邵正忠

（中國電信股份有限公司南京分公司，江蘇 南京210008）

一個大中型企業(yè)涉及到的用電設(shè)備很多，有必要對各用電場所、用電設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，以便加強用電管理。傳統(tǒng)的電能消耗數(shù)據(jù)的獲取是依靠人工定期到現(xiàn)場抄讀，由于抄表及數(shù)據(jù)錄入流程有較多的人工參與，不可避免產(chǎn)生人為的操作誤差，在實時性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在不足，因此迫切需要非人工的自動抄表方式。

1 實施自動抄表的可行性

電表的發(fā)展經(jīng)過了感應(yīng)式、機電式、電子式等幾個階段，目前正向著全電子式、多功能、具有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口以及遠(yuǎn)程抄控功能的智能化方向發(fā)展。隨著智能電表的規(guī)范化，智能電表的價格也在逐年下降，單相智能電表從最初的1 000元/只下降到300元/只，而價格的下降為規(guī)模化部署智能電表奠定了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和電子技術(shù)的共同發(fā)展，把電表讀數(shù)在指定的時間抄錄下來，并及時準(zhǔn)確地傳送到管理中心的主控計算機管理方式成為可能。

2 能耗數(shù)據(jù)傳送方式

能耗數(shù)據(jù)的傳送分為有線及無線兩種方式。在基于通信運營商的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋以前，主要采用有線接入方式。隨著通信運營商的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量越來越好、覆蓋范圍越來越廣，無線接入方式逐漸成為主流。

2.1 有線傳送

有線接入一般采用撥號、2M、IP網(wǎng)絡(luò)等幾種方式。撥號方式是在電表安裝點及數(shù)據(jù)中心點各設(shè)置一對modem，數(shù)據(jù)中心點可以采用一對多的輪巡方式查詢電表讀數(shù)。2M方式是利用通信運營商的2M電路具有全城覆蓋的特性，將電表作為一種智能設(shè)備，通過采集單元，利用2M電路將數(shù)據(jù)送到中心點。IP方式將電表接入采集單元后采用IP協(xié)議，利用IP網(wǎng)絡(luò)傳送到中心點。IP網(wǎng)絡(luò)具有接入的靈活性、帶寬的伸縮性等特點，逐漸成為主要的有線接入方式。

2.2 無線傳送

隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展，無線傳輸技術(shù)已被各行各業(yè)廣泛接受。無線傳輸具有安裝方便、靈活性強、性價比高等特點，因此越來越多的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線傳輸方式來建立被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間的連接。所應(yīng)用的技術(shù)主要有模擬微波傳輸、數(shù)字微波傳輸、WiMAX點對多點的寬帶無線接入技術(shù) 、無線網(wǎng)格（MESH）技術(shù)、WLAN5.8 GHz傳輸技術(shù)、3.5 GHz的點對多點微波通信無線接入技術(shù)、利用CDMA、GPRS公眾移動網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

由于通信運營商的公眾移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、成熟度高、可靠性好，因此充分利用公眾移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)傳輸是目前比較主流的無線傳輸方式。下文以電信公司的CDMA公眾移動網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行闡述。CDMA無線方式又可分為CDMA1X方式、CDMA EVDO方式、短信（SMS）方式。

3 能耗數(shù)據(jù)的特點

能耗數(shù)據(jù)包括電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、正負(fù)有功電能、正負(fù)無功電能、峰、平、谷有功電能、本月、上月、上上月有功電能、諧波含量等。在這些參數(shù)中，作為一般企業(yè)（非供電公司）最關(guān)心的是正向有功電能。正向有功電能具有以下特點：

（1）累加特性。正向有功電能是每日累加的，后面的電能數(shù)據(jù)已包含前面的電能數(shù)據(jù)。

（2）單向性。正向有功電能的數(shù)據(jù)隨著使用日期的自然增加，其電能數(shù)據(jù)呈單向增加，除非電能數(shù)據(jù)顯示位用完后重新清零，不過清零后仍呈單向性。

（3）采集的非連續(xù)性。采集電能不需要連續(xù)采集，可以根據(jù)需要間隔一段時間。對一般企業(yè)非重點關(guān)注采集點，每日采集一次即可；對重點關(guān)注采集點，可10分鐘采集一次。

（4）可重獲性或允許丟失性。如果今日采集數(shù)據(jù)未收到，明日的數(shù)據(jù)照樣有效，不會造成多收費；數(shù)據(jù)分析時可以通過插入法近似得出丟失數(shù)據(jù)，分析誤差在可承受范圍內(nèi)。

（5）非實時性。對能耗數(shù)據(jù)的獲取一般以0：00為界，而人員工作時間在6：00以后，之間允許的傳遞時延可較長，不影響數(shù)據(jù)的真實性、及時性。

