智能电表的模块化和一体化

智能电表是智能电网的智能终端，除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有用电信息存储、双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能。

智能电表的工作原理是电表首先生成数据：A/D转换部分将模拟信号采样成数字信号，再通过表内单片机进行计算分析得到电能数据，之后将数据缓存到缓存芯片内，用户即可通过相对应的接口，协议进行读取了。随后不同厂家根据电表的使用不同会采用红外、有线、无线、GPRS、以太网等各种方式将数据传输到服务器，从而实现远程抄表。

我国智能电表行业目前的发展特征是依托智能电网和现代管理理念，利用高级测量架构(AMI)、高效控制、高速通信、快速储存等技术，向模块化、网络化、系统化、智能化方向发展。高可靠性、智能化、高精度、高性能和多参数将成为电表技术发展的趋势。

当前电能表方案普遍采用功能一体化设计。电能表计量模块的性能容易受到其他部分软硬件设计的影响，而其他功能的损坏或失效容易累及电能表的计量部分。因此，电能表一旦出现故障，只能进行整表更换，以保障电力计量工作的顺利进行。这势必增加了智能电能表的维护成本，也造成了严重的资源浪费。如果实现智能电能表的模块化设计，就可以根据故障点，只对相应的故障模块进行更换。这将大大降低地市电力公司的日常维护成本。

为了防止电能表程序遭到篡改，保证电能表计量功能的安全可靠，国家电网公司不允许电能表进行软件的在线升级。随着智能电能表在我国的全面铺开，很多问题和需求涌现出来。为了解决旧问题，满足新需求，国网公司只能通过修改标准的方式进行重新招标。各地市公司只能将所有已铺设的电能表进行拆除，更换成新的电能表。这种更新换代方式不但周期长，成本高，还造成了大量的资源浪费，给国网公司带来了极大的成本压力和施工压力。如果实现智能电能表的模块化设计，就可以将电能表的计量部分和非计量部分设计成独立的功能模块。对非计量部分的功能模块进行软硬件的升级，并不会对核心的计量部分造成影响。这不仅保证了电能表计量功能的安全可靠，还满足了居民用电过程中不断变化的功能需求。

今后的电表设备将采用模组化结构。将由一个底座和一些更为灵活的通信部件、I/O配件、控制配件和模块组成，功能可以实现定制。所有模块全部可以替换、组合，实现不同的功能配置，满足不同的需求。另外所有的部件、模块都能做到即插即用，自动识别。

软件方面将来也会实现模组化，基于一个统一的操作系统，保证智能化终端底层的软件架构是一致的，才能保证智能终端软件的一致性。

智能电表采用功能模块化设计有以下优点：首先，只需通过更换部分功能模块就可以实现电表的升级换代，而无需更换整个电表，摆脱传统电表设计中因不可更改导致的成批调换、淘汰以及系统重构的缺陷；其次，由于功能的模块化和结构的标准化，改变电力公司过于依赖某一电表厂家产品，并为规范电表的研发提供了可能；第三，可以通过现场或远程升级更换故障模块，提高可维护性并节省维护费用。

电能表从老式的机械表到智能电能表演变过程涵盖了电能表接口一体化的过程。目前智能电能表仅国家电网范围内每年招标几千万只，数目是庞大的，涉及上百家表厂、芯片提供商、端口提供商，从研发设计到生产调试，再到现场安装使用，如果没有统一的标准将耗费巨大物力和人力，对于电力公司将增加巨大检测成本，管理成本。对电力用户来说种类繁多的接口也势必影响使用体验度和应用安全性。具有一体化接口的智能电能表实现了研发设计的标准化、生产检定的自动化、库房管理的标准化、实施安装的统一化、抄读付费的信息化。另外随着水、电、气、热四表集抄方案的推进及物联网技术的应用，接口一体化的智能电能表是适应信息时代的产物，符合智能硬件的智能化和信息化的特点，符合万物互联的市场需求。

在接口方面，未来将实现底座和模块达到自动交互、自动识别的要求，实现通信协议的优化。基于它来实现功能定制，需要应用软件的模型是统一的。基于这个模型，可以开发不同的功能模，以适应不同的需求。

未来通信接口转换器也将具有通信模组化、多通信接口、即插即用、支持各种规约智能表计接入等特点。

通信接口转换器的关键部件都是模块化设计，可以支持多种通信技术，包括载波通信、微功率无线、lora，ZigBee，还有WiFi等多种通信技术。另外还扩展了包括M-Bus总线通用接口，485通信总线接口。配置了大量的模块和支持不同通信技术的端口，可以保证通信速率，做到自适应。另外对于不同的通信设备，通信模块可以过载保护和控制带载能力。所有的模块和设备终端的底座自动适应和匹配，不需要人为设置参数。

通信接口转换器可以支持各种规约的智能表计接入，这也要求智能电表必须做到模块化和一体化，才能有效地解决即插即用的要求。

智能电表的模块化和一体化设计，将减少大量的资源浪费，减少电力公司的成本压力和施工压力。不仅减少电力公司的检测成本和管理成本，对电力用户来说也将提高用户体验和应用安全性。

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