電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)在選煤廠中的研究與應(yīng)用

1、目目 錄錄前前 言言 .1 1第第 1 1 章章 概概 況況 .2 21.1 新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)概況.21.2 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的解決方案 .21.3 國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).31.4 智能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng).51.5 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理采用低壓電力線載波通信網(wǎng).6第第 2 2 章章 研究目的及意義研究目的及意義 .7 7第第 4 4 章章 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的構(gòu)成及功能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 .8 84.1 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu).84.2 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的通信應(yīng)用技術(shù).18第第 5 5 章章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .23235.1 數(shù)

2、據(jù)采集器的軟件設(shè)計(jì) .235.2 數(shù)據(jù)集中器的軟件設(shè)計(jì) .27第第 6 6 章章 實(shí)施方案和步驟實(shí)施方案和步驟 .29296.1 改造的總體思路 .296.2 技術(shù)方案 .296.3 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn).33第第 7 7 章章 研究成果效果評(píng)價(jià)研究成果效果評(píng)價(jià) .3434第第 8 8 章章 分析與總結(jié)分析與總結(jié) .35358.1 經(jīng)濟(jì)效益分析.358.2 社會(huì)效益分析.351前前 言言信息化社會(huì)在逐步改變?nèi)藗兊纳罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對(duì)一些傳統(tǒng)的理念提出了挑戰(zhàn)。電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是為了計(jì)量和管理對(duì)水、電、氣等能源、資源的消費(fèi)狀況，并為收費(fèi)提供依據(jù)而產(chǎn)生的。同時(shí)，隨著生活水平的提高，人們對(duì)資源的消

3、費(fèi)日益增長(zhǎng)，資源消費(fèi)的計(jì)量、管理和收費(fèi)工作日益繁雜，提高管理層次和自動(dòng)化水平的產(chǎn)品必然會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。為了解決傳統(tǒng)的抄表方式費(fèi)用流失、管理費(fèi)用龐大、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的工作量大、計(jì)費(fèi)的精度難以保障以及人為的統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤給用戶帶來(lái)極大不便等問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、自動(dòng)計(jì)費(fèi)，已成為新型現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化管理的必備條件。遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)的問世，徹底改變了傳統(tǒng)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的人工抄表方式。管理部門足不出戶，通過電腦網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)抄表系統(tǒng)就能準(zhǔn)確知道各級(jí)用戶的水、電、氣等的使用情況?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)，體現(xiàn)了高科技、智能化的科學(xué)管理模式。在國(guó)外，對(duì)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理技術(shù)的研究起步較早且比較深入，從標(biāo)準(zhǔn)的制定到抄表專用芯

4、片的生產(chǎn)都已經(jīng)比較成熟，多種電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理技術(shù)得到了相對(duì)廣泛的、成功的應(yīng)用。在我國(guó)由于國(guó)情不同，不能照抄照搬。只能在利用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，走自己的發(fā)展道路，各種電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理技術(shù)雖有應(yīng)用，但量不大，成功的較少，電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理技術(shù)的研究有較大的發(fā)展空間。2第第 1 1 章章 概概 況況1.11.1 新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)概況新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)概況新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是指利用傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動(dòng)讀取和處理電、氣、水表數(shù)據(jù)，并將信息加以綜合處理的系統(tǒng)，隨著無(wú)線通信數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。新橋選煤廠開發(fā)應(yīng)用的電

5、耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通過在全廠七個(gè)配電室中安裝多功能電力儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過無(wú)線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，系統(tǒng)軟件進(jìn)行綜合智能處理，生成統(tǒng)計(jì)圖、報(bào)表等，經(jīng)過授權(quán)的客戶端即可訪問查詢有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，便于用電管理，有效避免了前期人工抄表不經(jīng)濟(jì)、不準(zhǔn)確、不及時(shí)等弊端，極大地提高了工作效率，使新橋選煤廠用電管理和經(jīng)營(yíng)管理更加科學(xué)化。1.21.2 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的解決方案電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的解決方案電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的工作原理：電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是采用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過專用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離的表頭數(shù)據(jù)自動(dòng)抄錄。一般通過數(shù)據(jù)采集器對(duì)表頭輸出的 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸

6、給單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并監(jiān)控表頭是否正常工作，單片機(jī)將處理好的信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印，再通過與銀行網(wǎng)絡(luò)互連，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)付費(fèi)?？刂浦行目娠@示小區(qū)內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行狀況，并可遠(yuǎn)程控制這些設(shè)備，使設(shè)備運(yùn)行于最佳模式。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，控制中心發(fā)出警報(bào)并通知運(yùn)行人員處理事故。而整個(gè)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的關(guān)鍵在于采取哪種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 目前國(guó)內(nèi)外主要流行 以下三種傳輸方式。 31.2.11.2.1 通過電信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通過電信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備把數(shù)據(jù)通過電信運(yùn)營(yíng)商的 GSM 或者 GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，這種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是

