计量班组现场工作智能数据采集及检测移动终端设计

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第28期   作者:蒋敬鹤
[导读] 摘要:经过近几年的统计及现场核查情况,由于计量设备的增加及设备的老化,导致电能表故障发生率逐年增高,如果处理发现不及时会给企业带来直接经济损失。
        (广东电网有限责任公司东莞供电局  广东东莞  523000)
        摘要:经过近几年的统计及现场核查情况,由于计量设备的增加及设备的老化,导致电能表故障发生率逐年增高,如果处理发现不及时会给企业带来直接经济损失。全国电网公司各计量管理部门也普遍存在同样的情况。
        关键词:移动终端  计量数据  数据采集
        1、引言
        随着我局计量设备的智能化水平的不断完善,智能化覆盖比率逐年提高。现场计量设备种类、厂家、型号也大量增加,其中电表厂家近20家,电表型号30余种,这样的局面对我们计量中心现场工作人员技术水平也提出了跟高的要求,现场工作人员需要熟悉全部设备的功能、操作、运用、故障排查等知识。而各厂家的设备功能又存在各种差异,往往在实际工作中存在无法独立解决问题的情况,经常需要厂家到现场提供技术服务,面对大量的维护工作由此也造成厂家对系统及设备维修、维护疲于应付,无法实现第一时间解决问题的情况经常发生。现场工作效率有大量提高的潜力。
        计量班组现场工作智能数据采集项目主要是提高一线员工的技术水平,采用智能化设备采集数据、判断设备运行情况。减少一线员工误操作、误判断。提高一次现场解决问题的比率及工作效率。
        2、功能需求
        2.1采集全部电表的电量数据
        通过一种智能设备采集目前我局现场的全部电表设备的电量数据,员工在现场工作前后通过该设备采集电量数据,并保全数据,避免手工抄数的误读、漏读。提高工作效率。并且可以对整个变电站电表数据的批量采集和一对一采集。
        2.2现场智能判断设备故障
        通过该智能设备实现电表故障的智能判断,避免人工误判。在现场工作前后通过智能检测,判断设备存在故障的类型,并采集回电表设备的运行参数,比如电压、电流、功率、功率因数等数据,确定电表运行是否正常。做到一次服务一次解决问题。
        2.3电能表对时功能
        实现现场电表对时功能,可以设置进口和国产全部主流电能表时钟,保证在远程不能校时时,最后现场最终解决。一个设备解决全部电能表校时问题。
        计量班组现场工作智能数据采集。
        3、总体设计思路
        3.1功能架构图
 
