智能電能表遠程在線監控系統的設計

文/姚永彩 金朋 王琪

隨著電能計量技術的發展，電力企業對電能計量的考核也越來越重視，電能表作為計量電能的強檢器具，其檢測過程的監控情況意義重大。目前，在電能表檢定過程中，需要大量的計量人員到現場監控，以發現異常表計。這種方式不僅需要大量的人力，在計量人員無法到達的惡劣環境中就難以實現實時監控。因此，設計遠程在線監控系統勢在必行。

1 監控系統的設計

在本文設計中，監控系統包括電能表檢定系統、網絡攝像機、GPRS 通訊模塊、遠程監控中心以及智能設備。電能表檢定系統用于檢測智能電能表，本文設計的電能表檢定系統設置有無線通訊接口，能夠實現與智能設備的無線通訊。網絡攝像機設置在電能表檢定系統上。電能表檢定系統可以是便攜式電能表檢定裝置、電能表檢定裝置人工臺、自動化電能表檢定裝置或電能表自動化檢定流水線系統等，適用范圍廣。網絡攝像機用于采集檢定電能表的信息情況。網絡攝像機采集的電能表信息通過GPRS 通訊模塊遠程傳輸至遠程監控中心、云服務或智能設備，在上述部件可以看到電能表檢定系統檢測電能表的情況。如圖1所示。

2 監控系統關鍵技術設計

2.1 網絡攝像機設計

在本文設計中，采用云存儲高清網絡攝像機實現在線實時監控，該攝像機采用純流媒體轉發云存儲技術，即插即用，可穿透各類型網絡。設備自帶云序列號，無需申請和綁定DDNS 域名，真正實現一鍵遠程。支持手機和計算機同時遠程視頻監控，能夠與智能設備實現無線通訊。因此，在本文設計中，網絡攝像機采集到的監控信息不僅可以遠程到遠程監控中心，還能夠與持有智能設備的計量人員實現即時通訊，使得遠程和近程的人員都能夠獲取最新的監控數據。本文采用的攝像機支持紅外夜視：0.3LUX 低照度，4 顆納米紅外燈，紅外夜視距離20 米，監控夜如白晝。采用GM 8135 芯片處理器，分辨率達1080P，視頻數據的云存儲能夠防止數據丟失，即查即用，獲取方式靈活。

2.2 電能表檢定系統設計

該系統主要完成電能表的檢定，包含計算機、功率源、標準表電能表、誤差處理單元以及信號源，各個模塊之間采用RS485 總線通訊形式，由信號源統一控制各模塊工作，計算機和信號源都設置有無線通訊接口和藍牙接口，使得檢定系統能夠實現短距離和點對點的無線數據傳輸和接收。本系統采用無線通訊或RS232 接口通訊的方式與上位機進行通訊。在工作時，誤差處理單元同時采集并存儲在一定時間段內的被測電能表和標準電能表的電能脈沖，然后計算二者采集到的脈沖信息，由于誤差處理器采用單獨的MCU 控制，因此，數據運算速度快，處理能力較強。通過誤差處理器實現電能誤差計算、走字試驗、啟動/潛動試驗、時段投切誤差試驗、需量周期誤差試驗等功能。

2.3 遠程監控中心設計

該單元作為遠程在線監測系統主站控制中心對安裝在各個電能表檢定裝置的本地檢測單元的監測數據、測試參數及遙控測試進行統一管理和數據分析。還可以為其他管理系統提供數據源，其能夠進行遠程遙控、數據計算、統計分析、異常信息報警、數據傳遞和共享等功能。在具體設計中，采用MSP430F149 作為主控制器，控制中心通過nRF24L01 射頻模塊進行無線通信，用戶可通過智能設備（比如智能手機）經由GPRS 通訊模塊進行數據傳輸。在工作時，向用戶智能設備或者GPRS 通訊模塊發出控制指令，并接底層設備上傳的信息，然后對上傳的信息處理，處理結果可直接發布給用戶智能設備。

3 監控系統的應用

圖1

智能電能表對于用電企業、計量單位等發揮著至關重要的作用，本文設計的系統有利于實現電能計量實時監控及電能表在線現場檢驗，對計量管理部分開源節流、提高計量管理水平，保障電力營銷部門與用戶的利益有著重大意義。目前，該系統在寧夏隆基寧光儀表有限公司內得到試運行。在原有電能表檢測系統中加入云系統，支持1000 多個檢定終端的同時在線檢測，在電能表自動化檢定流水線中進行了云端服務器布置，使得檢測數據可上傳云端，其中云端服務器還配置移動云VPN 設備、網絡設備等輔助設備。移動云VPN 設備用于數據加密、服務器認證、CAB 應用發布、消息完整性等，在具體使用時，通過移動網絡遠程地接入云端服務器。在具體應用時，云端服務器還與局域網或者無線通訊設備與SG186生產調度平臺連接通訊，與用戶的智能設備、電能表檢定系統等連接通訊，實現檢測數據的即時云端、無線、遠程接收。當發現異常事件時，計量管理人員即可實現遠程無線接收，又能實現即時在線接收。同時，通過網絡攝像機對現場檢測數據采集，工作環境、檢測對象（智能電能表）、檢測過程、異常事件報警、檢測數據、在場人員等均被遠程監控中心、云端服務器或智能設備接收，遠程監控中心對接收到的數據進行處理，并將處理結果分發用戶查看，有利于實現智能電能表在線檢測的實時監控。數據永久性保存，不會丟失。通過試運行，人力成本降低70%以上，監控效率提高80%以上。

4 結束語

本系統兼容多種數據接收方式，實現本地監控和遠程監控，大大提高現場故障、檢定等監控力度，實現了多種形式通信方式的數據交互，滿足用戶在不同情境下的電能計量和檢測，克服了計量人員必須到場才能監控電能質量的技術弊端，提高了監控水平，具有很好的推廣使用價值。