Alacsony feszültségű villamos hálózati viszonylat alapú okos mérő megoldás

1. Tervezési Háttér és Alapvető Pozicionálás​

1. ​Műszaki és Piaci Háttér​
   A számítógépes technológia, a mikroelektronika és a kommunikációs technológia gyors fejlődésével a feszültségű (220V) hálózati viszonylagosan érett technológia lett, és elnyerte a vezetékes mérések területén az irányadó helyzetet. A magasfeszültségű hálózatok esetében a sokféle zavaró tényező és a magas implementációs költségek miatt nem sikerült olyan nagy méretű alkalmazásokat elérni, mint a fibrus vagy a műholdas kommunikáció.
2. ​Rendszer Pozicionálása​
   Ebben a megoldásban kialakított intelligens mérő eszköz a több funkciójú feszültségű hálózati viszonylagos távoli mérések rendszerének alapvető egysége. Együttműködik adat koncentrátorokkal és háttérrendszerekkel, célja a kézi mérések cseréje különböző forgatókönyvekben, például feszültségű lakossági felhasználóknál, nagy fogyasztóknál (fontos felhasználóknál) és átalakítókban, végül a teljes automatizálást és intelligencia elérését a villamos energiamegbeszélés kezelésében.

​II. Intelligens Mérő Eszköz Hardver Tervezése​

1. ​Általános Hardver Architektúra​
   A rendszer hardvere egy mikroprocesszor egységre (MCU) épül, amely támogató modulokkal, mint például őrző, adattárolás, energiahiány észlelése, energiaátalakítás, viszonylagos kommunikáció, megjelenítő egység, relék vezérlése, és mérőenergia ellátása integrálva van. Minden modul együttműködik a mérő stabil és megbízható működésének biztosításához. (Lásd a dokumentum eredeti 1. ábráját a szerkezeti diagramért.)
2. ​Kulcsfontosságú Hardver Modul Részletek​
   | Hardver Modul | Alapvető Komponens / Specifikáció | Fő Funkció |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Vezérlő Egység (MCU) | AT89C2051 mikrokontroller | Adatfeldolgozás (számítás, tárolás); válasz a koncentrátor parancsaira (energiaadat feltöltése, energia be-ki kapcsolása); megjelenítés vezérlése. |
   | Energiaátalakító Kör | AD7755 nagy pontosságú integrált chip| A felhasználó által fogyasztott energia (kW·h) digitális impulzusszá tevése, amit a MCU feldolgozhat; elektronikus mérők egyik alapvető jellemvonása. |
   | Viszonylagos Kommunikációs Modul | - | Kapcsolódik a hálózathoz csatolt körrel; digitális és analóg jelek modulációja és demodulációja kétirányú adatátvitelhez. |
   | Megjelenítő Egység | - | Megjeleníti az energiafogyasztást, időt, használati időszakokat (csúcspont/egyenletes/alsó), díjszabási ráta stb., szoftver által meghajtva. |
   | Relé | - | Fogadja a MCU parancsait; normál működés közben zárva marad, energiamentesítést hajt végre, ha nincs fizetve vagy távoli parancs jön az energiakezelésre. |
   | Adattárolás | 24CoX sorozat tároló chip | Fontos adatok (például energiafogyasztás) tárolása energiahiány esetén; támogatja az energiahiányos megőrzést, hosszú tárolási időt, I2C olvasás/írás módszert használ. |
   | Mérőenergia Ellátás | - | Stabil energiaszolgáltatás minden hardverköröknek, beleértve a MCU-t, a kommunikációs modult, és a megjelenítő egységet. |
   | Energiahiány Észlelése & Őrző | - | Energiahiány észlelése: Az áramfigyelem figyeli, és anomáliák esetén aktiválja az adatvédelmet; őrző: Elkerüli a program lefagyását, és lehetővé teszi a rendszer automatikus újraindítását. |
3. ​Mérő Működési Elmélete​
   • ​Energia Mérése: A felhasználó által fogyasztott energia digitális impulzusszá alakítja az AD7755 chip. A MCU előre beállított paraméterek alapján adott számú impulzust 1 kW·h-nak számít, és ezt a csúcspont, egyenletes, és alsó időszakok szerint összeadja és tárolja.
   • ​Adatinterakció: Az adatkoncentrátor kiad mérésekre vagy vezérlésre vonatkozó parancsokat. A mérő tárolt energiaadatokat feltölti a viszonylagos modullal a hálózaton keresztül. Ha energiamentesítési parancs érkezik, a MCU azonnal irányítja a relét a mentesítés végrehajtásához.
   • ​Kivételes Védelem: Az energiahiány észlelő kör értesíti a MCU-t, hogy gyorsan áthelyezze a fontos adatokat a 24CoX chippbe, ha anomáliát észlel. Az őrző modul kényszeríti a rendszer újraindítását a program hibáinak esetén, garantálva a megbízhatóságot.

