基于GPRS無(wú)線通信技術(shù)的電力自動(dòng)抄表系統(tǒng)

　　前言

　　解決當(dāng)前我國(guó)電力抄表領(lǐng)域存在的估抄、漏抄、錯(cuò)抄以及抄表不及時(shí)等現(xiàn)象,將電表數(shù)據(jù)的采集由傳統(tǒng)的人工抄表轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)抄表是我國(guó)電力行業(yè)亟待解決的重大難題。
自動(dòng)抄表系統(tǒng)目前主要采用有線通信技術(shù)和電力線載波通信技術(shù)。有線通信技術(shù)作為傳統(tǒng)方法,系統(tǒng)的穩(wěn)定性很好,但鋪線工程量大,容易被人為損壞,而且如果居民樓建成后,再在墻壁表面拉線,居民難以接受。電力線載波抄表在國(guó)內(nèi)也始終沒(méi)有得到大范圍應(yīng)用,其主要原因是國(guó)內(nèi)電力線路本身所帶的大量諧波干擾問(wèn)題沒(méi)有得到很好解決,在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)碼、丟碼的情況,使數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差。隨著無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時(shí)伴隨著數(shù)字化程度的提高，無(wú)線遠(yuǎn)程控制及無(wú)線遠(yuǎn)程抄表已經(jīng)成為未來(lái)電力管理的必然選擇。

　　GPRS通信技術(shù)簡(jiǎn)介

　　通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新無(wú)線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP或X.25服務(wù)。在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS與其他無(wú)線方式的應(yīng)用比較如下：

　　GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40～100Kbit/s，GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS永遠(yuǎn)在線，按流量計(jì)費(fèi)，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　GPRS電力遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)由電表數(shù)據(jù)采集部分、GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端（DTU）、電力局的配電數(shù)據(jù)中心三大塊組成，電表數(shù)據(jù)通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。居民小區(qū)的所有電表首先連接到電表集中器，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復(fù)費(fèi)率電表通過(guò)串口傳到電表集中器，電表集中器通過(guò)串口與 GPRS 透明數(shù)據(jù)傳輸終端（DTU）連接，電表數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)協(xié)議封裝后發(fā)送到中國(guó)移動(dòng)的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和INTERNET公網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至配電數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。

　　在網(wǎng)絡(luò)上兩臺(tái)主機(jī)要實(shí)現(xiàn)直接通訊(不通過(guò)中轉(zhuǎn))必要條件是：至少有臺(tái)主機(jī)IP 地址具有固定性和唯一性。安裝普通SIM卡的GPRS通訊模塊的IP地址是隨機(jī)的，同時(shí)考慮到大部分用戶的上位機(jī) IP 地址也是隨機(jī)的，所以系統(tǒng)通過(guò)具有固定IP地址的網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器來(lái)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)，完成系統(tǒng)通訊的基礎(chǔ)條件。網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTNERNET公網(wǎng)連接。上位機(jī)建立在局域網(wǎng)內(nèi)，增加系統(tǒng)的安全性。

　　啟動(dòng) GPRS 數(shù)據(jù)傳輸終端后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的 IP 地址或域名來(lái)主動(dòng)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過(guò)代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立 TCP/IP，當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來(lái)找到的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過(guò)GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過(guò)端口映射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，完成系統(tǒng)的一次通訊過(guò)程。
　
　　現(xiàn)今，由于移動(dòng)公司可以通過(guò)為客戶開(kāi)通特定的APN 和發(fā)行特殊的SIM卡，使得用這張 SIM 卡獲得的動(dòng)態(tài)IP 地址每一次都不變。也就是說(shuō)可以做到 SIM卡和IP地址綁定，同時(shí)監(jiān)控中心主站也可以通過(guò)專(zhuān)線方式直接接入 GPRS 移站，并獲得一個(gè)固定的 IP 地址，這樣，GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)終端無(wú)需路由到 Internet網(wǎng)絡(luò)，采用這種方式組成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、安全性高的特點(diǎn)，但相對(duì)系統(tǒng)通過(guò)Internet(CMNET)，用戶的實(shí)現(xiàn)成本費(fèi)用相對(duì)較高。

　　系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)功能主要由系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、資料錄入、用量查詢、用電監(jiān)控、異常分析、報(bào)表生成、系統(tǒng)維護(hù)、計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)、自動(dòng)報(bào)警n個(gè)部分組成。
　　1、系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置主要進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建立和初始參數(shù)設(shè)置，包括集中器設(shè)置，包括設(shè)置抄表日，凍結(jié)表的時(shí)間等。
　　2、數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集主要進(jìn)行廣播抄表點(diǎn)抄單表、全抄電表、抄凍結(jié)數(shù)據(jù)、零點(diǎn)抄表和實(shí)時(shí)點(diǎn)抄。
　　3、資料錄入：資料錄入主要進(jìn)行用戶、表信息錄入、集中器資料錄入。
　　4、系統(tǒng)維護(hù)：系統(tǒng)維護(hù)主要進(jìn)行事務(wù)日志年、月、日查詢、系統(tǒng)通訊和定時(shí)操作的設(shè)置、系統(tǒng)操作員密碼和權(quán)限的管理、數(shù)據(jù)安全備份維護(hù)。
　　5、用量查詢：用量查詢主要進(jìn)行日用量日月、年查詢，月用量月、年查詢，年用量年查詢、凍結(jié)數(shù)據(jù)查詢分析。具體的查詢時(shí)間可由查詢的時(shí)間來(lái)調(diào)整確定。
　　6、用電監(jiān)控：用電監(jiān)控主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控電表狀態(tài)，控制用戶的上、斷電操，檢測(cè) GPRS集中器和GPRS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況。
　　7、報(bào)表生成：報(bào)表生成主要是生成日、月年用量報(bào)表和報(bào)表預(yù)覽打印。
　　8、自動(dòng)報(bào)警：開(kāi)箱告警；停電告警；逆相告警；超溫告警；過(guò)壓告警；過(guò)流告警；過(guò)載告警；傾斜或移動(dòng)報(bào)警等其他功能。