7、無(wú)需敷設(shè)線路，信號(hào)覆蓋面廣，通訊可靠性高、可對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行 遠(yuǎn)程控制。缺點(diǎn)是建筑部分區(qū)域（如地下室等）信號(hào)不能覆蓋，而且網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)需要按流量或者次數(shù)支付給電信運(yùn)營(yíng)商一定的費(fèi)用，長(zhǎng)期使用成本高。 1.2.21.2.2 通過電力載波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通過電力載波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線纜，通過載波方式將信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)?技術(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省通信線路架設(shè)費(fèi)用，只要有電纜，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但是缺點(diǎn)也較明顯，對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求比較高，線路噪聲大，傳輸容量相對(duì)比較小，傳輸頻帶受限，技術(shù)門檻較高。 1.2.31.2.3 通過有線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通過有線局域網(wǎng)進(jìn)行

8、數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)通過敷設(shè)的有線通信電纜進(jìn)行通信，這種通信方式數(shù)據(jù)延遲低，傳輸速率快，前期投入比電力載波低，后期運(yùn)行只需要少量的資金進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，傳輸 信號(hào)質(zhì)量比電力載波和 GPRS 網(wǎng)絡(luò)好，沒有信號(hào)盲點(diǎn)。缺點(diǎn)就是需要重新敷設(shè)通 信線路，可能會(huì)損壞原有的裝修，不過對(duì)于新建筑來(lái)說可以預(yù)留線孔，影響相對(duì)較小。 所以本設(shè)計(jì)采用通信成本低廉，通信速率最快，穩(wěn)定性好，技術(shù)門檻低的有線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。 而有線傳輸方案中 CAN 總線有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 所以系統(tǒng)總線協(xié)議采用 CAN 總線， CAN 總線的直接通信距離能達(dá)到 10km，而且 CAN 總線對(duì)通信介質(zhì)無(wú)特殊要求，可以采用價(jià)格低廉的雙絞線進(jìn)行通

9、信，完全可以滿足小區(qū)內(nèi)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理的需求。41.31.3 國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)電力公司為了商業(yè)收費(fèi)而進(jìn)行的抄表工作可以追溯到 l00 多年前。早期的力一法是抄表員走家串戶，讀取用戶表計(jì)的數(shù)據(jù)，并記錄在抄表記錄本上由此生成用戶繳費(fèi)所需的帳單。當(dāng)抄表系統(tǒng)采用通信、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)后，使得抄表系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手持終端抄表，車載無(wú)線電抄表以及全自動(dòng)抄表(AMR,Automatic Meter Reading)。到日前為止，常見的抄表方式有如下幾種：1.3.11.3.1 人工抄表人工抄表由抄表員人工讀取用戶表計(jì)的數(shù)據(jù)并記錄在抄表記錄本上。早期，是人工計(jì)算用戶的用電量、用

10、水量或用氣量并生成帳單。后來(lái)，隨著電腦的廣泛應(yīng)用，采用電腦來(lái)加速帳單的生成和防止人為的錯(cuò)誤。這種基本的方式 100 多年來(lái)一直在使用。1.3.21.3.2 手持終端手持終端( (手持電腦手持電腦) )人工抄表人工抄表這種方法可以將表計(jì)的數(shù)據(jù)人工讀出并錄入手持終端，生成帳單。有些手持終端還夠“聰明”可以向抄表員批示抄表路線，指示與表計(jì)有關(guān)的特殊信息(如某個(gè)院子有惡狗)，提示抄表員可能出現(xiàn)錯(cuò)誤(如用電量超出正常范圍、電表反轉(zhuǎn))等功能。1.3.31.3.3 手持終端手持終端( (手持電腦手持電腦) )自動(dòng)抄表自動(dòng)抄表當(dāng)各表計(jì)具有紅外通信、無(wú)線電通信、RS-232C, RS-485、電力線載波通信等接

11、口時(shí)，手持終端可以通過通信接口自動(dòng)讀取表計(jì)的數(shù)據(jù)。這種方式在表計(jì)難以接近(如表計(jì)被鎖在室內(nèi)、表計(jì)附近有惡狗)時(shí)特別有用。1.3.41.3.4 車載無(wú)線電抄表車載無(wú)線電抄表5通過小功率無(wú)線電收發(fā)器進(jìn)行表計(jì)和手持電腦或車載電腦的通信，抄讀表計(jì)的數(shù)據(jù)，降低了抄表過程的工作量。1.3.51.3.5 自動(dòng)抄表自動(dòng)抄表(Automatic(Automatic MeterMeter Reading)Reading)全自動(dòng)抄表是指抄表主站(Master Station)通過通信通道(如電話網(wǎng)、無(wú)線電通信、電力線載波(PLC)通信、有線電視電纜通信、光纖電纜通信、專用線路通信等)自動(dòng)地讀取每一只表計(jì)的數(shù)據(jù)，通過

