無線自動抄表在電企中的應(yīng)用

摘要：本文對無線自動抄表方式進(jìn)行了分析，給出了一種新型的組網(wǎng)通信方式。詳細(xì)分析了GPRS組網(wǎng)和無線網(wǎng)組網(wǎng)以及它們的互聯(lián)。采用這種自動抄表系統(tǒng)既能利用GPRS的優(yōu)勢，又能應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)在末端1km的優(yōu)勢，形成互補(bǔ)，提高效率。

關(guān)鍵詞：自動抄表；GPRS；電力；無線網(wǎng)絡(luò)

中圖法分類號： TP311

文章標(biāo)識碼：A

引言

由于我國電力工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，加上長期“重發(fā)輕供”觀念，這樣造成了配電網(wǎng)供電可靠性差，設(shè)備落后，不安全因素較多的狀況網(wǎng)，對遠(yuǎn)程電能自動計量起步也較晚。90年代以后，多種自動抄表系統(tǒng)陸續(xù)問世，這標(biāo)志著我國自動抄表技術(shù)應(yīng)用的起步。為了解決磁卡電度表所存在的問題，開始出現(xiàn)了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。

移動數(shù)據(jù)無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為實現(xiàn)基于無線公網(wǎng)的分散式電能表電能量動遠(yuǎn)程管理提供了技術(shù)上的可行性，尤其研究開發(fā)基于GPRS／CDMA／GSM遠(yuǎn)傳接口的遠(yuǎn)程自動抄收系統(tǒng)，已經(jīng)成為眾多生產(chǎn)廠商以及開發(fā)研究單位關(guān)注的重點(diǎn)。再結(jié)合先進(jìn)的無線多跳網(wǎng)絡(luò)(Wireless Multi-top Networks)技術(shù)，可在獨(dú)立小區(qū)及農(nóng)村低壓臺區(qū)，利用無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對各集裝表箱的電表用電數(shù)據(jù)傳輸至集中器，然后集中器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫姌I(yè)局后臺服務(wù)器，從而完成抄表，電量分析、遠(yuǎn)程用電管理中存在的抄表工作量大，竊電嚴(yán)重，電費(fèi)回收困難等問題。

1.系統(tǒng)設(shè)計

遠(yuǎn)程抄襲系統(tǒng)由電能表、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)傳輸通道，計算機(jī)管理系統(tǒng)五部分構(gòu)成，整個系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是一個典型的集散控制系統(tǒng)。它具有樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)還可以和供電局的營業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)相連實現(xiàn)測量、管理、收費(fèi)一體化。

與以往的自動抄表系統(tǒng)相比，需要注意通信方式上的不同。將無線跳變網(wǎng)絡(luò)作為電表和采集器的末端連接通信方式，將采集器放安裝到每一個電表的終端，每一個采集器既是數(shù)據(jù)的采集端，又是無線mesh網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)GPRS模塊是獨(dú)立的，它單獨(dú)完成每一個電表數(shù)據(jù)到中心的通信，這里下層采用無線跳變網(wǎng)絡(luò)形成子網(wǎng)，每一個GPRS模塊構(gòu)成一個集中器，它采用GPRS形成上行通路，同時應(yīng)用無線跳變網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)下行。

2.系統(tǒng)工作過程

自動遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)中，客戶端安裝電能表，經(jīng)過采集器，通過一定的通信信道，將數(shù)據(jù)集中收集到遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)集中器。計算機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)集中器傳送的數(shù)據(jù)。進(jìn)行電費(fèi)統(tǒng)計、營業(yè)管理。工作過程如下：

1.管理系統(tǒng)的計算機(jī)在營業(yè)計費(fèi)系統(tǒng)設(shè)定的抄表時刻，將命令發(fā)給數(shù)據(jù)集中器。

2.數(shù)據(jù)集中器接收采集命令，通過無限跳變網(wǎng)絡(luò)，將命令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的采集終端。

3.采集終端根據(jù)命令向客戶的電表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將客戶電能表的電量信息采集到采集終端中，根據(jù)規(guī)約將數(shù)據(jù)打包后傳回數(shù)據(jù)集中器。

4.集中器將數(shù)據(jù)包利用GPRS網(wǎng)反饋回主站計算機(jī)。

5.管理系統(tǒng)計算機(jī)接人數(shù)據(jù)庫，仍然應(yīng)用管理系統(tǒng)進(jìn)行各種管理。

3.組網(wǎng)通信

3.1無線組網(wǎng)

由于對無線網(wǎng)絡(luò)的性能要求不高，一般來說各種mesh協(xié)議基本上都可以實現(xiàn)本系統(tǒng)需求。本系統(tǒng)要求具有較高的安全性，但由于傳送的不是視頻等數(shù)據(jù)，信息量較小，這也給選擇協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)放寬了條件。開發(fā)遠(yuǎn)程用電管理系統(tǒng)，建立mesh網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用兩種方法：1分析協(xié)議，設(shè)計協(xié)議處理的電路。2應(yīng)用成熟的產(chǎn)品方案。前者開發(fā)周期長，人力資本消耗高，且設(shè)計可能不完善。后者產(chǎn)品經(jīng)過驗證考驗，但產(chǎn)品價格可能較高，需要綜合考慮來選取。考慮到目前國內(nèi)成功的mesh案例不是很多，該技術(shù)難度較高，這里主要可以應(yīng)用一些較為成熟的mesh廠商。

