專利名稱：階梯預(yù)付費(fèi)電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能表，特別涉及一種階梯預(yù)付費(fèi)電能表。
背景技術(shù)：
預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)，是為了解決由于用電戶數(shù)量大而造成抄表、收費(fèi)工作艱 巨以及用戶拖欠電費(fèi)現(xiàn)象而發(fā)明的。現(xiàn)有的預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)大多是通過接觸卡
(存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡、CPU卡)作為傳輸J;某介實(shí)現(xiàn)付費(fèi)功能(還有少數(shù)是通過
非接觸卡(射頻卡等)來實(shí)現(xiàn))。這種方式大大地降低了抄表、收費(fèi)工作的強(qiáng)度。
隨著全球的能源需求越來越緊張，節(jié)能減排的要求也就成了各國(guó)關(guān)注的焦 點(diǎn)，而作為最便捷的能源一電能的合理使用及調(diào)度也就受到了更大的關(guān)注。特 別是一些用電大戶，通常的計(jì)費(fèi)方式不能較好地限制其用電量。在中國(guó)，國(guó)家
發(fā)展和改革委員會(huì)提出了階梯電價(jià)的概念，即消耗不同數(shù)量的電能，對(duì)于不 同的級(jí)數(shù)，所付出的成本是有差別的。基于這一理念，以階梯電價(jià)的儀表成為 市場(chǎng)需求。

實(shí)用新型內(nèi)容
為克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠以階梯電價(jià)來計(jì)量 電能的階梯預(yù)付費(fèi)電能表。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型階梯預(yù)付費(fèi)電能表，包括由主控模塊和與其 連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、E-SAM密鑰認(rèn)ii^莫塊、防護(hù)模塊、顯示模塊、紅外/485/PLC 通訊模塊、通斷電模塊、存儲(chǔ)模塊、計(jì)量模塊以及供電模塊組成的預(yù)付費(fèi)電能 表，在計(jì)量模塊與主控模塊之間還設(shè)有階梯電價(jià)模塊。
特別是，所述的階梯電價(jià)^t塊包括
階梯電價(jià)設(shè)置模塊，用以設(shè)置每級(jí)階梯的起始電量和每級(jí)階梯的電價(jià)，并將該設(shè)置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊；
階梯電價(jià)計(jì)算模塊用以通過主控模塊判斷表內(nèi)金額是否大于所設(shè)最低金 額，如果大于則向控制電路發(fā)出供電指令，并讀取計(jì)量模塊的流量信息，并檢 測(cè)本次用電所在階梯，如果用電量不小于所設(shè)單位電量，則向主控模塊發(fā)出指 令減去所在階梯的消費(fèi)金額并將余額存儲(chǔ)在表內(nèi)；當(dāng)消費(fèi)電量達(dá)到所設(shè)單位電 量時(shí)，則停止供電，將差值存于表內(nèi)，由顯示模塊提醒用戶購電。
特別是，還包括一個(gè)分時(shí)電價(jià)模塊，所述的分時(shí)電價(jià)模塊包括
分時(shí)電價(jià)設(shè)置模塊，用以將每天設(shè)置成多個(gè)時(shí)間段，并設(shè)置每個(gè)時(shí)間段內(nèi) 的電價(jià)，并將上述設(shè)置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊；
分時(shí)電價(jià)計(jì)算模塊用以通過主控模塊判斷表內(nèi)金額是否大于所設(shè)最低金 額，如果大于則向控制電路發(fā)出供電指令，并讀取計(jì)量模塊的流量信息，并檢 測(cè)本次用電所在時(shí)間段，如果用電量不小于所設(shè)單位電量，則向主控模塊發(fā)出 指令減去所在時(shí)間段內(nèi)的消費(fèi)金額并將余額存儲(chǔ)在表內(nèi)；當(dāng)消費(fèi)電量達(dá)到所設(shè) 單位電量時(shí)，則停止供電，將差值存于表內(nèi)，由顯示模塊提醒用戶購電。
特別是，紅外/485/PLC通訊模塊用于設(shè)置表計(jì)單元的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、分時(shí)參數(shù)， 并可通過通信接口對(duì)表計(jì)單元進(jìn)行#修改、狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取、抄表等操作；E-SAM 密鑰認(rèn)證模塊用以對(duì)CPU卡進(jìn)行安全認(rèn)證，同時(shí)存儲(chǔ)表計(jì)單元內(nèi)的計(jì)量和狀態(tài) 數(shù)據(jù)。
采用上述的電能表，可以使預(yù)付費(fèi)電能表增加階梯電價(jià)計(jì)算和分時(shí)電價(jià)計(jì) 算功能，從而可以更好的滿足各種用戶不同的需求。


