摘 要：本文從一表多卡預付費電能表的實際應用情況出發，以排灌用表（澆地表）為實例，詳細介紹了一表多卡預付費電能表的設計要點及應用經驗。此外，本文還對一表多卡預付費電能表中的設計注意事項給予提醒，還總結了一表多卡預付費電能表的一些運行經驗。同時本文還給出一種一表多卡預付費電能表的成熟設計方案，并對該方案的優缺點加以評估。
一、 引言
預付費電能表因為其獨特的應用優勢有著較為廣泛的使用。預付費電能表按照使用場合來分可分為兩大類，一類是專用預付費電能表。簡單地講就是一表一卡，即每個用戶單獨使用一只電表，各個用戶之間不能通用。每個電表只識別一個購電卡，同時每個購電卡也只能在一只電能表上使用。第二類是公用預付費電能表。也就是一卡多表或者講一表多卡。其最大的特點是多個用戶共有一個電表或者一個用戶使用多個電表，并且每個電表對每個用戶進行單獨計量收費。一表多卡預付費電能表作為預付費電能表的一個分支也在越來越多的場合下使用。公用澆地表（即排灌用表）就是其一個較成功的例子。它不僅解決了收水費電費難的問題，而且又杜絕了以往固定交多少錢任意用水的嚴重浪費現象，符合社會節約用水的方針。
二、 使用情況分析
一表多卡預付費電能表因其特定的使用環境，使其與專用預付費電能表存在很多差別。
環境影響惡劣。一表多卡電能表一般安裝在野外露天的環境，沙塵、潮濕影響特別嚴重，因此對電表的密封性能有著較高的要求。此外，電表所在環境的干擾因素也很多，對電表的電磁兼容性能也有特殊的要求。使用頻繁。一表多卡預付費電能表一般均為多個用戶使用，使用的頻率較高。例如，公用脫粒機用表在秋收農忙季節，每天的使用次數相當多。而在平時幾乎停止使用。其關鍵部件如卡座等可能是專用預付費表使用次數的幾百倍。維護困難。一表多卡預付費電能表的安裝地點分散，給維護工作帶來很大的不便。用時給電表在抗攻擊和防竊電方面提出了新的要求。由于維護工作困難，對電表的可靠性和穩定性也有著嚴格的要求。
三、 設計要點
針對上述使用特點，一表多卡預付費電能表的設計上應優先考慮針對使用的設計方案。設計時要重點對以下幾點多加考慮。
選用密封性能好的電表結構件，防止濕氣、沙塵的影響。對電表的印刷電路板采三防工藝處理。提高電表對惡劣環境及天氣的耐受力。關鍵元器件采用高質量的產品。對于易磨損的卡座等器件要使用壽命長的產品品牌，同時卡座上要有防止人為攻擊的措施。如果有可能的話，可選用非接觸卡,如射頻卡，從根本上解決磨損問題。
加強電磁兼容設計，提高電表抗干擾的能力。一表多卡預付費電能表安裝地點一般在變壓器周圍或末端，而且可能有高壓線路經過，電磁干擾情況嚴重。增強容錯措施。強化對異常狀態的處理，及時對電表及負載進行保護，防止異常狀態進一步擴大。由于一表多卡預付電能表的使用頻率高，出現故障的可能性也相對較高。電能表應能在出現異常的情況下保護故障現場，記錄出現故障時的現場數據，以便在調查故障原因時提供參考。同時電能表還應及時轉入禁止使用狀態，強制管理人員維修或更換，防止更大的損失。
四、設計實例
根據一表多卡預付電能表的設計要點，下面介紹一種設計方案，該方案主要是面向農業排灌用電表而設計的，而且目前已經在廣大農村大量使用，經過了實用考驗。圖1是電表的組成框圖。
預付費電能表因為其獨特的應用優勢有著較為廣泛的使用。預付費電能表按照使用場合來分可分為兩大類，一類是專用預付費電能表。簡單地講就是一表一卡，即每個用戶單獨使用一只電表，各個用戶之間不能通用。每個電表只識別一個購電卡，同時每個購電卡也只能在一只電能表上使用。第二類是公用預付費電能表。也就是一卡多表或者講一表多卡。其最大的特點是多個用戶共有一個電表或者一個用戶使用多個電表，并且每個電表對每個用戶進行單獨計量收費。一表多卡預付費電能表作為預付費電能表的一個分支也在越來越多的場合下使用。公用澆地表（即排灌用表）就是其一個較成功的例子。它不僅解決了收水費電費難的問題，而且又杜絕了以往固定交多少錢任意用水的嚴重浪費現象，符合社會節約用水的方針。
二、 使用情況分析
一表多卡預付費電能表因其特定的使用環境，使其與專用預付費電能表存在很多差別。
