浅谈电力远程智能电表抄表系统研究

　　1 概述
　　随着信息化、网络化时代的到来，电力系统快速发展的今天，手工抄表方式与无人值班等高度自动化程序形成了鲜明对比，成为制约供电系统现代化管理的一大障碍。就系统的完整性而言，电力系统从发电、配电、传输一直到区域变电所已基本实现网络化管理，而唯独用户终端没有和网络连接上，造成了系统的不完整，直接或间接的影响了系统潜能的发挥。目前居民用电绝大多数实行分表制，即若干集中居住的家庭(一个居住单元或若干居住单元的集合)使用一个总的电表，每户装一个分电表，电力部门抄表员抄收总电表的电量，作为居民交付电费的依据。居委会或物业管理部门还需去抄取各家电表的读数，按比例收取电费。这种用电管理模式，给居民带来诸多不便，同时大大增加了电力人员的工作。
　　为了适应社会的需要，保证用户安全、合理、方便地用电，对传统的电表和用电的管理模式进行改造，使之符合社会发展的需要就显得很有必要。要实现电表集中自动抄表，其前提是电表需首先实现智能化，这样才能实现数据出户，以达到集中抄表的目的。要实现自动抄表，就要使电度表具有远传功能，而常用的电度表多为感应式机械电度表，这种表具有运行可靠、结构简单、价格便宜的优点，但不具有远传功能。正是由于以上背景，智能电度表应运而生。所谓智能电度表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片为核心，具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。
　　2 电力远程抄表系统
　　2.1 系统简介
　　随着新一代移动通讯业务的产生和全面投入，无线移动数据通讯的应用也越来越广泛。安全的数据传输和永远在线特点，配合按流量收费的资费方式，使GPRS通讯在工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等行业中的应用具有无可比拟的性价比优势。采用GPRS无线通讯网络的移动IP通讯，既可独立作为数传通道，也可作为已经架设光纤、数传电台等方式的辅助手段。因此远程智能电表抄表系统便可利用主控机(即普通商用微机，在本系统中也称上位机)，以先进的电力线载波通信(PLC)技术为基础，以系统工程思想为指导，采用了软件自动中继、模式识别和模糊处理等技术，通过多用户多功能电度表、F2103 GPRS IPMODEM、采集器及中心服务器由GPRS网络或是通过K8110 光隔单口CAN总线适配卡(PCI总线) 把数据汇集到中心服务器。具有采集数据快速准确，能快速生成用电统计分析，交费单据等特点，与传统的人工抄表、电话线抄表相比，极大地提高了对居民小区、公寓的用电进行统一、集中管理的能力。
　　在信息时代迅猛发展的今天，为了实现居民小区、公寓的用电智能化管理，快速准确、功能齐全的远程智能电表抄表系统无疑是我们设计的目标所在。本系统设计用计算机集中、统一管理的方法，实现用户信息录入、用户购电、用户退电、用户用电数据采集、用户供电控制、用电查询，以及用户购电、退电、用电的报表打印等基本功能，另外该系统还具有用防窃电、电器识别、分时限点、复费率、透支额等特有的功能。
　　2.2 系统开发目标
　　远程智能抄表是利用现代的计算机电子技术和通讯技术结合，按照用户用电记费、管理部门检查、管理、收费的工作流程设计完成的。为了使本系统在小区、公寓的智能化管理中发挥更大的作用，实现工作过程的计算机化，提高工作效率和工作质量，而通过无线信道实现数据传送的，这样的抄表方式毋须置疑是最为简单、方便的抄表模式，甚至在最近建设部某通讯规约的讨论稿中也初定了三表无线抄表使用的无线电频点，但无线数据传输存在着在建筑物对无线电信号的反射、吸收等作用下，信号传输不稳定的问题，另外表具安装位置、空间抗扰等也对其稳定工作有较大影响，同时无线电表产品自身也存在功耗等问题，因此该模式概念上虽然都很好，但真正大面积推广应用还有相当的历程。
　　旧的事物消亡，新的事物产生，是辩证唯物主义发展观中事物发展规律必然趋势，同样智能电表的发展是也是随着科学技术的不断进步而必然前进的，市场的需求也进一步推动了该产业的进步，因此，无论各地的用电管理部门还是智能电表生产厂家，都迫切需要有一个规范化的标准，以使目前的电表行业早日步入规范化、标准化的发展道路。现提出如下的系统开发目标：系统应具有安全性、稳定性、和快捷性，同时注意到先进性;对用户的用电信息实行智能管理，减轻管理部门的工作量，并提高工作效率;能够对用户的用户购电、退电、用电信息实现报表打印;系统人性化设计，界面友好，方便用户的操作;还要提供设备管理功能，如告警：开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警等;控制：对欠费用户进行拉闸等;提供停电数据保护功能，在停电48-72小时内仍可抄表和监控;系统还可提供丰富的接口，可与电业系统的MIS系统连接或进行二次开发。