圖1為本實(shí)用新型階梯預(yù)付費(fèi)電能表的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為圖1所示本實(shí)用新型階梯預(yù)付費(fèi)電能表的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)預(yù)付費(fèi)售電系 統(tǒng)時(shí)的原理框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型階梯預(yù)付費(fèi)電能表，就是電能表存儲(chǔ)電量的累計(jì)值，并與預(yù)先 設(shè)定的各個(gè)電量階梯做比較，在不同的電量階梯使用不同的電價(jià)進(jìn)行結(jié)算，并 且結(jié)合預(yù)付費(fèi)的可以進(jìn)行欠費(fèi)跳閘斷電的功能，從而形成即可以控制電量使用、 又可以保證電費(fèi)收繳的新的電能表類型。
如圖l所示，其包括由主控模塊和與其連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、E-SAM密鑰認(rèn) 證模塊、防護(hù)模塊、顯示模塊、紅外/485/PLC通訊模塊、通斷電模塊、存儲(chǔ)模 塊、計(jì)量模塊以及供電模塊組成的預(yù)付費(fèi)電能表，在計(jì)量模塊與主控模塊之間 還設(shè)有階梯電價(jià)模塊。其中，階梯電價(jià)模塊包括
階梯電價(jià)設(shè)置模塊，用以設(shè)置每級(jí)階梯的起始電量和每級(jí)階梯的電價(jià)，并 將該設(shè)置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊；
階梯電價(jià)計(jì)算模塊用以通過主控模塊判斷表內(nèi)金額是否大于所設(shè)最低金 額，如果大于則向控制電路發(fā)出供電指令，并讀取計(jì)量模塊的流量信息，并檢 測(cè)本次用電所在階梯，如果用電量不小于所設(shè)單位電量，則向主控模塊發(fā)出指 令減去所在階梯的消費(fèi)金額并將余額存儲(chǔ)在表內(nèi)；當(dāng)消費(fèi)電量達(dá)到所設(shè)單位電 量時(shí)，則停止供電，將差值存于表內(nèi)，由顯示模塊提醒用戶購電。
為了控制用電高峰和用電低谷時(shí)的用電量，還設(shè)有分時(shí)電價(jià)模塊，所述的 分時(shí)電價(jià)模塊包括
分時(shí)電價(jià)設(shè)置模塊，用以將每天設(shè)置成多個(gè)時(shí)間段(可以根據(jù)需要設(shè)定多 個(gè)，如8個(gè))，并設(shè)置每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的電價(jià)，并將上述設(shè)置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊；
分時(shí)電價(jià)計(jì)算模塊用以通過主控模塊判斷表內(nèi)金額是否大于所設(shè)最低金 額，如果大于則向控制電路發(fā)出供電指令，并讀取計(jì)量模塊的流量信息，并檢 測(cè)本次用電所在時(shí)間段，如果用電量不小于所設(shè)單位電量，則向主控才莫塊發(fā)出 指令減去所在時(shí)間段內(nèi)的消費(fèi)金額并將余額存儲(chǔ)在表內(nèi)；當(dāng)消費(fèi)電量達(dá)到所設(shè) 單位電量時(shí)，則停止供電，將差值存于表內(nèi)，由顯示模塊提醒用戶購電。
在預(yù)付費(fèi)電能表中，可以根據(jù)客戶的需要只設(shè)階梯電價(jià)模塊，也可以設(shè)置階梯電價(jià)模塊和分時(shí)電價(jià)模塊兩個(gè)模塊。
特別是，紅外/485/PLC通訊模塊用于設(shè)置表計(jì)單元的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、分時(shí)參數(shù)， 并可通過通信接口對(duì)表計(jì)單元進(jìn)行^L修改、狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取、抄表等操作；E-SAM 密鑰認(rèn)證模塊用以對(duì)CPU卡進(jìn)行安全認(rèn)證，同時(shí)存儲(chǔ)表計(jì)單元內(nèi)的計(jì)量和狀態(tài) 數(shù)據(jù)。
下面以階梯電價(jià)計(jì)算方式為例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說明。假設(shè)設(shè)置 的1階的電量為100、 2階的電量為200、 3階的電量為300、 4階的電量為400; 1階的電價(jià)為1.00元、2階的電價(jià)為2. 00元、3階的電價(jià)為3. 00元、4階的電 價(jià)為4. OO元；儀表會(huì)累計(jì)當(dāng)月(或每個(gè)結(jié)算周期)使用的電量，用電量小于等 于100的部分，按照1元/kW進(jìn)行計(jì)算，用電量大于100小于等于200的部分按 照2元/kW計(jì)算電費(fèi)，用電量大于200小于等于300部分按照3元/kW計(jì)算電費(fèi)， 用電量大于300的部分按照4元/kW計(jì)算電費(fèi)，各階相應(yīng)的電費(fèi)的總和就是本月 的應(yīng)繳電費(fèi)。如