環境影響惡劣。一表多卡電能表一般安裝在野外露天的環境，沙塵、潮濕影響特別嚴重，因此對電表的密封性能有著較高的要求。此外，電表所在環境的干擾因素也很多，對電表的電磁兼容性能也有特殊的要求。使用頻繁。一表多卡預付費電能表一般均為多個用戶使用，使用的頻率較高。例如，公用脫粒機用表在秋收農忙季節，每天的使用次數相當多。而在平時幾乎停止使用。其關鍵部件如卡座等可能是專用預付費表使用次數的幾百倍。維護困難。一表多卡預付費電能表的安裝地點分散，給維護工作帶來很大的不便。用時給電表在抗攻擊和防竊電方面提出了新的要求。由于維護工作困難，對電表的可靠性和穩定性也有著嚴格的要求。
三、 設計要點
針對上述使用特點，一表多卡預付費電能表的設計上應優先考慮針對使用的設計方案。設計時要重點對以下幾點多加考慮。
選用密封性能好的電表結構件，防止濕氣、沙塵的影響。對電表的印刷電路板采三防工藝處理。提高電表對惡劣環境及天氣的耐受力。關鍵元器件采用高質量的產品。對于易磨損的卡座等器件要使用壽命長的產品品牌，同時卡座上要有防止人為攻擊的措施。如果有可能的話，可選用非接觸卡,如射頻卡，從根本上解決磨損問題。
加強電磁兼容設計，提高電表抗干擾的能力。一表多卡預付費電能表安裝地點一般在變壓器周圍或末端，而且可能有高壓線路經過，電磁干擾情況嚴重。增強容錯措施。強化對異常狀態的處理，及時對電表及負載進行保護，防止異常狀態進一步擴大。由于一表多卡預付電能表的使用頻率高，出現故障的可能性也相對較高。電能表應能在出現異常的情況下保護故障現場，記錄出現故障時的現場數據，以便在調查故障原因時提供參考。同時電能表還應及時轉入禁止使用狀態，強制管理人員維修或更換，防止更大的損失。
四、設計實例
根據一表多卡預付電能表的設計要點，下面介紹一種設計方案，該方案主要是面向農業排灌用電表而設計的，而且目前已經在廣大農村大量使用，經過了實用考驗。圖1是電表的組成框圖。
該方案采用數據計量芯片作為電表的計量部分，采用飛思卡爾半導體公司的MC68HC908JL8作為主處理MCU，采用非接觸卡作為購電卡，整個方案簡單實用。
本方案的核心是MC68HC908JL8芯片。它是飛思卡爾半導體公司(原摩托羅拉半導體公司)比較成熟的一款單片機，在電表應用上已有先例，如多費率電能表等。
MC68HC908JL8不僅配置較好，性能穩定可靠，而且價格適中，在電能表價格越來越低的趨勢下，比較適合用于預付費電能表。而且它可以在線編程，對于以后軟件升級，增加功能提供方便的手段。
本方案的計量部分采用數字計量芯片ADE7752。它是美國AD公司的三相數字計量芯片，抗干擾好，且計量準確穩定。
本表采用雙顯示輸出，即采用LED屏加計度器顯示的模式。計度器顯示總電量，LED屏顯示剩余電量及其它提示信息。存貯器采用MICROCHIP的24系列EEPROM，保存設置參數及運行記錄。控制輸出部分采用普通繼電器，并且有限流保護。
本方案的一個亮點是采用非接觸卡的方式進行工作。由于一表多卡預付費電能表要頻繁使用，特別時排灌用表更是頻繁地輸電取電，卡座極易磨損，造成接觸不良，影響到電表正常使用。而采用非接觸卡就沒有此類情況發生。本方案中采用高速射頻卡，讀寫速度相當快，避免因抖動造成讀寫不成功的現象。 除了一般的電磁兼容設計以外，在電源部分，本方案投入了很多精力，將抗干擾及保護檢測等等設計在內。
在硬件上，除了一些特別的保護措施外，一表多卡預付費電能表與普通一表一卡預付費電能表沒有什么太大的區別。而在軟件方面，一表多卡預付費電能表就有著自己的特色。該方案用作排灌用表的功能有：
• 計量有功電能并存貯，反向電能單獨存貯并計入正向電量
• 輸入電量允許用電，剩余電量為0時禁止用電
• 先插卡輸入電量，再插卡取走剩余電量
• 一表多卡功能，一只電表能夠接受多個用戶的購電卡
• 一卡多表功能，一個用戶的購電卡可以在多個電表上使用
• 劃區功能，電表可設定某個區域的使用范圍，超出范圍的用戶不允許使用電表
• 獨占工作模式，電表中有用戶剩余電量數據時，禁止其它用戶使用，避免用戶之間產生誤會
• 當前剩余電量小于報警門限時，電表發出聲光報警
• 當負荷超過限定功率時，斷開繼電器停止供電，保護負載設備及電表
• 延時保護功能，當電表接受用戶電量后，在設定時間內未使用電能，電表將停止供電
