摘要] 本文介紹基于計算機的電能自動(dòng)計費的系統架構和基于CompactPCI架構的電能數據采集器的優(yōu)點(diǎn)
[關(guān)鍵詞] CompactPCI 電能計費系統
應用背景
隨著(zhù)我國電網(wǎng)的不斷發(fā)展及運行管理方式逐漸向商業(yè)化管理方式的轉換，電能計費系統（TMS：TeleMetering Systern）已成為電網(wǎng)電能貿易結算的重要系統。電能計費系統是以電能計量技術(shù)為基礎，應用計算機及通信技術(shù)，在傳統計量裝置的基礎上實(shí)現了電能數據的自動(dòng)采集、遠傳和處理，使電網(wǎng)商業(yè)區化運營(yíng)管理成為可能。
傳統的電費計量采用依靠人工抄表，然后結算電費的方法。其中最普通的方法是安裝感應式電度表,通過(guò)人工抄表得到各省區之間的交換電量,然后由人工結算電費。以往國內各省區之間的交換電量都是由此方法得到。它的缺點(diǎn)是誤差大，失誤多，工作量大，這和整個(gè)電網(wǎng)越來(lái)越高的自動(dòng)化程度不相適應。另外一種較先進(jìn)的電量計費方法是由計算機組成一個(gè)數據采集及電網(wǎng)管理系統，通過(guò)遙訊、遙測方式來(lái)傳輸數據，然后依據這些數據來(lái)統計電量，結算電費。目前人工抄表計費方式已經(jīng)漸漸被基于計算機的自動(dòng)抄表計費系統所代替。
系統架構
下圖是一個(gè)典型的基于計算機的自動(dòng)抄表計費系統系統架構圖：
該系統架構為分布式網(wǎng)絡(luò )結構，即由數據服務(wù)器、通訊服務(wù)器以及若干各種型號的電能數據采集器、電能表組成。電能數據采集器是整個(gè)電能計費系統的核心環(huán)節。電能數據采集器將電能采集儀表的數據實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。電能數據采集器可以通過(guò)電話(huà)線(xiàn)、以太網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò )連接方式將電量數據經(jīng)過(guò)通訊服務(wù)器發(fā)送給中心數據服務(wù)器。中心數據服務(wù)器對電量數據進(jìn)行數據統計、分析和各種核算。
電能數據采集器對硬件的要求
電能數據采集器的核心是一臺插有串口通訊卡的計算機。計算機通過(guò)串口通訊卡與電能采集儀表相連。由于電能數據采集器放在發(fā)電機或電網(wǎng)輸送端周?chē)�。工作環(huán)境存在電磁和靜電干擾，因此要求電能數據采集器具有較強的抗干擾能力。此外對于電量的計量是一個(gè)連續的過(guò)程，不能中途中斷，因此要求電能數據采集器能夠長(cháng)期可靠工作。 以往電能數據采集器選用工控機做為硬件平臺。工控機基于PICMG 1.0規范，和普通PC相比，減少了系統的MTTR時(shí)間，并從系統的結構、散熱等方面加以改進(jìn)，提高了系統的MTBF時(shí)間。但是基于PICMG1.0的工控機依然存在抗振性差、板卡總線(xiàn)連接器不可靠、散熱不暢、抗電磁干擾差等缺點(diǎn)。因此不能保證電能數據采集器的可靠運行。
基于CompactPCI電能數據采集器的優(yōu)點(diǎn)
基于電能數據采集器對計算機硬件穩定性的嚴格要求，凌華科技提出了CompactPCI硬件解決方案。
CompactPCI基于PICMG2.0規范。CompactPCI的電氣特性與PCI總線(xiàn)相同，因此用戶(hù)的軟件和普通PC兼容，現有的PCI外圍卡也可以很容易移植到CompactPCI平臺。CompactPCI使用2mm高密度針孔總線(xiàn)連接器，和使用金手指連接器的PCI卡相比，具有連接可靠、完全氣密的特點(diǎn)，卡片的抗振性和抗腐蝕性大大提高。此外CompactPCI卡片采用經(jīng)過(guò)20余年現場(chǎng)使用考驗的歐規卡結構。歐規卡采用垂直安裝、前抽取結構，提高了卡片的散熱性、抗振性和易維護性。
和傳統商用PC和工控機相比，CompactPCI具有如下優(yōu)點(diǎn)：
一、系統抗振性強
CompactPCI卡片上下有導軌固定，卡片的前端通過(guò)氣密性的針孔連接器和背板相連，每個(gè)接頭具有10KG的結合力�？ㄆ目梢酝ㄟ^(guò)面板螺絲固定在機箱上。CompactPCI卡片的前后上下都被固定，因此系統抗振性大大提高。
二、支持卡片帶電拔插
