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一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
一、 引言
預(yù)付費(fèi)電能表因?yàn)槠洫?dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢有著較為廣泛的使用。預(yù)付費(fèi)電能表按照使用場合來分可分為兩大類，一類是專用預(yù)付費(fèi)電能表。簡單地講就是一表一卡，即每個用戶單獨(dú)使用一只電表，各個用戶之間不能通用。每個電表只識別一個購電卡，同時每個購電卡也只能在一只電能表上使用。第二類是公用預(yù)付費(fèi)電能表。也就是一卡多表或者講一表多卡。其最大的特點(diǎn)是多個用戶共有一個電表或者一個用戶使用多個電表，并且每個電表對每個用戶進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量收費(fèi)。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表作為預(yù)付費(fèi)電能表的一個分支也在越來越多的場合下使用。公用澆地表（即排灌用表）就是其一個較成功的例子。它不僅解決了收水費(fèi)電費(fèi)難的問題，而且又杜絕了以往固定交多少錢任意用水的嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象，符合社會節(jié)約用水的方針。
二、 使用情況分析
一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表因其特定的使用環(huán)境，使其與專用預(yù)付費(fèi)電能表存在很多差別。
環(huán)境影響惡劣。一表多卡電能表一般安裝在野外露天的環(huán)境，沙塵、潮濕影響特別嚴(yán)重，因此對電表的密封性能有著較高的要求。此外，電表所在環(huán)境的干擾因素也很多，對電表的電磁兼容性能也有特殊的要求。使用頻繁。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表一般均為多個用戶使用，使用的頻率較高。例如，公用脫粒機(jī)用表在秋收農(nóng)忙季節(jié)，每天的使用次數(shù)相當(dāng)多。而在平時幾乎停止使用。其關(guān)鍵部件如卡座等可能是專用預(yù)付費(fèi)表使用次數(shù)的幾百倍。維護(hù)困難。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表的安裝地點(diǎn)分散，給維護(hù)工作帶來很大的不便。用時給電表在抗攻擊和防竊電方面提出了新的要求。由于維護(hù)工作困難，對電表的可靠性和穩(wěn)定性也有著嚴(yán)格的要求。
三、 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
針對上述使用特點(diǎn)，一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表的設(shè)計(jì)上應(yīng)優(yōu)先考慮針對使用的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)時要重點(diǎn)對以下幾點(diǎn)多加考慮。
選用密封性能好的電表結(jié)構(gòu)件，防止?jié)駳?、沙塵的影響。對電表的印刷電路板采三防工藝處理。提高電表對惡劣環(huán)境及天氣的耐受力。關(guān)鍵元器件采用高質(zhì)量的產(chǎn)品。對于易磨損的卡座等器件要使用壽命長的產(chǎn)品品牌，同時卡座上要有防止人為攻擊的措施。如果有可能的話，可選用非接觸卡,如射頻卡，從根本上解決磨損問題。
加強(qiáng)電磁兼容設(shè)計(jì)，提高電表抗干擾的能力。一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表安裝地點(diǎn)一般在變壓器周圍或末端，而且可能有高壓線路經(jīng)過，電磁干擾情況嚴(yán)重。增強(qiáng)容錯措施。強(qiáng)化對異常狀態(tài)的處理，及時對電表及負(fù)載進(jìn)行保護(hù)，防止異常狀態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。由于一表多卡預(yù)付電能表的使用頻率高，出現(xiàn)故障的可能性也相對較高。電能表應(yīng)能在出現(xiàn)異常的情況下保護(hù)故障現(xiàn)場，記錄出現(xiàn)故障時的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以便在調(diào)查故障原因時提供參考。同時電能表還應(yīng)及時轉(zhuǎn)入禁止使用狀態(tài)，強(qiáng)制管理人員維修或更換，防止更大的損失。
