基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式可視智能電能表箱的設(shè)計(jì)

王家棟，張 鵬，楊 禛，王浩楠，郝夢(mèng)飛，張運(yùn)飛

（國(guó)網(wǎng)河南南陽(yáng)供電公司，河南 南陽(yáng) 473500）

關(guān)鍵字：智能電表箱；電力物聯(lián)網(wǎng)；邊緣計(jì)算；智能分析

1 現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)電能表箱設(shè)計(jì)理念單純僅作為電能表的安裝容器使用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)陋、功能單一、且在新形勢(shì)用電形式下使用風(fēng)險(xiǎn)重重。通過(guò)多地市區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研不難發(fā)現(xiàn)，目前電能表箱所用的材料大部分是膠木、塑料、鐵皮殼、不銹鋼材質(zhì)、玻璃鋼材質(zhì)等，各類(lèi)型各廠家的電能表使用了不同的材質(zhì)雖然具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)但在使用過(guò)程中仍表現(xiàn)出了較為一致性的諸多缺陷。如：電能表箱僅作為電能表容器使用功能單一、在用箱體普遍老化嚴(yán)重、安全措施較低、無(wú)地理定位查找位置困難；表箱鎖型號(hào)繁雜并容易生銹、大部分處于損壞狀態(tài)，且損壞后無(wú)法標(biāo)識(shí)記錄處于無(wú)法管控狀態(tài)；箱體老舊破損無(wú)法遠(yuǎn)程判斷，打開(kāi)箱門(mén)無(wú)記錄、無(wú)痕跡、無(wú)報(bào)警，任何人任何時(shí)間可以隨意打開(kāi)，對(duì)于周邊群眾的人身、用電，及工作人員的運(yùn)維造成了較為嚴(yán)重安全風(fēng)險(xiǎn)。

為此，我們提出了設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的交互式可視智能電能表箱的研究方向，力于發(fā)揮電能表箱的輔助功能，賦予電能表箱更多“智慧”。

2 系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)及工作原理

本系統(tǒng)包括箱體、主控模塊、溫濕度煙感檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊、散熱模塊。主控模塊主要由CPU、液晶顯示屏、攝像頭、定時(shí)器、交直流轉(zhuǎn)化電路、485 藍(lán)牙模塊、按鍵電路、指示燈電路、傳感器接入電路及外圍電路組成，如圖1、圖2所示。

圖1 智能電能表箱外觀示意圖

圖2 智能表箱電路結(jié)構(gòu)原理圖

主要有功能如下。

2.1 一鍵可視對(duì)講

貼近服務(wù)，供電公司與用戶(hù)“面對(duì)面”，拉近最后1 m的距離。

2.2 企業(yè)形象宣傳與信息發(fā)布

企業(yè)形象信息宣傳推廣，如網(wǎng)上國(guó)網(wǎng)App、企業(yè)形象展示、電價(jià)政策等；緊急信息發(fā)布，如停電信息發(fā)布、災(zāi)害信息發(fā)布。

2.3 商業(yè)廣告發(fā)布

分屏設(shè)計(jì)，一屏顯示廣告信息，一屏顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。

2.4 信息查詢(xún)

可查詢(xún)歷史月電量、當(dāng)前電量、歷史月交費(fèi)、當(dāng)前余額、欠費(fèi)等信息。

2.5 欠費(fèi)定向提醒催繳功能

當(dāng)表箱內(nèi)某一電能表出現(xiàn)欠費(fèi)情況，屏幕上滾動(dòng)顯示該戶(hù)的表號(hào)、戶(hù)號(hào)、姓名及欠費(fèi)信息，并每隔3 min語(yǔ)音播報(bào)提醒。

2.6 表箱定位功能

登錄手機(jī)App 上可直接定位表箱位置，也可依據(jù)表號(hào)、戶(hù)號(hào)查詢(xún)到對(duì)應(yīng)的電能表在表箱中。

2.7 現(xiàn)場(chǎng)智能管理功能

智能開(kāi)鎖：登錄手機(jī)App，通過(guò)藍(lán)牙加密通道連接表箱后，可控制表箱的門(mén)鎖；開(kāi)關(guān)、閉合自動(dòng)形成記錄并存儲(chǔ)上傳。

抄讀箱內(nèi)各表信息：登錄手機(jī)App，通過(guò)藍(lán)牙加密通道連接表箱后，結(jié)合485 接口可現(xiàn)場(chǎng)抄讀箱內(nèi)各表各種信息，如開(kāi)蓋記錄、停電記錄、歷史月電量、當(dāng)前電壓、電流、電量等信息；可抄讀箱內(nèi)溫度、濕度、煙感等信息；維修后，異常信息可消除；可實(shí)時(shí)監(jiān)控供電質(zhì)量，及時(shí)準(zhǔn)確排除故障，從而提高電能質(zhì)量和供電可靠性。同時(shí)，智能表箱對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)主站對(duì)異常用電進(jìn)行分析，電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算分析實(shí)時(shí)低壓線損，最大限度地降低低壓損耗。

充分考慮了通過(guò)主站云端與電力系統(tǒng)營(yíng)銷(xiāo)管理網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合。通過(guò)系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)各用電故障，為快速解決故障提供了有利條件。

2.8 環(huán)境監(jiān)測(cè)

表箱內(nèi)安裝溫度、濕度、煙感等傳感器，數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，結(jié)合人工智能算法，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算，對(duì)失火、竊電、浸水等各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)提前做出預(yù)警、預(yù)判。

2.9 低功耗設(shè)計(jì)

