趙立輝 耿盺睿

(遼寧工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

1 前言

長(zhǎng)期以來(lái)，供電企業(yè)電能數(shù)據(jù)的抄表大都基于電能表的手工作業(yè)方式。隨著電子、通信技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谘芯啃滦偷某硐到y(tǒng)。用于抄表技術(shù)有很多種，如人工抄表，RS485，紅外和電力線載波等。其中RS485和紅外抄表的技術(shù)比較成熟，并且被廣泛采用，但電力線載波抄表在小范圍內(nèi)使用，RS485抄表需要布線。這幾種抄表技術(shù)在小區(qū)、辦公場(chǎng)所、小范圍可行，但油田企業(yè)的用電用戶處在較遠(yuǎn)的地理范圍，以有線的抄送方式不方便布線，尤其對(duì)于低壓分散用戶重要的用電設(shè)備上，有線方式需要大量布線，技術(shù)上雖然可行但成本高［1，3］。本文提出一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，具有布置方便、耗電低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)終端電量采集模塊、遠(yuǎn)端處理中心主機(jī)。在分散用戶安裝采集終端模塊，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)抄收、處理、通信，遠(yuǎn)端供電公司設(shè)計(jì)上位機(jī)接收程序，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)接收各分散用戶電量信息。遠(yuǎn)程電量集中抄表系統(tǒng)功能是把安裝在各條線路上的電能計(jì)量表及主表讀數(shù)，在同一時(shí)間或人工隨機(jī)選定的時(shí)間抄錄下來(lái)，并及時(shí)準(zhǔn)確的傳送到電力銷售中心的主控計(jì)算機(jī)。

2 總體方案設(shè)計(jì)

油田集中抄表系統(tǒng)，設(shè)計(jì)GPRS抄表處理中心和無(wú)線采集終端模塊兩部分。抄表處理中心設(shè)計(jì)安裝高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，安裝上位機(jī)通信軟件，配置WWW服務(wù)器，用于對(duì)油田各分散用戶和集中用戶電量信息的采集、處理和分析，隨時(shí)處理終端模塊的告警、故障等信息。通信網(wǎng)對(duì)于分散用戶采用GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

3 終端模塊硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

無(wú)線采集終端由單片機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)傳模塊、通信接口模塊等組成。終端包括一塊電量計(jì)量專用芯片CS5460、一塊SIEMENS公司生產(chǎn)的MC35無(wú)線數(shù)傳模塊、一塊ATMEL公司的AT89S55單片機(jī)。計(jì)量芯片用來(lái)進(jìn)行交流供電掉電檢測(cè)，GSM模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，單片機(jī)用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集作一些相應(yīng)的控制處理2。

3.2 電量計(jì)量接口

CS5460是具有能量計(jì)算引擎的CMOS單片功率測(cè)量芯片。輸入電流信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)可編程增益放大器，進(jìn)入Δ∑調(diào)制器和高速數(shù)字濾波器，電壓信號(hào)則經(jīng)過(guò)固定增益放大器進(jìn)入Δ∑調(diào)制器和數(shù)字濾波器，兩個(gè)濾波器的字輸出速率可程控，其輸出速率為(MCLK/K)/1024［4，5］。經(jīng)過(guò)濾波器輸出的即是電流、電壓的瞬時(shí)值，相乘就得到功率的瞬時(shí)值，每得到一次瞬時(shí)值就是完成一次轉(zhuǎn)換。電流、電壓的瞬時(shí)值經(jīng)過(guò)高通濾波器濾掉直流成分后，運(yùn)算得到IRMS、VRMS和電能值。每個(gè)IRMS、VRMS和電能值的計(jì)算周期需要經(jīng)過(guò)N次轉(zhuǎn)換，因此電能的計(jì)算周期為(MCLK/K)/1024×N。即有效值采樣周期是瞬時(shí)值采樣周期的N倍。所有這些數(shù)據(jù)由串行接口和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.3 GPRS通信模塊

系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)GPRS通信，完成油田分散用戶電量信息采集功能，設(shè)計(jì)采用MC35i模塊，完成相應(yīng)的電路。MC35i是Siemens公司推出的新一代無(wú)線通信GPRS模塊，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)。模塊支持AT命令集，文本和PDU模式的短消息。

4 軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)下位機(jī)即采集模塊的軟件以及上位機(jī)即主站系統(tǒng)軟件。采集模塊完成電量信息采集、轉(zhuǎn)換與傳輸功能。主站系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀表、告警、數(shù)據(jù)維護(hù)以及存儲(chǔ)等功能。以下幾部分組成：主程序模塊、數(shù)據(jù)采集及計(jì)算模塊、顯示模塊及通訊模塊。主程序首先完成系統(tǒng)的初始化，包括系統(tǒng)的自檢、CS5460工作方式的設(shè)置、時(shí)鐘芯片的設(shè)置及主菜單顯示等工作，然后進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)程序段。主站系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)處理、查詢統(tǒng)計(jì)兩大部分組成。數(shù)據(jù)處理有：遠(yuǎn)程讀取模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、告警存儲(chǔ)模塊及組態(tài)配置模塊;查詢統(tǒng)計(jì)模塊包括數(shù)據(jù)查詢模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、數(shù)據(jù)維護(hù)模塊及用戶維護(hù)模塊。

5 結(jié)論

系統(tǒng)運(yùn)行在遼河油田遠(yuǎn)程電量采集環(huán)境中，GPRS通信方式具有更高的實(shí)時(shí)性和可靠性。采用GPRS方式，布線工作量小，數(shù)據(jù)采集、傳遞迅速?gòu)默F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況可以看出，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電力大客戶服自動(dòng)抄表有著良好的市場(chǎng)前景。

［1］盧偉，潘煉.智能樓宇無(wú)線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2012，20(5)：1439 ～1441

［2］雷學(xué)麗.GPRS技術(shù)在集中式自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2009，37(24)：184 ～187

［3］高強(qiáng)，張保航.用戶端電能管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2012，40(7)：148 ～152

［4］蘭少華，楊余旺，呂建勇.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006

［5］蔣湘濤，賀建飚，李楠.電力信息采集的通用型通信規(guī)約解析系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2012，40(9)：118 ～122