GPRS 網(wǎng)絡(luò)的電表遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)摘要：本文提供了一種基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的電表遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于電表遠(yuǎn)程抄表的實(shí)現(xiàn)

GPRS 網(wǎng)絡(luò)的電表遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)

摘要：本文提供了一種基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的電表遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于電表遠(yuǎn)程抄表的實(shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果.

關(guān)鍵詞：GPRS ；DTU ；Internet ；電表；

第一部分 系統(tǒng)概述

在電力抄表系統(tǒng)中，很多必須無人值守的設(shè)備或監(jiān)測點(diǎn)，不適合搭建有線通訊網(wǎng)絡(luò)。若采用光纖或電臺的方式實(shí)現(xiàn)無線通訊，不僅設(shè)備投入耗資巨大，而且不適應(yīng)移動的需要。

隨著新一代移動通訊業(yè)務(wù)的產(chǎn)生和全面投入，無線移動數(shù)據(jù)通訊的應(yīng)用也越來越廣泛。安全的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線特點(diǎn)，配合按流量收費(fèi)的資費(fèi)方式，使GPRS 通訊在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、道路交通、商務(wù)金融、移動辦公、零售服務(wù)等行業(yè)中的應(yīng)用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。采用GPRS 無線通訊網(wǎng)絡(luò)的移動IP 通訊，既可獨(dú)立作為數(shù)傳通道，也可作為已經(jīng)架設(shè)光纖、數(shù)傳電臺等方式的輔助手段。

GPRS 電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由電度表、帶GPRS 通訊終端的采集器和服務(wù)器組成。采集器實(shí)時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成用電統(tǒng)計(jì)分析, 交費(fèi)單據(jù)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的人工抄表、電話線抄表相比，極大地提高了效率。

本系統(tǒng)提供豐富的接口，可與電業(yè)系統(tǒng)的MIS 系統(tǒng)鏈接或進(jìn)行二次開發(fā)。

抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE 數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行于WIN98/2000/XP、NT 的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。

第二部分 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由帶系統(tǒng)軟件的主站、廈門宇能 YN2100 GPRS DTU 傳輸終端、采集器及電度表組成。手持終端是本系統(tǒng)的補(bǔ)充，在系統(tǒng)出現(xiàn)意外時進(jìn)行人工抄表。

一、 數(shù)據(jù)中心主站

運(yùn)行集中抄表系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)（服務(wù)器或PC 機(jī)）稱為主站，主站通過寬帶網(wǎng)絡(luò)與終端DTU 相連。中心提供互聯(lián)網(wǎng)IP 地址及互聯(lián)網(wǎng)出口（端口）。

中心條件

首先用一臺能上網(wǎng)的PC 機(jī)，條件必須能讓外網(wǎng)訪問的到，如運(yùn)行中心軟件的PC 機(jī)在局域網(wǎng)里面，則要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機(jī)PC ，等這些條件具備之后在本機(jī)運(yùn)行一個中心DEMO ，開放一個端口，運(yùn)行軟件等待DTU 的連接。

系統(tǒng)軟件

抄表系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它遵循DL/T645部標(biāo)通訊規(guī)約，并有擴(kuò)展性。 抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE 數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行于WIN98/2000/XP、NT 的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。

系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)有：

(一) 安全可靠：安全性由三方面構(gòu)成：第一，ORACLE 數(shù)據(jù)庫是大型的、多用戶的數(shù)據(jù)庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數(shù)據(jù)庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎可以保證數(shù)據(jù)的安全；第二，系統(tǒng)對用戶實(shí)現(xiàn)分級授權(quán)管理功能，通過檢查使用者的名字和授權(quán)密碼，賦予使用者相應(yīng)的操作權(quán)，借鑒銀行系統(tǒng)的密碼管理模式限制無關(guān)人員改變數(shù)據(jù)庫和硬件設(shè)置。第三，防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能，防備系統(tǒng)受到人為的惡意攻擊，數(shù)據(jù)備份功能確保在硬件系統(tǒng)故障時，也能隨時在新的硬件設(shè)備上數(shù)據(jù)無丟失地啟動抄表系統(tǒng)。

(二) 完善的系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了進(jìn)入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，收費(fèi)，設(shè)置硬件，改變運(yùn)行參數(shù)操作等及操作者，操作時間，凡是改變數(shù)據(jù)庫的操作都被記錄下來。

(三) 抄表速度快：抄表快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，抄表時PC 機(jī)只讀采集器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用1200波特率，傳輸速度快，并對每個數(shù)據(jù)塊都有效驗(yàn)碼，保證了傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

(四) 廣播對時功能：該功能使得系統(tǒng)中的所有電能表的時間基準(zhǔn)與PC 機(jī)保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內(nèi)部時鐘，不再需要PC 機(jī)的干預(yù)。因此，只要保證在對時時刻，PC 機(jī)的時間是正確的，以后在運(yùn)行的過程中，改變PC 機(jī)的時鐘并不會影響電能表的時間。