本月使用電量為123,則電費(fèi)總額100*1元+23*2元=146元 本月使用電量為234，則電費(fèi)總額100*1元+100*2元+34*3元=402元 本月使用電量為345,則電費(fèi)總額100*1元+100*2元+100*3元+45*4元=780
元
本月使用電量為345,則電費(fèi)總額100*1元+100*2元+100*3元+156*4元 =1224元
這是在電能緊張地區(qū)，限制用電的設(shè)置舉例，用電越多，電價(jià)越高。
假設(shè)設(shè)置的1階的電量為100、 2階的電量為200、 3階的電量為300、 4階 的電量為400; 1階的電價(jià)為4. 00元、2階的電價(jià)為3. 00元、3階的電價(jià)為2. 00 元、4階的電價(jià)為l.OO元；儀表會(huì)累計(jì)當(dāng)月(或每個(gè)結(jié)算周期)使用的電量， 用電量小于等于IOO的部分，按照4元/kW進(jìn)行計(jì)算，用電量大于100小于等于 200的部分按照3元/kW計(jì)算電費(fèi)，用電量大于200小于等于300部分按照2元 /kW計(jì)算電費(fèi)，用電量大于300的部分按照l元/W計(jì)算電費(fèi)，各階相應(yīng)的電費(fèi)的總和就是本月的應(yīng)繳電費(fèi)。如
本月使用電量為123,則電費(fèi)總額100*4元+23*3元=469元 本月使用電量為234，則電費(fèi)總額100*4元+100*3元+34*2元=768元 本月使用電量為345，則電費(fèi)總額:100*4元+100*3元+100*2元+45*1元=945
元
本月使用電量為456,則電費(fèi)總額100*4元+100*3元+100*2元+156*1元 =1056元
這是在電能寬松地區(qū)，鼓勵(lì)用電的設(shè)置舉例，用電越多，電價(jià)越低。
實(shí)際使用時(shí)，電量階梯和各階梯的電價(jià)可以通過卡設(shè)置到表內(nèi)，也可以通 過通訊方式進(jìn)行設(shè)置。
本儀表使用的卡為CPU卡，數(shù)據(jù)安全性極高，表內(nèi)有密鑰認(rèn)證機(jī)制，因而 可以通過用戶卡傳輸各種設(shè)置參數(shù)。電力部門通過售電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)把準(zhǔn)備修改的 電量階梯、各階梯的電價(jià)以及電價(jià)執(zhí)行的啟動(dòng)時(shí)間下發(fā)到各售電終端，當(dāng)用戶 購電時(shí)，信息就會(huì)被寫入卡內(nèi)，卡插入儀表后，信息就會(huì)帶回到表內(nèi)，并在規(guī) 定的時(shí)刻啟動(dòng)新電量階梯和新電價(jià)。
本儀表的通訊系統(tǒng)為電力線栽波方式，數(shù)據(jù)釆用加密傳輸，并且數(shù)據(jù)有時(shí) 效性。儀表在收到通訊命令后，只有可以通過內(nèi)部密鑰認(rèn)證的數(shù)據(jù)才能被接受 并存儲(chǔ)，并且相同的數(shù)據(jù)如果被截獲并重新發(fā)送過來將因?yàn)橥ㄓ岻D、次數(shù)以及 時(shí)間的差異不會(huì)被再次接受，也不會(huì)被其他儀表接受。而通訊密鑰使用ESAM第 三方認(rèn)證、3DES 128位加密解密算法，想要通過截獲數(shù)據(jù)破譯密鑰的方式基本 無法實(shí)現(xiàn)。
圖2為本實(shí)用新型階梯預(yù)付費(fèi)電能表組成網(wǎng)絡(luò)預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)時(shí)的原理框 圖。其至少包括CPU卡、表計(jì)單元、集中器單元、通訊單元和主站單元；其中，
CPU卡，用來完成購電并向表計(jì)單元中追加購電量；
表計(jì)單元，為上述的階梯預(yù)付費(fèi)電能表，并將該用電量通過電力線以載波方式上傳至集中器單元以及接收集中器單元下傳的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)
作；
集中器單元，用以將其下游各表計(jì)單元的用電數(shù)據(jù)集中，并通過通訊單元 上傳至主站單元以及接收主站單元通過通訊單元下傳的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行相應(yīng)的 動(dòng)作；
通訊單元，用以通過公用通信網(wǎng)絡(luò)連接集中器單元和主站單元相互通信；
主站單元，用以接收集中器單元上傳的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以及根據(jù) 用戶用電量情況和購電量情況下傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)和命令。
