基于以太網點對點電能表遠程抄表的研究和實現

鄭順波

摘要：傳統的電能表集抄技術主要由抄表主站、采集器、集中器、電能表組成，采用載波、無線或有線方式通信，或多種方式混用，如采集器和電能表采用485接口聯接，采集器至集中器之間采用載波方式，再由集中器通過GPRS方式與抄表主站聯系實現通信。這種抄表技術節點多，數據通過多種設備處理轉換，特別是載波方式受環境及線路運行工況影響較大，抄表成功率不高，實時抄表響應差。隨著網絡的普及應用，對基于以太網實時點對點電能表組網遠程抄表進行了研究，提出了該技術應用的可行性及實現方法。

關鍵詞：以太網、協議轉換、點對點透明傳輸、電能表、遠程抄表

中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言

傳統的電能表集抄技術主要由抄表主站、采集器、集中器、電能表組成，采用載波、無線或有線方式通信，采集器和電能表采用485接口聯接，采集器至集中器之間采用載波方式，再由集中器通過GPRS方式與抄表主站聯系實現通信。這種抄表技術節點多，數據通過多種設備存儲處理轉換，設備運行維護復雜且工作量大，由于受環境及線路運行工況影響較大，系統不可靠，一次抄表成功率不高，實時抄表響應差，為提升抄表成功率，傳統的集抄系統對不成功的電能表，采用不斷巡測補抄方式，系統運行效率低，經過較長時間仍不能得到有效提升，同時通訊節點多，數據經過模擬數字存儲加工，集抄成功率得不到持續的提高，且系統遠控功能有效性不高，直接影響營銷自動化手段的應用和營銷服務的拓展。

一、研究思路

隨著計算機技術以及通訊技術的不斷發展，更高更快速使用公用以太網通訊方式的技術成熟，采用以太網組網方式構建數據采集系統成為可能，依托公用以太網通訊技術、協議轉換技術，解決傳統集中抄表成功率及實時控制的瓶徑問題，選擇和實現更快更可靠的數據傳送方式，提高的抄表成功率，關鍵在于減少中間環節，設計點對點透明數據傳輸通訊是最直接方式，總體設計通訊采集環節如下：

整個系統采集環節采用協議轉換器實現主站與電能表聯接，電能表通過RS485接口與協議轉換器聯接，再通過以太網與抄表主站相聯，實現主站命令與電能表的點對點通信；數據采集傳輸過程全數字化，協議轉換器作為數據透明傳輸裝置，只對數據格式進行實時原文轉換，不對數據進行加工。

二、抄表軟硬件需求分析和實現

（一）硬件需求分析：

1、網絡組網分析

從目前的技術手段來看，公用以太網通訊是一種較為可靠、優質的信息傳輸通道；鑒于目前的集中器采用存儲數據后與主站交互的通訊方式，需探索用新的數據采集組網方式，需拋開傳統模式，減少中間數據傳輸加工節點環節，采用具有RS485直接轉換以太網的協議轉換透明傳輸設備，直接由通過主站、公用以太網網絡、協議轉換器直聯點對點讀表，提高抄表遠控的實時、有效性，組網關鍵在于通過轉換器進行協議轉換，由RS485轉換為TCP/IP協議，需采用有線和無線方式通過公用以太網建立與主站中心直接的數字化可靠通訊，目前電信、廣電網絡等有線和移動等無線公網已已覆蓋絕大多數的居民住戶，滿足抄表中雙向通訊和覆蓋組網要求。 設計網絡接入如下：

2、協議轉換器分析

為實現轉換，需采用RS485到 RJ45的TCP/IP網絡協議轉換器和RS485到無線TCP/IP網絡協議轉換器，要能夠進行雙向數據透明傳輸，具有RS485串口的設備立即具備聯入TCP/IP網絡的功能；現在RS485協議轉換服務器是較為成熟產品，國內有較多廠家，均提供RS485到 TCP/IP網絡和TCP/IP網絡到RS485/422的數據雙向透明傳輸，均屬于工業級設備，在物聯網中應用廣泛。

3、電能表分析

電能表需具備RS485通訊接口，以實現協議轉換器對其通訊聯接；根據現使用電能表均配有電能表均已具備RS485通訊接口，使協議轉換器具備了接入電能表進行數字化通訊的基本條件。

