一種新型的智能用電抄表系統的設計

1 引言

目前國內已有多種用于居民用電抄表的產(chǎn)品，從近幾年實(shí)際投入的情況看， IC卡表和電力線(xiàn)載波集抄的應用占了較大的比重，但是由于這些產(chǎn)品在節能降損、提升企業(yè)經(jīng)濟效益方面的實(shí)際作用不大，在供電行業(yè)沒(méi)有能夠廣泛地推廣使用。

預付費 IC卡電表，其方案僅能單一的解決電費回收問(wèn)題，相比之下投入較大、隱患較多、維護難、必須專(zhuān)人值班售電管理等，因為它不具備監察用戶(hù)用電的功能，所以很容易發(fā)生解密盜電或其它偷漏電情況，而且難以查覺(jué)。預付費本身也容易引起與用戶(hù)的糾紛，許多地方已明文限制使用。

低壓載波集中抄表，其技術(shù)方案具有較大的優(yōu)勢，它利用了現有低壓電力線(xiàn)作為通訊載體實(shí)施計算機自動(dòng)抄表，不僅可省去敷設線(xiàn)路和日后維護線(xiàn)路的大量工作及費用，同時(shí)線(xiàn)路的安全也自然有了保障，運行通訊費用較低，它可以不更換舊表而是在原表上增裝一個(gè)小的傳感器來(lái)完成轉換和傳輸數據，這樣可省去大量換表資金。

但它存在的缺點(diǎn)是，電網(wǎng)線(xiàn)路上周期性、持續性的干擾信號以及干擾的隨機突發(fā)性與多變性影響了數據傳輸的穩定性，盡管可采用規避干擾和中繼技術(shù)能夠提高一些抄收成功率，可是產(chǎn)品的技術(shù)方案（電話(huà)線(xiàn) +載波通訊）從根本上無(wú)法適應國內各種電網(wǎng)結構，抄收數據的實(shí)時(shí)性又很低，很難穩定地保證每天采集到完整的臺區數據。由于電話(huà)線(xiàn)的通訊速率低，而且平常不能總保持連通狀態(tài)（會(huì )發(fā)生大量的通訊費用），無(wú)法實(shí)現在線(xiàn)監測和自動(dòng)報警功能，因此產(chǎn)品的實(shí)際用途受到很大的限制，其性能價(jià)格比直接影響了產(chǎn)品的推廣應用。

GPRS（General Packet Radio Service），即通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，這種無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)是在現有 GSM網(wǎng)絡(luò )上開(kāi)通的一種新型的分組數據傳輸業(yè)務(wù)，它是利用分封交換（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無(wú)線(xiàn)傳輸方式。GPRS采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶(hù)共享某些固定的信道資源。GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS相對有線(xiàn)電話(huà)還具有通訊信道安全可靠、速率高、實(shí)時(shí)在線(xiàn)不發(fā)生費用、通訊費用低、普及面廣、安裝便利等優(yōu)勢，尤其是它所提供的點(diǎn)對多點(diǎn)無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)非常適合抄表項目。

2 系統結構與總體方案設計

基本系統由抄表工作站、數據集中器、電表測控器、參數設置器和管理軟件組成。系統總體結構如圖 1所示。

抄表工作站通過(guò)局域網(wǎng)或寬帶連入 INTERNET，利用移動(dòng) GPRS基站與相應區域的數據集中器（一般每個(gè)臺區一個(gè)）通訊，集中器通過(guò)專(zhuān)用線(xiàn)路（總線(xiàn)方式）或電力線(xiàn)（載波方式）連接臺區電表測控器 (安裝在電表進(jìn)線(xiàn)座上與電子表輸出口或機械表傳感器相連)。集中器與測控器之間始終保持通信狀態(tài)。集中器與 GPRS網(wǎng)絡(luò )之間通常在線(xiàn)狀態(tài)不產(chǎn)生通訊費用，在傳遞數據時(shí)才發(fā)生流量費用。初始時(shí)抄表工作站將日常工作指令分發(fā)到集中器和測控器存儲，以后每天各測控器按其指令自動(dòng)將數據儲存（凍結），集中器按測控器地址編號順序依次間隔采集匯總數據定時(shí)發(fā)送到工作站或由抄表工作站主抄，工作站自動(dòng)檢查補齊傳送到服務(wù)器中。

抄表工作站承擔數據抄收、指令下達及控制斷合電是實(shí)現用電監察管理最基礎和關(guān)鍵環(huán)節,它還負責對臺區所有系統設施的管理、維護和正常運行等。一臺抄表工作站管理 1至 100個(gè)臺區集中器，一臺集中器連接 1至 1000個(gè)測控器，一個(gè)測控器連接一塊電表。整個(gè)系統包含多個(gè)抄表工作站，工作站可集中在同一點(diǎn)也可分散在不同的點(diǎn)并連接到供電企業(yè)的局域網(wǎng)上。系統還有與其它管理系統的接口，如：電費管理系統接口，催費管理服務(wù)器及管理軟件、用電監察與電網(wǎng)配電分析管理工作站等。

