在科學(xué)生產(chǎn)力快速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化在各方面的應(yīng)用已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新趨勢(shì)。中山供電局面對(duì)管理龐大的低壓用戶，若繼續(xù)采用通過(guò)IC卡等介質(zhì)讀取電表數(shù)據(jù)，不僅人工成本大、效率低，而且出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)高、不利于營(yíng)銷管理及當(dāng)下分時(shí)電價(jià)、預(yù)支電費(fèi)等先進(jìn)模式的發(fā)展，有必要推廣無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)電能表使人員從過(guò)去繁瑣的低壓管理收費(fèi)工作中解放出來(lái)，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。 
　　一、推廣使用預(yù)付費(fèi)電能表的必要性 
　　（一）確保電費(fèi)回收是供電企業(yè)營(yíng)銷的首要任務(wù)。客戶電費(fèi)回收，是供電企業(yè)營(yíng)銷的重中之重。在租戶或信譽(yù)度較低的客戶中采取預(yù)購(gòu)電的方式能有效降低回收風(fēng)險(xiǎn)。 
　　（二）豐富交費(fèi)方式,客戶可以根據(jù)用電需求預(yù)購(gòu)電量，不必像過(guò)去一樣每月按合同約定的固定電量繳交預(yù)付電費(fèi)，減少資金積壓，方便省時(shí)。 
　　（三）規(guī)避政策風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)調(diào)整電價(jià)時(shí)，管理者可對(duì)剩余電量進(jìn)行折算重新下發(fā)，避免了供電企業(yè)或客戶的損失。 
　　（四）目前對(duì)欠費(fèi)客戶采取限電或停電措施，在用戶側(cè)安裝預(yù)購(gòu)電裝置的方式投資大且工作任務(wù)繁重。 
　　（五）在營(yíng)銷系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)和需求側(cè)決策管理與分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不增加硬件設(shè)備投資，實(shí)現(xiàn)預(yù)購(gòu)電功能及對(duì)預(yù)付費(fèi)電能表遠(yuǎn)程抄控的研究具有一定的必要性。 
　　二、傳統(tǒng)卡式預(yù)付費(fèi)存在的缺點(diǎn) 
　　卡式預(yù)購(gòu)電系統(tǒng)解決了收費(fèi)難的問(wèn)題，但還存在以下缺點(diǎn)： 
　　（一）用電數(shù)據(jù)的采集不夠及時(shí)。若不派人上門抄表，則只有當(dāng)用戶購(gòu)電時(shí)，才能將用戶的用電情況傳輸上來(lái)，數(shù)據(jù)存在滯后性，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際用電量的統(tǒng)計(jì)和線損計(jì)算。 
　　（二）當(dāng)根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策調(diào)整電價(jià)時(shí)，對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，雖然可以采用限制囤積電量等方式，但調(diào)價(jià)后仍采用預(yù)售的電價(jià)結(jié)算，會(huì)對(duì)供電企業(yè)或客戶造成一定的損失。 
　　（三）無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，出現(xiàn)問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，一旦發(fā)生用電計(jì)量差錯(cuò)，容易造成供電方與用電方的電費(fèi)結(jié)算糾紛。 
　　三、無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)的原理 
　　（一）無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)的基本概念 
　　與傳統(tǒng)的有卡式預(yù)購(gòu)電或后付費(fèi)不同，無(wú)卡式預(yù)購(gòu)電方式，可由客戶選擇合適的付費(fèi)方式，同時(shí)還具有自動(dòng)抄表功能。無(wú)卡式預(yù)購(gòu)電將自動(dòng)抄表和預(yù)購(gòu)電的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合，具有豐富的應(yīng)用功能和靈活性，能有效解決單獨(dú)的預(yù)購(gòu)電所存在的缺點(diǎn)。 
