引言
電力線載波(Power Line Carrier---PLC)自動抄表系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了供電部門抄表工作效率,減輕了工作人員的抄表工作強度。但隨著日益普及的網(wǎng)絡(luò)時代的來臨,網(wǎng)絡(luò)化管理將使抄表技術(shù)具備更高的效率和生產(chǎn)力。本文以一基于智能網(wǎng)絡(luò)的自動抄表系統(tǒng)的方案設(shè)計為例,試分析了自動抄表系統(tǒng)在智能網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。
1. 通信網(wǎng)和智能網(wǎng)絡(luò)
所謂通信網(wǎng), 是指由各種通信節(jié)點(端節(jié)點、交換節(jié)點、 轉(zhuǎn)接點)及連接各節(jié)點的傳輸鏈路互 相依存的有機結(jié)合體, 以實現(xiàn)兩點及多個規(guī)定點間的通信體系。由通信網(wǎng)的定義可看出, 從物理結(jié)構(gòu)或從硬件設(shè)施方面去看, 它由終端設(shè)備、交換設(shè)備及傳輸鏈路三大要素組成。這里的終端設(shè)備主要包括機、 PC機、 移動終端等設(shè)備。交換節(jié)點包括程控交換機、 分組交換機、 ATM交換機、移動交換機、 路由器設(shè)備等等。傳輸鏈路即為各種傳輸信道, 如電纜信道、光纜信道、 微波、衛(wèi)星信道及其他無線傳輸信道等。
智能網(wǎng)是在現(xiàn)有網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,能方便、靈活地向用戶提供和處理各種智能化通信新業(yè)務(wù)的一個網(wǎng)絡(luò)體系。
智能網(wǎng)是建立在通信網(wǎng)之上的一種體系結(jié)構(gòu)化的概念, 它可以為各種通信網(wǎng)提供增值業(yè)務(wù), 是疊加在各種通信網(wǎng)基礎(chǔ)上的一種網(wǎng)絡(luò)。所以,智能網(wǎng)是以計算機和數(shù)據(jù)庫為核心的,它的主要組成部分有:業(yè)務(wù)交換點(SSP)——它是用戶進入智能網(wǎng)的接入點,它是一個交換機,用來識別用戶對智能網(wǎng)的呼叫,把用戶的請求傳送給業(yè)務(wù)控制點。業(yè)務(wù)控制點(SCP)——是智能網(wǎng)的中心,通常是由大、中型計算機和大型數(shù)據(jù)庫組成,完成各種智能業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。它接受SSP送來的信息,向數(shù)據(jù)庫查詢并向SSP發(fā)出處理的信令。 圖1智能網(wǎng)與現(xiàn)有通信網(wǎng)的關(guān)系 略(詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第5期)
2. 基于智能網(wǎng)的自動抄表系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 基于智能網(wǎng)的自動抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
基于智能網(wǎng)的自動抄表系統(tǒng),是對建立在電力線載波(PLC)通訊網(wǎng)絡(luò)、公共交換網(wǎng)絡(luò)(PSTN)、計算機網(wǎng)絡(luò)(Intranet/Internet)三大網(wǎng)絡(luò),利用多種通訊方式,將分散在用戶現(xiàn)場各電能表數(shù)據(jù)科學(xué)采集、上傳、處理、zui終送到管理層,滿足了抄表計費、管理決策、工程分析的需求。我們可以將這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三層。分別為用戶層、中間層和管理層。 l 用戶層。用戶層即分散在各小區(qū)的用戶電能表。電能表除了進行尖、峰、平、谷等電量的計量外,還要將計量數(shù)據(jù)采集并保存。通過PLC網(wǎng)絡(luò)將該數(shù)據(jù)進行直接傳輸或通過其它電能表中繼傳輸至數(shù)據(jù)集中采集設(shè)備(簡稱集中器)。集中器將接收的數(shù)據(jù)進行處理和保存。
l 中間層。集中器采集的電能表數(shù)據(jù)要及時、主動地向上一層抄表前置計算機(簡稱抄表前置機)上傳。并響應(yīng)抄表前置機的抄表指令,將抄表數(shù)據(jù)進行凍結(jié)或更新。這一通訊方式常常是基于PSTN、ISDN、GPRS等。考慮到抄表的經(jīng)濟性和可靠性,常常采用較成熟的PSTN或ISDN網(wǎng)絡(luò)。
