專(zhuān)利名稱(chēng)：電卡式電量、電力高峰低谷時(shí)間控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制器，它是專(zhuān)門(mén)控制和監(jiān)測(cè)用戶用電情況的一個(gè)設(shè)備，稱(chēng)為電卡式電量、電力、高峰低谷時(shí)間控制器，它適用于各行各業(yè)特別是耗電量大的單位。
在我國(guó)的供電系統(tǒng)中，存在著兩大問(wèn)題，其一是用戶先用電，后交錢(qián)，電量計(jì)量不準(zhǔn)確，電費(fèi)拖欠問(wèn)題嚴(yán)重。其二是電力供應(yīng)緊張，供電部門(mén)不得不采取限量供電，限時(shí)供電措施，為了保障用電安全，被迫時(shí)常拉閘，存在著一拉一條線，一拉一大片的問(wèn)題，造成很大的損失。
本實(shí)用新型正是為了解決上述存在的問(wèn)題，專(zhuān)門(mén)制造了一種電卡式電量、電力、高峰、低谷時(shí)間控制器，該控制器提出了采用電卡控制的方案，它通過(guò)供部門(mén)預(yù)先在用戶電卡內(nèi)寫(xiě)入的各種控制量用程序來(lái)控制用電單位的用電電量，用電時(shí)間，用電電力，監(jiān)視用戶的用電情況，定時(shí)記錄用戶有功和／或無(wú)功功率，有功和／或無(wú)功電量、有功和／或無(wú)功的最大需量，還可記錄高峰用電電量的累加值，平電用電電量的累加值，低谷用電電量的累加值，供供電部門(mén)在計(jì)費(fèi)中使用。它在基本思路是在用戶負(fù)載(泛指)之前接入一控制裝置，此控制裝置的各種控制參數(shù)是由一種可方便攜帶的記錄數(shù)據(jù)的載體提供的，本裝置使用E2PRPM作為數(shù)據(jù)載體。因?yàn)樽x出和寫(xiě)入卡內(nèi)的為電場(chǎng)量(非磁場(chǎng)和機(jī)械量)，電卡式電量、電力、高峰、低谷時(shí)間控制器即是采用這種控制方式，采用E2PROM作為數(shù)據(jù)傳遞媒介的整套控制系統(tǒng)的總和。它的基本方法是用戶持電卡到供電局營(yíng)運(yùn)部門(mén)購(gòu)買(mǎi)電量，先付電費(fèi)。供電部門(mén)通過(guò)相應(yīng)的裝置將所購(gòu)電量和根據(jù)用戶的級(jí)別而確定的最大用電電力指標(biāo)，禁用電時(shí)間等項(xiàng)參數(shù)寫(xiě)入卡內(nèi)，用戶將電卡帶回扦入控制機(jī)上，控制機(jī)根據(jù)電卡上的參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制，它既可解決用電收費(fèi)的問(wèn)題，又能解決誰(shuí)超限誰(shuí)，誰(shuí)超罰誰(shuí)的問(wèn)題。
本裝置有高、中、低檔，可滿足各種不同層次用戶的需要；對(duì)于小的用戶，只實(shí)現(xiàn)電量控制，解決收電費(fèi)難的問(wèn)題；中檔機(jī)可控制電量、電力、限電時(shí)間、高峰低谷用電控制；高檔機(jī)除上述功能外，還具有有功和無(wú)功電量、電功率、最大需量的計(jì)算和記錄，具有與其他設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)機(jī)能力，適合大的用戶使用。
本實(shí)用新型用如下幾幅附圖表示

圖1為整機(jī)框圖圖2為輸入隔離和抗干擾電路圖3為單片機(jī)和電卡部分圖4為顯示電路圖5為報(bào)警及控制電路圖6為校準(zhǔn)電路圖7為電源及掉電保護(hù)。
