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基于GPRS无线通信技术的电力自动抄表系统
作者：褚世涛
来源：中国工控网
日期：2010-07-20 09:00:13
摘要：解决当前我国电力抄表领域存在的估抄、漏抄、错抄以及抄表不及时等现象,将电表数据的采集由传统的人工抄表转变为自动抄表是我国电力行业亟待解决的重大难题。
前言
解决当前我国电力抄表领域存在的估抄、漏抄、错抄以及抄表不及时等现象,将电表数据的采集由传统的人工抄表转变为自动抄表是我国电力行业亟待解决的重大难题。
自动抄表系统目前主要采用有线通信技术和电力线载波通信技术。有线通信技术作为传统方法,系统的稳定性很好,但铺线工程量大,容易被人为损坏,而且如果居民楼建成后,再在墙壁表面拉线,居民难以接受。电力线载波抄表在国内也始终没有得到大范围应用,其主要原因是国内电力线路本身所带的大量谐波干扰问题没有得到很好解决,在数据传送过程中,经常出现错码、丢码的情况,使数据出现较大误差。随着无线通信技术、网络技术的迅猛发展，同时伴随着数字化程度的提高，无线远程控制及无线远程抄表已经成为未来电力管理的必然选择。
GPRS通信技术简介
通用分组无线业务GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传数业务，目的是给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS与其他无线方式的应用比较如下
171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
系统设计
GPRS电力远程自动抄表系统由电表数据采集部分、GPRS无线数据传输终端（DTU）、电力局的配电数据中心三大块组成，电表数据通过中国移动的GPRS/GSM 网络进行传输。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过串口传到电表集中器，电表集中器通过串口与 GPRS 透明数据传输终端（DTU）连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络和INTERNET公网将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
(不通过中转)必要条件是：至少有台主机IP 地址具有固定性和唯一性。安装普通SIM卡的GPRS通讯模块的IP地址是随机的，同时考虑到大部分用户的上位机 IP 地址也是随机的，所以系统通过具有固定IP地址的网络代理服务器来负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转，完成系统通讯的基础条件。网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTNERNET公网连接。上位机建立在局域网内，增加系统的安全性。
启动 GPRS 数据传输终端后，它会根据预先设定在其内部的 IP 地址或域名来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控中心建立 TCP/IP，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过GRPS数据传输终端把数据网络代理服务器端口，通过端口映射转发到监控中心主站，完成系统的一次通讯过程。
现今，由于移动公司可以通过为客户开通特定的APN 和发行特殊的SIM卡，使得用这张 SIM 卡获得的动态IP 地址每一次都不变。也就是说可以做到 SIM卡和IP地址绑定，同时监控中心主站也可以通过专线方式直接接入 GPRS 移站，并获得一个固定的 IP 地址，这样，GPRS 无线数据终端无需路由到 Internet网络，采用这种方式组成点对多点网络具有实时性好、安全性高的特点，但相对系统通过Internet(CMNET)，用户的实现成本费用相对较高。
系统功能
系统功能主要由系统设置、数据采集、资料录入、用量查询、用电监控、异常分析、报表生成、系统维护、计费业务、自动报警n个部分组成。
1、系统设置：系统设置主要进行系统网络的建立和初始参数设置，包括集中器设置，包括设置抄表日，冻结表的时间等。
2、数据采集：数据采集主要进行广播抄表点抄单表、全抄电表、抄冻结数据、零点抄表和实时点抄。
3、资料录入：资料录入主要进行用户、表信息录入、集中器资料录入。
4、系统维护：系统维护主要进行事务日志年、月、日查询、系统通讯和定时操作的设置、系统操作员密码和权限的管理、数据安全备份维护。
5、用量查询：用量查询主要进行日用量日月、年查询，月用量月、年查询，年用量年查询、冻结数据查询分析。具体的查询时间可由查询的时间来调整确定。
6、用电监控：用电监控主要是实时监控电表状态，控制用户的上、断电操，检测 GPRS集中器和GPRS网络运行情况。
7、报表生成：报表生成主要是生成日、月年用量报表和报表预览打印。
8、自动报警：开箱告警；停电告警；逆相告警；超温告警；过压告警；过流告警；过载告警；倾斜或移动报警等其他功能。
系统特点
GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点：
1、可对电表设备进行远程控制：
通过GPRS 双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。
2、实时性强：
由于GPRS 具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个或所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
3、集抄范围广：
GPRS 覆盖范围广，在无线GSM/GPRS 网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
4、数据传送速率高：
每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps 之内。GPRS 网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前 GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。