l 管理層。當(dāng)抄表前置機采集到電表現(xiàn)場的數(shù)據(jù)后,要將該數(shù)據(jù)再送到數(shù)據(jù)分析工作站,對數(shù)據(jù)進行分析、過濾,以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。然后再將經(jīng)分析后的數(shù)據(jù)送到結(jié)算中心,進行電量、電費的結(jié)算或送至相應(yīng)的管理部門做為分析、決策的依據(jù)(如線電損分析等)。甚至還要通過Internet或95598網(wǎng)(電力部門查詢專號)將用戶數(shù)據(jù)進行發(fā)布,以實現(xiàn)與用戶的互動。這一過程通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的進一步交換,我們稱為數(shù)據(jù)的管理層。
2.2 常見的抄表網(wǎng)絡(luò)比較 2.2.1 總線式網(wǎng)
圖2: 總線方式自動抄表方式(略,詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第5期)
總線方式自動抄表系統(tǒng)如圖2所示,即在集中器與電能表之間增加了RS485通訊方式進行連接。集中器可以實時地抄收所管轄的電能表數(shù)據(jù)。這種總線式自動抄表系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集一次讀成功率高,可靠性好的優(yōu)點,但需穿墻打孔,布線麻煩,給工程安裝和系統(tǒng)維護造成很大困難。
2.2.2 無線信道網(wǎng)絡(luò) 圖3略(詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第5期) 無線信道自動抄表系統(tǒng)如圖3所示,即在集中器和電能表內(nèi)部裝有無線數(shù)傳模塊,集中器通過無線方式將電能表的數(shù)據(jù)抄收并保存。它的不足之處是無線數(shù)傳的有效距離只能達到500-800m左右,對于電能表安裝分散的小區(qū)不宜使用。
2.2.3 有線電視寬帶網(wǎng)
基于有線電視寬帶網(wǎng)的自動抄表系統(tǒng)一般由RS485/RF轉(zhuǎn)換器先以RS485方式將同一樓道單元內(nèi)的電能表數(shù)據(jù)集中起來,再轉(zhuǎn)調(diào)制為有線電視射頻信號并送到有線電視網(wǎng)。在每個有線臺前端由一個有線調(diào)制解調(diào)器將電能表數(shù)據(jù)解調(diào)出來,再通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳到供電部門數(shù)據(jù)管理中心。這種自動抄表系統(tǒng)的優(yōu)點是傳輸速率高、一次抄讀成功率高、傳輸可靠,但對有線電視網(wǎng)必須是雙向通信的要求,這與目前實際的情況尚有差距,目前在一些城市或小區(qū)還不*具備此條件。
常見通訊方式 | 通信信道 | 傳輸距離 | 通訊效果(一次抄收成功率) | 安裝成本 | 總線 | RS485 | 1000M | | 較高 | 無線 | RF | 500-800M | 約90% | 較高 | 有線電視 | 有線電視網(wǎng) | >1000M | | 低 | 電力線載波 | 電力線 | 1000M | 95% | 低 | 表1:常見的抄表方式比較
2.3 基于PLC網(wǎng)絡(luò)的載波電能表和數(shù)據(jù)集中器設(shè)計
PLC自動抄表系統(tǒng)是通過220V電力線進行數(shù)據(jù)傳輸。每一個載波電能表內(nèi)除有進行地電能計量電路外,還需有載波耦合電路。它的功能是將電能數(shù)據(jù)調(diào)制到電力線上。常見的調(diào)制方式有FSK、ASK和PSK。而處于同一線路上的數(shù)據(jù)集中器則進行載波信號的解調(diào),接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)保存到存儲器中。這樣,以載波電能表為通訊的端節(jié)點和轉(zhuǎn)接點,以集中器做為通訊的交換節(jié)點,以220V電力線做為通訊的傳輸鏈路,就形成了PLC通訊網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)載波電能表及集中器掛網(wǎng)之時,就是PLC通訊網(wǎng)絡(luò)建成之際。
圖4:PLC網(wǎng)絡(luò)拓撲圖(略,詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第5期)
2.3.1 載波電能表的設(shè)計 由于電力線存在大噪音、高衰減的特點,這就限制了通訊傳輸?shù)木嚯x。這就要求處于PLC網(wǎng)絡(luò)的通訊節(jié)點—電能表除了具備將信號進行中繼功能外,還需具備一定的噪音阻隔能力。如圖5所示,除有電能計量、電源處理、顯示、通訊等設(shè)計外,在載波收發(fā)電路與電力線之間還有一噪音阻隔電路,它可以對不同于載波通信頻率的信號進行阻隔。 圖5:載波電能表原理圖(略,詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第5期)