當(dāng)用戶在供電部門(mén)購(gòu)得電量，最大用電等指標(biāo)以后，將電卡扦入控制器，控制器內(nèi)單片機(jī)的識(shí)卡程序測(cè)試并確認(rèn)是有效卡后，將各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)讀入機(jī)內(nèi)，控制機(jī)根據(jù)這些指標(biāo)和參數(shù)對(duì)用戶進(jìn)行控制。本裝置輸入取自脈沖電度表的脈沖。輸出為開(kāi)關(guān)量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。下面借助附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。
該控制器(如圖1所示)主要由輸入隔離和抗干擾電路，單片微機(jī)和電卡讀寫(xiě)電路，顯示電路、報(bào)警及控制電路、校準(zhǔn)電路、電源和保護(hù)電路、外殼等部份組成、它通過(guò)輸入隔離和抗干擾電路，接受由電表(圖1中虛線左端部分)輸入的脈沖信號(hào)，并對(duì)此信號(hào)進(jìn)行隔離和抗干擾處理后，送入單片微機(jī)，單片微機(jī)接到此信號(hào)后，將該信號(hào)與單片微機(jī)從E2PROM芯片為載體的電卡中讀出的予置參數(shù)(信息)進(jìn)行比較和運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算的情況把輸出信號(hào)送至顯示電路或報(bào)警及控制電路，該電路進(jìn)行報(bào)警并輸出繼電器接點(diǎn)型的信號(hào)，可控制外部執(zhí)行器(圖1中虛線右端部分)。校準(zhǔn)電路對(duì)單片微機(jī)中的實(shí)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。電源部分對(duì)整機(jī)提供電源。
當(dāng)工作開(kāi)始時(shí)，輸入和抗干擾電路(如圖2所示)首先接收來(lái)自前端的脈沖電表的脈沖信號(hào)，它的作用是去除前后沿的干擾變成一固定寬度的脈沖信號(hào)1NTA送入單片機(jī)(附圖3中U6)，作為計(jì)算電量、電力、最大需量等的一個(gè)變量。輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一光電隔離器件TIL117(附圖2中U1)，使本裝置不與前端發(fā)生電路上的連接，3個(gè)單穩(wěn)(附圖2中U2－1U2－2；U3)和部分門(mén)電路(附圖2中F1F2Y1Y2YF1)構(gòu)成抗干擾電路，它的基本原理是利用脈沖電度表輸出的有效脈沖寬度在周期中的占空比很小(＜1／20)的關(guān)系，利用一長(zhǎng)脈沖來(lái)復(fù)蓋各小干擾來(lái)達(dá)到去除干擾的目的，當(dāng)一個(gè)有效的脈沖到來(lái)后，經(jīng)過(guò)本級(jí)后統(tǒng)一變成200ns的脈沖INTA送入單片微機(jī)。
單片微機(jī)和電卡讀寫(xiě)部分(見(jiàn)附圖3)是整機(jī)的核心部分。單片機(jī)采用MCS8749，它的BUS總線DB0－DB7用于數(shù)據(jù)總線D0－D7P20－P22用于地址總線的D0－D10，經(jīng)軟件配合選擇組成2K地址空間接入可鎖緊式接扦座內(nèi)(附圖3中U10)，可鎖緊式的接扦座便于用戶電卡的扦入，這里所說(shuō)的電卡是以E2PROM芯片為載體的電卡單片機(jī)從電卡中讀出供電局營(yíng)業(yè)所寫(xiě)入的各種信息存放于單片機(jī)內(nèi)RAM區(qū)，這些信息包括，用戶編號(hào)，用戶級(jí)別、密碼、電表倍乘值、電量、電力、限電時(shí)間等。單片機(jī)內(nèi)程序定時(shí)測(cè)試是否有卡，(程序規(guī)定可以缺卡運(yùn)行36小時(shí)，便于用戶持卡去購(gòu)買(mǎi)電量)當(dāng)測(cè)試有卡后(從無(wú)卡到有卡)后，通過(guò)用戶編號(hào)來(lái)識(shí)別是否本機(jī)電卡、非本機(jī)電卡拒絕執(zhí)行，若為本機(jī)電卡則讀出電量，判斷電量值是否為“0”，若不為“0”則讀入電量值，準(zhǔn)確讀入后隨后清“0”以防止再次重復(fù)讀入，隨后再讀出電力，限電時(shí)間等有關(guān)參數(shù)、單片機(jī)根據(jù)這些量進(jìn)行控制，在控制過(guò)程中，定時(shí)將總電量記入卡內(nèi)，并將每天的用電分為高峰段、低谷段、平電段分別記入卡內(nèi)供計(jì)費(fèi)時(shí)使用。
