Inteligentno merilno rešenje bazirano na niskonaponskom nosilcu strujnog signala

1. Дизајн на позадината и основна позиција

1. Техничка и тржисна позадина
   Со брзото развивање на компјутерската технологија, микроелектрониката и комуникациската технологија, техниката за пренос по нисконапонски електрични линии (220V) се созрела и зазеле доминантна позиција во областа на автоматски системи за читање на мерачи. На споредба, високонапонските електрични линии, поради многу фактори на интерференција и високи трошоци за имплементација, не го постигнале масивното применување како оптички влакна или сателитска комуникација.
2. Позиција на системот
   Интелигентниот мерач дизајниран во оваа решенија служи како основна јединица на мултифункционален систем за оддалечено читање на мерачи преку нисконапонски електрични линии. Соодветно работи во координација со концентратори на податоци и заднински системи за управување, со цел да замени рачното читање на мерачи во различни сценарија како што се нисконапонски стопанства, големи потрошувачи (кључни корисници) и трансформаторни станции, со цел да се постигне целосна автоматизација и интелигенција во управувањето со електрична енергија.

II. Хардверски дизајн на интелигентниот мерач

1. Общ хардверски архитектура
   Системот е центриран околу микропроцесорска јединица (MCU), интегрирана со поддржаващи модули како што се watchdog, складирање на податоци, детекција на изклучување на стрuja, преобразување на енергија, комуникација преку носител, приказна единица, контрола на релеа и напонска опрема за мерачот. Секој модул се соработува за да осигура стабилна и надежна работа на мерачот. (Видете Дијаграм 1 во оригиналниот документ за структурниот дијаграм.)
2. Детали за клучни хардверски модули
   | Хардверски модул | Костурна компонента / спецификација | Главна функција |
   |---------------------------|--------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
   | Контролна јединица (MCU) | Микроконтролер AT89C2051 | Обработува податоци за мерење (израчување, складирање); одговорува на команди од концентраторот (пренос на податоци за енергија, извршување на вклучување/изключување на енергија); контролира приказ. |
   | Цircuit за преобразување на енергија | Високопрецизен интегриран чип AD7755 | Преобразува потрошена енергија од корисниците (кВ·ч) во цифрови импулси обработливи од MCU; костурна карактеристика на електронски мерачи. |
   | Модул за комуникација преку носител | - | Се поврзува со електричната линија преку куплување на цircuit; модулира и демодулира цифрови и аналогни сигнали за двосмерен пренос на податоци. |
   | Приказна единица | - | Прикажува потрошена енергија, време, периоди на употреба (висок/равен/низок), тарифни ставки итн., под држава на софтвер. |
   | Релеа | - | Прима команди од MCU; останува затворена во нормална работа, извршува изключување на енергија во случај на недоплатени такси или оддалечени команди за управување со енергија. |
   | Складирање на податоци | Сериски чип за складирање 24CoX | Складира критични податоци (напр. потрошена енергија) во време на исцртување на енергија; поддржува зачувување при изключување, долга времетраење и користи метод за читање/пишување I2C. |
   | Напонска опрема за мерачот | - | Осигурува стабилен напон на сите хардверски цircuitи, вклучувајќи MCU, модул за комуникација и приказна единица. |
   | Детекција на изключување на енергија & Watchdog | - | Детекција на изключување на енергија: Мониторира напонот и активира заштита на податоци во случај на аномалии; Watchdog: Спира блокирани програми и овозможува автоматско ресетирање на системот. |
3. Принцип на работа на мерачот
   • Мерење на енергија: Потрошуваната енергија од корисниците се преобразува во цифрови импулси со чипот AD7755. MCU-тот ги брои одреден број на импулси како 1 кВ·ч според предопределени параметри и ги аккумулира и складира според периоди на висок, равен и низок.
   • Интеракција со податоци: Концентраторот на податоци испраќа команди за читање на мерач или контрола. Мерачот пренесува складирани податоци за енергија преку модулот за комуникација преку електричната линија. Ако се прими команда за изключување на енергија, MCU-тот немедну контролира релеата да изврши операција за изключување.
   • Заштита од аномалии: Цircuitот за детекција на изключување на енергија известува MCU-тот да брзо пренесе критични податоци на чипот 24CoX кога се детектираат аномалии на напонот. Модулот watchdog принудително го ресетира системот во случај на грешки во програмата, за да се осигура надежност.

