专利名称：基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统的制作方法
基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统发明领域
本发明涉及一种电表远程监控、采集系统，尤其涉及一种基于BACnet现场总线式 的网络电表监控系统。
背景技术：
当前，电表的数据采集工作仍然采用由超标员逐楼逐户敲门入室的传统方法来完 成，这样出现了很多弊端，首先，需要投入大量的人力去进行抄表工作，而且，由于需要入室 抄表，也降低了用户的安全性，同时，也存在一些人工抄表的不准确性，从而产生贪污受贿 的漏洞。随着人们对这些弊端的认识，已经出现了一些自动式超表系统，例如采用电度表的 自动刷卡式，然而采用上述方式需要更换新表，而这种刷卡式的电能表通常价格昂贵，对一 些较老的小区，或发展水平相对落后的城市无法有效普及。同时，随着我国对电能的需要日 益扩大以及对电能的合理利用，已经出现了高低峰值不同计价的方式，而无论采用老式的 机械电能表还是电子电能表都无法精确计量。
BACnet 是 A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks的简称，即楼宇自动化控制网络数据通信协议。它是由美国供热制冷 与空气调节工程师协会组织的标准项目委员会135P(Standard Project Committee =SPC 135P)历经8年半的时间于1995年6月通过的标准，并且还得到欧盟标准委员会的承认，成 为欧盟标准草案。目前BACnet是智能建筑发展的方向和主流技术，是一项具有开拓性的技 术，它能发挥用于环境控制的数字技术的优势，实现建筑物的信息交换和共享，更好地完成 能源管理(Energy Management :EM)、建筑物性能监测、增强HVAC&R设备和其它楼宇设备的 诊断能力，这项技术的应用包括HVAC&R系统与火灾探测、消防和救护系统的结合；从能源 管理和公用设施运行管理两方面加强建筑控制系统与公用设施间的通信，使不同厂商生产 的设备与系统在互连和互操作的基础上无缝集成为一个智能化的系统。国际标准化组织在 制定计算机网络通讯协议标准时定义了一个模型，称为开放系统互联参考模型(ISO) (ISO 7489)。模型的目的是解决计算机与计算机之间普遍的通信问题。在这个模型中，将计算机 通信这样一个复杂的问题分解成7个小的、容易解决的子问题每个子问题。只与某些通信 功能相关，并且把这些子问题称为协议体系结构的一层，整个模型是一个七层体系结构。
对于某个层次来说，它使用下面各层所提供的服务。每一层可以想象成一个黑盒， 黑盒的上面和下面都具有经过认真定义的接口。一个应用程序通过与OSI应用层的相连， 实现与另一个远程应用程序的通信。对于这种发生在两个应用程序之间的通信，看起来两 个程序似乎是通过各自的应用程序接口相连。各层之间仅仅需要了解其它层的很少的情 况。通过类似的方式，协议的每一层利用下面各层的服务来提供通信服务，与另一个系统的 同等层建立起一个虚的对等层通信。而真正的通信只发生在物理层。
OSI模型以高度概括的观点来分析计算机与计算机之间的通信，用来解决在全世 界范围内的、巨大而复杂的计算机网络的通信问题。在这种情况下，互相通信的单个计算机 之间可能相距很远，因此报文要通过一系列中间点才能到达。而这些中间点相应地可能需要实现路由选择功能、某种解析功能，以及复杂的同步和差错恢复功能。
作为开放性标准，并在OSI-RM之后诞生，BACnet标准理所当然地遵从和参照 0SI-RM。这是制定BACnet标准的一个基本原则，也是BACnet标准具有开放性和被其他有 影响标准认可的基础。但由于OSI-RM是解决所有计算机在任意环境下实现互连的通用性 方案，它涉及到所有复杂情况下的通信问题，而楼宇自控网络的通信环境只是OSI-RM通信 环境的一个极小子集。很显然，在楼宇自控网络中完全实现OSI-RM中所有的解决方案是不 适应的，也是不必要的。因此BACnet标准并未完全定义OSI-RM中的所有内容，而是根据自 身的应用环境对OSI-RM进行了精简和定制，使BACnet标准的体系结构更加紧凑，具有高效 的特性，以适应楼宇自控系统对实时性的要求。
BACnet标准采用了 4层结构应用层、网络层、数据链路层和物理层。尽管BACnet 标准的体系结构精减了，但BACnet标准同样需要解决楼宇自控网络中的各种通信问题。这 些问题的解决方案也同样分布在OSI-RM定义的各个层中，只不过BACnet标准解决的通信 问题没有OSI-RM广泛，是具体的，因而BACnet标准对这些问题的解决方案更直接，并且高 效实用。
