專利名稱：一種用電抄表自動化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種用電抄表自動化系統(tǒng)，特別涉及一種應用網(wǎng)絡技術，采用逐級集中方式，利用低壓電力線和各種現(xiàn)代化通信技術傳輸用電量信息的三級用電抄表自動化系統(tǒng)。
我國目前的用電營抄工作，基本上還處于手工抄表階段。供電部門聘用一批抄表人員，走街串巷、手工抄表，不僅工作效率低，而且易發(fā)生漏抄、誤抄、估抄等問題。根據(jù)權威部門統(tǒng)計，每年僅此一項，國家損失就達數(shù)十億人民幣。解決手上宮抄各種問題，除加強營抄人員的管理、提高其業(yè)務素質外，還必須輔之以先進的技術手段。為此，我們于90年代初開始研制一種能自動進行營抄工作的裝置，經(jīng)過幾年的努力，于94年初研制出了可對一個居民樓或一個單位X塊電表用電量實施集中管理、分時計量、自動營抄、工作可靠，價格低廉的WD-X多功能電力營抄裝置。該裝置可自動對1-X塊電表的電量進行累計，折算和貯存，同時配有顯示窗口和通信插口。顯示窗口供營抄人員觀察用戶用電情況，通信插口用來與抄表機通信。各表的編號及其表常數(shù)、表底數(shù)和計量箱號等基礎數(shù)據(jù)在安裝時用抄表機通過通信插口置于WD-X中。以后，營抄人員可定期用抄表機來讀取數(shù)據(jù)，省去了挨門挨戶抄表的麻煩以及由手抄帶來的諸多問題。抄表機可使用市售手持式微電腦(如ZZ502、HT--1800)配上我們的專用軟件代替，也可專門設計。WD-X還設計有掉電保護、抗干擾和停電數(shù)據(jù)自動保存2年以上等功能，以保證WD-X在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下可靠地工作。
WD-X問世后，我們請北京中科院技術信息研究所對國內(nèi)外近二十年文獻及專利進行檢索，結果未見同類裝置。據(jù)此，我們于94年向國家專利局申請了實用新型專利，并獲批準。專利號為94213659.4，同時進行小批量生產(chǎn)，投放市場。
WD-X大大方便了營抄人員，受到普遍歡迎。但供電管理部門仍感不滿意。因為，僅有WD-X仍需抄表人員定期到現(xiàn)場去讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)不能隨時提供，不便于及時發(fā)現(xiàn)問題。他們希望在電業(yè)局的抄表中心就能隨時隨地了解所轄管區(qū)內(nèi)所有終端用戶的用電情況，即希望實現(xiàn)由電業(yè)局到終端用戶的全透明式的管理，實現(xiàn)用電量的全自動化營抄。據(jù)說電力部門曾從國外(如以色列等)引進類似裝置，但從技術上和價格上均不適應中國國情，安裝調試未獲成功。
隨著我國計算機應用的普及，通信技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，為我們解決電業(yè)管理部門這一要求提供了技術基礎。我們根據(jù)國內(nèi)通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀，在我所94年申報的實用新型專利——多功能電力營抄裝置WD-X的基礎上，應用網(wǎng)絡技術，采取逐級集中的方式，設計了以位于用電現(xiàn)場的WD-X為第一級，位于變壓器臺區(qū)中心的II級集中器為第二級，位于供電管理部門抄表中心的微機為第三級的三級用電抄表自動化系統(tǒng)。
該系統(tǒng)結構示意圖如