​III. Intelligens Mérő Szoftver Tervezése​

1. ​Programozási Módszer és Alapvető Célok​
   Az aszembler nyelv és a C nyelv kombinációját használjuk a programozáshoz, kiegyensúlyozva a program hatékonyságát és a fejlesztés rugalmasságát. Az alapvető célok a mérő függvényeinek automatizálása és intelligencia elérése, minimalizálva a MCU tárhely használatát.
2. ​Fő Program Modulok​
   • ​Adatgyűjtés és Feldolgozás Modul: Gyűjti az energiaimpulzusokat, kiszámítja a teljes felhasználói energiafogyasztást, és statisztikai osztályokat (csúcspont/egyenletes/alsó) szerint osztja be.
   • ​Kommunikációs Interakció Modul: Lehetővé teszi a kétirányú kommunikációt a koncentrátorral, beleértve az óra szinkronizálását, a valós/időszerű/havi energiaadatok feltöltését, és a reléparancsok (például energia be-ki kapcsolása) fogadását és végrehajtását.
   • ​Védelem és Kivételes Kezelés Modul: Integrálja a szoftver őrzőt, a megbízható energiabeillesztést (adatsérülés megelőzése), az energiahiány észlelését, és az adatkezelést, működik a hardverrel a rendszer stabilitásának biztosításához.
   • ​Időszak és Díjszabási Kezelés Modul: Beállítja a több díjszabási alkalmazás időszak szabályait, valós időben meghatározza a jelenlegi időszakot, és alapja a differenciált méréseknek.
   • ​Megjelenítés Vezérlési Modul: Hajtja a megjelenítő egységet, hogy megjelenítse az energiafogyasztást, az időt, a díjszabási ráta, és más információkat, ahogy szükséges, biztosítva intuitív adatmegjelenítést.
3. ​Szoftver Fő Program Folyamata​
   A rendszer indítása után "megbízható energiabeillesztés" meghatározása→paraméterek inicializálása vagy történeti adatok olvasása a meghatározott eredmény alapján→időintervallumok beállítása és a jelenlegi használati időszak meghatározása→ellenőrizze, hogy ez a mérőnap-e, és előkészítse az adatokat→valós időben észlelje az energiahiányt, és indítsa el a védelmet→viszonylagos parancsok észlelése és kommunikációs feldolgozás→időintervallumok újrabeállítása, és a ciklus ismétlődése. (Lásd a dokumentum eredeti 2. ábráját a részletes folyamatért.)

​IV. Távoli Mérések Rendszere és Alkalmazási Prospektus​

1. ​Rendszer Összetétele és Függvényei​
   A teljes távoli mérések rendszere három részből áll:
   • ​Intelligens Mérő: Felelős a terminál mérésekre és parancsvégzésre.
   • ​Adat Koncentrátor: Felelős a köztes adategyesítésre és parancs elosztására.
   • ​Háttér Rendszer Kezelése: Felelős az adatstatisztikáért, elemzésért, vezetékveszteség számításáért, kivételes riasztásért, és jelentés generálásáért.
   A rendszer alapvető függvénya az energia gyűjtés→adatátvitel→statisztikai lekérdezések→vezetékveszteség elemzés→kivételes riasztás→jelentés generálás teljes automatizálása, teljesen helyettesítve a kézi méréseket.
2. ​Előnyök és Prospektus​
   A vezetékes vagy dedikált vonal megoldásokhoz képest, ez a rendszer meglévő hálózatokat használ, alacsonyabb beruházási költségekkel, könnyebb karbantartással, és jelentős potenciállal a széles körű alkalmazásra. Erős technikai alapot ad a jövőbeli intelligens közösségeknek, hogy elérjék a "három mérő távoli továbbítását" (villamos energia, víz, gáz), és tovább integrálható a banki rendszerekkel az automatikus villamos energia díj levonásához, jelentősen növelve a lakosság kényelmét.
3. ​Jövőbeli Kihívások​
   • ​Műszaki Szint: Folyamatos fejlesztés a mérő adatgyűjtési rátáiban (biztosítva a sikeres adatátvitelt) és a relé algoritmusok optimalizálása, hogy javítsa a kommunikációs stabilitást a komplex hálózati környezetben.
   • ​Alkalmazási Szint: Pályázik a villamos energia reform trendjeire, elősegítve a rendszer mélyebb integrációját fejlett kezelési funkciókkal, mint a terhelés szabályozása és az energia-megtakarítás elemzése.