智能电能表远程在线监控系统的设计

时间：2024-05-04

文/姚永彩金朋王琪

随着电能计量技术的发展，电力企业对电能计量的考核也越来越重视，电能表作为计量电能的强检器具，其检测过程的监控情况意义重大。目前，在电能表检定过程中，需要大量的计量人员到现场监控，以发现异常表计。这种方式不仅需要大量的人力，在计量人员无法到达的恶劣环境中就难以实现实时监控。因此，设计远程在线监控系统势在必行。

1 监控系统的设计

在本文设计中，监控系统包括电能表检定系统、网络摄像机、GPRS 通讯模块、远程监控中心以及智能设备。电能表检定系统用于检测智能电能表，本文设计的电能表检定系统设置有无线通讯接口，能够实现与智能设备的无线通讯。网络摄像机设置在电能表检定系统上。电能表检定系统可以是便携式电能表检定装置、电能表检定装置人工台、自动化电能表检定装置或电能表自动化检定流水线系统等，适用范围广。网络摄像机用于采集检定电能表的信息情况。网络摄像机采集的电能表信息通过GPRS 通讯模块远程传输至远程监控中心、云服务或智能设备，在上述部件可以看到电能表检定系统检测电能表的情况。如图1所示。

2 监控系统关键技术设计

2.1 网络摄像机设计

在本文设计中，采用云存储高清网络摄像机实现在线实时监控，该摄像机采用纯流媒体转发云存储技术，即插即用，可穿透各类型网络。设备自带云序列号，无需申请和绑定DDNS 域名，真正实现一键远程。支持手机和计算机同时远程视频监控，能够与智能设备实现无线通讯。因此，在本文设计中，网络摄像机采集到的监控信息不仅可以远程到远程监控中心，还能够与持有智能设备的计量人员实现即时通讯，使得远程和近程的人员都能够获取最新的监控数据。本文采用的摄像机支持红外夜视：0.3LUX 低照度，4 颗纳米红外灯，红外夜视距离20 米，监控夜如白昼。采用GM 8135 芯片处理器，分辨率达1080P，视频数据的云存储能够防止数据丢失，即查即用，获取方式灵活。

2.2 电能表检定系统设计

该系统主要完成电能表的检定，包含计算机、功率源、标准表电能表、误差处理单元以及信号源，各个模块之间采用RS485 总线通讯形式，由信号源统一控制各模块工作，计算机和信号源都设置有无线通讯接口和蓝牙接口，使得检定系统能够实现短距离和点对点的无线数据传输和接收。本系统采用无线通讯或RS232 接口通讯的方式与上位机进行通讯。在工作时，误差处理单元同时采集并存储在一定时间段内的被测电能表和标准电能表的电能脉冲，然后计算二者采集到的脉冲信息，由于误差处理器采用单独的MCU 控制，因此，数据运算速度快，处理能力较强。通过误差处理器实现电能误差计算、走字试验、启动/潜动试验、时段投切误差试验、需量周期误差试验等功能。

2.3 远程监控中心设计

该单元作为远程在线监测系统主站控制中心对安装在各个电能表检定装置的本地检测单元的监测数据、测试参数及遥控测试进行统一管理和数据分析。还可以为其他管理系统提供数据源，其能够进行远程遥控、数据计算、统计分析、异常信息报警、数据传递和共享等功能。在具体设计中，采用MSP430F149 作为主控制器，控制中心通过nRF24L01 射频模块进行无线通信，用户可通过智能设备（比如智能手机）经由GPRS 通讯模块进行数据传输。在工作时，向用户智能设备或者GPRS 通讯模块发出控制指令，并接底层设备上传的信息，然后对上传的信息处理，处理结果可直接发布给用户智能设备。

3 监控系统的应用

图1

智能电能表对于用电企业、计量单位等发挥着至关重要的作用，本文设计的系统有利于实现电能计量实时监控及电能表在线现场检验，对计量管理部分开源节流、提高计量管理水平，保障电力营销部门与用户的利益有着重大意义。目前，该系统在宁夏隆基宁光仪表有限公司内得到试运行。在原有电能表检测系统中加入云系统，支持1000 多个检定终端的同时在线检测，在电能表自动化检定流水线中进行了云端服务器布置，使得检测数据可上传云端，其中云端服务器还配置移动云VPN 设备、网络设备等辅助设备。移动云VPN 设备用于数据加密、服务器认证、CAB 应用发布、消息完整性等，在具体使用时，通过移动网络远程地接入云端服务器。在具体应用时，云端服务器还与局域网或者无线通讯设备与SG186生产调度平台连接通讯，与用户的智能设备、电能表检定系统等连接通讯，实现检测数据的即时云端、无线、远程接收。当发现异常事件时，计量管理人员即可实现远程无线接收，又能实现即时在线接收。同时，通过网络摄像机对现场检测数据采集，工作环境、检测对象（智能电能表）、检测过程、异常事件报警、检测数据、在场人员等均被远程监控中心、云端服务器或智能设备接收，远程监控中心对接收到的数据进行处理，并将处理结果分发用户查看，有利于实现智能电能表在线检测的实时监控。数据永久性保存，不会丢失。通过试运行，人力成本降低70%以上，监控效率提高80%以上。