為了避免擾民以及降低表箱本身的功耗，表箱可設(shè)定定時(shí)（晚上22:00自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，6:00自動(dòng)喚醒）運(yùn)行功能，在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，可一鍵喚醒，無(wú)操作5 min再次進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

2.10 防塵防水以及散熱功能

表箱采用ABS阻燃材料設(shè)計(jì)，具備Ip64級(jí)防塵防水；箱內(nèi)加裝散熱模塊，在溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行。

3 流程簡(jiǎn)要說(shuō)明

系統(tǒng)上電運(yùn)行后，進(jìn)行各模塊的參數(shù)初始化。首先，顯示本地緩存的展示信息；通過(guò)4G 連接主站，間隔5 min，查詢(xún)主站最新須要發(fā)布的信息；通過(guò)傳感器電路實(shí)時(shí)感應(yīng)環(huán)境參數(shù)，感知異常信息主動(dòng)上報(bào)，并點(diǎn)亮故障告警指示燈；等待用戶(hù)按下“一鍵對(duì)講”鍵，啟動(dòng)攝像頭，并通過(guò)主站與臺(tái)區(qū)經(jīng)理實(shí)現(xiàn)視頻對(duì)講；采集戶(hù)表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，檢測(cè)是否有開(kāi)蓋記錄、故障記錄，異常信息通過(guò)主站發(fā)送給臺(tái)區(qū)經(jīng)理；監(jiān)測(cè)藍(lán)牙端口是否有手機(jī)App 接入，驗(yàn)證App 是否非法接入，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)設(shè)置、門(mén)禁開(kāi)閉、故障消除等指令。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備工作溫度，一旦溫度超過(guò)設(shè)定值，自動(dòng)投入散熱模塊降溫，如圖3所示。

圖3 流程圖

4 方案創(chuàng)新點(diǎn)及意義

用電監(jiān)測(cè)、用電異常報(bào)警等現(xiàn)代信息傳感技術(shù)在計(jì)量裝置創(chuàng)新使用，可以結(jié)合人工智能算法，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的用電監(jiān)控。可以精確識(shí)別電能質(zhì)量異常區(qū)域，方便運(yùn)維人員排查。能有效監(jiān)控“惡意竊電”行為，解決現(xiàn)階段竊電手段越發(fā)隱蔽，辦案取證非常困難的問(wèn)題。

人工智能算法、邊緣計(jì)算技術(shù)、信息技術(shù)在計(jì)量裝置上的創(chuàng)新應(yīng)用，可最大限度地優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境，防范因“服務(wù)空白”引發(fā)的投訴和輿情風(fēng)險(xiǎn)。該功能是智能互動(dòng)界面與互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，一方面可滿足客戶(hù)實(shí)時(shí)了解用電信息的需求，例如：歷月電量、賬戶(hù)余額以及電費(fèi)繳費(fèi)等；還可以通過(guò)互動(dòng)界面實(shí)時(shí)了解用電業(yè)務(wù)辦理所需相關(guān)材料，也可以在界面上直接申請(qǐng)用電業(yè)務(wù)，從而達(dá)到“只跑一次”或“一次都不跑”即可辦理全部用電業(yè)務(wù)；它還可以實(shí)時(shí)播報(bào)政府、供電企業(yè)的最新政策，以達(dá)到推廣的實(shí)效；同時(shí)可以實(shí)時(shí)推送檢修、臨時(shí)停電公告，讓客戶(hù)第一時(shí)間了解地區(qū)用電信息，大大減少了人工成本以及客戶(hù)投訴量。

互聯(lián)網(wǎng)+ 信息技術(shù)在計(jì)量裝置上的創(chuàng)新應(yīng)用，可拓展電力營(yíng)銷(xiāo)范圍與空間，將電力產(chǎn)品、商品和服務(wù)送到用戶(hù)手上。通過(guò)互動(dòng)界面向大眾普及電能替代等業(yè)務(wù)，讓用戶(hù)對(duì)電能替代等業(yè)務(wù)有具體印象，并向客戶(hù)推廣節(jié)能產(chǎn)品；通過(guò)與互聯(lián)網(wǎng)后臺(tái)的聯(lián)系，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行用電能耗分析，全方位向客戶(hù)展示用電損耗情況，給予專(zhuān)業(yè)的建議，幫助客戶(hù)減少不必要的支出；在客戶(hù)發(fā)生火災(zāi)、人身危險(xiǎn)時(shí)，可以通過(guò)我們的裝置報(bào)警，與公安系統(tǒng)“一鍵聯(lián)動(dòng)”，在保障客戶(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，也增加了客戶(hù)對(duì)電網(wǎng)企業(yè)的信任、依賴(lài)與好感，這些增值服務(wù)也必然會(huì)為企業(yè)帶來(lái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)收益。

創(chuàng)新應(yīng)用，可最大限度地達(dá)到維護(hù)電力企業(yè)效益、防范安全項(xiàng)目成果的應(yīng)用，可有效提升電力公司的服務(wù)水平，緩解當(dāng)前緊張的供電關(guān)系，有助于供電企業(yè)宣傳相關(guān)政策、法律法規(guī)，有助于電費(fèi)收繳，有助于提升現(xiàn)場(chǎng)管理能力，降低企業(yè)運(yùn)行成本。通過(guò)該智能表箱，還可以理想地解決現(xiàn)今電能表箱的缺陷，顯著提高用電側(cè)表箱及電能表監(jiān)控力度，提高用戶(hù)側(cè)用電管理的反竊電水平與故障監(jiān)測(cè)水平，保證客戶(hù)和操作人員安全，對(duì)優(yōu)化企業(yè)管理、降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)可謂受益良多。