一种智能用电管理装置的研发
2016年8月22日 16:52 作者:李嘉鸿李嘉鸿
（汕头广播电视大学，广东汕头，515000）
摘要：一种智能用电管理装置，该装置分别与电力通信网络上的用电互动终端、用电设备和智能电表连接，该装置包括：网络通信单元，智能控制单元，用电采集单元，数据检测处理单元，利用网络通信单元，智能控制单元，用电采集单元，数据检测处理单元结合的构造，实现独立于用电设备使用，还可实时对用电信息进行监测采集和数据监测处理，从而提高了智能用电管理装置实时用电监测的性价比，实现用电安全监控管理功能。该装置已获得国家实用新型专利（专利名称：一种智能用电管理装置，专利号：201520825392.5）。
关键词：互动终端；RS485 ；G24
Research and development of an intelligent power management device
Li Jiahong
(Shantou radio and Television University,Shantou,Guangdong,515000)
Abstract ：This article is about a smart electricity consumption management device,which is linked to the electricity interactive terminal,the electricity equipment and smart electricity meter on the electric power communication network.This device includes a network communication unit,a smart control unit,an electricity sampling unit and a data detecting and processing unit.With the combination of all these units, this device is able to work independently of electric equipment,while in real time supervising and sampling electricity consumption information, and monitoring and processing data.Therefore,the device has improved the cost efficiency of the smart electricity management for real time electricity consumption monitoring, implementing the function of electricity safety monitoring management. This device has obtained the national utility models patent.( Patent name ：smart electricity consumption management device,Patent Number: 201520825392.5)
Keywords ：interactive terminal ；RS485 ；G24
1 研发背景
近年来，随着各种先进技术在电网中的广泛应用，智能化已经成为电网发展的必然趋势，智能用电技术涵盖了高速实时通信、智能控制、智能电表、智能采集、双向交互、需方响应等多方面的技术，智能用电管理主要包括：智能采集的自动抄表；双向交互、需方响应的智能家居控制；智能采集、双向交互、需方响应的智能用电管理等。
目前，现有的用电管理装置无非是为控制而进行远程控制，或者只服务于用电信息查询，而应用于实时监控的智能用电装置，网络通信流量资费高，传输速度和可靠性低，采用无资费的网络通信，其网络管理困难、组网通信设备投资庞大。采用有资费的网络通信，通信资费随通信流量的增加而增加，以一条网络通信线路配置24 只智能电表、实时监控时间精确到15 分钟计算，通信线路上每48 秒最少有一条通信数据帧，而实际应用中每个台区只使用一条通信线路，造成实时监控时，网络通信流量很大，降低了传输速度和可靠性。现有的用电设备没有统一的通信协议、支持的功能指令各不相同，因此现有的智能用电管理只固化能够与特定用电设备通信的协议解析程序，没有独立于用电设备的用电管理装置，给接入用电设备、功能扩展带来制约，上述因素造成现有的智能用电管理受制于用电设备等缺点。
2 解决方案
本装置所要解决的技术问题是提供一种独立于用电设备的智能用电管理装置，它能克服网络通信问题，实时监测采集用电信息和数据监测处理，从而解决现有用电管理装置的缺点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案是：
一种智能用电管理装置，该装置分别与电力通信网络上的用电互动终端、用电设备和智能电表连接，该装置包括：网络通信单元，智能控制单元，用电采集单元，数据检测处理单元，所述网络通信单元设有有线通讯模块和/ 或无线通讯模块，网络通信单元还设有数据传输端，其数据传输端与设在数据检测处理单元上的功能指令输入端相连接，数据检测处理单元分别控制连接智能控制单元和用电采集单元。
