基于ZigBee技術的自動抄表系統在選煤廠的應用

張文斌，高慧玲

(1.河南龍宇能源股份有限公司車集選煤廠，河南永城476600;2.神火集團新莊選煤廠，河南永城476600)

自動抄表系統，簡稱 AMRS(Automatic Meter Reading System)，是一種采用計算機技術和通信技術自動讀取和處理電能數據的智能化管理系統，且應用范圍較廣。該系統在車集選煤廠投入使用后，“廠-車間-重點設備”三級計量用電數據自動采集，通過GPRS無線將數據傳輸到服務器進行統計、分析，在人機可視化操作終端界面動態化顯示，計量數據精確，抄表全程無需人工操作，真正實現選煤廠集約化、精細化、數字化的民能計量管理模式［1-3］。下面結合該系統在某選煤廠的應用情況，闡明其應用效果。

1 某選煤廠概況

選煤廠屬于永城礦區，永夏煤田，礦區中心位置地理坐標為東經 116°30′00″，北緯 33°57′00″，車集井田位于永城市東南部，占地面積61.441 2 km2，礦區中心距市中心5 km。選煤廠處理能力為300萬t/a，屬礦井型動力煤選煤廠，采用“跳汰+浮選”聯合洗選工藝，煤泥水實現一級閉路循環。

車集煤礦建有一座15 kV的變電站，選煤廠擁有2個高壓變電所，內置5臺變壓器，廠區共有17個低壓配電室及14臺高壓柜，全部無人值守。選煤廠現有電度表32塊，分布在廠區各個配電室內，配電工作點多面廣，電力管理困難。

2 抄表存在的問題

2.1 電工巡視時間較長

由于選煤廠在原始設計上存在部分缺陷，導致配電室比較分散，工作戰線比較長，尤其是部分配電室處在廠房建筑較高的地方。通常安排一名電工對所有配電區域進行巡視一遍需要消耗3.8 h，約占去了正常工作日的一半時間。

2.2 抄表數據存在誤差

選煤廠現擁有設備600余臺，其中功率處在100 kW以上的高耗能設備占有28%。傳統的人工抄表效率低下，難免出現誤差，且人為抄表不能在同一時刻記錄所有電表讀數，無法進行精確計量。而且人工抄表時形成的原始數據錯誤，造成年初測算各車間的電量定額指標出現偏差，不利于選煤廠的能源管理。

2.3 抄表人力有限

選煤廠共有電氣人員17名，人員結構為:主任1名，技術員1名，電工14名，辦事員1名。他們承擔著選煤廠600余臺電機設備、計算機監控、調度電話、網絡系統、地銷及火車外運計量系統的維護檢修工作，牽涉工作范圍廣，工作業務種類多，日常業務量大，技術力量明顯比較薄弱。

3 AMRS改造應用

為解決傳統手工抄表的誤差及不確定性，該選煤廠于2011年10月份進行了電力能源計量系統的改造，主要采用AMRS遠程智能抄表系統和通過ZigBee無線通訊網來實現遠程電抄表。

3.1 ZigBee技術簡介

ZigBee是一種新興介于無線射頻識別和藍牙之間的無線網絡技術。ZigBee技術的特點和優勢主要體現在:耗電量小，支持多種節電工作模式;通信可靠，采用碰撞避免和完全確認的數據傳輸機制，能有效避免數據傳輸時的沖突和丟失;數據安全，提供了數據完整性檢查和鑒權功能;網絡容量大，一個ZigBee網絡最多支持65 535個設備;網絡自組織修復能力強，節點能自動感知周圍節點并確定連接關系，任一節點發生故障，網絡都能夠自我修復。

3.2 AMRS結構設計

選煤廠現場的各類儀表分布較分散，集中抄表部署較為困難，且一旦集中器發生故障，則所連接的所有儀表均不能正常讀取。因此，考慮到選煤廠后期可能擴充待測量的儀表或其他設備數量，AMRS采用了基于ZigBee技術的MESH網狀網絡。MESH網絡采用多跳式路由通信，以支持擴充網絡容量。

