基于互聯網+的多表集抄管理平臺設計

陳義 朱琳 劉斯煙

【摘要】針對當前智慧城市建設的需要，以及提升電力部門計量水平，提出多表集抄的管理方案。在該方案中，首先對系統的設計原則與基本性能進行分析，然后提出本文設計的基礎架構;在架構的基礎上，分別從主站、集中器和采集器方面對平臺進行設計。

【關鍵詞】互聯網+;多表集抄;管理平臺設計

2016年2月29日，國家發改委、國家能源局、工業和信息化部聯合印發《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見（發改能源【2016】392號）》提出：“推動能源與信息通信基礎設施深度融合”的要求，極大地推動國網“四表合一采集”工程進程。同時，為進一步加強智慧城市的建設，，云南昆明供電局本著提升公司高級量測技術能力與裝備水平，探索市場化條件下的高級應用和相關衍生業務，實現業務及運營模式轉型，形成增值服務體系的目的，以昆明嘉麗澤高原體育運動小鎮作為“互聯網+”智能用電試點建設，開展三表集抄試點業務，以此通過示范，響應國家的號召，推動電力技術革新，實現可復制推廣和帶動效應。

1無線三表集抄系統概述

無線三表集抄系統主要由水、電、氣三表、采集器、集中器、數據傳輸通道、主站系統構成，通過數據采集、數據傳輸、數據分析三個階段建立數學模型。本方案主要針對用戶水、電、氣三表數據進行集中抄表和監控，以加強用戶能源管理為目的，對異常的能源情況進行告警操作與處理，更好地提高用戶能源安全、保護能源設備。

抄表系統采用無線網絡結構，具有施工簡單、維護方便、數據傳輸速率高，采集數據準確快捷、集抄范圍廣、系統傳輸容量大，擴容性能好、實時性強、可靠性高、建設和運營成本低等優特點;集中器與抄表主站系統之間通訊可根據現場的不同情況采用GPRS/GSM、TCP/IP網絡等公共通訊手段。

2技術方案

2.1設計原則

系統設計充分考慮項目的實際情況，最大程度地實現相關功能，滿足用戶的相關要求，體現系統的各項技術特點。最終實現分散采集、集中管理、綜合監控。系統設計原則如下：

分層分布式結構：系統結構上采用分層分布式設計，縱向分為三層：管理層、通訊網絡層和現場設備層。管理層包括數據采集計算機、數據庫服務器、抄表管理軟件等;通訊網絡層包括無線采集器、無線集中器等無線網絡通信設備;現場設備層主要為智能三表。

?快速穩定的通訊傳輸形式：整個系統采用當今流行的無線網絡通訊形式及現場總線控制。通訊傳輸中采用數字信號，遠程應用中國移動G網無線數據網絡進行傳輸，保證了系統通訊的抗干擾能力和信息交換速度，大大減少了現場各種接口的數量，提高了系統的智能化程度，整體上加強了系統穩定性和可靠性。

?靈活的組網模式：系統為其它管理系統預留了通訊接口，可以進行相關數據信息的轉發和遠傳，從而實現資源信息的共享，完成系統間組網。

?模塊化、智能化的設計理念：系統軟件采用模塊化的設計理念，各功能管理模塊如前置機、數據服務、人機界面、數據庫維護、實時監控繪圖等，各部分之間不互相影響。模塊化的設計思想提高了系統的靈活性、可靠性。

?擴展性強：對于現場一次設備增加只需增加相應的通訊裝置，并將設備連接到通訊網絡層上就可實現系統底層擴展。對于擴展的二期工程只需配置通訊網絡層和相應的智能三表裝置，并將通訊網絡層連接到后臺網絡中就可實現新增智能三表的擴展。對于后臺系統監控層增加各功能也是非常方便的。

?兼容性好：系統可提供多種通信方式，并提供多種通訊規約的連接，系統可以連接各種智能設備完成自動化功能，可將任何開放設備納入監控系統。

2.2系統基本性能指標

• 一次抄讀成功率≥98%，周期抄讀成功率≥99%
• 在正常的工作條件下，系統各設備的平均無故障工作時間MTBF（Mean Time Between Failure）≥2×10⁴h
• 數據完整性，即有錯報文殘留概率（殘留差錯率）10^-6
• 能源數據抄讀總差錯率為0
• 系統讀數準確度，即系統讀出的用戶水、電、氣三表累計能源量讀數E與用戶水、電、氣三表計度器的能源量示值E₀的差值滿足下列要求在實驗室條件下：│E-E₀-△E│≤0.01% E₀+1×10^-（α+1）+γ×10^{-β ????}（1）在現場運行條件下：│E-E₀-△E│≤0.05% E₀+1×10^-（α+1）+γ×10^{-β ????}（2）在式（1）和式（2）中：△E=初始化時的E-初始化時的E₀，α為用戶水、電、氣三表季度起的小數位數，β為系統能源讀數的小數位數，γ為進位誤差，當?│E-E₀-△E│≥0時，γ=0;當│E-E₀-△E│<0時，γ=1。
• 主站和采集終端的年可用率不小于99.5%
• 信息傳輸響應時間，即主站發送召測命令到主站顯示數據的時間<15s
• 數據庫查詢響應時間，常規數據查詢響應時間<5s，模糊查詢響應時間<15s

