淺析電力無線抄表系統

李鷗　溫淼

【摘 要】本文闡述了一種適應多種智能電表通信規約的無線抄表系統搭建方案，核心實質就是不需要拉線，最適合那些難以鋪設電線的場合。在符合國家信息產業部無線電管理局[2005]423號文件“微功耗（短距離）無線電設備技術要求”的硬件環境中，無線遠程抄表系統通信可靠性、安全性、適用性得到大幅提高。居民戶電度表雖然可以采用低壓電力線載波技術抄收數據，但是十多年來始終無法達到令人滿意的程度。無線抄表正是突破低壓載波困局的一條蹊徑。

【關鍵詞】無線抄表；GPRS網絡；自動路由；優缺點

0 綜述

目前，我國所采用的抄表方式大致可以分為三種：一是傳統的人工抄表方式，抄表人員到用戶處讀取數據，返回總局后將數據錄入電腦處理，這種方式極為原始，城市人口密集，住宅分散，高層居民住宅不斷增加，或者地處偏遠山區，人工抄表遇到很多困難，入戶難，企業管理開支大，抄表人員工作條件差，效率低，勞動強度大。二是預付費方式，抄表人員無需到用戶處，用戶通過銀行劃賬或購買電卡，按購買額提供用量，完成收費。三是遠程抄表方式，電能監控中心通過遠程通訊系統自動獲取遠程儀表數據的方式。如果用有線來傳遞數據，技術簡單、成熟，易于實現；但施工布線工作量大，網線易受人為破壞，線路損壞后，故障點不易查找。如果使用無線系統，施工很簡單，系統好維護，故障好查找，因此無線抄表將成為抄表方式的發展主流。

1 系統結構

本系統包括三個組成部分：集中采集器、GPRS網絡及電能監控中心。

（1）電表集中采集器位于居民小區的信息中心，居民用戶的用電數據由復費率電表首先通過RS485接口通過雙絞線連接到位于小區信息中心的電表集中采集器，既可支持單個電表，也可以同時支持多個電表，實現對電表參數的采集，存儲，預處理或并將采集到的電表數據實時傳送，電表集中器再通過RS232接口與無線路由透明數據傳輸終端相連，也可在無線網絡中斷的特殊情況下通過手持器或抄表車紅外抄表。

（2）GPRS移動數據傳輸網絡，接收無線路由透傳的數據，將數據傳至電能監控中心，電表集中器采集的數據經GPRS網絡接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心服務器。各電表使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動的GPRS網絡與電能監控中心相連，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記， 并與采集點信息進行關聯，以便識別和維護處理。采集中心運行數據采集中心系統軟件，實時采集電表數據。

（3）電能監控中心，中心服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能，轉送計費系統或電力MIS，對電力數據進行校驗、計算、存儲、分析、管理等，可對異常情況進行告警，同時對用戶使用情況實時監控，保證電力局的合法收益。

2 GPRS網絡組建

2.1 網絡結構

星型網，是最簡單的網絡結構；凡是使用“點對點”直接傳輸工作模式的，都屬于星型網絡結構。當組內只有幾個節點，而且從中心到每個節點可以可靠控制時，星型網絡及其控制技術幾乎是最好的選擇。

樹型網，是指使用了簡單的中繼技術，從而能夠把命令或數據可靠地傳輸到較遠地方的一種網絡結構。對于節點數不多，但其中一些節點離中心點比較遠時，使用樹型中繼網絡是比較好的。

格型網，也叫網狀網，因為像“漁網”而得名。幾十或上百個節點聚在一起，相互之間會形成比較復雜的依存關系。用格型網來描述它們之間的關系比較合適，依據這種模型建立的自動路由算法，能夠更好地改善抄表系統的性能，取得良好的運行效果。

