呂國麗

國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院

基于GPRS的電能計量無線采集系統(tǒng)設(shè)計

呂國麗

國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院

電能計量管理直接關(guān)系到電力企業(yè)的經(jīng)濟效益和用戶電費的合理負擔(dān)，電能計量的準(zhǔn)確性、可靠性一直是電力部門和用電用戶關(guān)注的焦點。為進一步提高電能計量的穩(wěn)定性、安全性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院屯暾裕疚脑谏钊胙芯慨?dāng)前電能計量技術(shù)和GPRS通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出并實現(xiàn)了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的、融合計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的具有多種功能的電能計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文論述了GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理，在此基礎(chǔ)上通過通信方案對比以及系統(tǒng)的需求和功能分析，選擇了適合要求的GPRS通信方案，并確定了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

GPRS通信技術(shù)；電能計量；系統(tǒng)設(shè)計

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而引發(fā)的電能供需矛盾的加劇，這便對電能計量儀器儀表提出更多功能化的要求，希望它不僅能準(zhǔn)確計量電能，而且也能應(yīng)用于管理。因此功能單一電能計量設(shè)備已不適應(yīng)現(xiàn)代電能管理的要求。?我國電力系統(tǒng)長期以來的查收方式是人工采集，由查表人員入戶查表計費，再由收費人員入戶收費或?qū)⑹召M單送到用戶通過銀行進行結(jié)算。隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進，廠網(wǎng)分離、同網(wǎng)同價和分時計費等政策的出臺，用電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇膨脹，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)日益加劇。

1 GPRS 無線通信技術(shù)概述

GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)[6]，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、頻帶、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則以及TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式

1)?RS-485?總線采集。RS-485的接口是TLA/EIA-485所描述的接口。RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動器將TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故數(shù)據(jù)傳輸可達千米以外。RS-485最大傳輸速率可達10Mbps，當(dāng)波特率為1200bps時，最大傳輸距離理論上可達15千米。RS-485接口在一個通道上可進行半雙工通信，所以只需兩根線就能完成雙向通信，很方便地構(gòu)成一點對多點通信網(wǎng)絡(luò)。總線上掛接的節(jié)點個數(shù)因選用的接口驅(qū)動芯片而異，最多可接128個節(jié)點。

2)低壓電力線載波采集。電力線載波的電能采集方式是一種利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)進行電能參數(shù)采集的方式，低壓電力線通到了每家每戶，利用低壓電力線作為自動采集系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道，具有無需布線、安裝使用比較方便，而且無需支付數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁M用等優(yōu)點。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個高頻載波上，經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。

3)紅外采集。紅外采集系統(tǒng)是由手持紅外采集器、帶紅外通信功能的電能表和管理中心組成。手持紅外采集器和電能表均具有紅外通信電路。采集時，由工作人員攜帶手持紅外采集器到現(xiàn)場采集，將用戶用電量等信息集中記錄并保存起來，再由工作人員攜帶到管理中心后傳輸給計算機進行處理。?紅外采集原理比較簡單。此方式是以紅外線作為通信載體，通過紅外光在空中傳播來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。紅外通信由紅外發(fā)射器和紅外接收器來完成。在發(fā)射端，發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制編碼后，送入電光變換電路，經(jīng)紅外發(fā)射管轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外光脈沖發(fā)射到空中；在接收端，紅外接收器對接收到的紅外光脈沖進行光電變換，變化后的電脈沖信號經(jīng)譯碼后恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。

2.2 基于 GPRS 的電能計量無線采集系統(tǒng)的構(gòu)建

“一戶一表，集中采集，銀行聯(lián)網(wǎng)”已成為電能計量計費信息化的長期發(fā)展目標(biāo)，這就決定了采集系統(tǒng)的兩個基本特點：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點多，采集點具有分散性，數(shù)據(jù)量大；系統(tǒng)是一個覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò)。

1)終端的設(shè)計。目標(biāo)是為實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集傳輸和遠程控制設(shè)計的系統(tǒng)，應(yīng)遵循國際、國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。下面是對終端詳細的設(shè)計需求：1.終端應(yīng)能完成對遠程數(shù)據(jù)的高精度采集，安全可靠地存儲帶時標(biāo)的數(shù)據(jù)、能按指定的時間起點、指定的內(nèi)容向監(jiān)控中心傳送信息。2.現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的接入采用RS-232/RS-485的傳輸方式，具有接入多功能電子傳感器的功能，且便攜式設(shè)備應(yīng)可轉(zhuǎn)存終端裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)。3.內(nèi)置實時時鐘，能接受監(jiān)控中心的對時命令或與便攜式設(shè)備(PDA)對時。4.應(yīng)具備同時與多個遠方監(jiān)控中心通信的功能，通過傳輸通道將信息送監(jiān)控中心系統(tǒng)，但只能定義有一個端口能遠方設(shè)置參數(shù)。5.采用GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠方監(jiān)控中心通信。

2)軟件設(shè)計。監(jiān)控中心的軟件設(shè)計主要包括遠程的網(wǎng)絡(luò)接入，數(shù)據(jù)的收發(fā)與數(shù)據(jù)庫安全性管理，對終端的維護以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，此外，針對不同的用戶對象，還要有一些應(yīng)用層次的設(shè)計。監(jiān)控中心軟件的最主要功能是實現(xiàn)接受發(fā)送UDP或TCP協(xié)議的IP包，以實現(xiàn)與GPRS終端的IP協(xié)議通信，實現(xiàn)通信后，中心軟件預(yù)留接口，針對不同類型監(jiān)控中心應(yīng)用軟件安裝在監(jiān)控中心的計算機上，用于用電管理人員對電能計量檢測區(qū)域內(nèi)的所有被檢測用戶進行全程監(jiān)視。

綜上，本文提出將數(shù)據(jù)通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理計算機。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能將電能測試計量與電能抄表有機地結(jié)合在一起，是信息化社會中電網(wǎng)自動化的一個重要嘗試。

[1]歐勇.電能計量的無線采集與監(jiān)視系統(tǒng)性能的研究[D].重慶大學(xué)，2007.

[2]苗文山.基于GPRS技術(shù)的遠程無線自動電能抄表系統(tǒng)的設(shè)計[D].太原理工大學(xué)，2008.

[3]蔣德珍.電能信息無線采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].山東大學(xué)，2011.