陶玉春 孟德義 崔麗紅 肖春秋 陶冶

摘 要：目前，在市場化經(jīng)濟飛速發(fā)展的背景下，因為電力抄表系統(tǒng)受到控制結構和信道通信的不良影響，其受控效果不完善，在這個前提下，進行光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制研究。通過分析主流電力抄表系統(tǒng)的原始控制結構，令光電傳感器直接在系統(tǒng)主電路上設控，完善控制結構和數(shù)據(jù)傳輸過程，符合系統(tǒng)適應性需求。提出適用于電力抄表系統(tǒng)自動控制的光電傳感器設計方法，將采集方位和采集時間嵌入JPEG圖像中，統(tǒng)一接受光電傳感器控制。針對光電傳感器下的控制結構，設計電力抄表系統(tǒng)控制電路，介紹控制電路的抗干擾策略。選用型號為E3JM-DS7的光電傳感器，集成6路驅動電路，完善控制電路功能。實驗結果表明，光電傳感器所提供的控制策略在電力抄表系統(tǒng)中的可控范圍大，控制效果非常好。

關鍵詞：光電傳感器；電力抄表；系統(tǒng)；控制

引言

光電傳感器具有反應速度快、檢測靈敏度及精度較高等優(yōu)點，廣泛應用于目前不同領域。而由于我國每年的用電負荷都處于急劇增長當中，現(xiàn)在施行的每家每戶都安裝電表舉措，大量增加了抄表人員的工作量，誤抄、漏抄等現(xiàn)象不可避免，電力抄表系統(tǒng)正在逐步開發(fā)和完善當中，因此，開發(fā)利用新型高效技術進行抄表勢在必行，光電傳感器憑借其自身優(yōu)點吸引廣大研究學者的關注，且已應用于電力系統(tǒng)中。將光電傳感器應用與高壓斷路器電壽命的監(jiān)控系統(tǒng)中，利用光電傳感器收集目標電流信號，然后進行加權累計處理，計算高壓斷路器電壽命，實驗證明使用光電傳感器后，有效提高了監(jiān)測的精確度，保障了其安全性能，具有良好的應用前景。基于光電傳感器設計路燈的自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)利用光電傳感器自動控制路燈，具有良好的自適應性能。光電傳感器的興起提供了一種新型控制策略，一部分開發(fā)成果已在電力行業(yè)試運行。電力抄表系統(tǒng)的控制電路是其重要結構，光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)控制中的研究與應用，將對電力行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。本文提出基于光電傳感器的電力系統(tǒng)自動抄表控制方法研究，實現(xiàn)較大范圍的自動抄表控制，且具有較高的控制性能。

1光電傳感器對電力抄表系統(tǒng)的影響

數(shù)據(jù)同控制指令的傳輸途徑叫做信道，有上層和下層之分，上層信道與計算機建立連接，下層信道開展控制電路控制指令向計量電路傳遞等工作。信道通信方式多種多樣，現(xiàn)場總線、GPRS、光纖、無線電、傳感器等都可以作為通信媒介，現(xiàn)場總線頻率控制難度大、無線電穩(wěn)定性不強、光纖成本過高等問題影響著電力抄表系統(tǒng)的受控效果。對于采用集中控制策略的電力抄表系統(tǒng)來講，主電路在電力控制中心上。對分布式控制來講，主電路貫穿系統(tǒng)總線和電力控制中心，信道長，控制精準。采用分布式控制策略的電力抄表系統(tǒng)為主流應用，其結構用圖1描述，其具有分散采集電力抄表數(shù)據(jù)的高精度優(yōu)勢，但設施和電路間缺少協(xié)同作業(yè)能力，采集到的電力抄表數(shù)據(jù)與其它電路無法同享，電線布局繁雜，功能擴展能力差。

光電傳感器由激光光源、光學通路以及一些光電元件構成，光電傳感器作用在電力抄表系統(tǒng)的上層信道和下層信道，控制底層數(shù)據(jù)通信，重點處理計算機與系統(tǒng)結構的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，傳輸區(qū)間遍布系統(tǒng)主電路。在電力抄表系統(tǒng)的主電路上放置轉速調節(jié)器，于轉速調節(jié)器一側發(fā)射穩(wěn)定的激光光源，用二極管接入光源能量，用光學通路檢測主電路中的電力抄表數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)信道在數(shù)據(jù)通信中，光電傳感器就會不停地輸出脈沖?？刂泼}沖信號就是一個調節(jié)主電路轉速的過程，用轉速反向控制電力抄表數(shù)據(jù)的采集和傳輸，如圖2所描述。