（6）數(shù)據(jù)量小。一般企業(yè)關(guān)注的正向有功電能數(shù)據(jù)量比較小，幾個字符即可包括。

4 能耗數(shù)據(jù)采用短信方式傳送的場景

根據(jù)能耗數(shù)據(jù)的特點，可以發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)采用短信方式傳送是比較簡便、易于實現(xiàn)的。常用的短信方式傳送場景如下：

（1）對于一些辦公大樓、營業(yè)場所、居民樓道等應(yīng)用場合無法進(jìn)行有線傳送或有線傳送造價較高時，可采用短信方式。

（2）對于分散的各種用電設(shè)備點不具備多余的有線傳送資源時，可采用短信方式。

（3）對于樞紐樓、核心局點等集中用電場所，主要以有線方式為主，如果布線距離較長，也可以采用短信方式。

（4）短信方式和其它的無線方式一樣，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、易維護(hù)特點，如果希望網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、維護(hù)便利時，可以采用短信方式。

5 基于短信的能耗采集系統(tǒng)構(gòu)成

5.1 能耗采集系統(tǒng)層級

能耗采集系統(tǒng)分?jǐn)?shù)據(jù)采集層、傳輸鏈路層、管理應(yīng)用層。

（1）數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層包括互感器、電能表、采集單元。從CDMA采集單元以下，到電表485接口等路由都為數(shù)據(jù)集中層，CDMA采集單元以485接口為電能數(shù)據(jù)集中入口，采用兩線制485接法將多電表復(fù)接于數(shù)據(jù)采集單元，CDMA采集單元可以主動定時采集電表電能數(shù)據(jù)并上報；也可以由網(wǎng)管中心發(fā)送采集指令，實時采集電表電能數(shù)據(jù)。

（2）傳輸鏈路層

從數(shù)據(jù)采集單元以上到網(wǎng)管中心數(shù)據(jù)服務(wù)器之間都為傳輸鏈路層。

（3）管理應(yīng)用層

從網(wǎng)管中心數(shù)據(jù)服務(wù)器以上都為管理應(yīng)用層。其中，綜合管理、抄表任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)通信服務(wù)等模塊一般為系統(tǒng)必備。但為了讓整個系統(tǒng)能夠長期持續(xù)穩(wěn)定運行，一般也會增加定期檢查調(diào)度、故障檢修任務(wù)等模塊。

5.2 能耗采集系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成

（1）能耗采集系統(tǒng)硬件

主要有CDMA采集單元，利用電信現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)，通過短信傳輸方式到SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，企業(yè)的能耗管理系統(tǒng)通過SP短信接收服務(wù)器利用IP網(wǎng)與SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器相連，接收短信數(shù)據(jù)。

如果是電信運行商自建的能耗管理系統(tǒng)，其SP短信接收服務(wù)器可通過DCN網(wǎng)連到SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，整個網(wǎng)絡(luò)連接過程在內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行，無需內(nèi)外網(wǎng)隔離，僅需SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器分配一個內(nèi)網(wǎng)SP接入號即可。

如果是電信外其它企業(yè)，能耗管理系統(tǒng)的SP短信接收服務(wù)器可通過IP城域網(wǎng)連到SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，整個網(wǎng)絡(luò)連接過程在城域網(wǎng)。若能耗管理系統(tǒng)建在企業(yè)外網(wǎng)，則無需內(nèi)外網(wǎng)隔離，僅需SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器分配一個外網(wǎng)SP接入號即可。若能耗管理系統(tǒng)建在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，SP短信接收服務(wù)器可通過雙網(wǎng)卡方式訪問城域網(wǎng)連到SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，此時需要內(nèi)外網(wǎng)隔離。

（2）能耗采集系統(tǒng)軟件

主要由嵌入式數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)部軟件（嵌入式軟件）、服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)軟件（C/S應(yīng)用軟件）和后臺管理軟件（B/S應(yīng)用軟件）以及數(shù)據(jù)庫組成。

系統(tǒng)典型應(yīng)用組網(wǎng)模型如圖1。

圖1 能耗采集系統(tǒng)典型應(yīng)用

6 基于短信的采集單元功能設(shè)計

基于短信的采集單元功能設(shè)計如下：

（1）數(shù)據(jù)傳輸方式

通過電信CDMA網(wǎng)絡(luò)，采用短信方式。

（2）電能表數(shù)據(jù)實時采集

通過485接口采集多個電能表數(shù)據(jù)，最大可支持32個電能表；

支持 DL645協(xié)議，可兼容 DL645－1997、DL645－2007、DLT698.42－2010協(xié)議；

實現(xiàn)對645協(xié)議的透明轉(zhuǎn)發(fā)，可由后臺讀取電能表的任意參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)主動上報