圖1。顯然，系統(tǒng)是以抄表中心為核心的，下面每個變壓器臺區(qū)作為一個子系統(tǒng)相對獨立，在這一級子系統(tǒng)中，II級集中器WD-256為主機，WD-X為從機，屬于一個主從式網(wǎng)絡子系統(tǒng)。一般情況下每一臺WD-X與其管理的X塊電表安裝在一個計量箱內(nèi)，進行編號。每個計量箱的任務是將1-X戶的用電量集中后，向臺區(qū)中心的II級集中器發(fā)送，II級集中器是系統(tǒng)的中間級，起著承上啟下的作用，一方面收集加工處理WD-X傳送過來的反映各用戶用電量的一級信息，一方面將收集整理過的數(shù)據(jù)向上一級抄表中心發(fā)送，從而實現(xiàn)了從終端用戶到電業(yè)局抄表中心的用電量抄表全自動化管理。
1-2級之間，2-3級之間信息傳送方式是本系統(tǒng)的關鍵，鋪設專用線路，傳送快而準確，但施工量大，費時、費事、耗材，增加系統(tǒng)投資。這樣的系統(tǒng)，商用價值不大，很難推廣。能否充分利用現(xiàn)有資源，在投資不大的情況下解決信息傳輸問題呢？經(jīng)過大量調查研究，在吸取國外先進技術的基礎上，我們成功地解決了利用低壓電力線(110V/220V，50HZ)傳輸信息數(shù)據(jù)的難題。利用附加于WD-X和II級集中器內(nèi)的特制的調制解調器件，采用移頻鍵控技術和半雙工通信方式，傳輸速率為600bps和1200bps可選，誤碼率優(yōu)于1×10-4。又因低壓載波信號不能越相，因此，在II級集中器中特設了三個通道，分別經(jīng)A、B、C三相低壓電力線與下一級WD-X連接，各相所接WD-X的數(shù)量不受限制。各WD-X除接受與之相連的X塊電表的信息外，平時向上處于守候狀態(tài)，隨時等侯上一級II級集中器的召喚，只有被召喚的WD-X才能向II級集中器發(fā)送數(shù)據(jù)。從II級集中器再向上，到抄表中心的數(shù)據(jù)傳輸，各電業(yè)局可根據(jù)自身現(xiàn)有硬件資源，采用電話、無線或抄表機方式中的任意一種，II級集中器內(nèi)設計有良好的軟硬件接口，可方便的實現(xiàn)與任意一種通信方式的匹配、兼容和連接，使系統(tǒng)具有了可同時兼容電力線、無線、電話線三種信通的功能，并同抄表機并存。
本發(fā)明的優(yōu)越性歸納起來有以下幾點1、系統(tǒng)采用網(wǎng)絡技術和逐級集中方式，且各子系統(tǒng)(一個變壓器臺區(qū))相對獨立，這樣的系統(tǒng)不僅便于維護和管理，而且可擴充性強，系統(tǒng)容量不受限制。
2、系統(tǒng)充分利用低電力線這一現(xiàn)有資源來傳輸信息，省時、省材、省力，不僅便于系統(tǒng)安裝，而且大大降低了系統(tǒng)成本。
3、由原實用新型專利多功能電力營抄裝置WD-X實現(xiàn)第一級X塊電表的集中管理，除保留了原實用新型專利的全部優(yōu)點外，又增加了電力線調制解調功能，使其數(shù)據(jù)經(jīng)電力線自動傳送到臺區(qū)中心。更便于裝置和系統(tǒng)的推廣4、系統(tǒng)的實現(xiàn)記錄功能，可方便準確的計算各臺區(qū)的線損率，為電業(yè)管理部門及時發(fā)現(xiàn)問題，堵塞漏洞提供依據(jù)。
5、抄表中心可及時發(fā)現(xiàn)異常用戶(用電過多或偷電情況)及時作出分析、判斷和處理。
6、II級集中器可以分別接收來自A、B、C三相線上的載波信號，克服了因低電力線上阻抗不均衡、不穩(wěn)定而造成的載波信號的衰減，確保傳輸距離。
7、系統(tǒng)可以兼容電力線、無線、電話線三種信道，并同抄表機方式并存，可方便地同現(xiàn)有相關系統(tǒng)接軌。
8、利用系統(tǒng)的電話線信道，可隨時在異地對II級集中器和抄表中心的硬軟件進行維護、診斷和軟件升級等遠程服務。