12、遙測(cè)、傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯總到營(yíng)業(yè)部門，代替人工抄表及一連串后續(xù)工作。用于電力系統(tǒng)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)按其用途分類，主要有用于抄讀低壓電力用戶表計(jì)的抄表系統(tǒng)和用于抄讀變電站(發(fā)電廠)關(guān)口及大用戶表計(jì)的抄表系統(tǒng)。目前低壓用戶集中抄表系統(tǒng)主要完成電能量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理，為電能量計(jì)費(fèi)和用電管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。1.41.4 智能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)智能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)智能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)基本解決了人工抄表和一般自動(dòng)抄表系統(tǒng)的難題，不但能夠?qū)崿F(xiàn)水、電、氣表的遠(yuǎn)程查抄、計(jì)量和收費(fèi)等功能，還具有通斷控制功能(控制中心需取得通斷控制的合法權(quán)限)，同時(shí)在系統(tǒng)中增加了各種防護(hù)措施，包括防斷線、防強(qiáng)磁干擾、

13、防開啟等，能夠自動(dòng)檢測(cè)斷線、強(qiáng)磁干擾、非法檢修等狀態(tài)，并由管理中心計(jì)算機(jī)顯示。此外智能采集器預(yù)留多個(gè)數(shù)字采集端口，可采集住戶的若干報(bào)警信息并通過軟件處理報(bào)警信息，為其他系統(tǒng)的集成進(jìn)入(如安全防護(hù)系統(tǒng))留有接口。智能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的優(yōu)越性在于:只要有用水、電、氣的地方，就需要計(jì)費(fèi)結(jié)算，通過集中計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，可以在不必進(jìn)入住戶住宅的情況下實(shí)現(xiàn)完整、合理的分?jǐn)偱c結(jié)算，并降低抄取數(shù)據(jù)的費(fèi)用;由于6數(shù)字終端數(shù)字終端調(diào)制調(diào)制放大放大濾波濾波耦合變壓器耦合變壓器從讀數(shù)設(shè)備到帳單打印全部采用嚴(yán)密的電子數(shù)據(jù)傳輸，避免了人為讀數(shù)錯(cuò)誤，增強(qiáng)用戶對(duì)計(jì)費(fèi)計(jì)算的信任度，避免了煩瑣的走訪式抄表，減少了對(duì)用戶的干擾。1.5

14、1.5 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理采用低壓電力線載波通信網(wǎng)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理采用低壓電力線載波通信網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)，有很多方式,本論文采用低壓電力載波通信方式.低壓電力線載波通信網(wǎng),利用低壓電力線作為 AMR 系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道運(yùn)行成本低,無(wú)疑是很方便的。其通信的基本原理如圖 1-1 所示。圖 1-1 低壓電力線載波通信基本原理 220v AC在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過藕合電路藕合到電力線上。信號(hào)頻帶一般為 50KHz-300KHz，峰值電壓不超過 l0V，因此不會(huì)對(duì)電力線路造成不良影響。此高頻信號(hào)經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗剑邮諜C(jī)通過藕合電路將高頻信號(hào)分離出來(lái)

15、，濾去干擾信號(hào)后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。低壓電力線載波通信網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同 RS-485 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用總線結(jié)構(gòu)。在同一變壓器臺(tái)區(qū)下，一個(gè)集中器采集若干個(gè)采集器或電能表的數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個(gè)總線型網(wǎng)。7第第 2 2 章章 研究目的及意義研究目的及意義開展此次研究和應(yīng)用的主要目的，一是為適應(yīng)集團(tuán)公司科技創(chuàng)新的需要，將原先的電表分散管理到電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)集中管理水平的轉(zhuǎn)變來(lái)帶動(dòng)整體管理水平的提高，達(dá)到技術(shù)共享平臺(tái)，以達(dá)到集中化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化管理的目標(biāo)，為全廠電量合理控制、節(jié)能減排管理提供有力保障。二是通過該項(xiàng)目的研究和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全廠配電室電表數(shù)據(jù)的自動(dòng)讀取，數(shù)據(jù)傳輸和綜合處理，避免了

16、人工抄表的弊端，使企業(yè)自動(dòng)化水平得到進(jìn)一步提升。此次研究與應(yīng)用的意義在于，應(yīng)用先進(jìn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提高對(duì)全廠電耗數(shù)據(jù)的管理水平，減輕員工人工抄表的工作量和出錯(cuò)率，完善新橋選煤廠現(xiàn)代化的管理模式。通過給廠各生產(chǎn)區(qū)域配電室加裝測(cè)量?jī)x表，將各種用電儀表統(tǒng)一建設(shè)歸納到遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)平臺(tái)。通過電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)抄表自動(dòng)化、用電數(shù)據(jù)信息自動(dòng)分析等目標(biāo)。8通信媒介接口模塊自適應(yīng)控制電路電力線載波通信處理接口CPU 工作狀態(tài)顯示大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)硬件時(shí)鐘本地通信接口線路抗 EMI 保護(hù)和電源管理模塊第第 4 4 章章 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的構(gòu)成及功能電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的構(gòu)成及功能4.14.

