预付费IC卡智能电表系统在家属院供电系统改造中的应用

牛彩霞

（甘肃新闻广播电影电视局，甘肃 兰州 730000）

0 引言

省广电局家属院居民用电的收费,过去一直是采用人工上门抄表、按户收费的方式，工作量大、手续繁琐、电费收缴困难，而且由于线路及机械电度表年久老化，供电质量计量也不准确。为了改变这种现状，在2012年底，完成了对局家属院供电线路的改造工程；完成了将IC卡智能电表技术应用到电能计量中，用预付费智能IC卡电度表代替原有的机械电度表的改造工程，实现了家属院用电一户一表的分户计量；同时，对局大院内局属各部门和其他单位的用电进行分别计量、整合管理，达到了用电科学计量管理、合理收费，加强了局大院办公用电及家属院居民用电管理和用电安全。

1 IC卡智能电表的简介

1.1 智能电表的定义

所谓智能电表是集计量技术、自动化技术、通讯技术于一体的以智能芯片(如CPU)为核心，具有电功率计量、计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。

1.2 IC卡的介绍

传统的电能计量方式中,一般是用户先用电,再由供电管理部门上门抄表,用户再付费。所谓预付费是指用户“先付款,后用电”,符合一般商品的消费特点。因此,必须有一种媒介把购买的电量送入电度表内,这种媒介就是IC卡。IC卡又称为集成电路卡,是一种包含了微电子技术和计算机技术的产品，是将集成电路（存储器）封装在塑料片中。数据的记录、读出由CPU芯片完成。通过IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总电量，剩余电量，表内累积购电量，总购电次数等信息。优点：（1）信息量大，可加密，可靠性高；（2）信息保存时间长，不宜破坏；（3）可以重复使用；（4）成本低。IC卡能够抗磁性、静电及各种射线,还有很强的抗机械、化学破坏能力,其信息保存期很长,而且读写方便,读写次数可达10万次以上。

2 DDSY462卡式单相电度表

2.1 组成及工作原理

2.11 组成

局家属院IC卡智能电表采用兰州黄河设备机电厂生产的DDSY462电子式单相预付费电能表。电表有两个主要功能块组成：电能计量部分、微处理器部分。原理框图如下图所示。

图1 IC卡智能电表原理框图

2.1.2 基本原理

电能计量部分使用单相电能检测专用集成电路，对电压电流取样进行计算处理，产生与有功功率（用电）成正比例关系的脉冲序列，然后送至微处理器管理系统，电卡上的电量数据通过电卡直接送至微处理器管理系统，最后，由CPU通过对脉冲计数来计算所消费的电量，提供显示、报警、继电器状态信号。

2.2 主要功能

2.2.1 参数预置、电量预购功能

以IC卡为媒介，预置与预付费功能相关的参数，电表根据预置的相关参数及购电量进行自动运算和判断，实现预付费功能。即用户向供电单位预交一定费用后,购得IC卡,获得相应的电度数。

2.2.2 一表一卡

电能卡采用单一电源EEPROM技术，一表一卡制，用户持有的IC卡相互之间不能互换，数据回写多重加密。遗失时应到供电部门（售电处）补购一张。

2.2.3 电量显示

电表采用4位LED显示，最大显示9999k W·h，用电时倒计数，显示方式：上电时显示F1—F6，平时每30表显示F1—F3一次。

FI——本次读卡电量（最大为9999度）；F2——剩余电量（最大为9999度）；

F3——累计电量 （最大为9999度）；F4——负荷设定 （最大为99.99千瓦）；

F5——报警电量（最小为1度，最大为99度）；F6——最大负荷（最大为9999千瓦）。

2.2.4 数据保护

数据保护采用全固态集成电路技术，无需电池，断电后数据可保存十年以上。

2.2.5 报警功能

用户用电时，电能表中电量递减计数，当表中剩余电量等于报警电量时（报警电量可根据当地电力局不同情况，可在0—99中预置），跳闸断电一次，用户续插入电卡，就可恢复供电。

2.2.6 断电功能

当电度表中剩余电量为零时，电能表自动拉闸，中断供电，直到插入电量有效电卡。

2.2.7 数据回写功能

每次插卡时，电能表自动将表中数据（用户的累计用电量、剩余电量、购电次数等信息）回写到IC卡中，并以IC卡为媒介，将数据回传至配套的售电管理系统软件中，便于电力管理部门监测和统计管理。

2.2.8 防窃电功能

当剩余电量为零时，继电器就跳闸，而用户在短路继电器方式用电时，该表记录非正常用电的时间，并在用户下次购电时回写至购电系统，便于电力管理部门作相应的处理。本表还采用了双向记录芯片，防止进出线反接的窃电行为。

