基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式可視智能電能表箱的設計

王家棟，張 鵬，楊 禛，王浩楠，郝夢飛，張運飛

（國網(wǎng)河南南陽供電公司，河南 南陽 473500）

關鍵字：智能電表箱；電力物聯(lián)網(wǎng)；邊緣計算；智能分析

1 現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)電能表箱設計理念單純僅作為電能表的安裝容器使用，設計簡陋、功能單一、且在新形勢用電形式下使用風險重重。通過多地市區(qū)域的現(xiàn)場調研不難發(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、玻璃鋼材質等，各類型各廠家的電能表使用了不同的材質雖然具有不同的優(yōu)缺點但在使用過程中仍表現(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重、安全措施較低、無地理定位查找位置困難；表箱鎖型號繁雜并容易生銹、大部分處于損壞狀態(tài)，且損壞后無法標識記錄處于無法管控狀態(tài)；箱體老舊破損無法遠程判斷，打開箱門無記錄、無痕跡、無報警，任何人任何時間可以隨意打開，對于周邊群眾的人身、用電，及工作人員的運維造成了較為嚴重安全風險。

為此，我們提出了設計基于物聯(lián)網(wǎng)技術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)組成設計及工作原理

本系統(tǒng)包括箱體、主控模塊、溫濕度煙感檢測模塊、語音模塊、散熱模塊。主控模塊主要由CPU、液晶顯示屏、攝像頭、定時器、交直流轉化電路、485 藍牙模塊、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 智能表箱電路結構原理圖

主要有功能如下。

2.1 一鍵可視對講

貼近服務，供電公司與用戶“面對面”，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)上國網(wǎng)App、企業(yè)形象展示、電價政策等；緊急信息發(fā)布，如停電信息發(fā)布、災害信息發(fā)布。

2.3 商業(yè)廣告發(fā)布

分屏設計，一屏顯示廣告信息，一屏顯示設備運行狀態(tài)信息。

2.4 信息查詢

可查詢歷史月電量、當前電量、歷史月交費、當前余額、欠費等信息。

2.5 欠費定向提醒催繳功能

當表箱內某一電能表出現(xiàn)欠費情況，屏幕上滾動顯示該戶的表號、戶號、姓名及欠費信息，并每隔3 min語音播報提醒。

2.6 表箱定位功能

登錄手機App 上可直接定位表箱位置，也可依據(jù)表號、戶號查詢到對應的電能表在表箱中。

2.7 現(xiàn)場智能管理功能

智能開鎖：登錄手機App，通過藍牙加密通道連接表箱后，可控制表箱的門鎖；開關、閉合自動形成記錄并存儲上傳。

抄讀箱內各表信息：登錄手機App，通過藍牙加密通道連接表箱后，結合485 接口可現(xiàn)場抄讀箱內各表各種信息，如開蓋記錄、停電記錄、歷史月電量、當前電壓、電流、電量等信息；可抄讀箱內溫度、濕度、煙感等信息；維修后，異常信息可消除；可實時監(jiān)控供電質量，及時準確排除故障，從而提高電能質量和供電可靠性。同時，智能表箱對原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)主站對異常用電進行分析，電能質量統(tǒng)計分析，計算分析實時低壓線損，最大限度地降低低壓損耗。

充分考慮了通過主站云端與電力系統(tǒng)營銷管理網(wǎng)絡的緊密結合。通過系統(tǒng)能快速準確地發(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

表箱內安裝溫度、濕度、煙感等傳感器，數(shù)據(jù)可實時傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，結合人工智能算法，實現(xiàn)邊緣計算，對失火、竊電、浸水等各類風險提前做出預警、預判。

2.9 低功耗設計

為了避免擾民以及降低表箱本身的功耗，表箱可設定定時（晚上22:00自動進入待機狀態(tài)，6:00自動喚醒）運行功能，在待機狀態(tài)時，可一鍵喚醒，無操作5 min再次進入待機狀態(tài)。