四、設(shè)計(jì)實(shí)例
根據(jù)一表多卡預(yù)付電能表的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，下面介紹一種設(shè)計(jì)方案，該方案主要是面向農(nóng)業(yè)排灌用電表而設(shè)計(jì)的，而且目前已經(jīng)在廣大農(nóng)村大量使用，經(jīng)過了實(shí)用考驗(yàn)。圖1是電表的組成框圖。
圖1：方案組成框圖
該方案采用數(shù)據(jù)計(jì)量芯片作為電表的計(jì)量部分，采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MC68HC908JL8作為主處理MCU，采用非接觸卡作為購電卡，整個方案簡單實(shí)用。
本方案的核心是MC68HC908JL8芯片。它是飛思卡爾半導(dǎo)體公司(原摩托羅拉半導(dǎo)體公司)比較成熟的一款單片機(jī)，在電表應(yīng)用上已有先例，如多費(fèi)率電能表等。
MC68HC908JL8不僅配置較好，性能穩(wěn)定可靠，而且價格適中，在電能表價格越來越低的趨勢下，比較適合用于預(yù)付費(fèi)電能表。而且它可以在線編程，對于以后軟件升級，增加功能提供方便的手段。
本方案的計(jì)量部分采用數(shù)字計(jì)量芯片ADE7752。它是美國AD公司的三相數(shù)字計(jì)量芯片，抗干擾好，且計(jì)量準(zhǔn)確穩(wěn)定。
本表采用雙顯示輸出，即采用LED屏加計(jì)度器顯示的模式。計(jì)度器顯示總電量，LED屏顯示剩余電量及其它提示信息。存貯器采用MICROCHIP的24系列EEPROM，保存設(shè)置參數(shù)及運(yùn)行記錄?？刂戚敵霾糠植捎闷胀ɡ^電器，并且有限流保護(hù)。
本方案的一個亮點(diǎn)是采用非接觸卡的方式進(jìn)行工作。由于一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表要頻繁使用，特別時排灌用表更是頻繁地輸電取電，卡座極易磨損，造成接觸不良，影響到電表正常使用。而采用非接觸卡就沒有此類情況發(fā)生。本方案中采用高速射頻卡，讀寫速度相當(dāng)快，避免因抖動造成讀寫不成功的現(xiàn)象。
在硬件上，除了一些特別的保護(hù)措施外，一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表與普通一表一卡預(yù)付費(fèi)電能表沒有什么太大的區(qū)別。而在軟件方面，一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表就有著自己的特色。該方案用作排灌用表的功能有：
• 計(jì)量有功電能并存貯，反向電能單獨(dú)存貯并計(jì)入正向電量
• 輸入電量允許用電，剩余電量為0時禁止用電
• 先插卡輸入電量，再插卡取走剩余電量
• 一表多卡功能，一只電表能夠接受多個用戶的購電卡
• 一卡多表功能，一個用戶的購電卡可以在多個電表上使用
• 劃區(qū)功能，電表可設(shè)定某個區(qū)域的使用范圍，超出范圍的用戶不允許使用電表
• 獨(dú)占工作模式，電表中有用戶剩余電量數(shù)據(jù)時，禁止其它用戶使用，避免用戶之間產(chǎn)生誤會
• 當(dāng)前剩余電量小于報(bào)警門限時，電表發(fā)出聲光報(bào)警
• 當(dāng)負(fù)荷超過限定功率時，斷開繼電器停止供電，保護(hù)負(fù)載設(shè)備及電表
• 延時保護(hù)功能，當(dāng)電表接受用戶電量后，在設(shè)定時間內(nèi)未使用電能，電表將停止供電
• 表記故障報(bào)警功能，可通過介質(zhì)操作解除，故障內(nèi)容可查詢
• 電卡操作成功及失敗提示
• 控制保護(hù)功能，主要包括缺相保護(hù)、低壓保護(hù)、過載保護(hù)等等
• 抗惡意攻擊保護(hù)功能
• 用電記錄功能，電表能記錄最近使用的用戶用電量情況
• 停用功能，當(dāng)電表在某些情況下禁止使用時，如需要維護(hù)或遇到攻擊不能恢復(fù)正常運(yùn)行等情況下，可將電表設(shè)為停用狀態(tài)，不接受任何購電卡，事后可恢復(fù)繼續(xù)使用