　　（二）無(wú)卡式購(gòu)電系統(tǒng)構(gòu)成原理圖 
　　圖1中，整個(gè)無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)流程主要由營(yíng)銷系統(tǒng)、計(jì)量一體化平臺(tái)、主站前置機(jī)、集中器、采集終端、預(yù)購(gòu)電電能表等組成。營(yíng)銷主站通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以加密方式與銀行聯(lián)網(wǎng)，然后通過(guò)WebServices接口經(jīng)過(guò)計(jì)量自動(dòng)化平臺(tái)及主站前置機(jī)進(jìn)行指令數(shù)據(jù)收發(fā),而后主站前置機(jī)通過(guò)移動(dòng)公司專用網(wǎng)絡(luò)（GPRS/CDMA信道）與系統(tǒng)終端集中器通信，主站系統(tǒng)將加密的預(yù)付電費(fèi)數(shù)據(jù)下發(fā)至集中器，集中器通過(guò)電力線載波到采集終端將數(shù)據(jù)傳送到RS485電能表或直接通過(guò)電力線載波將數(shù)據(jù)直接傳送至載波電能表讀取密鑰，然后集中器通過(guò)密鑰進(jìn)行加密發(fā)送購(gòu)電數(shù)據(jù)到電能表，電能表接收由主站下發(fā)的預(yù)付電費(fèi)數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)加密算法解釋并判斷所收到數(shù)據(jù)是否為合法數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的操作或返回相關(guān)數(shù)據(jù)，主站下發(fā)的指令數(shù)據(jù)可以是充值金額或?qū)﹄娔鼙磉h(yuǎn)程控制等，該系統(tǒng)有別于一般的IC卡預(yù)購(gòu)電系統(tǒng)，IC卡預(yù)購(gòu)電電表充值跟開(kāi)通都必需通IC卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。 
　　 
　　圖1 無(wú)卡式購(gòu)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 
　　集中器下行通信信道可選擇電力線載波方式（Power Line Carrier Method），微功率無(wú)線射頻方式或?qū)＞€方式連接采集終端或者無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)電能表，采集終端下行信道以RS485通信方式連接具有RS485通信接口的預(yù)付費(fèi)電能表。 
　　四、無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)硬件設(shè)備 
　　（一）預(yù)付費(fèi)電能表 
　　預(yù)付費(fèi)電能表是本系統(tǒng)的重要的組成部分之一，它是一個(gè)直接面對(duì)最終客戶的終端設(shè)備。 
　　1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大。電能表終端直接進(jìn)行計(jì)量、統(tǒng)計(jì)用戶多項(xiàng)用電信息，如電量的小時(shí)凍結(jié)數(shù)、日凍結(jié)數(shù)、月凍結(jié)數(shù)，用戶購(gòu)電記錄日志信息，透支記錄日志信息信息，用戶可以通過(guò)電能表終端可以直接了解到自己最近一個(gè)收費(fèi)周期的用電量信息，免除了用戶到結(jié)算時(shí)才知道自身用電情況的出現(xiàn)。 
　　2、數(shù)據(jù)傳輸可靠性強(qiáng)。每個(gè)無(wú)卡式電能表終端內(nèi)部具有一個(gè)密鑰計(jì)算方式，對(duì)重要的用電信息操作時(shí)需要多次的通信握手才能進(jìn)行，并且使用可靠的加密算法對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，提高系統(tǒng)的安全性，可靠性。 
　　3、功能設(shè)置人性化。電能表可以根據(jù)每個(gè)居民用戶的用電狀況的不同在營(yíng)銷系統(tǒng)的配合下，用戶可以自行設(shè)置剩余電量的報(bào)警閾值，當(dāng)剩余電量少于設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)短信平臺(tái)系統(tǒng)可以直接及時(shí)地通知用戶。 
　　（二）集中器 
　　在集中器原本功能的基礎(chǔ)上增加了對(duì)電能表的電量下發(fā)，剩余電量查詢、報(bào)警等功能滿足無(wú)卡式預(yù)購(gòu)電系統(tǒng)的功能需求，同時(shí)滿足《DL/T698-1997低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件》及《廣東電網(wǎng)公司低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)集中器上行通訊規(guī)約（1003版）》的要求。 