包括MESH專業(yè)廠商寰創(chuàng)通信(GBCOM)技術(shù)，它采用Wifi-MESH技術(shù)方案，具有布線少，可擴(kuò)展性強(qiáng)、安裝快捷等一系列特點(diǎn)，西方多路(普信)無線通信公司(納斯達(dá)克上市公司：PRXM)是以客戶為核心，提供寬帶無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)廠商，已經(jīng)向世界各地的20多萬客戶運(yùn)出150多萬件的無線設(shè)備。普信已經(jīng)通過ISO-9001認(rèn)證。公司已經(jīng)在歐洲、中東和非洲(EMEA)和世界其他地區(qū)的Wi-FiMESH網(wǎng)市場占有率方面取得領(lǐng)先地位。

3.2GPRS組網(wǎng)

GPRS網(wǎng)絡(luò)在空中的全程通信中采用分組加密和矢量壓縮處理，正反向通道密鑰不對稱，數(shù)據(jù)終端每激活一次，移動數(shù)據(jù)中心自動核對密鑰，并更換密鑰一次，密鑰由數(shù)據(jù)中心隨機(jī)給出，實行動態(tài)密鑰管理，因此，用戶的通信保密安全功能非常強(qiáng)，這里它的實現(xiàn)采用TCS模塊來實現(xiàn)。

TCS是一個由自己的硬件連接外部世界并通過SMS或GSM／GPRS的數(shù)據(jù)連線來控制的裝置，一些主板有8個輸入／出端口(TCS3.5)，一些有2個輸入／出端口(TCSmini)，一些有圖象傳感器(TCS-CAM)，一些有氣象感應(yīng)器(TCS-AWS)，有些甚至有GPS接收器(TCS-GPS)。然而所有這些裝置都需要一張有效的SIM卡，都需要SMS服務(wù)中心號碼，都可以連接PC進(jìn)行設(shè)定。隨著GPRS的快速增長，TCS芯片已經(jīng)由以語音(VOICE)為中心的通信器件發(fā)展成為具有語音(VOICE)，短消息(SMS)、數(shù)據(jù)(DATA)傳輸以及豐富的多媒體功能的通信器件。可滿足客戶和無線運(yùn)營商對性能、功耗及尺寸的高要求，同時還能提供強(qiáng)大的安全性能。

3.3GPRS與無線網(wǎng)絡(luò)組合

由于GSM的串口485通信比較成熟，這里選擇了mesh網(wǎng)絡(luò)的路由板卡以后。可以設(shè)計簡單的GSM通過串口聯(lián)入mesh網(wǎng)絡(luò)。這一切在集中器中解決，由干一個采集集中器可以連到數(shù)十個電表終端，可以應(yīng)用一個簡單的嵌入式系統(tǒng)計算機(jī)，來實現(xiàn)GSM和mesh網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)。該嵌入式的功能一方面實現(xiàn)從上到下的命令傳送，一方面實現(xiàn)從下到上的數(shù)據(jù)傳輸，對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，通過GPRS的無線TCP／IP網(wǎng)絡(luò)上傳到中央計算機(jī)。

4.硬件端簡介

電表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是利用采集模塊、采集終端將電能表的電量采集出來，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存儲起來。以供上一級集中器來讀取數(shù)據(jù)。對傳統(tǒng)的機(jī)械式與脈沖式電表，由于其內(nèi)部不含有CPU，所以要加裝數(shù)據(jù)采模塊，以計錄電能表的電量脈沖，并轉(zhuǎn)換成電能表的電量信息，存儲在抄表模塊中，再通過通訊接口(無線網(wǎng)絡(luò))與集中器相連。根據(jù)集中器發(fā)來的指令，將數(shù)據(jù)傳送給集中器。而對于多功能智能電能表，由于其本身就帶有CPU和存儲功能，并具有RS-485接口，因此可通過485總線直接與采集單片機(jī)直接連接，但需安裝mesh網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

5.總結(jié)

實際上，整個系統(tǒng)的運(yùn)行離不開對電表硬件、軟件的改造，以及中央信息處理功能的實現(xiàn)。由于篇幅的方式，對這部分內(nèi)容不可能詳盡的描述，作為創(chuàng)新點(diǎn)把闡述的主要內(nèi)容放在了自動抄表系統(tǒng)組網(wǎng)通信方式上。遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)改變了以往全人工抄表的模式，從本質(zhì)上提高了效率和準(zhǔn)確率，降低了成本和風(fēng)險，為我們的生產(chǎn)生活提供了很大的便利，加快了社會現(xiàn)代化的腳步。

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