1 概述
隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，電力系統(tǒng)快速發(fā)展的今天，手工抄表方式與無人值班等高度自動化程序形成了鮮明對比，成為制約供電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的一大障礙。就系統(tǒng)的完整性而言，電力系統(tǒng)從發(fā)電、配電、傳輸一直到區(qū)域變電所已基本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，而唯獨(dú)用戶終端沒有和網(wǎng)絡(luò)連接上，造成了系統(tǒng)的不完整，直接或間接的影響了系統(tǒng)潛能的發(fā)揮。目前居民用電絕大多數(shù)實(shí)行“分表制”，即若干集中居住的家庭(一個居住單元或若干居住單元的集合)使用一個總的電表，每戶裝一個分電表，電力部門抄表員抄收總電表的電量，作為居民交付電費(fèi)的依據(jù)。居委會或物業(yè)管理部門還需去抄取各家電表的讀數(shù)，按比例收取電費(fèi)。這種用電管理模式，給居民帶來諸多不便，同時大大增加了電力人員的工作。
為了適應(yīng)社會的需要，保證用戶安全、合理、方便地用電，對傳統(tǒng)的電表和用電的管理模式進(jìn)行改造，使之符合社會發(fā)展的需要就顯得很有必要。要實(shí)現(xiàn)電表集中自動抄表，其前提是電表需首先實(shí)現(xiàn)智能化，這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)出戶，以達(dá)到集中抄表的目的。要實(shí)現(xiàn)自動抄表，就要使電度表具有遠(yuǎn)傳功能，而常用的電度表多為感應(yīng)式機(jī)械電度表，這種表具有運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但不具有遠(yuǎn)傳功能。正是由于以上背景，智能電度表應(yīng)運(yùn)而生。所謂智能電度表，就是應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)等，形成以智能芯片為核心，具有電功率計量計時、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表。
2 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)簡介
隨著新一代移動通訊業(yè)務(wù)的產(chǎn)生和全面投入，無線移動數(shù)據(jù)通訊的應(yīng)用也越來越廣泛。安全的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線特點(diǎn)，配合按流量收費(fèi)的資費(fèi)方式，使GPRS通訊在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、道路交通、商務(wù)金融、移動辦公、零售服務(wù)等行業(yè)中的應(yīng)用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。采用GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)的移動IP通訊，既可獨(dú)立作為數(shù)傳通道，也可作為已經(jīng)架設(shè)光纖、數(shù)傳電臺等方式的輔助手段。因此“遠(yuǎn)程智能電表抄表系統(tǒng)”便可利用主控機(jī)(即普通商用微機(jī)，在本系統(tǒng)中也稱上位機(jī))，以先進(jìn)的電力線載波通信(PLC)技術(shù)為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)工程思想為指導(dǎo)，采用了軟件自動中繼、模式識別和模糊處理等技術(shù)，通過多用戶多功能電度表、F2103 GPRS IPMODEM、采集器及中心服務(wù)器由GPRS網(wǎng)絡(luò)或是通過K8110 光隔單口CAN總線適配卡(PCI總線) 把數(shù)據(jù)匯集到中心服務(wù)器。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成用電統(tǒng)計分析，交費(fèi)單據(jù)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的人工抄表、電話線抄表相比，極大地提高了對居民小區(qū)、公寓的用電進(jìn)行統(tǒng)一、集中管理的能力。
在信息時代迅猛發(fā)展的今天，為了實(shí)現(xiàn)居民小區(qū)、公寓的用電智能化管理，快速準(zhǔn)確、功能齊全的“遠(yuǎn)程智能電表抄表系統(tǒng)”無疑是我們設(shè)計的目標(biāo)所在。本系統(tǒng)設(shè)計用計算機(jī)集中、統(tǒng)一管理的方法，實(shí)現(xiàn)用戶信息錄入、用戶購電、用戶退電、用戶用電數(shù)據(jù)采集、用戶供電控制、用電查詢，以及用戶購電、退電、用電的報表打印等基本功能，另外該系統(tǒng)還具有用防竊電、電器識別、分時限點(diǎn)、復(fù)費(fèi)率、透支額等特有的功能。
2.2 系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)
遠(yuǎn)程智能抄表是利用現(xiàn)代的計算機(jī)電子技術(shù)和通訊技術(shù)結(jié)合，按照用戶用電記費(fèi)、管理部門檢查、管理、收費(fèi)的工作流程設(shè)計完成的。為了使本系統(tǒng)在小區(qū)、公寓的智能化管理中發(fā)揮更大的作用，實(shí)現(xiàn)工作過程的計算機(jī)化，提高工作效率和工作質(zhì)量，而通過無線信道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的，這樣的抄表方式毋須置疑是最為簡單、方便的抄表模式，甚至在最近建設(shè)部某通訊規(guī)約的討論稿中也初定了三表無線抄表使用的無線電頻點(diǎn)，但無線數(shù)據(jù)傳輸存在著在建筑物對無線電信號的反射、吸收等作用下，信號傳輸不穩(wěn)定的問題，另外表具安裝位置、空間抗擾等也對其穩(wěn)定工作有較大影響，同時無線電表產(chǎn)品自身也存在功耗等問題，因此該模式概念上雖然都很好，但真正大面積推廣應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)臍v程。
舊的事物消亡，新的事物產(chǎn)生，是辯證唯物主義發(fā)展觀中事物發(fā)展規(guī)律必然趨勢，同樣智能電表的發(fā)展是也是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而必然前進(jìn)的，市場的需求也進(jìn)一步推動了該產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，因此，無論各地的用電管理部門還是智能電表生產(chǎn)廠家，都迫切需要有一個規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，以使目前的電表行業(yè)早日步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展道路�，F(xiàn)提出如下的系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)：系統(tǒng)應(yīng)具有安全性、穩(wěn)定性、和快捷性，同時注意到先進(jìn)性;對用戶的用電信息實(shí)行智能管理，減輕管理部門的工作量，并提高工作效率;能夠?qū)τ脩舻挠脩糍忞姟⑼穗�、用電信息�?shí)現(xiàn)報表打印;系統(tǒng)人性化設(shè)計，界面友好，方便用戶的操作;還要提供設(shè)備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警等;控制：對欠費(fèi)用戶進(jìn)行拉閘等;提供停電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，在停電48-72小時內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控;系統(tǒng)還可提供豐富的接口，可與電業(yè)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)連接或進(jìn)行二次開發(fā)。