　　1、通信性能可靠、穩(wěn)定。集中器通過(guò)對(duì)由主站發(fā)出的GPRS信號(hào)進(jìn)行接收、處理，并通過(guò)載波通道或者是485通道對(duì)下屬的電能表的電量信息進(jìn)行抄讀、參數(shù)下發(fā)等功能，在傳輸?shù)倪^(guò)程中對(duì)重要信息進(jìn)行加密處理，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與安全性。 
　　2、對(duì)用電信息進(jìn)行有效監(jiān)控。集中器對(duì)各個(gè)電能表終端的電量信息進(jìn)行定時(shí)監(jiān)控，對(duì)重要信息進(jìn)行多次比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)用戶剩余的用電量不足時(shí)，會(huì)以報(bào)警信息的形式上報(bào)到后臺(tái)主站，配合營(yíng)銷系統(tǒng)進(jìn)行催繳工作。這樣可以減輕了一線營(yíng)銷員工的工作強(qiáng)度，并有效降低了電費(fèi)回收風(fēng)險(xiǎn)。 
　　五、無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)電能表總體設(shè)計(jì) 
　　（一）硬件設(shè)計(jì) 
　　無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)電能表的硬件設(shè)計(jì)如圖3所示，硬件部分主要包括微控制器、電能計(jì)量、LCD顯示、磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)、通信接口和電源模塊。現(xiàn)將主要的幾部分作一些簡(jiǎn)要介紹。 
　　
　　 
　　圖2 預(yù)付費(fèi)電能表硬件設(shè)計(jì) 
　　電能計(jì)量部分：在本設(shè)計(jì)中，選用Analog Devices公司的高性能單相電能計(jì)量芯片ADE7755，用這一計(jì)量芯片設(shè)計(jì)的電能表質(zhì)量可靠，性能優(yōu)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC10356中的規(guī)范。 
　　控制部分：為整個(gè)電表能的心臟，實(shí)現(xiàn)電能脈沖的計(jì)數(shù)、掉電信號(hào)、數(shù)據(jù)通信、存儲(chǔ)器的讀寫、LCD顯示的控制和磁保持繼電器的驅(qū)動(dòng)等功能。 
　　上行通信模塊：在本設(shè)計(jì)中，電能表除了RS485通信口外，還包括負(fù)責(zé)與集中器通信的上行通信模塊，模塊的通信方式可選電力線載波或者微功率無(wú)線。 
　　（二）軟件設(shè)計(jì) 
　　系統(tǒng)上電后，首先要進(jìn)行初始化，初始化包括微處理器的特殊功能寄存器的設(shè)置，時(shí)鐘/定時(shí)器參數(shù)的設(shè)置，中斷的設(shè)置，隨后讀取EERPOM的數(shù)據(jù)。 
　　電表內(nèi)部中斷負(fù)責(zé)電量的記錄。當(dāng)有電量脈沖到來(lái)時(shí)，中斷服務(wù)程序?qū)﹄娏考拇嫫骷?，隨后退出中斷，在主程序循環(huán)完成電計(jì)量功能。程序每0.5秒對(duì)剩余電量進(jìn)行判斷，如果小于零則置欠費(fèi)標(biāo)志，LCD及LED告警；如果大于零，判斷剩余電量是否少于設(shè)定的告警閾值，少于設(shè)定閾值置低剩余電量標(biāo)志，LED告警，如果大于設(shè)定閾值則繼續(xù)處理計(jì)量數(shù)據(jù)。 
　　六、結(jié)束語(yǔ) 

　　無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)電能表主要針對(duì)已接入低壓集中抄表系統(tǒng)的低壓用戶，以系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)監(jiān)測(cè)用電戶的用電量，復(fù)核用電戶預(yù)存電費(fèi)的結(jié)余，并對(duì)低結(jié)余、零結(jié)余或負(fù)結(jié)余的用電戶進(jìn)行提醒、警告或停電等措施。在推廣使用智能電能表工作中，可借鑒推廣使用無(wú)卡式預(yù)付費(fèi)電能表的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)避推廣使用傳統(tǒng)的卡式預(yù)付費(fèi)電能表所遇到的問(wèn)題和困難。應(yīng)加強(qiáng)客戶宣傳、技術(shù)培訓(xùn)、業(yè)務(wù)管理等工作，從而在有序推進(jìn)智能電能表應(yīng)用的同時(shí)，有效提升供電企業(yè)優(yōu)質(zhì)服務(wù)的良好形象。