（二） 軟件需求分析：

采用了依托以太網方式進行組網后，各個電能表相當于網絡上的一個個客戶端，為實現采集和控制，原先由集中器、采集器負責的表計輪抄、規約解析、數據存貯的工作都需要由主站系統軟件完成，后臺工作要實現集中在主站的數據采集和存儲，前臺現場要實現協議轉換器的采集參數編程；目前傳統主站軟件從功能架構上已具有數據采集、數據管理、運行管理、業務應用、遠程監測、綜合分析功能，主要需要擴充采集方式和解析數據存貯方式管理，以及對應現場協議轉換器地址和數據傳輸參數設置。

（三）采集性能需求分析

性能需求：日抄表成功率=100%，單表實時召測成功率>99% ，單表實時抄表響應時間<.5秒；單表實時遠程命令響應時間：<5秒；以目前主流應用服務器和網絡傳輸參數，在通訊網絡良好的情況下，最快達毫秒級以上。

（四）系統網絡分析

通過進行協議轉換將RS485轉換為TCP/IP協議，需組建公用太網絡與主站中心直接通訊，拋棄集中器、采集器，采用協議轉換裝置，組建以太網絡，通訊方式采用標準網絡協議TCP/IP方式，物理通道接入主站采用光纖；現在計量自動化主站系統均已接入公網通道網絡通訊和具備擴充能力。

三、系統的實施

（一）網絡接入及搭建

1、從目前的技術手段來看，公網通訊是一種較為可靠優質的傳輸通道。考慮到網絡建設成本，采用租用公網通道方式進行聯接，且設置安全防護，方式為：（1）租用網絡商有線網絡通道方式，提供其專用線路，根據抄表使用需求開通和接入抄表現場協議轉換器與公網的通訊聯接；（2）租用移動無線GPRS數據卡和專線，實現不具備有線接入協議轉換器抄表的區域接入。

2、現場協議轉換器及電能表接入：將協議轉換器接入以太網，另一端聯接1只及以上的RS485接口電能表，設置轉換器有唯一的IP地址相應匹配電能表數據傳輸波特率。

（二）軟件實施

主站軟件從系統邏輯結構上對主站層、通信通道層、采集設備層三個層次進行完善，從功能架構上依照數據采集、數據管理、運行管理、業務應用、遠程監測、綜合分析六大部分完成開發 。

四、完成效果

根據方案實施和構建組網后，達到了：實現了抄表主站、以太網、協議轉換器及電能表的組網；其中抄表主站通過以太網聯接至少一只及以上的RS485協議轉換器，RS485協議轉換器通過RS485接口與至少一只及以上的RS485電能表聯接。較傳統集中器、采集器模式組網更為簡潔，使用設備少；采用協議轉換器實現系統間聯接，電能表通過RS485接口與協議轉換器聯接，協議轉換器通過以太網與抄表主站相聯，并通過主站命令實現主站與電能表的直接通信，實現抄表和控制功能；基于以太網實時點對點電能表集中抄表系統，抄表系統基于以太網IP技術，數據采集傳輸過程實現透明全數字化；其抄表效率高質量高，主站采用并發方式抄表提高抄表效率，對單表的抄表控制時間約為2秒，日抄表成功率=100%； 單表實時召測成功率>99%；系統采用了簡化的組網方式，使系統維護較為簡便。

五 結語：

通過依托以太網的點對點抄表控制通訊，協議轉換器接到主站命令時，根據設置的波特率實現將以太網接口數字信號轉換為RS485信號，通過有線傳輸到電能表，電能表根據命令內容回復相應數據或執行動作，回復數據通過協議轉換器將RS485信號轉換為以太網接口數據信號發向主站，實現抄表功能或控制；可達到：日抄表成功率>99% ，單表實時召測成功率>99% ，單表實時抄表響應時間和遠程命令響應時間約2秒；同時具備系統投資省、設備精簡、施工簡單、維護量小，且響應及時、可靠性高、日抄表成功率達100%（排除公網通訊原因），改善了控制抄表成功率及實時性，改善了以往集抄模式，利用轉換器，通過以太網進行點對點的數據采集，提高電力營銷自動化的水平，為營銷預付費、實時結算等營銷服務的拓展創造了條件。

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