)的收費(fèi),實(shí)現(xiàn)了明明白白消費(fèi)。一表多卡預(yù)付費(fèi)電表因其優(yōu)點(diǎn)一定會(huì)從農(nóng)業(yè)排灌、農(nóng)業(yè)脫粒走向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
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作者簡(jiǎn)介:
李文俊,男,高級(jí)工程師,南京潤(rùn)深公司總經(jīng)理,主要從事電表的研制及推廣工作。
南京潤(rùn)深電子有限公司,南京大校場(chǎng)路5號(hào) 210005