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方案作進一步詳細描述附圖1為用電抄表自動化系統(tǒng)結構示意圖；附圖2為WD-X自動電力營抄裝置外形圖；附圖3為WD-X自動電力營抄裝置安裝示意圖；實施例，一個以WD-X自動電力營抄裝置為第一級，II級集中器WD-256為中間級，普通PC機為第三級的用電抄表自動化系統(tǒng)。
附圖1給出了該系統(tǒng)的結構示意圖，其中每一個WD-16可同時對16塊電表進行管理(可擴充到n塊表)。
附圖2給出了WD-16的外形圖，其中1為顯示窗，2為轉換開關，3為表尾，4為+9V電源輸出端，5為16路脈沖輸入口，6為220V交流輸入端，7為通信插口。
一般情況下，WD-16應盡可能安裝在所管理的電表附近，以方便與各電表的連接和數(shù)據(jù)采集。我們推薦給用戶的最佳使用方式是將WD-16與其管理的16塊電表集中安裝在一個計量箱內(nèi)，如附圖3。其中，正中間上方為WD-16，其余為它管理的16塊電表，它們分別記錄著一個門棟或一個單位的16個用戶的用電情況，若電能表是脈沖式，則將其脈沖輸出直接與WD-16的脈沖輸入口5相連，若電能表是機械式，則需在每塊表內(nèi)加裝一個光電轉換器——反射式紅外傳感器，該傳感器的傳感頭經(jīng)過特殊設計，具有較強的抗干擾性，它可直接固定于各種型號的單(三)相電能表內(nèi)表盤上方的骨架上，不接觸機械表的轉動部分，不產(chǎn)生磁場。因而，對電表計量精度毫無影響。使用時，首先在表盤上作不小于8×18mm(徑向長度為18mm)的無反射黑色標記。然后，將傳感器固定于表盤上方骨架上，傳感頭距表盤3-5mm。傳感器有三根引線，其中兩根是電源線，接到WD-16的4，傳感器需要的+9V電源由WD-16提供，另一根是輸出脈沖信號的信號線，它接到WD-16的脈沖輸入端5，WD-16的表尾3內(nèi)有16個接線柱，可分別接受來自16塊電表的脈沖信號。
WD-16的初始化工作由抄表機在安裝時進行，初始化的內(nèi)容包括向WD-16置入計量箱編號，各表的表常數(shù)、表底數(shù)等。初始化時，首先將WD-16上的通信轉換開關2倒向“左”側，同時將WD-16的通信口與抄表機的通信口相連，即可按照抄表機的提示，逐一對WD-16進行初始化操作。初始化完畢，將轉換開關2拔向“右”，此時，WD-16處于與WD256通信狀態(tài)，等待接受來自WD-256的數(shù)據(jù)操作命令，并按WD-256命令要求將所管理的電能表的數(shù)據(jù)通過電力線傳送到WD256中存放，也可用抄表機直接從WD-256的通信口讀取數(shù)據(jù)。現(xiàn)場初始化的數(shù)據(jù)，可全部由抄表機上裝到臺區(qū)中心或抄表中心。
II級集中器WD-256是一臺工業(yè)級計算機。因此，其安裝和工作方式與正常的PC機完全相同，WD-256可安裝在變壓器臺區(qū)內(nèi)的任意位置，只要三個相線便于安裝即可，WD-256每隔一定時間(時間間隔可調)對該變壓器臺區(qū)內(nèi)的所有WD-16裝置實施巡回檢測，發(fā)布數(shù)據(jù)采集命令。采集到的數(shù)據(jù)以一定的格式存貯在WD-256的內(nèi)存及硬盤中，用戶可在WD-256上直接讀取，數(shù)據(jù)存貯格式以及人機界面均可按用戶提出的要求設計。存貯在WD-256內(nèi)存中的數(shù)據(jù)可通過三種方式送入抄表中心。
A、抄表機方式用抄表機同WD-256的串口直接連接，可一次抄錄整個變壓器臺區(qū)的全部用戶的電量值。
B、無線方式在WD-256上加插一塊自制的無線調制解調卡，便可直接同無線電臺連接，通信速率為300-1200bps可選，這樣WD-256可將整個臺區(qū)的數(shù)據(jù)經(jīng)無線信道向抄表中心(目前多為負荷監(jiān)控中心)傳遞。也可用車載電臺抄表。