与OSI-RM相比，BACnet标准同样具有低层(1-3层)功能，以实现楼宇自控网络 的通信传输功能，但BACnet标准的数据链路层和物理层不再是一般化和概念化的定义，而 是给出了具体的定义。并且BACnet标准的网络层功能也经过了简化，以高效实现BACnet 标准的路由。BACnet标准的应用层则跨越了 OSI-RM的传输层、会话层、表示层和应用层，因 此BACnet标准的应用层具有与OSI-RM相应的高层层)功能，即通信处理功能，以实 现楼宇自控网络中信息的表示、语法转换、可靠性以及同步等功能。发明内容
本发明正是为了克服上述缺点，提供一种基于BACnet网络的集中控制式电表 监控系统及其方法，该系统采用BACnet现场总线技术，从而利用BACnet网关、节点及其 BACnet标准采用了的4层结构对居民区的电表进行集中监控，从而有效克服了上述缺点， 同时由于BACnet的开放性和安全性，从而能够有效地降低改造成本，并增强了数据采集的安全性。
本发明提供了一种基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统，该系统采用三 级控制，最低级采用多个现场控制器，第二级采用区域控制站，第三级采用中央控制站，三 级控制节点采用BACnet网络连接通信，所述现场控制器为BACnet分散型可程序微处理机， 其特征在于所述的BACnet分散型可程序微处理机具有RAM资料记忆单元，所述RAM资料记 忆单元存储对应于地址的动态的密钥，其能够在每次重启时由中控机更新。
所述的BACnet分散型可程序微处理机具有8位地址位，可进行人工手动进行地址 编码，也可采用自动接入的方式由系统动态分配地址。
所述的BACnet分散型可程序微处理机具有M点数字，通用10_bit解析输入点。
所述的BACnet分散型可程序微处理机具有M个Sbit模拟输出点，可选择为 0-10VDC或4-20mA输出信号，每个模拟输出点对应于一个继电器，用于用户的电源切断与开启。
所述的区域控制站与中央控制站均包括中控机，其中中央控制站的中控机的级别高与区域控制站的级别，从而能够授权区域控制站进行相应的操作。所述中控机均连接打 印机及其显示装置。
同时本发明还提供了一种基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统的监控方 法，该方法包括下属步骤
1)中控机进行初始化，通过中控站端口发送接入信号，如果没有接受到现场控制 器的响应信号，则重复发送进入等待；
2)当接收到现场控制器的响应信号后，则分配地址，同时在中控机的存储器中存 下对应分配的编码地址的用户实际地址以及该现场控制器的对应动态密钥；
3)中控机定时发送密钥/数据采集请求信号，接收到响应信号后，中控机首先将 数据信号中的密钥进行提取；
4)将提取的密钥与对应的存储在存储器中的数据进行比对，如果下确则接收并存 储电量数据信号，如果不正确则发出信号进行电源线路切断。
该管理者能够手动发出电源切断信号。
图1是现场控制器EM-M-8的结构图2是基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统的结构框图3是基于BACnet网络的集中控制式电表监控方法的流程图。具体实施例
现在，参考图2对基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统的结构框图进行详 细描述。如图所示，整个电表监控系统采用BACnet网络的方式进行集中管理控制。整个系 统结构采用三级式控制方式，最低级为多个现场控制器，第二级采用区域控制站，第三级采 用中央控制站。该现场控制器(DDC)有自主研发的BACnet分散型可程序微处理机，其型号 为EM-M-8。如图1所示。该处理器为一独立运作可程序化分布式控制器，采用MOTOROLA CMOS高速微处理器设计，具有8K EEPROM程序及16K RAM资料记忆容量，逻辑演算速度 IOOmsec ；供应电源 24VAC/50-60HZ/10VA ；网速可达 76. 8Kbps，百分之百符合 BACnet MS/TP 网络通讯接口 ；具有8位地址位，可进行人工手动进行地址编码，也可采用自动接入的方式 由系统动态分配地址；具有M点数字，通用ΙΟ-bit解析输入点；具有M个Sbit模拟输出 点，可选择为0-10VDC或4-20mA输出信号；具有UL、EMC、FCC...安全认证。由于采用8位 地址码，因此在一个区域控制站，可以最多接入255个现场控制器结点，同时一个现场控制 器中包含了 M个数字接入点，因此可以对M个用户的电度表进行数据采集，因此一个区域 控制站中最多可对255拉4 = 6120的用户的电度表进行采集。M个模拟输入点主要用于中 央控制站或被授权的区级控制站对长期欠费的用户或停用的用户进行对应的用电控制，如 图2所示选取其中一个模拟输入点，接入12V继电器线圈，由继电器的常开外接220V接触 器线圈，从而由接触器的常开控制进户线的L线，当用户停用、欠费或者出现电力故障时， 可远程进行电力切断。同时在现场控制器EM-M-8中的16K RAM中存储了管理机构的动态 接入密钥，当现场控制器重启或初始化，密钥将自动变化，在中央控制站中存储了对应于每 一个动态接入密钥的用户信息及其相应的动态密钥，当现场控制器对每一路数字信号初始或重新接入时，由中央控制站发送请求信号，现场控制器则发送对应的密钥给中央控制站， 如果密钥比对不正确或者无效，则自动切断电源，当管理人员进行现场控制器的动作时，则 输入正确的密钥存储在存储机构中，从而有效的杜绝了一些用户的非法篡改。