2光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制研究

2.1用于電力抄表系統(tǒng)的光電傳感器設計方法

光電傳感器最初是以JPEG（Joint Photographic Experts Group，聯(lián)合圖像專家小組）圖像作為依據(jù)。JPEG圖像是國際上第一個通用的圖像壓縮格式，技術水平成熟，解、編碼程序少，壓縮比例高，靜態(tài)、動態(tài)圖像同樣適用。由于必須區(qū)分電力抄表數(shù)據(jù)屬于哪個用戶電表箱，光電傳感器需要將電力抄表數(shù)據(jù)的采集方位和采集時間打印到JPEG圖像上，由此提出光電傳感器的設計方法。

JPEG圖像使用按序編碼，編碼流程如圖3所示，其將電力抄表圖像平均切割成行列、數(shù)均為8的數(shù)據(jù)塊，也就是64個數(shù)據(jù)塊，先進行橫排掃描，再進行豎排掃描，將掃描數(shù)據(jù)排成一列進行離散余弦變換。變換數(shù)據(jù)輸入量化設備排列成“之”字形輸出，變換標準參照電力抄表系統(tǒng)的量化控制文件。熵值編輯器采用哈爾曼編碼表將量化設備的輸出改寫成文本壓縮數(shù)據(jù)。二值化文本壓縮數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)末尾嵌入電力抄表數(shù)據(jù)的采集方位和采集時間，之后進行解碼，修改JPEG圖像灰度，完成文字嵌入。

從圖3可看出，光電傳感器對電力抄表系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在兩個部分。第一部分，光電傳感器直接在系統(tǒng)主電路上設控，延長了總線長度，方便接口使用，通過點對點通信分享電力抄表數(shù)據(jù)。電力抄表數(shù)據(jù)采用光電數(shù)字信號傳輸，比模擬信號傳輸消耗的電線長度和接口數(shù)量少很多，用電保護設施可以相應減少。傳統(tǒng)總線分布方式與通信協(xié)議的兼容性不好，而光電傳感器進行了模塊化設計，符合電力抄表系統(tǒng)的適應性需求。

2.2光電傳感器下的系統(tǒng)控制電路設計

光電傳感器下的電力抄表系統(tǒng)控制電路安置在電表箱內，繼電器控制電表箱通電與斷電，供電電源為10V，圖4是控制電路圖，圖4中，繼電器T的額定電壓為10V，最小吸合電壓和釋放電壓分別為6.9V和1.5V，實際運轉功率為150W。數(shù)據(jù)采集電路要求切斷電表箱電源采集電力抄表數(shù)據(jù)，緩沖器D通過主電路連接點的通用輸入輸出傳遞出高電平，架空繼電器，實現(xiàn)電表箱斷電；通電時再傳遞出低電平，重置繼電器，繼續(xù)控制電表箱通電。電源開關采用220V家庭電源供電，應用了節(jié)能技術。

利用E3JM-DS7型號光電傳感器控制電路連接，其具有耐高壓、抗大電流、自動防電磁干擾等優(yōu)良性能，最大感應距離為5m，可以在粉塵環(huán)境下運轉。采用雙列直插式封裝技術，最大管腳數(shù)量為100個，雙入線形式。由八個硅膠三極管構成，分別串聯(lián)了八個機電電阻，采用標準作業(yè)程序，控制指令到達E3JM-DS7光電傳感器并進行下一步傳輸時，可通過緩沖器D優(yōu)先處理電力抄表數(shù)據(jù)。集成6路驅動電路，由圖4可看出，電力抄表系統(tǒng)使用了其中3路，驅動繼電器、轉速調節(jié)器和數(shù)據(jù)采集電路，還可以另外加入數(shù)顯屏幕、指示器和步進電機，完善電力抄表系統(tǒng)控制電路的個性化功能。

2.3控制電路抗干擾策略

E3JM-DS7光電傳感器設計靈活，可以保護控制電路免受環(huán)境干擾，其抗干擾策略主要包括控制單指令冗余、陷阱攔截和循環(huán)定時。光電傳感器控制電力抄表系統(tǒng)的計算機CPU調用指令是從指令碼過渡到指令數(shù)，當控制電路中出現(xiàn)干擾，控制指令離開既定信道，指令碼與指令數(shù)局部分離混合在一起，導致控制失敗。在指令碼與指令數(shù)的分離部位嵌入單指令冗余數(shù)據(jù)，可防止分離部位遮擋重要指令。在信道中布置陷阱，攔截混合指令，可使局部分離數(shù)據(jù)回歸到原有信道中。1K的信道區(qū)間通常布置2個陷阱。當控制指令在控制電路中陷入無限循環(huán)，通過循環(huán)定時停止控制指令實施。

結語

本文研究光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制應用，提出了用于電力抄表自動控制的光電傳感器設計方法，并設計了系統(tǒng)控制電路以及抗干擾策略。通過改變控制指令傳輸速度的對比實驗，分析了光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制效果，實驗結果表明，光電傳感器控制下的電力抄表系統(tǒng)控制效果非常好。

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（作者單位：國網(wǎng)遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司）