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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 扭矩傳感器

無線遠程抄表系統

發布日期：2022-04-27 點擊率：61

    1 系統應用背景
         挨家挨戶敲門查電表的方式，無論是對敲門的人來講，還是對被敲門的人來講，都是一件麻煩的事情。現在已有許多住宅用戶都用上了預付費電卡，省去了查表的麻煩，但對電力部門來說，數據統計和實時監測仍然是一個有待解決的問題。通過遠程抄表系統，電力部門可將工業和民用電表采集的電力系統數據實時傳遞到地、市、省級的集中監控中心，以實現對電力監測設備的統一監控和分布式管理。

2 系統概述
         集中抄表系統是指由主站通過傳輸媒體(無線、有線、電力線載波等信道或IC卡等介質)將多個電能表電能量的記錄值(窗口值)的信息集中抄讀的系統。該系統主要由采集用戶電能表電能量信息的采集終端(或采集模塊)、集中器、信道和主站等設備組成。集中器數據可通過信道遠距離傳送到主站或經IC卡等介質集中抄收后輸入到主站計算機。居民小區的所有電表首先連接到電表集中器，居民用戶的用電數據由復費率電表通過RS485、RS232傳到電表集中器，電表集中器通過RS232、RS485、以太網、電話線等透明數據傳輸終端連接，電表數據經過協議封裝后發送到數據網絡，數據網絡將數據傳送至配電數據中心，實現電表數據和數據中心系統的實時在線連接。
系統的功能
        1、定時抄表（周期可調）。
　　2、可以同時抄到多塊表的數據。
　　3、傳輸速率為9600bPS，
　　4、能識別表是否正常工作，如果用戶的表有異常錯誤時本系統有自動上報功能。
　　5、可以遠程凍結用戶的表。
　　6、可以實時跟蹤某塊表。
　　7、定時上報。
　　8、可以隨時抄取某塊表的某項。

3 系統組成
         集中抄表系統由分布在全市、縣各地的電表數據采集點，無線/有線的通訊網絡和建在省、市、縣的電力部門的配電中心站及電力管理部門的數據應用平臺組成。
1、電表數據采集點：

　　電表數據采集點位于居民小區的信息中心，居民用戶的用電數據由復費率電表首先通過RS485接口通過雙絞線連接到位于小區信息中心的電表集中器，電表集中器再通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連。通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GSM網絡，通過 GPRS網絡傳送至電力公司數據中心電力遠程抄表系統，實現電表數據和數據中心系統的實時在線連接。
　　電表集中器通過RS485接口直接連接到電表上，既可支持單個電表，也可以同時支持多個電表，實現對電表參數的采集、存儲、預處理或并將采集到的電表數據實時傳送到配電中心；同時，電表集中器還可將配電中心發送的遙控指令傳給電表控制模塊，對電表進行控制操作。
2、配電中心

　　配電中心服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS/電話網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當電表數據采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
　　配電中心RADIUS服務器接受到網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到配電中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。
　　配電中心計算機主機可進行業務管理和計費管理，對電力數據進行校驗、計算、存儲、分析、管理等，可對異常情況進行告警，同時對用戶使用情況實時監控，保證電力局的合法收益。
3、數據傳輸網絡：

　　電表集中器采集的數據經網絡接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過數據網絡進行傳輸，最終傳送到配電中心IP地址。
　由于通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，配電中心計算機主機配置固定的IP地址，各個電表數據采集點采用模塊和該主機進行通信。