3 系統硬件設計

該系統的硬件主要分為測控器和集中器兩部分。測控器主要是用單片機把計量表中的數據采集過(guò)來(lái)，并存放在內存里，通過(guò) RS-485總線(xiàn)傳送給集中器。集中器是整個(gè)系統中最重要的，也是最復雜的環(huán)節，它的硬件設計框圖如圖 2所示。

集中器中的微控制器選用W77E58，在其內部集成32KB可重復編程的 Flash RAM、256B片內存儲器、1KBMOVX指令訪(fǎng)問(wèn)的 SRAM、兩個(gè) URAT、三個(gè) 16位定時(shí)器等。兩個(gè) URAT中，一個(gè)用于與 GPRS通信，另一個(gè)用于與測控器的通信。在很多場(chǎng)合，該單片機幾乎不用擴展外圍芯片就能夠滿(mǎn)足系統要求。

微控制器通過(guò) AT指令初始化 GPRS無(wú)線(xiàn)模塊，使之附著(zhù)在 GPRS網(wǎng)上，獲得網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商動(dòng)態(tài)分配給 GPRS集中器的 IP地址并與抄表終端建立連接，通過(guò) RS232串口向客戶(hù)系統收發(fā)數據或指令，向 TCP/IP模塊收發(fā)數據等。

TCP/IP模塊通過(guò) RS232串口與 GPRS無(wú)線(xiàn)模塊通信，提供非透明和透明兩種通道。相對應地，該模塊有兩種通信模式：非透明模式和透明模式。通過(guò)軟件切換，模塊在處于不同的模式時(shí)，數據流向也有所不同。當傳送 AT指令集時(shí)，模塊進(jìn)入透明模式，可直接訪(fǎng)問(wèn) GPRS無(wú)線(xiàn)模塊；當模塊進(jìn)入非透明傳輸方式時(shí)，用戶(hù)數據從串口進(jìn)入 TCP/IP模塊后，先組成 TCP/IP包，再經(jīng)串口發(fā)送給 GPRS模塊，GPRS無(wú)線(xiàn)模塊把其封裝成 GPRS分組數據包傳到 GPRS網(wǎng)上。

GPRS無(wú)線(xiàn)模塊作為 GPRS集中器的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，把從 TCP/IP模塊接收的 TCP/IP包和從基站接收的 GPRS分組數據進(jìn)行相應的協(xié)議處理后再轉發(fā)。GPRS模塊采用了西門(mén)子公司的 MC35I，此模塊主要由 GSM處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線(xiàn)接口等六部分組成。它通過(guò) ZIF連接器上的串口與單片機實(shí)現電路接口，通過(guò)串口讀取或發(fā)送 MC35I模塊中的數據和 AT指令。

4 系統軟件功能設計

用電管理主要包括業(yè)擴報裝、計量管理、電費管理和用電監察等幾個(gè)方面。用電管理除有較明顯的各內部業(yè)務(wù)功能外，還具有較強的業(yè)務(wù)流程性。數據信息流向如 3所示。

本系統將其分為用戶(hù)增減管理、計量資產(chǎn)與計量業(yè)務(wù)管理、配電設備與安全管理、電費管理、用電監察、抄表與控制管理、大用戶(hù)集中管理等幾個(gè)子系統，按業(yè)務(wù)流程將各子系統有機地聯(lián)接起來(lái)就構成完整的用電管理系統。

抄表終端智能用電系統軟件利用 WIN2000/XP作為操作系統開(kāi)發(fā)平臺，以 VB作為開(kāi)發(fā)工具，使用 SQL Server 數據庫進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)，軟件所能管理的用戶(hù)數量幾乎沒(méi)有限制。

5 結束語(yǔ)

本文創(chuàng )新點(diǎn)是：利用 GPRS網(wǎng)絡(luò )作為遠程無(wú)線(xiàn)數據通信平臺，發(fā)揮了通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)數據傳輸的優(yōu)勢，同時(shí)利用總線(xiàn)技術(shù)或載波通訊技術(shù)完成集中器與監測點(diǎn)之間的數據通信，保證了數據傳輸的可靠性、穩定性和實(shí)時(shí)性，改變了過(guò)去 IC卡電表、電力線(xiàn)載波集抄產(chǎn)品等產(chǎn)品的不足，在功能和用途上有了實(shí)質(zhì)性的突破，能夠適應現代電力行業(yè)供用電管理上多方面的需求。