車集選煤廠AMRS實施方案可表述為:在廠房內的每個配電室設置一個ZigBee終端節點，通過485線連接所有電表，并在調度中心設置了一個ZigBee中心節點，該節點數據通過GPRS/CDMA上傳到廠部集抄中心數據庫。如圖1所示。

由圖1可知，ZigBee無線通訊網的通信信道分為上、下兩層，上層為ZigBee中心節點與集抄中心之間的數據通信，下層為ZigBee終端節點與ZigBee中心節點之間的數據通信。通訊方式采用無線GPRS技術進行數據的傳輸，這樣可以大大減少布線的工作量，同時無線抄表也具有更加靈活的使用性。

圖1 AMRS結構示意圖

3.3 AMRS功能實現

AMRS數據的采集、通訊過程主要通過節點來實現，當一個表具端開始運行時，電表便隨之走字，ZigBee模塊進行計數，當到達發送時間，則發送數據。為了節約能耗，在計數器每兩次發送數據之間，設置通信模塊處于休眠狀態，每次需要定時自動喚醒。由于ZigBee硬件系統在定時喚醒上都有一個時間誤差，所以每次發送都需要接受調度中心ZigBee中心節點發送來的時間進行校準。當接收到時間校準后，通信模塊重新定時等待下次喚醒，計數模塊繼續計數。

調度中心ZigBee中心節點一直處于喚醒狀態，當接收到ZigBee終端節點數據后，進行數據綜合處理，然后將處理過的數據傳送到與之連接的GPRS模塊，GPRS模塊將數據發送到廠部集抄中心數據庫供給人機終端設備，其節點工作流程如圖2所示。

圖2 電表端節點和廠區集中節點工作流程

3.4 AMRS管理平臺

圖3 AMRS人機操作界面

AMRS管理平臺位于廠部，由搭載了抄表管理軟件的服務器構成。為保障選煤廠數據的安全、系統運行的穩定可靠，管理平臺與移動網絡之間采用了專線連接。抄表管理軟件采用模塊化設計開發，以利于適量修改或增加新的功能模塊。該軟件具有良好的人機界面，采用多窗口技術和交互式操作手段，畫面的調用快捷方便，可實現統計分析、數據報表、圖形分析、數據存儲等主要功能。人機操作界面如圖3所示。

4 應用效果

為確保AMRS數據采集、傳輸準確率，生產廠家對抄表系統隨機抽取了6臺電能表進行統計試驗，人工抄表與智能抄表的對比數據，如表1所示。

表1 人工抄表與智能抄表對比數據

由表1顯示，AMRS遠程抄表的準確率可達到99.9%以上，滿足精度要求。同時，采用GPRS技術實現的無線抄表系統，能夠及時掌握選煤廠生產過程的能源消耗，具有良好的實時性和精確度。

5 結束語

AMRS投入實施后，實現了實時動態上報抄表數據，徹底解決了人工抄表時，工作效率低、人力物力消耗量大、電量考核滯后等弊病。更重要的是提高了抄表的準確性、實時性，使電力管理部門能及時準確的獲取數據信息，無需架設電纜，節省了人力物力，極大改善了選煤廠現有節能減排落后的能源管理方式。

［1］孟凡輝，鄭丹，丁立鑫，等.電力企業計量裝置管理信息系統的研究［J］.黑龍江電力，2011(4):277-279.

［2］張凈霞，邱立存.放樣測量中的ZigBee無線傳輸系統設計［J］.工礦自動化，2011(11):66-70.

［3］黃慶南，蔡啟仲，章帆.基于ZigBee和GPRS煤礦安全監測系統的設計與實現［J］.煤炭技術，2011(8):112-114.