2.3.2 集中器的設(shè)計 集中器的設(shè)計原理框架圖如圖6所示。采用PC104工控機作為數(shù)據(jù)的抄收、處理的核心單元。其優(yōu)點是擴展性強,維護性高。抄表程序可以用語言編寫,對抄收的數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理。其閃盤容量為2M(可擴展),后備電池供電,多種通訊端口。這樣確保的數(shù)據(jù)處理的高可靠性、安全性。 圖6:集中器原理框架簡圖(略,詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第5期)
抄表前置機通過PSTN網(wǎng)絡(luò)與集中器的MODEM相連,采用AT指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。集中器載波收發(fā)電路中, MCU集成了的載波調(diào)制解調(diào)芯片,內(nèi)置看門狗電路設(shè)計,保證的載波抄表在異常情況下不死機。另外PC104的多串口特點保證了集中器具備了抄表手持設(shè)置(HUU)通訊、紅外通訊、以及RS485等通訊功能。既滿足了遠程通訊的需要,又實現(xiàn)了本地通訊的功能。
集中器硬件高擴展性決定的軟件設(shè)計的便捷性。在PC104的硬件環(huán)境下,采選擇UNIX或DOS等操作系統(tǒng)。編程語言可選用C語言,直接訪問DBF文件進行數(shù)據(jù)存儲。程序運行時,先初始化通訊串口、檢測DBF。然后開始檢查是否有事先設(shè)定的抄表任務(wù),如有要進行進行抄表,如果沒有則處理待命狀態(tài),隨時響應(yīng)上位機的指令。 相應(yīng)的C程序舉例: if(receive_ready(0)) //檢測串口1數(shù)據(jù) { if (Com_Receive_Data(0)==1) //檢測到上位機指令 { MyCommand=Receive_Up_Command(); //識別該指令 if (MyCommand==0) ReadOne(); //讀表 if (MyCommand==1) ReadAll(1); //讀現(xiàn)在凍結(jié)數(shù)據(jù) if (MyCommand==2) ReadAll(2); //讀上月凍結(jié)數(shù)據(jù) if (MyCommand==3) ReadAll(3); //讀上上月凍結(jié)數(shù)據(jù) if (MyCommand==4) WriteDown(); //地址加載 if (MyCommand==5) ReadRTUPara(MyCommand); //讀集中器參數(shù) if (MyCommand==6) WritePara(MyCommand); //寫集中器參數(shù) if (MyCommand==7) WriteMeter(); //寫電表參數(shù) if (MyCommand==8) ReadFreeze(1,1); //執(zhí)行自動抄表 } }
具備了上述功能設(shè)計后,系統(tǒng)提高了一次抄表成功率,相應(yīng)地延長了有效通信距離。實驗和應(yīng)用表明,一次抄表成功率能達到95%以上,有效通訊距離達到800m.(一次抄表成功率=一次抄表成功次數(shù)/應(yīng)抄表的總次數(shù)*)
2.3.3 抄表前置機設(shè)計 公共交換網(wǎng)絡(luò)(PSTN)是一種語音通信電路交換網(wǎng)絡(luò),包括商業(yè)的和政府擁有的。它也指簡單老式業(yè)務(wù)(POTS)。它是自Alexander Graham Bell發(fā)明以來所有的電路交換式網(wǎng)絡(luò)的集合。它具有可靠性高、成本低廉的特點。其zui高速率為56kbps,實際速率為20-50kbps,其速率*集中器與抄表前置機之間數(shù)據(jù)包交換要求。接入方便,通信雙方加上MODEM(調(diào)制解調(diào)器)就可以通信。
圖7:基于PSTN的抄表前置機與集中器通訊圖(略)
在抄表前置機與集中器之間是通過PSTN網(wǎng)絡(luò)進行連接,抄表主機可以通過MODEM撥叫遠方的集中器,集中器收到撥號信號后,自動應(yīng)答,通信雙方握手,進行數(shù)據(jù)通信。為了能實時地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),并將故障情況及時上報到抄表前置機,這就要求集中器具備主動撥號功能,當(dāng)現(xiàn)場多個集中器在同一時間撥叫同一抄表前置機時,就會出現(xiàn)占線情況。為解決這個問題,抄表前置機須與MODEM POOL相連,可以滿足同時多個集中器的通信要求。