CompactPCI的背板使用長(cháng)中短插針結構，其中Power和Ground針腳最長(cháng)，可以保證卡片安全的帶電插入拔出。此外板選信號IDSEL,BD_SEL#針腳最短，系統借由此信號可以得知卡片是在插入過(guò)程或是拔出過(guò)程。另外CompactPCI制定了熱插拔的硬件過(guò)程和軟件管理接口，保證了卡片熱插拔過(guò)程的有效性。
三、支持后走線(xiàn)，便于方便配線(xiàn)
CompactPCI的卡片的信號線(xiàn)不用從卡片前面板引出，可以通過(guò)背板將信號線(xiàn)用轉接板從后端引出。當更換卡片時(shí)，不許要更換信號線(xiàn)，這樣減少了更換卡片的工作量并減少因更換信號線(xiàn)而引起的出錯概率。此外信號線(xiàn)從后端引出，設備前端也會(huì )比較美觀(guān)。
四、卡片垂直安裝，有利于散熱
CompactPCI卡片采用歐規卡結構，卡片垂直安裝，系統的散熱氣流從下而上吹，符合空氣對流原理，散熱效果好。
五、CompactPCI卡片具有更好的電氣特性
CompactPCI背板插針和接頭全部鍍金，并嚴格定義了信號線(xiàn)的最長(cháng)長(cháng)度，PCB板的阻抗，去偶電容,PCI上拉電阻阻值，因此CompactPCI的電氣特性要優(yōu)于普通PCI工控機。單個(gè)CompactPCI總線(xiàn)段最多可以支持7個(gè)PCI設備，而普通工控機只能支持4個(gè)PCI設備。
六、防腐和電磁屏蔽性好
CompactPCI使用2mm氣密性針孔總線(xiàn)連接器，鹽霧、酸霧和帶電粉塵不能腐蝕總線(xiàn)。此外CompactPCI的全鋁合金機箱外殼和卡片的U型彈簧片能給系統提供良好的電磁屏蔽保護。
七、抗靜電好
CompactPCI卡片下端具有3斷靜電導出條，可以靜電導出到大地。另外CompactPCI規定系統的邏輯地和機箱地隔離，保持系統不受外界干擾�；赑ICMG1.0的工控機無(wú)法做到機箱地和邏輯地隔離。
八、機箱深度淺，便于機柜安裝
CompactPCI的機箱深度只有258mm，大大短于普通工控機的機箱深度400～450mm，給機柜安裝留下了更大空間。這樣便于用戶(hù)安裝其他配線(xiàn)設備。
凌華的基于CompactPCI電能采集器硬件解決方案
凌華為國內某知名電力設備集成商提供的CompactPCI硬件的方案如下：
1. 機箱：
凌華為電能采集器提供的機箱為一款3U 高度，具有1個(gè)系統槽和7個(gè)外圍擴展槽，具有6.4吋TFT LCD的CompactPCI機箱cPCIS-1150。7個(gè)外圍槽便于系統功能擴展，6.4吋TFT LCD的分辯率為640x480，可以提供方便易用的人機界面。
2. CPU卡：
CPU卡是整個(gè)CompactPCI系統的核心。對系統長(cháng)期可靠運行最大的威脅是CPU風(fēng)扇的壽命。通常一個(gè)CPU風(fēng)扇長(cháng)期運行的壽命只有1~2年。如果系統使用的是普通CPU，一旦CPU風(fēng)扇停止運轉，系統就會(huì )因CPU過(guò)熱而死機。為了保證系統能夠24小時(shí)長(cháng)期可靠運行，凌華科技提供了一款使用Intel 低功耗Pentium MMX CPU的3UCompactPCI 控制器cPCI-3500A。cPCI-3500A使用的是Intel 低功耗Pentium MMX 266MHz CPU，CPU功耗只有9W,無(wú)需使用CPU散熱風(fēng)扇，使用散熱片即可滿(mǎn)足CPU散熱要求。這樣大大提高了系統的穩定性。
3. 外圍卡
系統使用的外圍卡包括：顯卡cPCI-8217，串口通行卡cPCI-3534和隔離I/O卡cPCI-7433。串口通信卡和隔離I/O卡用于連接外圍電能采集儀表。
下圖為基于CompactPCI的電能采集器外觀(guān)圖：
結論
基于計算機的電能自動(dòng)計費系統正在逐步取代以往的人工抄表系統。CompactPCI系統具有較強的系統穩定性，非常適合用做充當電能計費系統的核型電量數據采集器�；诹枞ACompactPCI架構的電能采集器目前已經(jīng)在天津關(guān)口上移電力工程、內蒙古大唐托克托發(fā)電工程、華北電力集團冀北地區地市級供電系統等工程中得到成功應用。經(jīng)過(guò)一年多的運轉，整個(gè)系統工作穩定可靠，得到用戶(hù)的一致好評。
[ 此帖被guochunyi在2011-03-07 12:22重新編輯 ]
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