2.3系統整體架構設計

該無線集中抄表系統為分層分布式網絡結構，由設備層、無線網絡傳輸層、站控層三層結構構成，設備層主要是用戶水、電、氣三表;無線網絡傳輸層主要由采集用戶能源信息的采集器、集中器等設備組成;站控層由計算機、服務器和抄表軟件等主要設備組成。

系統網絡結構原理圖如下圖所示：3系統主站軟件功能設計

3.1采集功能

按照預先設定的主站采集間隔和采集周期，通過采集器自動地讀取水、電、氣三表的計量數據。采集數據類型包括水、電、氣三表碼數據，實時量數據，失壓斷相數據等。

3.2數據傳輸

建立通信通道，接入智能設備，并按相應的通信協議進行傳輸。集中器與抄表主站系統之間通訊可根據現場的不同情況采用GPRS/GSM、TCP/IP網絡等公共通訊手段進行數據傳輸。

3.3數據管理

包括對數據的統計、數據訪問提供方便等。

3.4報表功能

根據用戶需求制作各種數據報表。系統在商能源子表格的基礎上，增加相應定義數據功能，支持用戶需要的各類表報，采用全圖形、全漢化的顯示和打印功能，人機界面良好，采用多窗口技術和交互式操作手段，畫面的調用方便快捷。能方便獲取系統其他模塊的統計、存儲結果，進行簡單的統計計算，自動產生用戶想要得到的各式各樣的報表，并把生成的報表自動打印和發布。

3.5遠程操作

系統可對遠方終端執行相應的遠程操作命令，包括遠程參數設置，遠程控制、遠程數據抄收、遠程終端復位、遠程終端軟件升級等。

3.6系統管理

包括整個系統的權限管理，系統日志管理等。

3.7接口管理

在本文的設計中，主要負責與水務公司和天然氣公司實現支付結算的遠程連接。

3.8繳費管理

在本文中，提供微信、支付寶和銀行卡三種管理方式。當用戶點擊繳費后，系統會直接跳轉到相關的支付頁面。

4集中器與采集器技術參數設計

4.1集中器技術參數設計

集中器是指收集各水、電、氣三表的數據，并進行處理儲存，同時能和主站進行數據交換的設備。是無線網絡通信的核心，啟動和配置整個無線網絡，采集、處理、儲存無線網絡數據并轉發數據至主站管理計算機，在數據轉發過程中根據主站管理軟件的要求進行相應的通信協議轉換，以便和主站管理計算機進行數據交互，也可以數據透明傳輸。在本文中，集中器的主要技術參數為：

4.2采集器技術參數設置

采集器是用于采集多個水、電、氣三表能源信息， 并可與集中器交換數據的設備，是一款無線RS485/RS232串口通信，符合工業標準應用的無線數據通信設備，它采用加強型的微功率無線通信技術，具有通訊距離遠、抗干擾能力強、采集數據準確快捷等優點和特性，可實現所采集設備的數據無線透明傳輸，可組MESH型的網狀網絡結構。本文選擇的采集器的主要參數設置為：

4.3接口設計

在本文中，系統主要與自來水公司和天然氣公司是的營銷系統的數據庫建立接口，從而實現電力營銷平臺對用戶水、燃氣等賬單的調取。具體流程示意圖如下。

4.4掃碼支付設計

用戶首先點擊掃碼支付，然后系統會進入到多表合一賬單，然后調用水電氣欠費信息，生成訂單，跳轉到微信或支付寶等界面，支付成功，然后返回水電氣管理系統，對用戶進行銷賬處理。具體流程如下。

3.結語

總的說來，人工抄表一直是一件非常頭疼的事情，需要投入大量的人力、物力和財力。因為居民客戶數量眾多，地理位置分散，給工作人員帶來極大的不方便。另一方面，人工抄表也給用戶帶來很多麻煩（如用戶在家休息時經常被抄表或收費打擾），且不安全（如冒充抄表人員或收費人員入室搶劫）。為了有效解決人工抄表存在的諸多弊端，提高效率，避免入戶抄表引發的不安全因素和杜絕用戶拖欠費用等情況， 采用多表集抄的方式能有效克服上述缺點，并減少人力資源、縮短修護時間并節省建設成本。

【參考文獻】

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