2.2.9 加密功能

对IC卡进行加密,使系统不易被仿冒。

2.2.10 购电准备

购电前，用户须将IC卡插入卡座一次，便于将表内送回计算机数据库。

2.2.11 购电方式

售电时，将IC卡插入IC卡读写器，同时操作计算机，将用户编号、预购电量、报警电量、限容方式及限容功率等加密写入IC卡。

2.2.12 电卡使用

将购电卡插入卡座内，如是有效购电卡，则电表自动将数据读入表内，LED表显示屏依次显示：购电量、总购电量、电表次数、报警电量、赊欠限量、限容功率。拔卡请妥善保存。

2.2.13 测试和维护功能：在配套的售电管理系统软件和特殊功能卡的配合下，具有补卡、换表、测试、设置等多种功能。

2.3 主要特点

DDSY462电子式单相预付费电能表主要用于新建或改造的城镇居民小区及农村等单相用电用户的电能计量，具有预付费功能，采用微电子技术，全屏蔽、全密封结构，用先进的单片机处理系统进行数据的采集、处理和保存，具有良好的抗电磁干扰、低功耗节电、高精度、防窃电、高过载、长寿命等特点。应用计算机管理，先购电后用电；在额定电流范围内能限制最大使用功率）；一表一卡，专卡专用，失卡不失电，补卡再用；电卡能双向传递数据；能自动断电告警用户及时购电；电量为零时，自动拉闸断电；并具有一定的防窃电软件设计等。

3 微机控制预付费IC卡智能电表管理系统

3.1 预收费管理系统的硬件组成及基本工作原理

3.1.1 IC卡智能电表系统组成：由IC卡、IC卡读写器、卡式电度表组成。工作原理框图如图2。

图2 IC卡智能电表系统工作原理框图

3.1.2 基本原理

微机及写卡机由售电单位管理，用户持IC卡到供电部门预交一定费用后,供电部门将IC卡插入连接在计算机外的IC卡读写器上，用计算机将所购电量写入IC卡中，用户持IC卡在自家电度表的感应区刷非接触式IC卡，简称刷卡。在微处理器的控制下将卡中的电量读出，并写入表内的EEPROM中,将电度数回充到电度表上，同时将IC卡中清“0”。就可合闸供电。IC卡由用户自己管理，当用户电表中剩余电量等于报警电量时，电度表将自动拉闸断电一次进行报警,提醒用户给IC卡及时重新充值，此时用户再在感应区刷卡即可恢复供电；如用户不及时预交电费,当电表中所充电度数即剩余电量为零时，电表中的继电器将再次断路，自动切断电源供应。用户必须再次持卡交费购电，才可以恢复用电。电表随时显示IC卡中剩余的电度数,便于用户交费及供电部门工作人员监督。

3.2 IC卡智能电表综合管理系统软件

3.2.1 概述

（1）IC卡智能电表综合管理系统采用兰州黄河设备机电厂自行研制和开发的《预售及收费管理软件》HHJDDV3.31版。是与水表、电表配套的水电费预收及水电表管理软件。具有住户管理、水电表开户、售水、电、发票打印、信息查询、报表打印、系统管理等多项功能，为物业管理部门解决收费难，管理水平低的问题，是物管部门费用管理的得力帮手。用电信息的管理界面人性化，操作简便，而且数据库的维护也安全可靠。

（2）《预售及收费管理软件》按四级权限管理，分别为管理员、高级管理员、系统管理员和超级用户。用户有三级管理权限，管理员为预售主要操作人员，负责日常预售工作，其他两级权限根据各使用单位需要设置。用户密码由26各字母（区分大小写）和0～9数字组成，位数4～20位。登陆系统时必须持操作人员本人密码，确认身份后才能进入。

（3）软件系统运行平台是Windows 2000xp，数据库管理系统采用SQL server 2000，微软Access数据库方式与visualbasic6.0。3.2.2 特点

（1）用户缴费更加便捷 。智能电表比传统的电表更加方便，能够节约大量的时间，提高了工作的效率，更好的为人们服务。

（2）简便的用电抄表。智能电表的特点之一是摒弃了传统上门抄表的繁琐，可以有效快捷的做到一户以及多户的快速用电抄表。

（3）信息录入更好应对用户的变动 。智能电表系统对用户信息进行有效的录入，可以快速的进行信息的修改，资料的删除等操作，方便了对用户信息的统计。

（4）快速的数据查询与用户资料的导出 。智能电表系统的管理系统能够做到数据的快速查询与用户资料的导出。数据的查询可以快速的对用户的电费统计和欠费的信息进行统计，并且可以将用户的全部清单以及欠费的清单资料导出，便于对用户的管理。

4 结束语

总之，智能电表的运用，使购电实现了微机管理，能够快速进行用电信息的查询、收费、统计等操作，不仅方便了人们的生活，也促进了供电单位对电能的管理，有效解决了收电费难、上门抄表、偷电漏电等问题。对电能的统计也更加准确，而且使用寿命长，还可以有效地检测偷电漏电情况；智能电表管理系统也与传统方法不同，采用微机操作，节省了大量时间，提高了工作效率；有利于电能管理工作。因此，微机控制预付费IC卡智能电表系统有着广泛的应用前景。

［1］李建斌、张顺.全电子式预付费此卡电度表的应用及效益分析[J].科技情报济开发与经济，2003(5).

［2］李峰，IC卡技术在预付费电能表中的应用[J].电力建设，2006.

［3］付景伟，编.用电与营业管理信息系统[M].北京：中国电力出版社，1996：104-120.