一種新型的智能用電抄表系統的設計

?1 引言

??? 目前國內已有多種用于居民用電抄表的產品，從近幾年實際投入的情況看， IC卡表和電力線載波集抄的應用占了較大的比重，但是由于這些產品在節能降損、提升企業經濟效益方面的實際作用不大，在供電行業沒有能夠廣泛地推廣使用。

??? 預付費 IC卡電表，其方案僅能單一的解決電費回收問題，相比之下投入較大、隱患較多、維護難、必須專人值班售電管理等，因為它不具備監察用戶用電的功能，所以很容易發生解密盜電或其它偷漏電情況，而且難以查覺。預付費本身也容易引起與用戶的糾紛，許多地方已明文限制使用。

??? 低壓載波集中抄表，其技術方案具有較大的優勢，它利用了現有低壓電力線作為通訊載體實施計算機自動抄表，不僅可省去敷設線路和日后維護線路的大量工作及費用，同時線路的安全也自然有了保障，運行通訊費用較低，它可以不更換舊表而是在原表上增裝一個小的傳感器來完成轉換和傳輸數據，這樣可省去大量換表資金。

??? 但它存在的缺點是，電網線路上周期性、持續性的干擾信號以及干擾的隨機突發性與多變性影響了數據傳輸的穩定性，盡管可采用規避干擾和中繼技術能夠提高一些抄收成功率，可是產品的技術方案（電話線 +載波通訊）從根本上無法適應國內各種電網結構，抄收數據的實時性又很低，很難穩定地保證每天采集到完整的臺區數據。由于電話線的通訊速率低，而且平常不能總保持連通狀態（會發生大量的通訊費用），無法實現在線監測和自動報警功能，因此產品的實際用途受到很大的限制，其性能價格比直接影響了產品的推廣應用。

??? GPRS（General Packet Radio Service），即通用分組無線業務，這種無線業務是在現有 GSM網絡上開通的一種新型的分組數據傳輸業務，它是利用"分封交換"（Packet-Switched）的概念所發展出的一套無線傳輸方式。GPRS采用分組交換技術，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。GPRS特別適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS相對有線電話還具有通訊信道安全可靠、速率高、實時在線不發生費用、通訊費用低、普及面廣、安裝便利等優勢，尤其是它所提供的點對多點無連接型網絡業務非常適合抄表項目。

??? 2 系統結構與總體方案設計

??? 基本系統由抄表工作站、數據集中器、電表測控器、參數設置器和管理軟件組成。系統總體結構如圖 1所示。

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??? 抄表工作站通過局域網或寬帶連入 INTERNET，利用移動 GPRS基站與相應區域的數據集中器（一般每個臺區一個）通訊，集中器通過專用線路（總線方式）或電力線（載波方式）連接臺區電表測控器 (安裝在電表進線座上與電子表輸出口或機械表傳感器相連)。集中器與測控器之間始終保持通信狀態。集中器與 GPRS網絡之間通常在線狀態不產生通訊費用，在傳遞數據時才發生流量費用。初始時抄表工作站將日常工作指令分發到集中器和測控器存儲，以后每天各測控器按其指令自動將數據儲存（凍結），集中器按測控器地址編號順序依次間隔采集匯總數據定時發送到工作站或由抄表工作站主抄，工作站自動檢查補齊傳送到服務器中。

??? 抄表工作站承擔數據抄收、指令下達及控制斷合電是實現用電監察管理最基礎和關鍵環節,它還負責對臺區所有系統設施的管理、維護和正常運行等。一臺抄表工作站管理 1至 100個臺區集中器，一臺集中器連接 1至 1000個測控器，一個測控器連接一塊電表。整個系統包含多個抄表工作站，工作站可集中在同一點也可分散在不同的點并連接到供電企業的局域網上。系統還有與其它管理系統的接口，如：電費管理系統接口，催費管理服務器及管理軟件、用電監察與電網配電分析管理工作站等。

?? 3 系統硬件設計

??? 該系統的硬件主要分為測控器和集中器兩部分。測控器主要是用單片機把計量表中的數據采集過來，并存放在內存里，通過 RS-485總線傳送給集中器。集中器是整個系統中最重要的，也是最復雜的環節，它的硬件設計框圖如圖 2所示。

??? 集中器中的微控制器選用W77E58，在其內部集成32KB可重復編程的 Flash RAM、256B片內存儲器、1KBMOVX指令訪問的 SRAM、兩個 URAT、三個 16位定時器等。兩個 URAT中，一個用于與 GPRS通信，另一個用于與測控器的通信。在很多場合，該單片機幾乎不用擴展外圍芯片就能夠滿足系統要求。

??? 微控制器通過 AT指令初始化 GPRS無線模塊，使之附著在 GPRS網上，獲得網絡運營商動態分配給 GPRS集中器的 IP地址并與抄表終端建立連接，通過 RS232串口向客戶系統收發數據或指令，向 TCP/IP模塊收發數據等。

??? TCP/IP模塊通過 RS232串口與 GPRS無線模塊通信，提供非透明和透明兩種通道。相對應地，該模塊有兩種通信模式：非透明模式和透明模式。通過軟件切換，模塊在處于不同的模式時，數據流向也有所不同。當傳送 AT指令集時，模塊進入透明模式，可直接訪問 GPRS無線模塊；當模塊進入非透明傳輸方式時，用戶數據從串口進入 TCP/IP模塊后，先組成 TCP/IP包，再經串口發送給 GPRS模塊，GPRS無線模塊把其封裝成 GPRS分組數據包傳到 GPRS網上。

??? GPRS無線模塊作為 GPRS集中器的無線收發模塊，把從 TCP/IP模塊接收的 TCP/IP包和從基站接收的 GPRS分組數據進行相應的協議處理后再轉發。GPRS模塊采用了西門子公司的 MC35I，此模塊主要由 GSM處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。它通過 ZIF連接器上的串口與單片機實現電路接口，通過串口讀取或發送 MC35I模塊中的數據和 AT指令。

??? 4 系統軟件功能設計

??? 用電管理主要包括業擴報裝、計量管理、電費管理和用電監察等幾個方面。用電管理除有較明顯的各內部業務功能外，還具有較強的業務流程性。數據信息流向如 3所示。

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???? 本系統將其分為用戶增減管理、計量資產與計量業務管理、配電設備與安全管理、電費管理、用電監察、抄表與控制管理、大用戶集中管理等幾個子系統，按業務流程將各子系統有機地聯接起來就構成完整的用電管理系統。

??? 抄表終端智能用電系統軟件利用 WIN2000/XP作為操作系統開發平臺，以 VB作為開發工具，使用 SQL Server 數據庫進行系統開發，軟件所能管理的用戶數量幾乎沒有限制。

??? 5 結束語

?? 本文創新點是：利用 GPRS網絡作為遠程無線數據通信平臺，發揮了通用無線分組業務數據傳輸的優勢，同時利用總線技術或載波通訊技術完成集中器與監測點之間的數據通信，保證了數據傳輸的可靠性、穩定性和實時性，改變了過去 IC卡電表、電力線載波集抄產品等產品的不足，在功能和用途上有了實質性的突破，能夠適應現代電力行業供用電管理上多方面的需求。