單片微的P10－P13用于七段數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)(BCD)碼P14－P17用于指定16位顯示位的那一位有效，采用軟件掃描方式循環(huán)顯示。P27為輸出控制，當(dāng)其為高時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路(附圖5BG18)推動(dòng)一繼電器(附圖5GT)吸合，接通執(zhí)行開(kāi)關(guān)斷開(kāi)用戶電源(執(zhí)行開(kāi)關(guān)為外接件)，P26用于輸出250ms周期的時(shí)鐘信號(hào)，供報(bào)警閃動(dòng)用，P23為一輸入腿，當(dāng)它為高電平行，為“工作”狀態(tài)，P24；P25為輸出線，這兩位組合成4種狀態(tài)，“11”表示正常；“01”表示最后報(bào)警(最后5分鐘)；“10”表示為超負(fù)符運(yùn)行“00”表示電量剩余不多(少電量)。當(dāng)P23為低電平時(shí)，P24、P25變?yōu)檩斎胪?，P24為“校準(zhǔn)位”，P25為“校準(zhǔn)”，用這兩位的組合，可校準(zhǔn)時(shí)鐘，日期和初始總電量。
根據(jù)單片機(jī)通過(guò)隔離門(mén)(附圖3中U4)送來(lái)的顯示數(shù)據(jù)和顯示位，顯示電路(如圖4所示)開(kāi)始工作，這些顯示信號(hào)來(lái)自單片機(jī)(附圖3中16)的P1口，顯示位選擇是用2個(gè)三－八譯碼器(附圖4中U12、U14)譯出16種狀態(tài)選通16個(gè)電子開(kāi)關(guān)(附圖4中BG1－BG16)中的某一位來(lái)控制16個(gè)七段數(shù)碼顯示器顯示(附圖4中DS1－DS16)在機(jī)器處于“校準(zhǔn)”狀態(tài)和“告警”狀態(tài)時(shí)，由軟件配合可單個(gè)或全部閃動(dòng)。
電卡式電量、電力、高峰、低谷時(shí)間控制器，經(jīng)過(guò)輸入隔離和抗干擾電路，單片微機(jī)和電卡讀寫(xiě)電路，顯示電路工作后，在一般情況下，它的主要職能就已基本完成，為了防止用戶有意或無(wú)意的超電量、超電力運(yùn)行和在禁用電時(shí)間內(nèi)用電，本控制器還配有報(bào)警及控制系統(tǒng)(如圖5所示)。它是在禁用電時(shí)間內(nèi)給出斷開(kāi)用戶負(fù)載的命令。在預(yù)定電量和預(yù)定電力將達(dá)到指標(biāo)時(shí)，提前給出聲、光報(bào)警信號(hào)，提示用戶采取相應(yīng)措施，若用戶在控制指標(biāo)達(dá)到時(shí)仍未采取相應(yīng)措施，則給出命令，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷開(kāi)用戶負(fù)載?？刂菩盘?hào)為一無(wú)源開(kāi)關(guān)量，圖5所示電路為聲音報(bào)警、指示燈報(bào)警和控制電路，聲音報(bào)警為0.5秒的單音，(間隔0.5秒)，聲音由ALE信號(hào)分頻得到(附圖5U13－U16)推動(dòng)喇叭發(fā)出聲音，同時(shí)相應(yīng)的指示燈(附圖5DX－DX16)閃動(dòng)，DX3表示“少電量”DX4表示“最后告警”；DX5表示“無(wú)卡”；DX6表示“斷電”?？刂撇糠衷贒P27為高電平時(shí)給出“1”的開(kāi)關(guān)量(閉合)，P27為低電平時(shí)給出“0”的開(kāi)在量(斷開(kāi))，供執(zhí)行部分使用，觸點(diǎn)負(fù)荷1A。