2.10 防塵防水以及散熱功能

表箱采用ABS阻燃材料設計，具備Ip64級防塵防水；箱內加裝散熱模塊，在溫度超過設定值時自動投入運行。

3 流程簡要說明

系統(tǒng)上電運行后，進行各模塊的參數(shù)初始化。首先，顯示本地緩存的展示信息；通過4G 連接主站，間隔5 min，查詢主站最新須要發(fā)布的信息；通過傳感器電路實時感應環(huán)境參數(shù)，感知異常信息主動上報，并點亮故障告警指示燈；等待用戶按下“一鍵對講”鍵，啟動攝像頭，并通過主站與臺區(qū)經(jīng)理實現(xiàn)視頻對講；采集戶表實時數(shù)據(jù)，檢測是否有開蓋記錄、故障記錄，異常信息通過主站發(fā)送給臺區(qū)經(jīng)理；監(jiān)測藍牙端口是否有手機App 接入，驗證App 是否非法接入，并實現(xiàn)相關參數(shù)設置、門禁開閉、故障消除等指令。在系統(tǒng)運行過程中，實時監(jiān)測設備工作溫度，一旦溫度超過設定值，自動投入散熱模塊降溫，如圖3所示。

圖3 流程圖

4 方案創(chuàng)新點及意義

用電監(jiān)測、用電異常報警等現(xiàn)代信息傳感技術在計量裝置創(chuàng)新使用，可以結合人工智能算法，實現(xiàn)邊緣計算功能，實現(xiàn)更加精細的用電監(jiān)控。可以精確識別電能質量異常區(qū)域，方便運維人員排查。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題。

人工智能算法、邊緣計算技術、信息技術在計量裝置上的創(chuàng)新應用，可最大限度地優(yōu)化營商環(huán)境，防范因“服務空白”引發(fā)的投訴和輿情風險。該功能是智能互動界面與互聯(lián)網(wǎng)云服務平臺有機結合，一方面可滿足客戶實時了解用電信息的需求，例如：歷月電量、賬戶余額以及電費繳費等；還可以通過互動界面實時了解用電業(yè)務辦理所需相關材料，也可以在界面上直接申請用電業(yè)務，從而達到“只跑一次”或“一次都不跑”即可辦理全部用電業(yè)務；它還可以實時播報政府、供電企業(yè)的最新政策，以達到推廣的實效；同時可以實時推送檢修、臨時停電公告，讓客戶第一時間了解地區(qū)用電信息，大大減少了人工成本以及客戶投訴量。

互聯(lián)網(wǎng)+ 信息技術在計量裝置上的創(chuàng)新應用，可拓展電力營銷范圍與空間，將電力產品、商品和服務送到用戶手上。通過互動界面向大眾普及電能替代等業(yè)務，讓用戶對電能替代等業(yè)務有具體印象，并向客戶推廣節(jié)能產品；通過與互聯(lián)網(wǎng)后臺的聯(lián)系，對用戶進行用電能耗分析，全方位向客戶展示用電損耗情況，給予專業(yè)的建議，幫助客戶減少不必要的支出；在客戶發(fā)生火災、人身危險時，可以通過我們的裝置報警，與公安系統(tǒng)“一鍵聯(lián)動”，在保障客戶生命財產安全的同時，也增加了客戶對電網(wǎng)企業(yè)的信任、依賴與好感，這些增值服務也必然會為企業(yè)帶來相應的經(jīng)濟收益。

創(chuàng)新應用，可最大限度地達到維護電力企業(yè)效益、防范安全項目成果的應用，可有效提升電力公司的服務水平，緩解當前緊張的供電關系，有助于供電企業(yè)宣傳相關政策、法律法規(guī)，有助于電費收繳，有助于提升現(xiàn)場管理能力，降低企業(yè)運行成本。通過該智能表箱，還可以理想地解決現(xiàn)今電能表箱的缺陷，顯著提高用電側表箱及電能表監(jiān)控力度，提高用戶側用電管理的反竊電水平與故障監(jiān)測水平，保證客戶和操作人員安全，對優(yōu)化企業(yè)管理、降低運行風險可謂受益良多。