4 系統總體設計
4.1 系統完整性設計
1、系統成套性設計，系統由各類電表系統采集點和中心站及電力部門管理用戶應用終端構成。
2、系統軟件完整性設計，提供中心站電表采集點組網監控軟件一套，包括：數據傳輸、處理、入庫、監控子系統，資料實時顯示、歷史資料統計查詢、故障報警子系統。該軟件基于GIS地理信息系統和SQLSERVER數據庫開發。另提供采集點數據應用分析軟件一套，該軟件安裝在電力部門管理用戶處，提供電網實況監控、資料實時顯示、歷史資料查詢、故障報警和數據分析等功能。
3、防護性能設計。參照相關標準，進行三防性能設計，使自動抄表數據采集設備能相應的電力環境下長期正常穩定地工作。
4、防干擾設計。考慮到儀器全天候無人值守作業，完善可靠的設備防干擾設計是非常重要的。自動采集點配備的防干擾組件提供了涵蓋全套設備等一整套保護功能。并具有損壞遠程主動報警功能，易于用戶及時維護。
5、系統擴充性設計。可擴充性體現在中心站軟件和自動站硬件上，現有中心站軟件采用GIS地理信息系統，支持5000套以上自動數據采集點的接入與管理。稍加改動，原則上數量不受限制。采用獨特的數據庫引擎，提供數據的共享和發布。系統中的自動數據采集點，方便今后進行系統的擴充。
4.2 系統先進性設計
1、追求先進的技術指標，其中內控指標應優于客戶要求。
2、采用先進的元器件，采用最新的低功耗MCU和高集成度、高性能的若干模塊。
3、采用先進的通訊技術，本系統設計可采用均線的GPRS/CDMA1X和SMS短信熱備份通訊技術或有線的電話線技術。
4、采用先進的軟件技術，采用新的軟件開發平臺、獨特的數據庫引擎技術、商用主流地理信息系統。
5、采用先進的數據處理方法，采用數字濾波、數字界限剔除、數字校驗與修復技術，提高數據的抗干擾能力，確保數據的正確性。
6、先進的電磁兼容設計。采用新穎的濾波器和開關電源，自動站采集器進行電磁兼容設計。
7、先進的防雷技術，電源系統采用3級防雷(交流供電中提供)，信號采用2級防雷。
8、先進的結構設計，安裝維護簡單。
4.3 系統經濟性設計
1. 采用具有先進性的成熟產品，自動抄表系統均采用了成熟產品，穩定可靠，減少了技術風險。
2. 采用北京碩人時代的STEC系列數據采集器采用模塊化設計，減少維護時備品備件的周轉量。
3. 統擴充性強，方便各種子站的接入，減少了系統以后擴容的難度和成本。
4. 完全自主研發，降低了軟件費用和硬件成本。
4.4 系統可靠性設計
1、可靠性設計是保證系統質量的關鍵，決定了產品的固有質量水平。系統硬件和軟件均重視可靠性設計。
2、所有自動站都是經過可靠性設計且經過長時間現場業務運行充分驗證。
3、重視元器件的可靠性，選用著名品牌的元器件、機殼。如STEC數據采集器的CPU選用美國Motorola公司powerpc32位CPU主頻達66MHz，實時Linux操作系統，才用屏閉的外殼設計。
4、通訊可靠性。由推廣進入正常商用階段的無線或有線。通訊承載系統可靠性可以得到保證。通訊組件采用適合惡劣環境的工業級產品。
5、中心站軟件可靠性設計。針對電力遠程抄表系統的特點，對軟件運行中的關鍵語句進行異常捕捉并記錄日志。
6、運行ISO9001-2000質量管理體系，全方位保證產品設計、制造、安裝和售后服務的可靠性。

5 系統硬件
5.1 碩人時代ARKA系列的性能

　　ARKA系列可編程控制器是北京碩人時代科技有限公司開發生產的基于CAN總線的可編程控制器。ARKA系列控制器采用美國菲斯卡爾PLC專用芯片為主CPU，采用CAN總線作為模塊間通訊總線，支持C語言和腳本編程。CPU主頻達20MHz16位的，提供48KB的用戶程序區、16KB的數據存儲區。ARKA系列可編程控制器可以提供一個CAN總路線接口、一個232接口、一個485接口、支持MODBUS協議、CDMA/GPRS通訊等等多種通訊方式。