III. Софтверски дизајн на интелигентниот мерач

1. Програмски пристап и главни цели
   Користи се микс од аsemblerski јазик и C јазик за програмирање, балансирајќи ефикасноста на програмата и флексибилноста во развој. Главните цели се да се автоматизира и интелектуализира функционалноста на мерачот, додека се минимизира користењето на просторот за складирање на MCU-тот.
2. Главни програмски модули
   • Модул за собирање и обработка на податоци: Собира енергетски импулси, пресметува тоталната потрошена енергија од корисниците и категоризира статистиките по периоди (висок/равен/низок).
   • Модул за комуникација и интеракција: Овозможува двосмерна комуникација со концентраторот, вклучувајќи синхронизација на часовник, пренос на реални/месечни податоци за енергија и примање и извршување на команди за релеа (напр. контрола на вклучување/изключување на енергија).
   • Модул за заштита и обработка на аномалии: Интегрира софтверски watchdog, надежна детекција на вклучување на енергија (спречување на повреда на податоци), детекција на изключување на енергија и обработка на податоци, работи со хардверот за да се осигура стабилност на системот.
   • Модул за управување со периоди и тарифни ставки: Поставува правила за периоди за многу тарифни применувања, детектира моменталниот период во реално време и дава основа за диференцирано мерење.
   • Модул за контрола на приказ: Држи приказната единица за да прикаже потрошена енергија, време, тарифни ставки и други информации по потреба, осигурувајќи интуитивна визуелизација на податоците.
3. Главен проток на софтверската програма
   После почетокот на системот, се извршува "надежна детекција на вклучување на енергија" → параметрите се иницијализираат или се читаат историски податоци според резултатот од детекцијата → се поставуваат временски интервали и се детектира моменталниот период на употреба → се проверува дали е денот за читање на мерач и се подготвуват податоците → се детектира изключување на енергија во реално време и се активира заштита → се детектираат команди преку носител и се извршува обработка на комуникација → се ресетираат интервали, и циклусот се повторува. (Видете Дијаграм 2 во оригиналниот документ за детален проток.)

IV. Систем за оддалечено мерење и перспективи за применување

1. Состав и функции на системот
   Полната система за оддалечено мерење се состои од три делови:
   • Интелигентен мерач: Одговорен за терминално мерење и извршување на команди.
   • Концентратор на податоци: Одговорен за средна агрегација на податоци и распределба на команди.
   • Заднински систем за управување: Одговорен за статистика на податоци, анализа, пресметка на загуби на линија, известување за аномалии и генерирање на извештаи.
   Костурната функција на системот е да се постигне целосна автоматизација од собирање на енергија → пренос на податоци → статистички пребарувања → анализа на загуби на линија → известување за аномалии → генерирање на извештаи, целосно заменувајќи рачното читање на мерачи.
2. Преѓбеници и перспективи
   Споредно со безжични или специјални линиски решенија, овој систем користи постојечки електрични линии, што овозможува ниски инвестициски трошоци, лесна одржливост и значајен потенцијал за широка употреба. Ложи техничка основа за бидувањето на будучи интелигентни заедници за "оддалечен пренос на три мерачи" (електричество, вода, гас) и може да се дополнително интегрира со банкарски системи за автоматско отстранување на такси за електричество, значајно подобрувајќи удобноста на становите.
3. Будучи предизвици
   • На техничка ниво: Непрекинато подобрување на стапките на превземање на податоци од мерачите (осигурувајќи успешен пренос на податоци) и оптимизација на алгоритми за релеа за подобрување на стабилноста на комуникацијата во комплексни електрични линии.
   • На ниво на применување: Прилагодување на трендовите на реформи во електричниот сектор, продвиго на длабока интеграција на системот со напредни функции за управување како регулација на нагузба и анализа на штедење на енергија.