　　3 系统原理分析
　　3.1 系统构架功能
　　多个电表通过RS485通信接口把电表数据传到采集终端器上，采集终端通过RS485或是电力载波将数据传送到采集集中器上，采集集中器通过RS485通信接口和通信IP modem连接，远程数据中心服务器可以使用GPRS、APN专线或普通ADSL等作为网络接入。当集中器通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，建立透明数据通道后，采集终端产生的数据只要送到串口，集中器就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机;同时服务器主机下发的命令通过通道传输到集中器后，集中器通过串口送到采集终端，从而实现数据双向透明传输。
　　3.2 系统组成
　　3.2.1 电能表
　　单相有功无功多功能表，有功0.5级、无功2级，具有RS485和低压电力载波通讯接口，并且采用最新单片微处理器及其外围芯片技术设计、制造，采用美国AD公司的专用单相电能计量芯片，通过对电流、电压信号采样，能计量双向有功电能，实现对低压居民用户的电力线载波自动抄表。
　　3.2.2 采集器
　　采集器主采用先进微电子技术及SMT生产工艺制造，应用于低压电力线载波自动抄表系统，作为系统的终端设备之一，自带24个I/O口，可带24户电度表，停电数据保护，带后备电源，停电后仍可抄表。实现24路用户电表的电量等数据采集，适合与带RS485接口的电能表进行配合实现远程自动抄表。
　　3.2.3 传输终端(通信模块/集中器)
　　RS485/电力载波IP MODEM一般都采用高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音、短信、数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。
　　3.2.4 中心软件系统
　　抄表系统的核心部分是系统软件，它应遵循DL/T645部标通讯规约，并有扩展性。对于传入数据的方式的不同，还需有不同的软件来快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。
　　4 项目构架的开发
　　4.1 传输终端和采集终端连接
　　目前无线传输模块同时支持RS232/485接口，可通过RS232/485与终端通讯。本系统采用的是485的接口方式。
　　4.2 数据网络接入方式
　　中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP，管理中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为管理中心分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器(或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能)。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器(或在APN路由器内，启用DHCP功能)，为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。中心采用APN专线接入的方式，在实时性、安全性和稳定性表现优异，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
　　4.3 无线数据传输方式
　　传输设备采用F2103，其功能齐全，性能稳定，简单易用，它是一款工业级别的无线传输终端，已经广泛地应用在各种各样的工业，金融场合。终端设备和传输设备连接好后，设置好各种通讯参数，工作模式后，在传输设备F2103中填入数据中心的地址和应用程序的端口号。这样当终端设备数据传给传输设备F2103，F2103就会把数据透明地传输到中心。终端设备支持多种中心模式(主备中心、多中心)，多种激活模式(电话、短信、数据)，多种工作模式(TCP、UDP、telnet等)，方便用户组网和各种系统需求。心跳包机制、注册包机制、数据帧可控、重连机制等多种机制不仅保证设备实时在线，而且稳定可靠，同时方便客户根据现场的情况，来设置各种传输参数，进而达到最佳效果。
　　5 结束语
　　随着通信技术的发展，智能抄表技术将得到不断的提高。智能抄表系统是一个完整的自动抄表和管理系统，具有自动化程度高，计量抄数据准确，不受用户计量表类型、负荷大小的限制，兼容性强等特点。该系统的投入使用为用电管理部门实现自动化迈出了关键的一步。