17、1 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理主要是通過遠(yuǎn)程智能終端的計(jì)量和數(shù)據(jù)采集，并通過網(wǎng)絡(luò)或其他傳輸方式傳送到特定系統(tǒng)的一種抄表方式，并在系統(tǒng)中完成其他形式的操作。它具有精確、快速、實(shí)時(shí)等特點(diǎn)，能完成整個(gè)抄表的任務(wù)。電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)一般主要由手持終端或中心站計(jì)算機(jī)、集中器、采集終端(或載波電表)和計(jì)量表組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，據(jù)調(diào)查研究，大多數(shù)電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大同小異。圖 4-1 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4.1.14.1.1 集中器集中器數(shù)據(jù)集中器在抄表系統(tǒng)中起著很重要的作用，工作原理如下圖。9圖 4-2 集中器工作原理框圖集中器根據(jù)已設(shè)置好

18、的不同的抄表方案對(duì)各載波電表實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳送，具有內(nèi)部硬時(shí)鐘可與系統(tǒng)進(jìn)行廣播校時(shí)，并實(shí)施定時(shí)抄表命令，存儲(chǔ)抄表數(shù)據(jù)，可通過各種網(wǎng)絡(luò)媒介與主站完成數(shù)據(jù)交換。集中器的作用是將配變臺(tái)區(qū)載波電能表連成本地網(wǎng)絡(luò)，能自動(dòng)抄錄數(shù)據(jù)采集終端及載波單表的數(shù)據(jù)，集中并存儲(chǔ)。通過抄表器或電話線將數(shù)據(jù)傳輸給電力局的計(jì)算機(jī)中心。從圖 4-2 可看出，數(shù)據(jù)集中器是由 CPU, RAM、直流電源、指示電路及接口組成，是一個(gè)能通過載波接口及 RS232 接口與外界通信的單片機(jī)系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)要介紹各組成部分:(1) 直流電源:利用 220V 交流電降壓后，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后分別得到+24V, +5V.(2) 指示電路:指出數(shù)據(jù)

19、集中器工作是否正常、欠壓。(3) 主機(jī):由 CPU, RAM 以及附加電路組成運(yùn)行程序，完成各項(xiàng)功能。(4) 接口電路:具有 RS232 接口、載波通信接口、RS485 接口兩個(gè)接口電路。其中 RS232 接口和 RS485 接口是通過電纜進(jìn)行抄表器通信、計(jì)算機(jī)通信。載波通信接口是利用電力線與載波單表、采集終端進(jìn)行載波通信。工作原理，CPU 與 RAM 的工作原理與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類似，這里主要介紹接口的工作原理。10(1) RS232 接口由 9 腳 D 型插座與外部設(shè)備聯(lián)系，D 型插座所有腳上的信號(hào)電平都是 EIA 電平:“0”(+3V+15V),“1”(-3V15V)。這種電平，經(jīng)過幾十

20、米導(dǎo)線傳輸衰減后，仍能區(qū)分“1”或“0” ，而 TTL/CMOS 電平經(jīng)導(dǎo)線傳輸衰減后很難區(qū)分“1”或“0” 。所以，凡是數(shù)據(jù)集中器輸出到 D 型插座的信號(hào)(RTS,TD,DTR)需將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 EIA 電平，凡從 D型插座輸入給數(shù)據(jù)集中器的信號(hào)(DCD,RD,RI，CTS)需將 EIA 電平轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS 電平。電平轉(zhuǎn)換是 RS232 接口的第一個(gè)功能。RS232 接口的第二個(gè)功能是傳遞通信的應(yīng)答信號(hào)，以便步調(diào)一致，順利地通信。(2) MODEM 功能EIA 電平在 30m 距離內(nèi)傳輸，衰減后仍能辨認(rèn)，所以數(shù)據(jù)集中器與抄表器之間通信，只需通過 D 型插座將它們相連