5、系统的传输容量大：
配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、建设成本少低：
由于采用 GPRS 的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；
7、通信费用低：
采用包月计费方式，运营成本低。
系统典型应用
1. 居民用户抄表系统
a.电表：1.0级单相静止式（电子式）电度表，具有光耦脉冲输出功能。
b.内容：电量；其他
c.形式：自动抄表 ；定时上报；实时查询
d.告警功能：开箱告警；停电告警
2.大集团用户抄表系统
a.电表：三相有功无功多功能表，有功0.5级、无功2级，具有RS-485通讯接口，电力部DL/T645通讯规约。或者使用：三相有功复费率表，有功1级，具有RS-485通讯接口，电力部DL/T645通讯规约
b.内容：实现电能量（有功、无功）的计量和功率因数、电压、电流、频率等参数的测量。
c.系统功能：
（1）设置电能表的参数，读取各种计量和管理数据；
（2）抄表数据的统计、查询、备份、报表、图表生成；
（3）厂站管理；
（4）自动抄表、定时上报、实时查询等；
（5）掉电数据保存；
（6）瞬时量数据的综合处理；
（7）系统数据备份、存档和向外输出数据；
（8）历史数据事件记录功能；
（9）实时报警；
（10）根据线路上的表计关系计算线路损耗；
（11）可提供多路模拟量、开关量输入，实现开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过压告警、过流告警、过载告警、倾斜或移动报警等其他功能；
（12）远程控制断电功能；
3.变电站抄表系统
a.电表：三相有功无功多功能表。
b.内容：
（1）电压、电流；
（2）有功正、反向分时电量；无功四象限分时电量；
（3）有功正、反向分时最大需量及发生时间；
（4）无功正、反向分时最大需量及发生时间；
（5）断相时间、次数及断相期间用电量；
（6）负荷曲线。
c.形式：自动抄表；定时上报；实时查询。
d.告警功能：开箱告警；停电告警；逆相告警；超温告警；过压告警； 过流告警；过载告警；倾斜或移动报警等其他功能。
总结
对于电力部门来说，抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力。因为电表数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不方便。采用GPRS网络远程数据通信方法解决了此问题，同时也解决了远程监测系统通信问题，比起其它有线通信方式有着不可比拟的优越性。由于采用的是无线模式，数据传输的安全性得到了很大的提高。随着GPRS网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟，GPRS在其它工业领域的应用必将越来越广阔。
上海正伟数字技术有限公司
联系人 ：褚世涛
电话：021-64087245-812021-64325603-812
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解决当前我国电力抄表领域存在的估抄、漏抄、错抄以及抄表不及时等现象,将电表数据的采集由传统的人工抄表转变为自动抄表是我国电力行业亟待解决的重大难题。
自动抄表系统目前主要采用有线通信技术和电力线载波通信技术。有线通信技术作为传统方法,系统的稳定性很好,但铺线工程量大,容易被人为损坏,而且如果居民楼建成后,再在墙壁表面拉线,居民难以接受。电力线载波抄表在国内也始终没有得到大范围应用,其主要原因是国内电力线路本身所带的大量谐波干扰问题没有得到很好解决,在数据传送过程中,经常出现错码、丢码的情况,使数据出现较大误差。随着无线通信技术、网络技术的迅猛发展，同时伴随着数字化程度的提高，无线远程控制及无线远程抄表已经成为未来电力管理的必然选择。
GPRS通信技术简介
通用分组无线业务GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传数业务，目的是给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS与其他无线方式的应用比较如下
171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
系统设计
GPRS电力远程自动抄表系统由电表数据采集部分、GPRS无线数据传输终端（DTU）、电力局的配电数据中心三大块组成，电表数据通过中国移动的GPRS/GSM 网络进行传输。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过串口传到电表集中器，电表集中器通过串口与 GPRS 透明数据传输终端（DTU）连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络和INTERNET公网将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
(不通过中转)必要条件是：至少有台主机IP 地址具有固定性和唯一性。安装普通SIM卡的GPRS通讯模块的IP地址是随机的，同时考虑到大部分用户的上位机 IP 地址也是随机的，所以系统通过具有固定IP地址的网络代理服务器来负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转，完成系统通讯的基础条件。网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTNERNET公网连接。上位机建立在局域网内，增加系统的安全性。
启动 GPRS 数据传输终端后，它会根据预先设定在其内部的 IP 地址或域名来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控中心建立 TCP/IP，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过GRPS数据传输终端把数据网络代理服务器端口，通过端口映射转发到监控中心主站，完成系统的一次通讯过程。