定時上報能耗數(shù)據(jù)；事件觸發(fā)上報（告警）；遠(yuǎn)程觸發(fā)上報能耗數(shù)據(jù)和告警。

（4）遠(yuǎn)程參數(shù)配置

設(shè)置定時采集和上報數(shù)據(jù)的電能表表號和參數(shù)種類；

針對每個表分別配置參數(shù)種類，如變比等；

設(shè)置定時采集時間和上報時間；

設(shè)置通信方式，中心短信號碼或IP地址；

通信方式可選擇設(shè)置短信和數(shù)傳方式。

（5）故障信息實時上報和遠(yuǎn)程控制

電能表通信故障；采集單元斷電檢測；

2路開關(guān)量信號，可用于電表箱箱門檢測告警、設(shè)備非法移動告警、電源異常檢測告警、設(shè)備開關(guān)斷線告警等；定制模擬量輸入，可用于現(xiàn)場溫濕度報警、水浸報警等。定制控制信號輸出，可用于油機開啟等控制功能等。

7 基于短信的能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點

7.1 優(yōu)點

（1）同時采集、輪流上報。電能表讀數(shù)可按設(shè)定讀取時間讀取，按設(shè)定上報時間上報。因為CDMA網(wǎng)絡(luò)可以提供統(tǒng)一的時鐘，結(jié)合此功能，采集點CDMA采集單元可以實現(xiàn)在網(wǎng)網(wǎng)元同步，同一時刻點采集，不同時刻點上報，這樣既實現(xiàn)在不同時刻點輪流和中心通信，避免阻塞，又實現(xiàn)采集電能時刻為同一時刻，方便整網(wǎng)電能分析。

（2）節(jié)省投資。充分利用電信運營商的短信網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)省采集服務(wù)器及部分防火墻投資。由于電信運營商的短信網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富，再加上采集短信可設(shè)置延時發(fā)送特性，接入城市的幾百萬個電表均無問題，大大減少了采集服務(wù)器的配置，特別有利于供電公司對一個城市的海量居民用電電表管理。充分利用電信CDMA網(wǎng)絡(luò)無處不在的優(yōu)勢，節(jié)省布線投資。

（3）增強網(wǎng)絡(luò)安全性。如果是電信運行商自建的能耗管理系統(tǒng)，整個網(wǎng)絡(luò)連接過程在內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行，無需內(nèi)外網(wǎng)隔離，網(wǎng)絡(luò)安全性比較高。如果是電信外其它企業(yè)，能耗管理系統(tǒng)的SP短信接收服務(wù)器可通過IP城域網(wǎng)連到SP短信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，整個網(wǎng)絡(luò)連接過程在城域網(wǎng)，也無需內(nèi)外網(wǎng)隔離。

（4）簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，方便維護(hù)。CDMA網(wǎng)絡(luò)由電信運營商自行維護(hù)，本能耗采集部分僅維護(hù)采集單元及電表，易于判斷故障點。

（5）提供維護(hù)功能。可以檢測停電時間，并實現(xiàn)準(zhǔn)實時上報功能，方便維護(hù)人員維護(hù)。監(jiān)控軟件可以對報警信號進(jìn)行自動發(fā)現(xiàn)，報警實時上報，在電源恢復(fù)后，也能及時根據(jù)斷電報警裝置的狀態(tài)，消除報警。

7.2 缺點

短信方式主要采用自主上報方式，如果運營商短信擁塞，則存在丟短信可能。此時如不設(shè)置系統(tǒng)復(fù)核功能，則將會丟失能耗數(shù)據(jù)；如設(shè)置定時系統(tǒng)復(fù)核功能，對未到數(shù)據(jù)的采集點主動要求二次發(fā)送，則可避免數(shù)據(jù)丟失。

8 結(jié)束語

本文設(shè)計了基于短信的能耗采集系統(tǒng)架構(gòu)，并對基于短信的采集單元進(jìn)行了功能設(shè)計，提出基于短信的能耗采集系統(tǒng)具有同時采集、輪流上報；節(jié)省投資；增強網(wǎng)絡(luò)安全性；簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，方便維護(hù)；提供維護(hù)功能等五大優(yōu)點；并對存在的缺點提出了解決辦法。

［1］ 唐翔宇，史慶飛.通信設(shè)備的能效評估［J］.電子質(zhì)量，2009，（4）：63－65.

［2］ 國家能源局.DLT698.42－2010電能信息采集與管理系統(tǒng) 第4－2部分［S］.國家能源局，2010.

［3］ 中華人民國共和國國家發(fā)展與改革委員會.DL645－2007多功能電能表通信協(xié)議［S］.中華人民國共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會，2007.