21、就行了。由于直接相連，應(yīng)答信號(hào)可以免去，只需發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、地線三根線相連就可以了。超過 30m 距離就不用專用線了、一般借用電話線。但電話線只能傳輸模擬信號(hào)，通帶很窄(30-3kHz )，而數(shù)據(jù)集中器與計(jì)算機(jī)中傳遞的都是數(shù)字信號(hào)“1”與“0”其跳變部分含有很高的頻率成分。如在電話線上直接傳輸數(shù)字信號(hào)，將產(chǎn)生很大的失真，無(wú)法區(qū)分“1”與“0”造成數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。為了能用電話線傳輸數(shù)字信號(hào)，在發(fā)送端必須先將數(shù)字信號(hào)“1”與“0”轉(zhuǎn)換成 2kHz 與 1kHz 的音頻信號(hào)(屬于模擬信號(hào)，在電話線的通帶范圍之內(nèi))，再調(diào)制到電話系統(tǒng)的載波上，沿電話線傳輸出去，在接收端再進(jìn)行反變換，將模擬信號(hào)還原成數(shù)

22、字信號(hào)“1”與“0”數(shù)據(jù)集中器將數(shù)據(jù)傳送計(jì)算機(jī)。這個(gè)任務(wù)是 MODEM 來(lái)完成。發(fā)送端的 MODEM 是將數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)、接收端的 MODEM 是將模擬信11調(diào)制電流控制振蕩器正弦波發(fā)生器ALC功放圖 4-3 載波通信發(fā)送電路C0R0數(shù)字輸入號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)。(3)載波通信接口本接口的核心是電力線載波通信集成電路。在發(fā)送狀態(tài)時(shí)，它把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成調(diào)頻信號(hào)而發(fā)送到電力線上。在接收狀態(tài)時(shí)，它能從電力線上接收微弱的調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)限幅放大后，解調(diào)成數(shù)字信號(hào)，濾去高頻諧波噪聲等，再整形成數(shù)字信號(hào)。A、發(fā)送電路當(dāng) TX IRX 輸入端為“1”時(shí)，集成電路處于發(fā)送狀態(tài)，其框圖如圖4-3 所示。數(shù)字信號(hào)

23、經(jīng)調(diào)制器去控制電流控制振蕩器，將“1”和“0”分別變成 65kHz 與 67.9kHz 的三角波，經(jīng)正弦波發(fā)生器整形成正弦波，經(jīng)自動(dòng)電平控制(ALC)到功放輸出。電流控制振蕩器的中心頻率 fo=65kHz，由Co 粗調(diào)，Ro 細(xì)調(diào)。ALC 實(shí)現(xiàn)輸出幅度自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載阻抗很高時(shí)，ALC 將減少驅(qū)動(dòng)，當(dāng)負(fù)載阻抗低時(shí)，ALC 提供大的驅(qū)動(dòng)，本芯片發(fā)送電流可達(dá) 60mAP-Pe 輸出電壓幅度由負(fù)載阻抗和輸出電流決定。如輸出電流不夠(在傳輸距離遠(yuǎn)，負(fù)載阻抗低時(shí))可外接功率放大器。12鎖相環(huán)低通濾波器比較器脈沖噪聲慮波器集電器開路電路I/O 載波信號(hào)圖 4-4 載波通信接收電路限幅放大用戶 1用戶 2用

24、戶 16 16脈沖輸入及整形電路選通電路選通電路主機(jī)紅外通信接口載波通信接口附加電路1-8 戶9-16 戶B、接收電路。當(dāng) TX IRX 端輸入“0”時(shí)，集成電路處于接收狀態(tài)。框圖如圖 4-4所示。4.1.24.1.2 數(shù)據(jù)采集終端數(shù)據(jù)采集終端數(shù)據(jù)采集終端是一個(gè)測(cè)量電表用電量的單片機(jī)系統(tǒng)，如下圖 4-5 所示。其中主機(jī)是核心，程序存在主機(jī) CPU 中。由于單元式公寓一個(gè)單元大多為 10-14 戶，所以數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)為 16 戶。表計(jì)輸出的采樣脈沖，經(jīng)過輸入電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，再經(jīng)施密特電路整形變換成方波，以滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 P 門只能通 8 路數(shù)據(jù)，所以 16 路脈

25、沖，要采用分時(shí)制，先通 1-8 路，再通 9-16 路，故需要經(jīng)過一個(gè)選通電路。13圖 4-5 數(shù)據(jù)采集終端附加電路,為確保數(shù)據(jù)采集終端安全可靠地運(yùn)行，除上述主要組成部分之外，還有許多附加電路，如看門狗、掉電檢測(cè)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、狀態(tài)指示電路、蜂鳴器、片外 EPROM 等。數(shù)據(jù)保護(hù)是數(shù)據(jù)采集終端的關(guān)鍵問題之一。采用看門狗電路、系統(tǒng)復(fù)位電路和上、掉電檢測(cè)電路，就是為了保護(hù)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路提供時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒)。狀態(tài)指示電路，用以指示數(shù)據(jù)采集終端的運(yùn)行狀態(tài)，分三種:A,正常運(yùn)行時(shí)，短路片斷開， “底度”指示燈閃爍。B、常亮(設(shè)置參數(shù)時(shí)除外)或常暗，表示數(shù)據(jù)采集終端工作不正常。C、設(shè)置參數(shù)時(shí)