        3.2系统拓扑结构图
 
        4、硬件设计(多串口技术)
        本项目研发的数据采集终端,是基于现在主流的android操作系统,android操作系统以其开放的开发方式,吸引多家厂商参与其芯片的开发,所以有效降低了整机成本,并可以给用户提供更丰富的应用。这样我们既可以有强大的功能,又可以达到相对低廉的价格。另外,android作为开放的系统,也非常适合客户做二次开发。
        终端采用核心板+底板的模式。核心板采用高密度6层板设计,采用AMR9处理器,集成了DDR4 RAM、SLC NAND Flash等,采用4000mAh大容量锂聚合物电池,待机时间超过15天时,可持续使用12个小时以上。实现CPU必需的各种核心电压转换,还带有专业复位芯片,通过2.0mm间距的排针,引出各种常见的接口资源,构成了一个独立的最小系统。产品采用14英寸IPS电容触控屏幕,操作流畅、显示清晰,液晶面板触摸方式便于操作,底板采用双层电路板,引出了采集器需要的各种接口,包括核心板接口、LCD接口、USB接口、SD卡接口、通信接口等。通过多串口技术、多规约技术对电表进行数据采集和故障数据采集。数据采集方式采用远红外、近红外、RS232、RS485、摄像等各类方式;融合了常见的各类数据传输方式,可实现数据远程传输功能。
        通过以上硬件设计实现终端的核心控制、数据存储、电源管理、人机交互以及通信接口等模块功能。
        5、软件设计(多通讯规约技术)
        该设备需要在windows系统下把以上规约一起集成到多个串口输出。做到串口与规约相实用。
        针对中国市场上使用的全部电表:
        ◆兰吉尔:D表、Q表、H表 等型号(IEC1107规约、DLMS规约)
        ◆ABB(埃尔斯特): A1600  A1350、A1800等型号(IEC1107规约、ALPHA规约、ANSI规约)
        ◆国产电表:威胜、华隆、三星、华立、浩宁达、科陆、龙电、紅相等(国标DLT645-2007规约、国标DLT645-1997规约、威胜规约等)
        ◆爱拓利:SL7000 等型号
        6、数据库设计
        使用开源的嵌入式数据库SQLite管理数据。SQLite占用存储器空间较少,使用简单,运行效率较高,即使在系统崩溃或断电时,也能确保数据的完整性和有效性,符合终端的工作要求。因此在本项目开发中选用SQLite数据库实现数据的管理操作。
        移动端连接PC服务器数据库,因为android端使用的是sqlite数据库,PC侧使用的是sq/server数据库,两者不能直接通讯,需要一个中间的webservice来传递数据,android用http协议访问webservice,然后让webservice通过JDBC访问sqlserver。
        终端数据库主要用于记录3类信息:一是能源计量仪表信息,二是能耗数据信息,三是终端的设置信息。
        (1)能源计量仪表信息的管理:通过设计“能源计量仪表信息表”来记录终端管理的能源计量仪表信息,主要包括:能源计量仪表的名称和编号、类型、网络地址以及最大测量值、精度等参数。
        (2)能耗数据信息的管理:通过对终端管理的每一台能源计量仪表分别设计实时能耗数据表、间隔时间能耗数据表、每日耗能数据表、每月耗能数据表来记录能耗数据信息。
        实时能耗数据表:用于记录终端每隔1个采集周期(比如:5分钟)读到的能源计量仪表在该时刻的表头数值,该表的内容包括:采集时刻、能耗值、累计采样次数等。
        间隔时间能耗数据表、每日耗能数据表、每月耗能数据表用于记录根据能源计量仪表的实时数据进行计算获得的一段时间内的累计能耗值。
        间隔时间能耗数据表:用于记录一个间隔时间段内(比如:1小时)的累计能耗值,该表的内容包括:记录时刻、能耗值等。
        每日耗能数据表:用于记录当日内的累计能耗值,该表的内容包括:记录日期、能耗值等。
        每月耗能数据表:用于记录当月的累计能耗值,内容包括:记录日期、能耗值等。
        (3)终端设置信息管理:通过设计“终端参数信息表”和“操作人员信息表”来记录终端的设置参数。
        终端参数信息表:用于记录终端参照GB/T 29873-2013的要求设置的必要参数以及能源数据平台的服务器地址、端口地址等配置信息。
        操作人员信息表:用于记录操作人员用户名、密码、权限等信息。
        7、系统主要模块说明及功能
        电表运行检测模块。该功能模块包括:电表失压检测、电表失流检测、电表相序检测、电表故障码检测、电表电压电流相角测试、电流不平衡检查。
        电能表对时模块。改模块包括:远红外对时、、光点头对时、RS485对时。
        RS485通讯故障测试模块。该模块包括:测试电能表RS485通讯接口故障、探测电表已设波特率、探测电表485通讯线路故障。
        8、数据交换方式
        移动终端现场校验子系统:通过蓝牙/串口通讯实现移动终端与服务器工作站间的任务数据下装和校验数据上传,采用红外/蓝牙模块或串口实现移动终端与电表及校表仪之间数据采集与通信。
        9、应用前景
        提高员工的工作能力和工作效率,优化人力资源,减少员工工作中的人为失误。现场工作员工通过该智能设备可以智能采集电表各种数据,避免人工抄读,提高抄读时间和抄读数据准确性,提供工作效率。一般员工只要通过简单操作,就能测试全部电表设备运行的状态,提高员工发现问题、解决问题的能力。通过智能设备读取数据、判断故障、拍录数据的保存,确定员工在现场工作中是否存在操作错误情况,提高员工工作水平。
        增强计量计费的准确性、提高计量设备的使用效率、减少工作中的交通等内部消耗。通过该智能设备可以及时发现计量设备运行是否正常,做到早发现问题、早解决问题,减少供电部门损失。保证正确排查计量设备的故障情况,不会出现正常设备误判的事件,提高设备的运行效率,避免无效工作。可以保证有故障一次发现、一次解决,不用重复多次去现场处理,减少交通费用等内部消耗。
        10、结语
        随着全国计量设备智能化水平的不断完善,智能化覆盖比率逐年提高。为此,开发一套可随身携带、方便智能的现场数据采集机,该设备可在去现场工作的同时完成对电能表所有数据的采集,由于此设备具备各项规约所以应用范围广,不仅我们本部门可用,还可以向各兄弟单位全面推广。
        参考文献
        [1]赵亮,张吉礼,梁若冰.建筑能耗数据采集与传输系统设计及实现[J].建筑科学,2013,04:49-52.
        [2]刘畅.公共建筑能耗数据采集器基本性能的研究与改进[D].山东建筑大学,2012.
        [3]GB/T 29873-2013,能源计量数据公共平台数据传输协议[S].
        [4]GB/T 29871-2013,能源计量仪表通用数据接口技术协议[S].
        [5]智能数据采集终端的数据处理与分析软件实现 魏征.
        项目名称:计量班组现场工作智能数据采集及检测移动终端
        项目编号:031900KK52180071
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