在初始加電時(shí)，日期是從1開(kāi)始，時(shí)鐘從0000開(kāi)始，總電量值也從00開(kāi)始累加，需要與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)和機(jī)械電度表對(duì)準(zhǔn)，所以需要有校準(zhǔn)電路(如圖6所示)當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K3撥向“校準(zhǔn)”時(shí)，DP23為低電平，單片機(jī)測(cè)試到這一信息后，轉(zhuǎn)向校準(zhǔn)軟件，K4為“校準(zhǔn)位選擇”，按一下給出一個(gè)脈沖，校準(zhǔn)位向左移一位并閃動(dòng)，按動(dòng)“K5”可校準(zhǔn)閃動(dòng)的那一位，校準(zhǔn)完后，將K3撥向“工作”位，軟件轉(zhuǎn)向工作軟件。在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，接收和運(yùn)算照常進(jìn)行。
控制器為保護(hù)交流仃電情況下數(shù)據(jù)不變和實(shí)時(shí)鐘的正常運(yùn)行，采用兩組電源聯(lián)合供電(如圖7所示)。其中一組并聯(lián)電池(附圖7中VCC)作為單片機(jī)及隔離門(mén)(附圖3中U4、U5、U6、U7)的電源，解決仃電時(shí)鐘也仃走的問(wèn)題，使本機(jī)時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)一致，在另一組電源(附圖7VCC)因仃電消失時(shí)，掉電保護(hù)(附圖7DG1DG2)關(guān)閉單片機(jī)與其他電路的隔離門(mén)(附圖3U4、U5、U7、U8)，交流恢復(fù)后，再自動(dòng)打開(kāi)整機(jī)供電。
以上是控制器的整個(gè)工作過(guò)程，它的工作原理用如下方式作進(jìn)一步說(shuō)明控制器接入脈沖電度表之后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(油開(kāi)關(guān)或空氣開(kāi)關(guān))之前?？刂破鲝碾娍▋?nèi)讀取各項(xiàng)控制數(shù)據(jù)，按這些數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)施控制。脈沖電度表每轉(zhuǎn)一圈給出一脈沖，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，抗干擾電路用中斷方式送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)這一脈沖進(jìn)行計(jì)算和處理，根據(jù)下式可以算出電量和功率電量Q＝ (K1)/(K2) ·n功率P＝ (K1)/(K2) · (△n)/(△T)
其中k1為計(jì)費(fèi)電壓互感器、電流互感器的乘積k2為電表常數(shù)(脈沖數(shù)／度)n為累計(jì)脈沖數(shù)。
△n為△T內(nèi)輸入的脈沖數(shù)，通過(guò)計(jì)算累加值，可以比較剩余電量還有多少，如已到達(dá)下限則給出“少電量”的報(bào)警信號(hào)，提示用戶去購(gòu)買(mǎi)新的電量，若預(yù)購(gòu)電量已用完時(shí)，給出最后五分鐘告警，提示用戶按順序關(guān)機(jī)以減少損失，五分鐘過(guò)后，發(fā)出斷電執(zhí)行命令。功率P與時(shí)間T的配合(時(shí)間T是通過(guò)自身CTC將CLK分頻和軟件記時(shí)后得出)可以計(jì)算出高峰時(shí)的功率，如果超出給出的功率指標(biāo)，則給出五分告警，提示用戶壓負(fù)載荷，若超過(guò)五分鐘后仍超負(fù)荷則斷電，延時(shí)一段時(shí)間后自行恢復(fù)供電。相應(yīng)的當(dāng)時(shí)鐘走到禁電時(shí)間時(shí)則斷電，直到時(shí)鐘走到允許用電時(shí)才開(kāi)啟。