• 表記故障報警功能，可通過介質操作解除，故障內容可查詢
• 電卡操作成功及失敗提示
• 控制保護功能，主要包括缺相保護、低壓保護、過載保護等等
• 抗惡意攻擊保護功能
• 用電記錄功能，電表能記錄最近使用的用戶用電量情況
• 停用功能，當電表在某些情況下禁止使用時，如需要維護或遇到攻擊不能恢復正常運行等情況下，可將電表設為停用狀態，不接受任何購電卡，事后可恢復繼續使用
五、運行經驗
一表多卡預付費電能表與一表一卡的專用預付費電能表相比，使用范圍及使用數量上均要小得多，因此及時總結經驗教訓顯得尤為重要。我們根據客戶的使用情況對農業排灌用電表進行了一些總結，以供參考。
A、管理極為重要。管理包括兩個方面，一個是售電系統的管理，另一個是電表的管理。售電系統的管理包括對售電人員的設置，口令保護；對售電程序的規定及監控；對售電時間及售電地點的監管；用戶資料的管理等方面。同時要有完備的規章制度對所有售電相關的活動進行規范，防止私電、人情電的發生。對電表的管理要做到檔案齊備，定時巡察，專人管理等。檔案齊備是指對現場使用的電表要有案可查，胸中有數，防止出現電表不受控狀態。定時對所有在用電表進行巡察，及時發現問題，及時處理，降低因為發現故障晚而導致損失擴大的情況發生。專人管理是指每個電表均應有專人負責電表的運行維護工作，保證電表的正常使用。
B、電表的電磁兼容性能要好。電表的計量不應因受到干擾而改變。由于電表的使用環境相當差，電表因受干擾而計量不準的現象時有發生，因而造成了線損大的情況嚴重。
C、電表環境適應性要強。如澆地表一般安裝在田間地頭的機井旁邊，塵土、潮濕現象相當多，電表不應受到環境影響，并準確計量。
D、要具備保護功能。保護功能包括電表的自我保護和對負載設備的保護。
自我保護一方面指防止惡意攻擊，惡意用電，另一方面是指當電表出現故障的情況下及時告警提示并停止繼續使用，防止故障擴大。對負載設備的保護是指當電源不正常時停止供電，保護負載設備，防止因此損壞。如排灌用電表后接電機，當缺相或電壓過高、過低時均容易損壞，電表如果能在上述情況下保護電機，會減少用戶損失。
六、結束語
一表多卡預付費電能表由于其能夠在特殊的情況下使用，并且方便供電管理部門和用戶，受到了各方的歡迎。對于供電方，它解決了收費難的問題，同時提高了服務質量，制止了亂加價的發生，促進用電營業走向科學化、現代化、規范化管理軌道。對于用戶而言，采用一表多卡電能表使用方便，可根據自己的需要交費購電和使用，減輕了負擔，沒有地中間環節的收費，實現了明明白白消費。一表多卡預付費電表因其優點一定會從農業排灌、農業脫粒走向更廣闊的應用領域。
參考文獻：
[1] GB/T18460-2001 IC卡預付費售電系統
[2] Freescale user data sheet 2000.12
[3] 河北省電力公司農業排灌預付費電能表管理加法
[4] 射頻卡使用數據手冊
作者簡介：
李文俊，男，高級工程師，南京潤深公司總經理，主要從事電表的研制及推廣工作。
南京潤深電子有限公司，南京大校場路5號 210005
本方案的核心是MC68HC908JL8芯片。它是飛思卡爾半導體公司(原摩托羅拉半導體公司)比較成熟的一款單片機，在電表應用上已有先例，如多費率電能表等。
MC68HC908JL8不僅配置較好，性能穩定可靠，而且價格適中，在電能表價格越來越低的趨勢下，比較適合用于預付費電能表。而且它可以在線編程，對于以后軟件升級，增加功能提供方便的手段。
本方案的計量部分采用數字計量芯片ADE7752。它是美國AD公司的三相數字計量芯片，抗干擾好，且計量準確穩定。
本表采用雙顯示輸出，即采用LED屏加計度器顯示的模式。計度器顯示總電量，LED屏顯示剩余電量及其它提示信息。存貯器采用MICROCHIP的24系列EEPROM，保存設置參數及運行記錄。控制輸出部分采用普通繼電器，并且有限流保護。
本方案的一個亮點是采用非接觸卡的方式進行工作。由于一表多卡預付費電能表要頻繁使用，特別時排灌用表更是頻繁地輸電取電，卡座極易磨損，造成接觸不良，影響到電表正常使用。而采用非接觸卡就沒有此類情況發生。本方案中采用高速射頻卡，讀寫速度相當快，避免因抖動造成讀寫不成功的現象。 除了一般的電磁兼容設計以外，在電源部分，本方案投入了很多精力，將抗干擾及保護檢測等等設計在內。