五、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表與一表一卡的專用預(yù)付費(fèi)電能表相比，使用范圍及使用數(shù)量上均要小得多，因此及時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)顯得尤為重要。我們根據(jù)客戶的使用情況對農(nóng)業(yè)排灌用電表進(jìn)行了一些總結(jié)，以供參考。
A、管理極為重要。管理包括兩個方面，一個是售電系統(tǒng)的管理，另一個是電表的管理。售電系統(tǒng)的管理包括對售電人員的設(shè)置，口令保護(hù)；對售電程序的規(guī)定及監(jiān)控；對售電時間及售電地點(diǎn)的監(jiān)管；用戶資料的管理等方面。同時要有完備的規(guī)章制度對所有售電相關(guān)的活動進(jìn)行規(guī)范，防止私電、人情電的發(fā)生。對電表的管理要做到檔案齊備，定時巡察，專人管理等。檔案齊備是指對現(xiàn)場使用的電表要有案可查，胸中有數(shù)，防止出現(xiàn)電表不受控狀態(tài)。定時對所有在用電表進(jìn)行巡察，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，降低因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)故障晚而導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大的情況發(fā)生。專人管理是指每個電表均應(yīng)有專人負(fù)責(zé)電表的運(yùn)行維護(hù)工作，保證電表的正常使用。
B、電表的電磁兼容性能要好。電表的計(jì)量不應(yīng)因受到干擾而改變。由于電表的使用環(huán)境相當(dāng)差，電表因受干擾而計(jì)量不準(zhǔn)的現(xiàn)象時有發(fā)生，因而造成了線損大的情況嚴(yán)重。
C、電表環(huán)境適應(yīng)性要強(qiáng)。如澆地表一般安裝在田間地頭的機(jī)井旁邊，塵土、潮濕現(xiàn)象相當(dāng)多，電表不應(yīng)受到環(huán)境影響，并準(zhǔn)確計(jì)量。
D、要具備保護(hù)功能。保護(hù)功能包括電表的自我保護(hù)和對負(fù)載設(shè)備的保護(hù)。
自我保護(hù)一方面指防止惡意攻擊，惡意用電，另一方面是指當(dāng)電表出現(xiàn)故障的情況下及時告警提示并停止繼續(xù)使用，防止故障擴(kuò)大。對負(fù)載設(shè)備的保護(hù)是指當(dāng)電源不正常時停止供電，保護(hù)負(fù)載設(shè)備，防止因此損壞。如排灌用電表后接電機(jī)，當(dāng)缺相或電壓過高、過低時均容易損壞，電表如果能在上述情況下保護(hù)電機(jī)，會減少用戶損失。
六、結(jié)束語
一表多卡預(yù)付費(fèi)電能表由于其能夠在特殊的情況下使用，并且方便供電管理部門和用戶，受到了各方的歡迎。對于供電方，它解決了收費(fèi)難的問題，同時提高了服務(wù)質(zhì)量，制止了亂加價的發(fā)生，促進(jìn)用電營業(yè)走向科學(xué)化、現(xiàn)代化、規(guī)范化管理軌道。對于用戶而言，采用一表多卡電能表使用方便，可根據(jù)自己的需要交費(fèi)購電和使用，減輕了負(fù)擔(dān)，沒有地中間環(huán)節(jié)的收費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了明明白白消費(fèi)。一表多卡預(yù)付費(fèi)電表因其優(yōu)點(diǎn)一定會從農(nóng)業(yè)排灌、農(nóng)業(yè)脫粒走向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)：
[1] GB/T18460-2001 IC卡預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)
[2] Freescale user data sheet 2000.12
[3] 河北省電力公司農(nóng)業(yè)排灌預(yù)付費(fèi)電能表管理加法
[4] 射頻卡使用數(shù)據(jù)手冊
作者簡介：
李文俊，男，高級工程師，南京潤深公司總經(jīng)理，主要從事電表的研制及推廣工作。
南京潤深電子有限公司，南京大校場路5號 210005