作为优选的技术方案，所述的有线通讯模块为RS485 接口模块，所述的无线通讯模块为GSM 模块、GPRS 模块与WIFI 模块中的任意一种或多种的组合。智能控制单元为ISP 接口模块，ISP 接口模块与ISP 转换G24 信号模块连接。
通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：
与现有技术相比，本装置利用网络通信单元，智能控制单元，用电采集单元，数据检测处理单元结合的结构，实现独立于用电设备使用，还可实时对用电信息进行监测采集和数据监测处理，
本项目是2015 年度广东远程开放教育科研基金项目资助。项目名称：学校智能用电管理系统研发及应用，项目编号:yz1509。43
理论与算法
2016.10
从而提高了智能用电管理装置实时用电监测的性价比，实现用电安全监控管理功能。
3 装置实施方式及工作原理
3.1 装置工作原理图解
图1 智能用电管理装置工作原理示意图；
图中：1、智能用电管理装置；2、电力通信网络；3、用电设备；4、智能电表；101、网络通信单元；102、智能控制单元； 103、用电采集单元；104、数据检测处理单元；105、有线通讯模块；106、无线通讯模块；107、数据传输端；108 功能指令输入端； 201、用电互动终端。
3.2 实施方式
如图1 所示，智能用电管理装置，包括：
一种智能用电管理装置，该装置1 分别与电力通信网络2 的用电互动终端201、用电设备3 和智能电表4 连接，该装置1 包括：网络通信单元101，智能控制单元102，用电采集单元103，数据检测处理单元104，数据检测处理单元104 上设有数据处理规约表用于存取功能指令的相关信息，网络通信单元101 设有有线通讯模块105 和/ 或无线通讯模块106，网络通信单元101 还设有数据传输端107，数据传输端107 与设在数据检测处理单元104 上的功能指令输入端108 相连接，数据检测处理单元104 分别控制连接智能控制单元102 和用电采集单元103。有线通讯模块105 为RS485 接口模块，无线通讯模块106 为GSM 模块、GPRS 模块与WIFI 模块中的任意一种或多种的组合，智能控制单元102 为ISP 接口模块，ISP 接口模块与ISP 转换G24 信号模块连接。
当使用智能用电管理装置1 时，将网络通信单元101 上的GPRS 模块以无线形式接入电力通信网络2 的用电互动终端201，用电采集单元103 通过RS485 接口模块连接智能电表4，智能控制单元102 通过ISP 转换G24 信号模块连接与智能插座、智能开关等用电设备3 连接即可。
3.3 智能用电管理装置工作原理
如图1 所示，智能用电管理装置1 上的网络通信单元101 从电力通信网络2 的用电互动终端201 接收到通信数据帧后，将通信数据帧传送给数据检测处理单元104，数据检测处理单元104 将所需的所有功能指令（如实时监测用电量、采集月冻结用电量、阶段冻结用电量、日冻结用电量等功能指令）分解为固定字节和可变字节，以记录形式把固定字节、合成规约、抽取规约、接口编号固化在数据检测处理单元104 上的数据处理规约表中，并分配存取记录对应的识别码。功能指令是指装置与用电设备进行交互的数据帧；固定字节是指功能指令中固定不变的所有字节；合成规约是指把固定字节和可变字节还原为功能指令的规约（包括：可变字节的字节长度小于功能指令规定时的填补字节、固定字节和可变字节的合成排列顺序）；可变字节是指功能指令中用电设备编号、校验码等变化字节，来源于电力通信网络2 的通信数据帧；提取规约是指智能用电管理装置1 接收到用电设备3 的应答数据帧，从应答数据帧中抽取有效数据的规约（包括有效数据在应答数据帧中的起始位置和长度）；接口编号作用于区分功能指令的交互单元为智能控制单元102 还是为用电采集单元103，然后读取通信数据帧中的识别码，判断识别码：如果是数据检测处理单元104 中配置功能指令的默认识别码，读取通信数据帧中的固定字节、合成规约、提取规约，分配识别码，以记录形式把识别码、固定字节、合成规约、提取规约固化在数据检测处理单元104 上的数据处理规约表，通过网络通信单元101 反馈识别码；如果是应用功能指令的识别码，读取通信数据帧中的识别码、可变字节、执行频率； 根据识别码读取存储在数据检测处理单元104 中的固定字节、合成规约、提取规约；接口编号；根据合成规约把固定字节和可变字节还原为功能指令；根据执行频率，定时把还原的功能指令发送到智能控制单元102 控制用电设备3 或用电采集单元103 采集智能电表4 信息；如果判断为重复发送功能指令的结束条件：接收到相同的功能指令或时间于超出0 点，则退出操作。
智能用电管理装置1 通过网络通信单元101 接收用电设备3 总线或智能电表4 总线的应答数据帧，根据提取规约提取应答数据帧中的有效数据；把用电设备3 编码、识别码、有效数据、执行次序编制成通信数据帧，执行次序是指智能用电管理装置1 定时向用电设备3 发送功能指令的次序, 通过网络通信单元101 发送通信数据帧到用电力通信网络2 的电互动终端201。
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