在硬件上，除了一些特別的保護措施外，一表多卡預付費電能表與普通一表一卡預付費電能表沒有什么太大的區別。而在軟件方面，一表多卡預付費電能表就有著自己的特色。該方案用作排灌用表的功能有：
• 計量有功電能并存貯，反向電能單獨存貯并計入正向電量
• 輸入電量允許用電，剩余電量為0時禁止用電
• 先插卡輸入電量，再插卡取走剩余電量
• 一表多卡功能，一只電表能夠接受多個用戶的購電卡
• 一卡多表功能，一個用戶的購電卡可以在多個電表上使用
• 劃區功能，電表可設定某個區域的使用范圍，超出范圍的用戶不允許使用電表
• 獨占工作模式，電表中有用戶剩余電量數據時，禁止其它用戶使用，避免用戶之間產生誤會
• 當前剩余電量小于報警門限時，電表發出聲光報警
• 當負荷超過限定功率時，斷開繼電器停止供電，保護負載設備及電表
• 延時保護功能，當電表接受用戶電量后，在設定時間內未使用電能，電表將停止供電
• 表記故障報警功能，可通過介質操作解除，故障內容可查詢
• 電卡操作成功及失敗提示
• 控制保護功能，主要包括缺相保護、低壓保護、過載保護等等
• 抗惡意攻擊保護功能
• 用電記錄功能，電表能記錄最近使用的用戶用電量情況
• 停用功能，當電表在某些情況下禁止使用時，如需要維護或遇到攻擊不能恢復正常運行等情況下，可將電表設為停用狀態，不接受任何購電卡，事后可恢復繼續使用
五、運行經驗
一表多卡預付費電能表與一表一卡的專用預付費電能表相比，使用范圍及使用數量上均要小得多，因此及時總結經驗教訓顯得尤為重要。我們根據客戶的使用情況對農業排灌用電表進行了一些總結，以供參考。
A、管理極為重要。管理包括兩個方面，一個是售電系統的管理，另一個是電表的管理。售電系統的管理包括對售電人員的設置，口令保護；對售電程序的規定及監控；對售電時間及售電地點的監管；用戶資料的管理等方面。同時要有完備的規章制度對所有售電相關的活動進行規范，防止私電、人情電的發生。對電表的管理要做到檔案齊備，定時巡察，專人管理等。檔案齊備是指對現場使用的電表要有案可查，胸中有數，防止出現電表不受控狀態。定時對所有在用電表進行巡察，及時發現問題，及時處理，降低因為發現故障晚而導致損失擴大的情況發生。專人管理是指每個電表均應有專人負責電表的運行維護工作，保證電表的正常使用。
B、電表的電磁兼容性能要好。電表的計量不應因受到干擾而改變。由于電表的使用環境相當差，電表因受干擾而計量不準的現象時有發生，因而造成了線損大的情況嚴重。
C、電表環境適應性要強。如澆地表一般安裝在田間地頭的機井旁邊，塵土、潮濕現象相當多，電表不應受到環境影響，并準確計量。
D、要具備保護功能。保護功能包括電表的自我保護和對負載設備的保護。
自我保護一方面指防止惡意攻擊，惡意用電，另一方面是指當電表出現故障的情況下及時告警提示并停止繼續使用，防止故障擴大。對負載設備的保護是指當電源不正常時停止供電，保護負載設備，防止因此損壞。如排灌用電表后接電機，當缺相或電壓過高、過低時均容易損壞，電表如果能在上述情況下保護電機，會減少用戶損失。
六、結束語
一表多卡預付費電能表由于其能夠在特殊的情況下使用，并且方便供電管理部門和用戶，受到了各方的歡迎。對于供電方，它解決了收費難的問題，同時提高了服務質量，制止了亂加價的發生，促進用電營業走向科學化、現代化、規范化管理軌道。對于用戶而言，采用一表多卡電能表使用方便，可根據自己的需要交費購電和使用，減輕了負擔，沒有地中間環節的收費，實現了明明白白消費。一表多卡預付費電表因其優點一定會從農業排灌、農業脫粒走向更廣闊的應用領域。
參考文獻：
[1] GB/T18460-2001 IC卡預付費售電系統
[2] Freescale user data sheet 2000.12
[3] 河北省電力公司農業排灌預付費電能表管理加法
[4] 射頻卡使用數據手冊
作者簡介：
李文俊，男，高級工程師，南京潤深公司總經理，主要從事電表的研制及推廣工作。
南京潤深電子有限公司，南京大校場路5號 210005