2.2 自動路由

無線抄表系統傳輸距離較遠，必然用到中繼路由的技術，在此引入自動路由，自動路由就是要在沒有人工干預的條件下，由一組抄表模塊（或抄表器）自己尋找并建立“從源點到目的節點”的一條中繼路由。然后，沿著這條路由傳遞數據。當一個采集器下的無線抄表節點數明顯大于50個時，使用“自動路由”技術幾乎是必然的選擇。因為它不僅能簡化人工建立中繼路由的工作量；而且在日常運行中能夠適應環境的不斷變化，從而使系統始終處于良好的運行狀態。做法是模塊中不存放路由信息，需要使用路由時，臨時現找。當一個節點準備傳送數據時，先要發起廣播尋路動作，指明想要尋找的目標模塊地址。每一個聽到這條命令的模塊，要設法把這條命令以廣播的形式轉發出去。轉發要遵循“載波偵聽，沖突避讓”的原則，就是在自己的信號發出前，要先偵聽信道是否空閑？如果空閑，則發出去；否則安排一個隨機等待時間，然后再偵聽，直到消息被發送出去。目標節點將選出一個較好的路由，逆向給出應答，傳回“源節點”。至此，路由建立完成。

3 優缺點對比

電力載波：以電力線作為傳輸信道，將數據信號調制為高頻信號疊加在電力線上進行通信。此方式無需另外布線、易施工、成本低、與電網建設同步。目前國內10kV以上電壓等級的高壓電力線載波技術已較成熟，但低壓電力線載波還未能達到令人滿意的水平，制約了電力線載波抄表在我國的應用。原因在于電力載波信號存在著脈沖干擾，傳輸距離越遠，信號衰減越大。低壓電器電磁兼容性的控制尚不十分嚴格，低壓電力線上存在的電磁污染嚴重，干擾大，影響載波通信的質量；另外，用戶負載千變萬化造成網絡傳輸特性復雜多變，難以用準確的數學模型加以表征。因此，抗干擾是低壓電力線載波技術必須克服的問題。

RS485總線：集中器與采集器之間通過RS485總線連接，通過485總線來進行通信，此種方式通信可靠性高，目前已有許多抄表系統采用這種抄表方式，但此種方式必需布線，許多小區布線難度很大或根本不允許布線，RS485總線方式抄表就難以應用。

以太網：以太網抄表方式主要應用于一些新型的裝有網絡的小區，每個采集終端在網絡中均客戶機的模式存在，抄表時采用TCP/IP協議來傳輸數據。這種方式只能適合于網絡完善的小區，目前這種小區還很少，該方式應用極少。

有線電視：通過利用現有的有線電視網，以有線電視網絡為通信信道，利用CABLEMODEM作為接入終端的抄表方式。該方式不用布線，成本較低，但由于有線網絡傳輸數據量較大，在電視收看高峰期對抄表有較大的影響，所以通信可靠性也不算理想。

無線抄表：系統與傳統的入戶抄表、有線抄表模式相比，存在以下優點：

（1）不用布線，系統安裝方便，無線抄表系統最大的特點是不用布線，安裝方便。第一，它可以大大減少工程人員的勞動，保證工程的順利進行；第二，在某些小區或舊工程的改造中，布線是完全不允許的事，采用無線抄表，可完全解決該問題；

（2）無線全路由技術戰勝了無線受環境影響的難題，傳輸距離遠，性能穩定可靠，無線抄表系統中每個數據接入點均是中繼點，它是全路由的，是動態的路由，它從根本上解決了既要是免收費的微功率，又要傳輸遠的矛盾，從而達到了通信可靠性非常高的效果。

4 結語

無線抄表方式將是未來一種較為可行的抄表方式，如果與IC卡表技術相結合，將具有更加完善的功能，但無線遠程抄表技術目前仍存在一些難以解決的問題，如信息出戶和集中，儀表屏蔽問題等，解決出路在于運用網絡通信方法，探索有效、簡單、可靠、實用、可行的方案。

[責任編輯：薛俊歌]