(五) 自動抄表功能：按照設(shè)置的抄表開始時間和抄表間隔，到預(yù)定的抄表時刻，系統(tǒng)便會依次主動發(fā)起去抄采集器或電表內(nèi)的數(shù)據(jù)。對于抄不上數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動補(bǔ)抄或人工發(fā)命令補(bǔ)抄。

(六) 電量凍結(jié)功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當(dāng)?shù)目偙?，結(jié)合抄凍結(jié)數(shù)據(jù)功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數(shù)，各分表的讀數(shù)（由此得到讀數(shù)和），就可以計(jì)算出某部分電路的電能損耗，為確定電費(fèi)提供依據(jù)。

(七) 電費(fèi)管理功能：收電費(fèi)前，統(tǒng)一抄錄一次電費(fèi)數(shù)據(jù)。當(dāng)確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)反映最近的電表讀數(shù)后，利用程序中的功能自動計(jì)算出當(dāng)月用電量和電費(fèi)。交納電費(fèi)時，只需輸入用戶號，當(dāng)月用電量和電費(fèi)由程序填寫。每筆電費(fèi)都有詳細(xì)記錄，便于對帳。

(八) 設(shè)備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警、傾斜或移動報(bào)警等；控制：對欠費(fèi)用戶進(jìn)行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，在停電48--72小時內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)的管理人員。

本系統(tǒng)適應(yīng)范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區(qū)管理，網(wǎng)絡(luò)版的軟件可用于供電公司實(shí)現(xiàn)一座城市或地區(qū)的用電管理。

二、 終端設(shè)備---采用廈門宇能科技有限公司YN2100 GPRS DTU

YN2100 GPRS DTU 采用ARM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實(shí)時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺, 超大內(nèi)存, 內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。

產(chǎn)品功能

? 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換；

? 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)APN ；

? 可向1～5個中心同時發(fā)送數(shù)據(jù)(固定IP 或動態(tài)域名地址) ； ? 支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、多點(diǎn)對多點(diǎn)對等數(shù)據(jù)傳輸； ? 短消息數(shù)據(jù)備用通道；

? 可兼容組態(tài)軟件；

? 支持多種電力通訊規(guī)約；

? 根據(jù)用戶的特殊需求定制；

? 通過串口進(jìn)行軟件升級；

? 支持圖形界面遠(yuǎn)程配置與維護(hù)；

? 自診斷與串口告警輸出；

? 全隔離的RS485接口設(shè)計(jì)，支持1200～115200的通信波特率； ? EMC 抗干擾設(shè)計(jì)，適合電磁惡劣環(huán)境應(yīng)用； ? 適應(yīng)低溫和高溫工作環(huán)境；

技術(shù)參數(shù)

◆ 所選模塊

◆ 外型尺寸

◆ 重量

工作環(huán)境

◆ 模塊工作溫度

◆ 器件工作溫度

◆ 濕度范圍

◆ 儲存溫度

工業(yè)級模塊 90x57x22mm(不含接口及天線) 300g -30°C ～75°C －40°C ～85°C 0－95，非冷凝 －40°C ～85°C

電源

◆ 電壓范圍

◆ 標(biāo)準(zhǔn)電源

◆ 功耗

接口 DC5V ～16V DC5V/1000mA 通信時平均電流100mA@ 5VDC 空閑時35mA@ 5VDC

◆ 天線接口

◆ 接收靈敏度

◆ SIM 卡

◆ 用戶數(shù)據(jù)接口

◆ 波特率 50Ω/SMA 陰頭 -104dbm 3V/5V RS485(工業(yè)級3.81mm 插座) 1200～115200bit/s

DTU 在應(yīng)用之前首先要進(jìn)行設(shè)置，通過光盤配套的參數(shù)配置軟件設(shè)置好數(shù)據(jù)中心的IP 和端口及其它參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置好之后串口和采集器串口對接， DTU 上電之后根據(jù)事先設(shè)置好的中心IP 和端口進(jìn)行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向透明傳輸數(shù)據(jù)。

根據(jù)抄表對象的不同我們設(shè)計(jì)以下三種抄表模式

1.1 居民用戶抄表系統(tǒng)

1、電表：1.0級單相靜止式（電子式）電度表，具有光耦脈沖輸出功能。

2、采集器：：

（1）24個I/O口，可帶24戶電度表

（2）停電數(shù)據(jù)保護(hù)

（3）帶后備電源，停電后仍可抄表

3、抄表內(nèi)容：

（1）電量

（2）其他

4、抄表形式：

（1）自動抄表

（2）定時上報(bào)

（3）實(shí)時查詢

5、告警內(nèi)容：

（1）開箱告警

（2）停電告警

1、可增加遠(yuǎn)程控制拉閘功能，電能表要增加內(nèi)置繼電器。

2、技術(shù)指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)容量：采集器容量：最多接24塊電表； 系統(tǒng)容量：原則上不受限制，實(shí)際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；