现在参考图3，对基于BACnet网络的集中控制式电表监控方法进行进一步的描 述，首先由中控机进行初始化，通过中控站端口发送接入信号，如果没有接受到现场控制器 的响应信号，则重复发送进入等待，当接收到现场控制器的响应信号后，则分配地址，同时 在中控机的存储器中存下对应分配的编码地址的用户实际地址以及该现场控制器的对应 动态密钥，初始化完成后，中控机定时发送密钥/数据采集请求信号，接收到响应信号后， 中控机首先将数据信号中的密钥进行提取(对于接收的数据信号的密钥提取对于本领域 技术人员而言是一种公知的技术)，将提取的密钥与对应的存储在存储器中的数据进行比 对，如果正确则接收存储电量数据信号，如果不正确，说明有人为的篡改或线路故障，则发 出信号进行线路切断，同时在中控机一端，管理者对于停用或欠费用户也可以手动发出切 断信号。
该中控机既可以采用被授权分区域控制站中的中控机，也可采用中央控制站中的 中控机。控制站中的管理人员能够通过中控机的显示终端，实时提取每个用户的用电数据， 以及交费情况，每个用户的用电数据以及交费情况将被存储在中控机的数据库中，可随时 被管理者监控。管理者还可通过中控机中的分时计费软件，对用电量进行分时计费，管理人 员可通过电子邮路等方式，按月、按年发出收费单，也可通过连接在中控机的打印机打印出 来，邮寄给用户。
尽管本发明在这里结合特定的实施例进行了具体描述，但可以理解的是这是例证 而不是限制，在不脱离附带权利要求所限定的本发明的精神的前提下，在前文所公开和附 图的范围内，合理的变化和修正都是可能的。
权利要求
1.种基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统，该系统采用三级控制，最低级采 用多个现场控制器，第二级采用区域控制站，第三级采用中央控制站，三级控制节点采用 BACnet网络连接通信，所述现场控制器为BACnet分散型可程序微处理机，其特征在于所述 的BACnet分散型可程序微处理机具有RAM资料记忆单元，所述RAM资料记忆单元存储对应 于地址的动态的密钥，其能够在每次重启时由中控机更新。
2.如权利要求1所述的系统，所述的BACnet分散型可程序微处理机具有8位地址位， 可进行人工手动进行地址编码，也可采用自动接入的方式由系统动态分配地址。
3.如权利要求2所述的系统，所述的BACnet分散型可程序微处理机具有M点数字，通 用ΙΟ-bit解析输入点。
4.如权利要求3所述的系统，所述的BACnet分散型可程序微处理机具有M个Sbit模 拟输出点，可选择为0-10VDC或4-20mA输出信号，每个模拟输出点对应于一个继电器，用于 用户的电源切断与开启。
5.如权利要求1-4所述的系统，所述的区域控制站与中央控制站均包括中控机，其中 中央控制站的中控机的级别高与区域控制站的级别，从而能够授权区域控制站进行相应的 操作。所述中控机均连接打印机及其显示装置。
6.一种如权利要求1所述的基于BACnet网络的集中控制式电表监控系统的监控方法， 该方法包括下属步骤1)中控机进行初始化，通过中控站端口发送接入信号，如果没有接受到现场控制器的 响应信号，则重复发送进入等待；2)当接收到现场控制器的响应信号后，则分配地址，同时在中控机的存储器中存下对 应分配的编码地址的用户实际地址以及该现场控制器的对应动态密钥；3)中控机定时发送密钥/数据采集请求信号，接收到响应信号后，中控机首先将数据 信号中的密钥进行提取；4)将提取的密钥与对应的存储在存储器中的数据进行比对，如果正确则接收并存储电 量数据信号，如果不正确则发出信号进行对应用户的电源线路切断。
7.如权利要求6所述的监控方法，管理者能够手动发出电源切断信号。
全文摘要
本发明涉及一种电表远程监控、采集系统，尤其涉及一种基于BACnet现场总线式的网络电表监控系统。其目的正是为了克服现有技术中需要大量人力物力进行人工抄表监控的缺陷，提供了一种基于BACnet现场总线式的网络电表监控系统。该电表监控系统采用三级控制，最低级采用多个现场控制器，第二级采用区域控制站，第三级采用中央控制站，三级控制节点采用BACnet网络连接通信，所述现场控制器为BACnet分散型可程序微处理机，其特征在于所述的BACnet分散型可程序微处理机具有RAM资料记忆单元，所述RAM资料记忆单元存储对应于地址的动态的密钥，其能够在每次重启时由中控机更新。
文档编号G05B19/418GK102033518SQ20091017696
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者冯东栋, 夏保胜, 季超, 张东生, 李善治 申请人:河南大学