26、，短路片接通， “底度”指示燈常亮。數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)裝有備份電池，停電時(shí)為時(shí)鐘芯片供電，以保持時(shí)間正確。 “欠壓”指示燈亮?xí)r，表示電池電壓低，應(yīng)換新電池。片外 EPROM 各戶的表號(hào)、電表常數(shù)、底度、功率限額等參數(shù)及整數(shù)值用電量，都保存于這個(gè)EPROM 中。停電時(shí)，這些數(shù)據(jù)也能長(zhǎng)期保持。數(shù)據(jù)采集終端的線路示意圖如圖 4-6 所示。此電路有兩套供電工作系統(tǒng)，即正常供電情況下的供電和斷電情況下的供電。在正常情況下，由市電轉(zhuǎn)化后的電源供給單片機(jī) 89C51 和單片機(jī)89C2051 工作。在這里，兩個(gè)單片機(jī)都不斷檢測(cè)用戶電表電平，當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)用戶電表電平發(fā)生由高到低的變化時(shí)，單片機(jī) 89C51 將把記錄

27、用戶電表度數(shù)的相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的用戶電表度數(shù)加一，若單片機(jī) 89C2051 檢測(cè)電平發(fā)生由高到低的變化，在把存儲(chǔ)器 X25045 內(nèi)的電表度數(shù)加一之14顯示電路單片機(jī) 89C51看門狗發(fā)送電路接收電路存儲(chǔ)器 28C25616 路選擇電源用戶電表16 路選擇單片機(jī)89C2051存儲(chǔ)器x250458255按鍵充電電路前，還需要檢測(cè)一個(gè)標(biāo)志位的電平，當(dāng)這個(gè)標(biāo)志位的電平為低時(shí)，不進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖 4-6 采集器線路示意圖而正常供電情況下，這個(gè)標(biāo)志位的電平一直為低。所以正常供電情況下，單片機(jī) 89C2051 只能檢測(cè)脈沖變化，而不能進(jìn)行計(jì)數(shù)。與此同時(shí)，單片機(jī)還不斷檢測(cè)按鍵電平情況，當(dāng)按鍵電平發(fā)生有高到低變化時(shí)，

28、單片機(jī)把對(duì)應(yīng)用戶的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)取出并送至數(shù)碼管顯示。除此之外，單片機(jī)還不斷檢測(cè)中斷接收電路中的標(biāo)志位，若標(biāo)志位變真，表示集中器要求該采集器發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，之后單片機(jī)通過發(fā)送電路將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送到集中器去。在斷電情況下，由后備電源（充電電源）工作，此時(shí)單片機(jī) 89C51不能工作，一次用戶數(shù)據(jù)顯示和發(fā)送工作都不能進(jìn)行，此時(shí)單片機(jī)89C2051 負(fù)責(zé)完成用戶電表脈沖的檢測(cè)和計(jì)數(shù)工作。15當(dāng)由斷電情況下的工作變?yōu)檎９╇娗闆r下的工作時(shí)，單片機(jī)89C51 首先將存儲(chǔ)器 X25045 內(nèi)的數(shù)據(jù)讀出并與存儲(chǔ)器 28C256 內(nèi)的數(shù)據(jù)相加，然后將 X25045 內(nèi)的數(shù)據(jù)清零，這樣即可完成斷電檢測(cè)工作。4.1.3

29、4.1.3 載波電表載波電表載波電能表的工作原理如圖 4-7 所示。載波電表的組成，以 CPU 為核心，由 RAM、電量轉(zhuǎn)換電路、接口、直流電源等構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，如下圖 4-8 所示。(1) 直流電源，從 220V 交流電壓經(jīng)變壓器降壓，整流、濾波及穩(wěn)壓后得到+24V, +5V, +24V 供載波電路用，+5V 供其他電路用電。(2) 主機(jī)，程序存在 CPU 內(nèi)的 E-PROM 中，RAM 用于存放用戶的用電數(shù)據(jù)。其任務(wù)是:A,每當(dāng)電表正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一圈，CPU 就累計(jì)電量，并存入 EPROM.B,接收抄表器發(fā)來(lái)的參數(shù)、表號(hào)，存入 EPROM.C,與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行載波通信。接口介紹，(1) 電量