采用上述結(jié)構(gòu)，從表計(jì)單元到集中器單元之間是通過電力線載波進(jìn)行通訊， 從集中器單元到主站單元之間是用公用電話網(wǎng)等進(jìn)行連接。安裝非常簡(jiǎn)便，不 需要任何多余的連線，大大減少了網(wǎng)絡(luò)連接接點(diǎn)，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)線路連 接上的接點(diǎn)故障率，大大降低了運(yùn)行成本。
權(quán)利要求1、一種階梯預(yù)付費(fèi)電能表，包括由主控模塊和與其連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、E-SAM密鑰認(rèn)證模塊、防護(hù)模塊、顯示模塊、紅外/485/PLC通訊模塊、通斷電模塊、存儲(chǔ)模塊、計(jì)量模塊以及供電模塊組成的預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于在計(jì)量模塊與主控模塊之間還設(shè)有階梯電價(jià)模塊。
2、 如權(quán)利要求l所述的階梯預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于所述的階梯電價(jià) 模塊包括階梯電價(jià)設(shè)置模塊，用以設(shè)置每級(jí)階梯的起始電量和每級(jí)階梯的電價(jià)，并 將該設(shè)置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊；階梯電價(jià)計(jì)算模塊用以通過主控模塊判斷表內(nèi)金額是否大于所設(shè)最低金 額，如果大于則向控制電路發(fā)出供電指令，并讀取計(jì)量模塊的電量信息，并檢 測(cè)本次用電所在階梯，如果用電量不小于所設(shè)單位電量，則向主控模塊發(fā)出指 令減去所在階梯的消費(fèi)金額并將余額存儲(chǔ)在表內(nèi)；當(dāng)消費(fèi)電量達(dá)到所設(shè)單位電 量時(shí)，則停止供電，將差值存于表內(nèi)，由顯示模塊提醒用戶購電。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的階梯預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于還包括一個(gè) 分時(shí)電價(jià)模塊，所述的分時(shí)電價(jià)模塊包括分時(shí)電價(jià)設(shè)置模塊，用以將每天設(shè)置成多個(gè)時(shí)間段，并設(shè)置每個(gè)時(shí)間段內(nèi) 的電價(jià)，并將上述設(shè)置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊；分時(shí)電價(jià)計(jì)算模塊用以通過主控模塊判斷表內(nèi)金額是否大于所設(shè)最低金 額，如果大于則向控制電路發(fā)出供電指令，并讀取計(jì)量模塊的電量信息，并檢 測(cè)本次用電所在時(shí)間段，如果用電量不小于所設(shè)單位電量，則向主控才莫塊發(fā)出 指令減去所在時(shí)間段內(nèi)的消費(fèi)金額并將余額存儲(chǔ)在表內(nèi)；當(dāng)消費(fèi)電量達(dá)到所設(shè) 單位電量時(shí)，則停止供電，將差值存于表內(nèi)，由顯示模塊提醒用戶購電。
4、 如權(quán)利要求3所述的階梯預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于紅外/485/PLC通 訊模塊用于設(shè)置表計(jì)單元的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、分時(shí)參數(shù)，并可通過通信接口對(duì)表計(jì)單 元進(jìn)行參數(shù)修改、狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取、抄表等操作；E-SAM密鑰認(rèn)證模塊用以對(duì)CPU 卡進(jìn)行安全認(rèn)證，同時(shí)存儲(chǔ)表計(jì)單元內(nèi)的計(jì)量和狀態(tài)數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種階梯預(yù)付費(fèi)電能表，為解決現(xiàn)有技術(shù)中不能進(jìn)行階梯計(jì)費(fèi)的問題而發(fā)明。包括由主控模塊和與其連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、E-SAM密鑰認(rèn)證模塊、卡防護(hù)模塊、顯示模塊、紅外/485/PLC通訊模塊、通斷電模塊、存儲(chǔ)模塊、計(jì)量模塊以及供電等模塊組成的預(yù)付費(fèi)電能表，在計(jì)量模塊與主控模塊之間還設(shè)有階梯電價(jià)模塊。采用上述的電能表，可以使預(yù)付費(fèi)電能表增加階梯電價(jià)計(jì)算和分時(shí)電價(jià)計(jì)算功能，從而可以更好的滿足各種用戶不同的需求。
文檔編號(hào)G07F15/00GK201251814SQ200820133588
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者健 張, 龍 張, 王東山, 王化芬, 朋 葛, 黃德彪 申請(qǐng)人:北京博納電氣有限公司