2.4 基于Intranet/Internet技術(shù)的系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.4.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)采用C/S加B/S式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),由數(shù)據(jù)服務(wù)器、抄表前置機、數(shù)據(jù)管理工作站和營業(yè)收費工作站組成。服務(wù)器進行數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理,既實現(xiàn)了系統(tǒng)的運行,又保證了數(shù)據(jù)的安全性和完整性。抄表前置機又稱通訊工作站,是進行全天候、無人值守地與集中器及管理表計進行通訊,并完成抄收數(shù)據(jù)的科學(xué)管理。數(shù)據(jù)管理機又稱管理終端,是由系統(tǒng)管理人員進行數(shù)據(jù)管理部分,有數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)設(shè)置、權(quán)限分配、電量結(jié)算、數(shù)據(jù)分析等功能。收費收費機是面向用電用戶,進行日常電費收繳、用戶查詢、報表打印等營業(yè)工作。抄表前置機的通訊部分采用Visual C++ 工具開發(fā),具有通訊的可靠性和性。管理終端采用Borland公司的Delphi工具開發(fā),具有良好的用戶界面和較低的開發(fā)與維護成本。營業(yè)收費工作站用ASP開發(fā),通過IE或NetScape瀏覽器方便了用戶的查詢和交費。 圖8(略)
2.4.2系統(tǒng)軟件安全可靠性設(shè)計 其實現(xiàn)由四個方面構(gòu)成:*、采用MS SQL SERVER、DB2等中大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。其安全性高,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)。第三、完善的數(shù)據(jù)備份功能和系統(tǒng)日志功能。第四、完善的系統(tǒng)自檢、故障告警功能。
2.4.3 系統(tǒng)軟件的功能設(shè)計 l 抄表管理功能。系統(tǒng)兼容了標(biāo)準(zhǔn)MODEM 協(xié)議、TCP/IP協(xié)議,可以實現(xiàn)多種通訊方式。所以,集中器的通訊方式可以靈活地選擇。可采用GPRS/GSM、CDMA、線、Ethenet等。系統(tǒng)可以在設(shè)定的時段自動進行抄收實時數(shù)據(jù)、凍結(jié)數(shù)據(jù)、結(jié)算數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)完整地保存。
遠程設(shè)置功能。系統(tǒng)不僅可以遠程設(shè)置集中器的所有參數(shù),而且可以在相應(yīng)的權(quán)限許可下通過集中器直接設(shè)置表計的時段、表址、費率以及時鐘校時等。
l 數(shù)據(jù)分析功能。一個完備的系統(tǒng)不但要快迅地抄收到表計的數(shù)據(jù),而且要對保證抄收數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性。這就要求系統(tǒng)有完備的數(shù)據(jù)分析功能。系統(tǒng)的分析功能有:電量數(shù)據(jù)計算、電量數(shù)據(jù)分析、線損量分析、電費擬結(jié)算、電費結(jié)算。zui終將準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳到用電MIS或營業(yè)計算系統(tǒng)等。
l 擴展功能。為保證用戶能及時地繳費,系統(tǒng)有電費查詢功能。如催費查詢系統(tǒng),當(dāng)用戶的剩余電量或電費不足時(對于預(yù)付費用戶),系統(tǒng)會自動通過或短信通知用戶。
l 強大的兼容功能。系統(tǒng)可獨立地運行,亦可根據(jù)供電公司的實際管理需要,與用電MIS進行兼容或資源共享。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口,可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫對接;系統(tǒng)軟件也預(yù)留了通用接口,用電MIS可以通過調(diào)用組件(動態(tài)鏈接庫、控件)等方式實現(xiàn)。
3.結(jié)論
利用既有PLC、PSTN、Internet網(wǎng)絡(luò)自動抄表系統(tǒng)方案,采用成熟的通信技術(shù),可靠的通信信道,將分散于現(xiàn)場的電能表數(shù)據(jù),進行了集中抄收,層層上報,zui終以近的準(zhǔn)確率送到供用電管理層。大大增強了管理部門的抄收效率,提高了與用戶切實的信息互動,適用于對一個區(qū)域電能表數(shù)據(jù)的集中管理,其、靈活及可擴展性又為水、電、氣多表合一提供了可靠的平臺。所以,該模式具有良好的應(yīng)用前景和現(xiàn)實推廣價值。 |