30、轉(zhuǎn)換電路它的作用是電能表每正轉(zhuǎn)一圈，發(fā)出一個(gè)脈沖，供 CPU 計(jì)數(shù)。如圖 4-9 所示:A, B 為光電頭，由它采樣脈沖。遮光片經(jīng)過槽一次產(chǎn)生一個(gè)脈沖，CPU計(jì)數(shù)。而電表反轉(zhuǎn)時(shí)(由潛動(dòng)、抖動(dòng)等因素造成)，計(jì)度器也反轉(zhuǎn)使數(shù)采集終端讀數(shù)比表計(jì)窗口示值大，造成多計(jì)，讀數(shù)不準(zhǔn)。為了解決因潛動(dòng)等造成的多計(jì)。采用雙光電頭采樣電路來(lái)判別是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)，反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖便記下個(gè)數(shù)(A4.6V255D235信號(hào)高電平4.6A2.9V235D148信號(hào)抖動(dòng)狀態(tài)2.9VA2.5V148D128信號(hào)低電平2.5VA0.7V128D36短路0.7VA0V36D0對(duì)于信號(hào)發(fā)生抖動(dòng)(其實(shí)是一種臨界狀態(tài)，處

31、在高低電平之間)，在處理時(shí)直接將其剔除，等到下一采集周期重新進(jìn)行采樣并判斷。通信中斷子程序，通信中斷程序負(fù)責(zé)與集中器的通信并執(zhí)行數(shù)據(jù)集中器下達(dá)的各項(xiàng)指令，如圖 5-3 所示。在接收集中器命令幀時(shí)，為了防止長(zhǎng)期處于偵聽接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，進(jìn)而影響對(duì)電表的采集過程，所以對(duì)接收過程進(jìn)行計(jì)時(shí)，從數(shù)據(jù)集中器喚醒數(shù)據(jù)采集器開始 250ms 內(nèi)數(shù)據(jù)未接收到或通訊字節(jié)接收時(shí)間間隔超過 2.5ms，則終止此次通訊。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢之后，需對(duì)命令幀進(jìn)行檢驗(yàn)，保證命令幀的可靠性。通過以下步驟實(shí)現(xiàn):檢驗(yàn)報(bào)頭，檢驗(yàn)報(bào)文長(zhǎng)度、累加校驗(yàn)報(bào)文、檢驗(yàn)報(bào)尾。任何一步檢驗(yàn)報(bào)錯(cuò)均視為干擾信號(hào)并中斷檢驗(yàn)，返回到主程序中。26只有采集電表模擬量

32、，并作模數(shù)轉(zhuǎn)換標(biāo)識(shí)該通道無(wú)表采集模擬量，并作模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束圖 5-2 數(shù)據(jù)采集與處理程序流程圖分析故障原因（短路，斷路）與標(biāo)定信號(hào)電平進(jìn)行比較，進(jìn)行數(shù)值累加將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器檢測(cè)通道是否有表是否為電表？開始8 路通道是否檢測(cè)完畢是否有故障？以上四個(gè)步驟的檢驗(yàn)都通過，才確認(rèn)為正確的命令幀。對(duì)通過校驗(yàn)的不同命令幀，數(shù)據(jù)采集器處理方法有所不同，但差別不大，均需經(jīng)歷以下幾步:檢驗(yàn)命令所指采集器地址與采集器地址是否一致;27系統(tǒng)初始化處理命令幀C6 命令幀C4 命令幀C3 命令幀對(duì)命令幀進(jìn)行判斷C2 命令幀圖 5-3 通信中斷子程序流程圖NYYN串口接收使能開，等待接收數(shù)據(jù)判斷 250ms 內(nèi)是否收到命令校

33、驗(yàn)命令幀是否正確通過總線讀取存儲(chǔ)器，獲取所需表的抄收數(shù)據(jù);根據(jù)規(guī)定的應(yīng)答幀格式建立應(yīng)答幀;通過 RS-485 總線向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送應(yīng)答幀;返回主程序。存儲(chǔ)器操作子程序，存儲(chǔ)器操作子程序包括對(duì) 28C256 的讀操作和寫操作。讀操作是在向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送應(yīng)答幀時(shí)進(jìn)行的，寫操作是在數(shù)據(jù)采集上來(lái)并處理好后進(jìn)行的，這部分非常重要，因?yàn)橄到y(tǒng)一旦工作后，記錄的數(shù)據(jù)是絕對(duì)不能丟失的。延時(shí)子程序，據(jù)采集器工作時(shí)，很多情況下需要延時(shí)環(huán)節(jié)。在通道A/D 轉(zhuǎn)換期間，對(duì)通道的操作都會(huì)引起模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷，造成無(wú)法獲得模28調(diào)用通信中斷子程序與上位機(jī)進(jìn)行通信調(diào)用中斷通信子程序與數(shù)據(jù)采集模塊通訊圖 5-5 主程序流程圖NYNN