3 系統(tǒng)原理分析
3.1 系統(tǒng)構(gòu)架功能
多個電表通過RS485通信接口把電表數(shù)據(jù)傳到采集終端器上，采集終端通過RS485或是電力載波將數(shù)據(jù)傳送到采集集中器上，采集集中器通過RS485通信接口和通信IP modem連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以使用GPRS、APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。當(dāng)集中器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，建立透明數(shù)據(jù)通道后，采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口，集中器就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī);同時服務(wù)器主機(jī)下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)郊�中器后，集中器通過串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
3.2 系統(tǒng)組成
3.2.1 電能表
單相有功無功多功能表，有功0.5級、無功2級，具有RS485和低壓電力載波通訊接口，并且采用最新單片微處理器及其外圍芯片技術(shù)設(shè)計、制造，采用美國AD公司的專用單相電能計量芯片，通過對電流、電壓信號采樣，能計量雙向有功電能，實(shí)現(xiàn)對低壓居民用戶的電力線載波自動抄表。
3.2.2 采集器
采集器主采用先進(jìn)微電子技術(shù)及SMT生產(chǎn)工藝制造，應(yīng)用于低壓電力線載波自動抄表系統(tǒng)，作為系統(tǒng)的終端設(shè)備之一，自帶24個I/O口，可帶24戶電度表，停電數(shù)據(jù)保護(hù)，帶后備電源，停電后仍可抄表。實(shí)現(xiàn)24路用戶電表的電量等數(shù)據(jù)采集，適合與帶RS485接口的電能表進(jìn)行配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表。
3.2.3 傳輸終端(通信模塊/集中器)
RS485/電力載波IP MODEM一般都采用高性能嵌入式處理器，以實(shí)時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音、短信、數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。
3.2.4 中心軟件系統(tǒng)
抄表系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它應(yīng)遵循DL/T645部標(biāo)通訊規(guī)約，并有擴(kuò)展性。對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，還需有不同的軟件來快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設(shè)備的管理。
4 項(xiàng)目構(gòu)架的開發(fā)
4.1 傳輸終端和采集終端連接
目前無線傳輸模塊同時支持RS232/485接口，可通過RS232/485與終端通訊。本系統(tǒng)采用的是485的接口方式。
4.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入方式
中心采用APN專線，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，管理中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為管理中心分配專用的APN，普通用戶不得申請?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能)。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能)，為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。中心采用APN專線接入的方式，在實(shí)時性、安全性和穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
4.3 無線數(shù)據(jù)傳輸方式
傳輸設(shè)備采用F2103，其功能齊全，性能穩(wěn)定，簡單易用，它是一款工業(yè)級別的無線傳輸終端，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種各樣的工業(yè)，金融場合。終端設(shè)備和傳輸設(shè)備連接好后，設(shè)置好各種通訊參數(shù)，工作模式后，在傳輸設(shè)備F2103中填入數(shù)據(jù)中心的地址和應(yīng)用程序的端口號。這樣當(dāng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳給傳輸設(shè)備F2103，F(xiàn)2103就會把數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)街行�。終端設(shè)備支持多種中心模式(主備中心、多中心)，多種激活模式(電話、短信、數(shù)據(jù))，多種工作模式(TCP、UDP、telnet等)，方便用戶組網(wǎng)和各種系統(tǒng)需求。心跳包機(jī)制、注冊包機(jī)制、數(shù)據(jù)幀可控、重連機(jī)制等多種機(jī)制不僅保證設(shè)備實(shí)時在線，而且穩(wěn)定可靠，同時方便客戶根據(jù)現(xiàn)場的情況，來設(shè)置各種傳輸參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到最佳效果。
5 結(jié)束語
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，智能抄表技術(shù)將得到不斷的提高。智能抄表系統(tǒng)是一個完整的自動抄表和管理系統(tǒng)，具有自動化程度高，計量抄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，不受用戶計量表類型、負(fù)荷大小的限制，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的投入使用為用電管理部門實(shí)現(xiàn)自動化邁出了關(guān)鍵的一步。