（2）通信距離：采集器與電表：采用雙芯多股線，對于機(jī)械表，距離≤500m；對于電子式電表，距離≤50m。

主站與采集器：采用GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；（3）通信成功率: 主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100。

1.2 大集團(tuán)用戶抄表系統(tǒng)

1、電表：

A ）三相有功無功多功能表，有功0.5級、無功2級，具有RS485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約；

B ）三相有功復(fù)費(fèi)率表，有功1級，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約， 實(shí)現(xiàn)電能量（有功、無功）的計(jì)量和功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等參數(shù)的測量；

2、采集器：

（1）帶一個與終端通訊的RS485接口，三個用于報(bào)警監(jiān)測的開關(guān)量輸入口和三個用于遠(yuǎn)程控制的模擬量輸出口；

（2）支持部標(biāo)通信規(guī)約；

（3）停電數(shù)據(jù)保護(hù)；

（4）控制輸出（用于遠(yuǎn)程控制拉閘或其他功能）；

（5）帶后備電源，停電后仍可抄表；

3、系統(tǒng)功能

（1）設(shè)置電能表的參數(shù)，讀取各種計(jì)量和管理數(shù)據(jù)；

（2）抄表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢、備份、報(bào)表、圖表生成；

（3）廠站管理；

（4）自動抄表、定時上報(bào)、實(shí)時查詢等；

（5）掉電數(shù)據(jù)保存；

（6）瞬時量數(shù)據(jù)的綜合處理；

（7）系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、存檔和向外輸出數(shù)據(jù)；

（8）歷史數(shù)據(jù)事件記錄功能；

（9）實(shí)時報(bào)警；

（10）根據(jù)線路上的表計(jì)關(guān)系計(jì)算線路損耗；

（11）可提供多路模擬量、開關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過壓告警、過流告警、過載告警、傾斜或移動報(bào)警等其他功能；

（12）遠(yuǎn)程控制斷電功能；

（13）采集的參數(shù)豐富，如：

◆ 當(dāng)前、上月、正向有功、反向有功、無功四象限的總及尖、峰、平、谷四費(fèi)率電量； ◆ 正向、反向、有功、無功的最大需量及最大需量發(fā)生時間；

◆ 有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、功率因數(shù)；

◆ 感想失壓累計(jì)次數(shù)、失壓累計(jì)時間、集抄器停電起止時間等；

◆ 單位時間負(fù)荷曲線、三相電流曲線、三相電壓曲線、有功功率曲線、無功功率曲線、功率因數(shù)曲線；

4、技術(shù)指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)容量：采集器容量：最多接255塊電表； 系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實(shí)際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；

（2）通信距離：采集器與電表：采用RS485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用無線網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；

（3）通信成功率: 主站與YN2100 GPRS DTU 之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100；

（4）完全符合IEC1107標(biāo)準(zhǔn)及國電公司DL/T645《多功能電能表通訊規(guī)約》；

（5）工作電源：交流220V±20，50Hz ；

（6）通信速率：1200bps ～33.6kbps ；

（7）采集器功耗：≤1.5W

（8）工作環(huán)境條件：溫度：-10℃～50℃，相對濕度：≤90；

（9）耐壓強(qiáng)度：2KV ；絕緣電阻：2M 歐姆；

（10）電表數(shù)據(jù)抄收率、可靠性和讀數(shù)準(zhǔn)確率達(dá)到100。

1.3 變電站抄表系統(tǒng)

1、電表：三相有功無功多功能表。

2、采集器：

（1）帶一個RS485通訊口，三個開關(guān)量和三個模擬量；

（2）支持部標(biāo)通信規(guī)約；

（3）停電數(shù)據(jù)保護(hù)；

（4）控制輸出；

（5）帶后備電源，停電后仍可抄表。

3、抄表內(nèi)容：

（1）電壓、電流；

（2）有功正、反向分時電量；無功四象限分時電量；

（3）有功正、反向分時最大需量及發(fā)生時間；

（4）無功正、反向分時最大需量及發(fā)生時間；

（5）斷相時間、次數(shù)及斷相期間用電量；

（6）負(fù)荷曲線。

4、抄表形式：

（1）自動抄表；

（2）定時上報(bào)；

（3）實(shí)時查詢。

5、告警內(nèi)容：

（1）開箱告警；

（2）停電告警；

（3）逆相告警；

（4）超溫告警；

（5）過壓告警；

（6）過流告警；

（7）過載告警；

（8）傾斜或移動報(bào)警等其他功能。

6、技術(shù)指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)容量：采集器容量：最多接255塊電表； 系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實(shí)際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；

（2）通信距離：采集器與電表：采用RS-485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；

（3）通信成功率: 主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100。

第三部分組網(wǎng)實(shí)施