现今，由于移动公司可以通过为客户开通特定的APN 和发行特殊的SIM卡，使得用这张 SIM 卡获得的动态IP 地址每一次都不变。也就是说可以做到 SIM卡和IP地址绑定，同时监控中心主站也可以通过专线方式直接接入 GPRS 移站，并获得一个固定的 IP 地址，这样，GPRS 无线数据终端无需路由到 Internet网络，采用这种方式组成点对多点网络具有实时性好、安全性高的特点，但相对系统通过Internet(CMNET)，用户的实现成本费用相对较高。
系统功能
系统功能主要由系统设置、数据采集、资料录入、用量查询、用电监控、异常分析、报表生成、系统维护、计费业务、自动报警n个部分组成。
1、系统设置：系统设置主要进行系统网络的建立和初始参数设置，包括集中器设置，包括设置抄表日，冻结表的时间等。
2、数据采集：数据采集主要进行广播抄表点抄单表、全抄电表、抄冻结数据、零点抄表和实时点抄。
3、资料录入：资料录入主要进行用户、表信息录入、集中器资料录入。
4、系统维护：系统维护主要进行事务日志年、月、日查询、系统通讯和定时操作的设置、系统操作员密码和权限的管理、数据安全备份维护。
5、用量查询：用量查询主要进行日用量日月、年查询，月用量月、年查询，年用量年查询、冻结数据查询分析。具体的查询时间可由查询的时间来调整确定。
6、用电监控：用电监控主要是实时监控电表状态，控制用户的上、断电操，检测 GPRS集中器和GPRS网络运行情况。
7、报表生成：报表生成主要是生成日、月年用量报表和报表预览打印。
8、自动报警：开箱告警；停电告警；逆相告警；超温告警；过压告警；过流告警；过载告警；倾斜或移动报警等其他功能。
系统特点
GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点：
1、可对电表设备进行远程控制：
通过GPRS 双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。
2、实时性强：
由于GPRS 具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个或所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
3、集抄范围广：
GPRS 覆盖范围广，在无线GSM/GPRS 网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
4、数据传送速率高：
每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps 之内。GPRS 网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前 GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。
5、系统的传输容量大：
配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、建设成本少低：
由于采用 GPRS 的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；
7、通信费用低：
采用包月计费方式，运营成本低。
系统典型应用
1. 居民用户抄表系统
a.电表：1.0级单相静止式（电子式）电度表，具有光耦脉冲输出功能。
b.内容：电量；其他
c.形式：自动抄表 ；定时上报；实时查询
d.告警功能：开箱告警；停电告警
2.大集团用户抄表系统
a.电表：三相有功无功多功能表，有功0.5级、无功2级，具有RS-485通讯接口，电力部DL/T645通讯规约。或者使用：三相有功复费率表，有功1级，具有RS-485通讯接口，电力部DL/T645通讯规约
b.内容：实现电能量（有功、无功）的计量和功率因数、电压、电流、频率等参数的测量。
c.系统功能：
（1）设置电能表的参数，读取各种计量和管理数据；
（2）抄表数据的统计、查询、备份、报表、图表生成；
（3）厂站管理；
（4）自动抄表、定时上报、实时查询等；
（5）掉电数据保存；
（6）瞬时量数据的综合处理；
（7）系统数据备份、存档和向外输出数据；
（8）历史数据事件记录功能；
（9）实时报警；
（10）根据线路上的表计关系计算线路损耗；
（11）可提供多路模拟量、开关量输入，实现开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过压告警、过流告警、过载告警、倾斜或移动报警等其他功能；
（12）远程控制断电功能；
3.变电站抄表系统
a.电表：三相有功无功多功能表。
b.内容：
（1）电压、电流；
（2）有功正、反向分时电量；无功四象限分时电量；
（3）有功正、反向分时最大需量及发生时间；
（4）无功正、反向分时最大需量及发生时间；
（5）断相时间、次数及断相期间用电量；
（6）负荷曲线。
c.形式：自动抄表；定时上报；实时查询。
d.告警功能：开箱告警；停电告警；逆相告警；超温告警；过压告警； 过流告警；过载告警；倾斜或移动报警等其他功能。
总结
对于电力部门来说，抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力。因为电表数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不方便。采用GPRS网络远程数据通信方法解决了此问题，同时也解决了远程监测系统通信问题，比起其它有线通信方式有着不可比拟的优越性。由于采用的是无线模式，数据传输的安全性得到了很大的提高。随着GPRS网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟，GPRS在其它工业领域的应用必将越来越广阔。
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联系人 ：褚世涛
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