本裝置通過(guò)P、Q進(jìn)而計(jì)算出高峰電量、低谷電量、平電量每日電量、最大需量等，將這些量實(shí)時(shí)記入電卡內(nèi)，供供電部門(mén)在計(jì)費(fèi)和查詢時(shí)使用，本裝置也可根據(jù)供電部門(mén)的要求，不執(zhí)行斷電程序，而將違章用電情況記錄下來(lái)，以便進(jìn)行經(jīng)濟(jì)處訓(xùn)罰。
E2PROM芯片的寫(xiě)入次數(shù)有限(為10000次)，8749單片機(jī)的外接數(shù)據(jù)存貯的直接尋址范圍有限(為256單元)本裝置采用程序來(lái)控制和測(cè)試，采用自舉方式當(dāng)某一單元損壞則向上重開(kāi)一簇單元，直至所有單元全部用完，當(dāng)所有單元快用完時(shí)，軟件提示供電部門(mén)更換新卡(每卡壽命約4年)。
整個(gè)控制器所涉及的幾個(gè)電路的元器件是隨著技術(shù)進(jìn)步允許更換的，但其構(gòu)成性質(zhì)實(shí)質(zhì)與本案是起同等作用的。
上述所述工作原理和結(jié)構(gòu)的控制器，能夠改進(jìn)目前電力系統(tǒng)存在的兩個(gè)大的問(wèn)題。用持電卡預(yù)購(gòu)用電指標(biāo)的方式來(lái)解決收費(fèi)難的問(wèn)題。用計(jì)劃用電，限量限時(shí)供電來(lái)緩解用電緊張的局面，敦促用戶節(jié)約用電，計(jì)劃用電，它的普遍運(yùn)用必將為我國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.本實(shí)用新型涉及一種電卡式電量；電力；高峰、低谷時(shí)間控制器，該控制器由輸入隔離和抗干擾電路，單片微機(jī)和電卡讀寫(xiě)電路、顯示電路、報(bào)警及控制電路、校準(zhǔn)電路、電源和保護(hù)電路、外殼等部份組成，其特征為經(jīng)由輸入隔離和抗干擾電路與脈沖電度表相連的單片微機(jī)，能分別與用于控制和記錄用戶用電參數(shù)的，以E2PROM芯片為載體的電卡和用于電和時(shí)間參數(shù)信息顯示的顯示電路，及用于對(duì)單片機(jī)和實(shí)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)電路相連接，同時(shí)單片微機(jī)是能通過(guò)主要用于報(bào)警指示的報(bào)警控制電路，經(jīng)由輸出繼電器與外部跳、合閘等執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。
2.按權(quán)利要求1所述的控制器，其特征為該控制器采用以E2PROM芯片為載體的電卡，作為控制用戶用電參數(shù)信息的予置和用戶實(shí)際用電參數(shù)記錄的存貯器件。
3.按要利要求1所述的控制器，其特征為該控制器是以單片微機(jī)為主體連接各電路而構(gòu)成的。
專(zhuān)利摘要這是一種涉及用電控制方面的電卡式電量、電力、高峰、低谷時(shí)間控制器，它主要是通過(guò)供電部門(mén)預(yù)先在用戶電卡內(nèi)寫(xiě)入的各種控制量用程序來(lái)控制和監(jiān)視用電單位和各種用電，從而解決電量計(jì)量不準(zhǔn)確、用戶拖欠電費(fèi)、電力供應(yīng)緊張等問(wèn)題。該控制器主要由輸入和抗干擾電路，單片微機(jī)和電卡讀寫(xiě)電路、顯示電路、報(bào)警和輸出電路、校準(zhǔn)電路、電源和保護(hù)電路、外殼等部分組成。采用以單片微機(jī)作為它的主體，完成對(duì)各電路的控制，信息交換，參數(shù)比較和計(jì)算。
文檔編號(hào)H02B1/00GK2075832SQ9020354
公開(kāi)日1991年4月24日 申請(qǐng)日期1990年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月28日
發(fā)明者鄧漢坤, 梁小冬, 何利余, 王存敬, 孫學(xué)儉, 周立華 申請(qǐng)人:鄧漢坤