C、電話方式用標準的卡式或臺式電話調制解調器，同WD-256的串行口直接相連，可實現(xiàn)電話線方式通信，通信速率9600bps以上。電話通信方式是實現(xiàn)遠程維護的基礎，用戶可通過長途電話向銷售或安裝公司要求診斷、維護和其它遠程服務。
電業(yè)局內(nèi)的抄表中心是整個系統(tǒng)的中樞，可用一臺一般的微型計算機來完成，它是系統(tǒng)主要的人機界面。通過這臺計算機，可以獲得所需的各種數(shù)據(jù)和信息，并可將數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)有的局部網(wǎng)絡上。
該系統(tǒng)經(jīng)適當改造、也可用于自來水、天然氣、蒸汽等行業(yè)，實現(xiàn)這些行業(yè)的抄表自動化管理。
權利要求
1.一種用電抄表自動化系統(tǒng)，特別涉及一種應用網(wǎng)絡技術，采取逐級集中方式，利用低壓電力線和各種現(xiàn)代化通信技術傳遞信息的三級用電抄表自動化系統(tǒng)。其特征在于該系統(tǒng)以自動電力營抄裝置WD-X為第一級，直接與終端用戶電表相連；以位于各變壓器臺區(qū)中心的II級集中器為第二級，收集、加工、處理經(jīng)由低電力線傳輸過來的一級信息，然后向上一級抄表中心發(fā)送，各II級集中器到抄表中心的數(shù)據(jù)傳輸，可由用戶任選一種成熟的通信方式電話、無線或抄表機方式。從而最終實現(xiàn)從用戶到電業(yè)局的用電電量的全自動管理。
2.如權利要求1所述的居民用電抄表自動化系統(tǒng)，其特征在于第一級WD-X是一個以單片機為核心的電腦裝置，系統(tǒng)由它實現(xiàn)第一級對X塊表的集中自動管理。WD-X可與國內(nèi)現(xiàn)行任何型號的單(三)相電度表配套使用。對于脈沖電度表可直接使用，對于機械轉盤式電表可加裝傳感器件。WD-X連接的電表數(shù)X不受限制。
3.如權利要求1所述的居民用電抄表自動化系統(tǒng)，其特征在于II級集中器內(nèi)特設了三個通道，分別經(jīng)A、B、C三相低壓電力線與下一級WD-X連接，每相所接WD-X的數(shù)量不受限制。
4.如權利要求1所述的居民用電抄表自動化系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)利用附加于WD-X和II級集中器內(nèi)的特制的調制解調器，采用移頻鍵控技術和半雙工通信方式，實現(xiàn)了利用低壓電力線傳輸一、二級之間信息的目的。
5.如權利要求1所述的居民用電抄表自動化系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)中II級集器中內(nèi)含電力線、無線和電話線三種調制解調技術，并通過軟、硬件接口設計，實現(xiàn)上述三種信道的兼容。
全文摘要
一種用電抄表自動化系統(tǒng)，特別涉及一種應用網(wǎng)絡技術，采用逐級集中方式，利用低壓電力線和各種現(xiàn)代化通信技術傳輸用電量信息的三級用電抄表自動化系統(tǒng)。它的第一級是直接與用戶電表相連的自動電力營抄裝置WD-X，第二級是位于各變壓器臺區(qū)中心的II級集中器WD-256，第三級是設在電業(yè)局抄表中心的一般微機。該系統(tǒng)1-2級間信息傳送，充分利用現(xiàn)有資源，通過在低壓電力線上載波實現(xiàn)；2-3級之間信息傳送可任選一種成熟的通信方式電話、無線或抄表機方式。從而最終實現(xiàn)了從電業(yè)局到終端用戶的用電量全自動營抄。
文檔編號G08C19/00GK1162804SQ96103660
公開日1997年10月22日 申請日期1996年4月12日 優(yōu)先權日1996年4月12日
發(fā)明者趙蘭普, 孫際明, 毋偉, 孔澤明 申請人:河南省科學院應用物理研究所