34、YY是否已到 15 分鐘？是否收到上位機(jī)通訊請(qǐng)求？連續(xù)對(duì) N 個(gè)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集開始系統(tǒng)初始化讀取存儲(chǔ)器中的該集中器地址接收上位機(jī)，屏蔽下位機(jī)，打開通訊中斷是否收到數(shù)據(jù)采集模塊通訊請(qǐng)求？數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，程序設(shè)計(jì)中的延時(shí)子程序相當(dāng)重要，延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間必須足夠大，但又不能過大，以免影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)，一般采用循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn).5.25.2 數(shù)據(jù)集中器的軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集中器的軟件設(shè)計(jì)5.2.15.2.1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)主程序負(fù)責(zé)輪詢 16 個(gè)數(shù)據(jù)采集器，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，同時(shí)響應(yīng)管理中心和 IC 卡抄表器的命令，主程序流程圖如圖 5-5 所示由于 89C51 只有

35、一個(gè)串口，而系統(tǒng)既要與上位機(jī)通信15 ，又要29與下位機(jī)通信，在設(shè)計(jì)時(shí)采取的措施是:接收或發(fā)送上位機(jī)時(shí)，下位機(jī)屏蔽;接收或發(fā)送下位機(jī)時(shí)，位機(jī)屏蔽。其中通信中斷子程序 1 用來(lái)接收和解析管理中心下傳的命令并執(zhí)行相應(yīng)操作，如開戶時(shí)對(duì)采集器初始化表底數(shù)，上傳電表表數(shù)據(jù)等操作，其操作和數(shù)據(jù)采集器的通信中斷子程序類似;通信中斷子程序 2 用來(lái)接收抄表器命令并上傳抄表數(shù)據(jù)，其操作和數(shù)據(jù)采集器的存儲(chǔ)器操作子程序類似。5.2.25.2.2 電源管理程序的設(shè)計(jì)電源管理程序的設(shè)計(jì)電源管理程序是對(duì)電源模塊進(jìn)行管理，程序流程圖如圖 4-6 所示電源管理程序主要負(fù)責(zé)檢測(cè)蓄電池的電壓，根據(jù)電平高低進(jìn)行恒流、恒壓、浮充充電

36、，充電過程中的各種狀態(tài)由兩個(gè)指示燈顯示。YellowLED 亮表示恒流充電:YellowLED 間隔亮表示恒壓充電;GreenLED亮表示浮充充電;GreenLED 閃亮表示浮充放置。第第 6 6 章章 實(shí)施方案和步驟實(shí)施方案和步驟6.16.1 改造的總體思路改造的總體思路30新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通過運(yùn)作，采集配電室電表示數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接秒姽芾聿块T，實(shí)現(xiàn)抄表自動(dòng)化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用電信息智能管理，有效指導(dǎo)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)。在整個(gè)過程中無(wú)需人工參與數(shù)據(jù)的采集、傳輸和分析均自動(dòng)產(chǎn)生，有效提高效率。6.26.2 技術(shù)方案技術(shù)方案新的電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)必須兼顧技術(shù)的先進(jìn)性、推廣的經(jīng)濟(jì)性、使

37、用的方便性和可靠性，以及系統(tǒng)的兼容性。 電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)主要是完成電度計(jì)量或信息采集、信息傳輸、后臺(tái)軟件處理和分析三部分任務(wù)。信息采集和數(shù)據(jù)分析技術(shù)已經(jīng)較為成熟，電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵是解決信息傳輸通信問題。新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系31統(tǒng)的研究與應(yīng)用的核心即是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，通過雙絞線、電話線、電力線、無(wú)線電或紅外線等通信方式，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)分散點(diǎn)的用電量，并送傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)抄表自動(dòng)化。新橋選煤廠電耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集是通過分布在各個(gè)配電室的無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)多功能電力儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行打包發(fā)送，數(shù)據(jù)服務(wù)器接收端通過無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收，然

38、后經(jīng) 485 至 232 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，系統(tǒng)軟件進(jìn)行綜合智能處理，形成統(tǒng)計(jì)圖、報(bào)表等。數(shù)據(jù)訪問采用 C/S 方式，通過安裝在各部門電腦的客戶端，經(jīng)局域網(wǎng)進(jìn)行訪問，安全快捷，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)卡堵現(xiàn)象。軟件編寫采用 Delphi 編寫，功能修改方便快速，數(shù)據(jù)庫(kù)采用 SQL2000 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全可靠。圖 6-1 電表讀數(shù)實(shí)時(shí)顯示32圖 6-2 用電曲線分析圖 6-3 用電時(shí)段查詢33圖 6-4 電表讀數(shù)導(dǎo)出圖 6-5 電表參數(shù)設(shè)置346.36.3 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)數(shù)據(jù)訪問采用 C/S 方式，通過安裝在各部門電腦的客戶端，經(jīng)局域網(wǎng)進(jìn)行訪問，安全快捷，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)卡堵現(xiàn)象。軟件編寫采用 Delphi 編寫，功能