　　系統(tǒng)特點(diǎn)
　　GPRS無(wú)線電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：
　　1、可對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：
　　通過(guò)GPRS 雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、開(kāi)關(guān)等控制操作。

　　2、實(shí)時(shí)性強(qiáng)：
　　由于GPRS 具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，無(wú)需輪巡就可以同步接收、處理多個(gè)或所有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)?？珊芎玫臐M足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

　　3、集抄范圍廣：
　　GPRS 覆蓋范圍廣，在無(wú)線GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以完成對(duì)集抄的控制和管理。而且，擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。

　　4、數(shù)據(jù)傳送速率高：
　　每個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps 之內(nèi)。GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，目前 GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

　　5、系統(tǒng)的傳輸容量大：
　　配電數(shù)據(jù)中心要和每一個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)保持實(shí)時(shí)連接。由于電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

　　6、建設(shè)成本少低：
　　由于采用 GPRS 的無(wú)線公網(wǎng)平臺(tái)，只需安裝好設(shè)備就可以，不需要為遠(yuǎn)程抄表進(jìn)行專(zhuān)門(mén)布線，前期投資少、見(jiàn)效快，后期升級(jí)、維護(hù)成本低；

　　7、通信費(fèi)用低：
　　采用包月計(jì)費(fèi)方式，運(yùn)營(yíng)成本低。

　　系統(tǒng)典型應(yīng)用
　　1. 居民用戶抄表系統(tǒng)
　　a.電表：1.0級(jí)單相靜止式（電子式）電度表，具有光耦脈沖輸出功能。
　　b.內(nèi)容：電量；其他
　　c.形式：自動(dòng)抄表 ；定時(shí)上報(bào)；實(shí)時(shí)查詢
　　d.告警功能：開(kāi)箱告警；停電告警

　　2.大集團(tuán)用戶抄表系統(tǒng)
　　a.電表：三相有功無(wú)功多功能表，有功0.5級(jí)、無(wú)功2級(jí)，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約?；蛘呤褂茫喝嘤泄?fù)費(fèi)率表，有功1級(jí)，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約
　　b.內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)電能量（有功、無(wú)功）的計(jì)量和功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等參數(shù)的測(cè)量。
　　c.系統(tǒng)功能：
　　（1）設(shè)置電能表的參數(shù)，讀取各種計(jì)量和管理數(shù)據(jù)；
　?。?）抄表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢、備份、報(bào)表、圖表生成；
　?。?）廠站管理；
　?。?）自動(dòng)抄表、定時(shí)上報(bào)、實(shí)時(shí)查詢等；
　?。?）掉電數(shù)據(jù)保存；
　?。?）瞬時(shí)量數(shù)據(jù)的綜合處理；
　?。?）系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、存檔和向外輸出數(shù)據(jù)；
　　（8）歷史數(shù)據(jù)事件記錄功能；
　　（9）實(shí)時(shí)報(bào)警；
　　（10）根據(jù)線路上的表計(jì)關(guān)系計(jì)算線路損耗；
　?。?1）可提供多路模擬量、開(kāi)關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)開(kāi)箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過(guò)壓告警、過(guò)流告警、過(guò)載告警、傾斜或移動(dòng)報(bào)警等其他功能；
　?。?2）遠(yuǎn)程控制斷電功能；

　　3.變電站抄表系統(tǒng)
　　a.電表：三相有功無(wú)功多功能表。
　　b.內(nèi)容：
　?。?）電壓、電流；
　?。?）有功正、反向分時(shí)電量；無(wú)功四象限分時(shí)電量；
　?。?）有功正、反向分時(shí)最大需量及發(fā)生時(shí)間；
　?。?）無(wú)功正、反向分時(shí)最大需量及發(fā)生時(shí)間；
　?。?）斷相時(shí)間、次數(shù)及斷相期間用電量；
　?。?）負(fù)荷曲線。
　　c.形式：自動(dòng)抄表；定時(shí)上報(bào)；實(shí)時(shí)查詢。
　　d.告警功能：開(kāi)箱告警；停電告警；逆相告警；超溫告警；過(guò)壓告警； 過(guò)流告警；過(guò)載告警；傾斜或移動(dòng)報(bào)警等其他功能。
　
　　總結(jié)
　　對(duì)于電力部門(mén)來(lái)說(shuō)，抄表一直是一件非常頭疼的事情，需要投入大量的人力、物力和財(cái)力。因?yàn)殡姳頂?shù)量眾多，地理位置分散，給工作人員帶來(lái) 極大的不方便。采用GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信方法解決了此問(wèn)題，同時(shí)也解決了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信問(wèn)題，比起其它有線通信方式有著不可比擬的優(yōu)越性。由于采用的是無(wú)線模式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘玫搅撕艽蟮奶岣摺ｋS著GPRS網(wǎng)絡(luò)的逐漸完整和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，GPRS在其它工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用必將越來(lái)越廣闊。

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