5.2 系統構成

　 ARKA數據采集器是遠程抄表系統的核心部分，采集器的性能、穩定性將關系到整個自動站的的性能和穩定性，因此我們結合自動站的要求和現場傳感器的實際情況在這兩個方面進行了有針對性的加強，在硬件條件已基本確定的情況下，在編程上使用一些措施以彌補硬件的不足和滿足自動站的要求。

根據抄表對向的不同我們設計以下三種抄表模式：
5.2.1居民用戶抄表系統
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、帶GPRS功能的采集器（內置Saro-3130P的GPRS-DTU）：
（1）24個I/O口，可帶24戶電度表
　　（2）停電數據保護
　　（3）帶后備電源，停電后仍可抄表
3、抄表內容：（1）電量（2）其他
　　4、抄表形式：（1）自動抄表（2）定時上報
5、告警內容：（1）開箱告警（2）停電告警
1）可增加遠程控制拉閘功能，電能表要增加內置繼電器。
　　2）技術指標：
　　（1）系統容量：采集器容量：最多接24塊電表；系統容量：原則上不受限制，實際可根據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，對于機械表，距離≤500m；對于電子式電表，距離≤50m。
　　主站與采集器：采用無線或電話網絡作為通信介質，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協議，通信成功率為100%。
5.2.2大集團用戶抄表系統
　　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RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規約。或者使用：
　　B）三相有功復費率表，有功1級，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規約。
　　實現電能量（有功、無功）的計量和功率因數、電壓、電流、頻率等參數的測量。
　　2、帶GPRS功能的采集器（內置Saro-3130P的GPRS-DTU）：
　　（1）帶一個與電能表通訊的RS-485接口，一個與主站系統通信的GPRS接口，三個用于報警監測的開關量輸入口和三個用于遠程控制的模擬量輸出口。
　　（2）支持部標通信規約
　　（3）停電數據保護
　　（4）控制輸出（用于遠程控制拉閘或其他功能）
　　（5）帶后備電源，停電后仍可抄表
　　3、系統功能
　　（1）設置電能表的參數，讀取各種計量和管理數據；
　　（2）抄表數據的統計、查詢、備份、報表、圖表生成；
　　（3）廠站管理；
　　（4）自動抄表、定時上報、實時查詢等；
　　（5）掉電數據保存；
　　（6）瞬時量數據的綜合處理；
　　（7）系統數據備份、存檔和向外輸出數據；
　　（8）歷史數據事件記錄功能；
　　（9）實時報警；
　　（10）根據線路上的表計關系計算線路損耗；
　　（11）可提供多路模擬量、開關量輸入，實現開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過壓告警、過流告警、過載告警、傾斜或移動報警等其他功能；
　　（12）遠程控制斷電功能；
　　（13）采集的參數豐富，如：當前、上月、正向有功、反向有功、無功四象限的總及尖、峰、平、谷四費率電量；正向、反向、有功、無功的最大需量及最大需量發生時間；有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、功率因數；感想失壓累計次數、失壓累計時間、集抄器停電起止時間等；單位時間負荷曲線、三相電流曲線、三相電壓曲線、有功功率曲線、無功功率曲線、功率因數曲線。
7、技術指標：
　　（1）系統容量：采集器容量：最多接255塊電表；系統容量：原則上不受限制每表一號，實際可根據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網絡作為通信介質，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協議，通信成功率為100%；
　　（4）完全符合IEC1107標準及國電公司DL/T645《多功能電能表通訊規約》；
　　（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）工作環境條件：溫度：-10℃～50℃，相對濕度：≤90%；
　　（9）耐壓強度：2KV；絕緣電阻：2M歐姆；
　　（10）電表數據抄收率、可靠性和讀數準確率達到100%。
5.2.3變電站抄表系統
1、電表：三相有功無功多功能表。
2、帶GPRS功能的采集器（內置Saro-3130P的GPRS-DTU）：
　　（1）帶一個485口，三個開關量和三個模擬量；
　　（2）支持部標通信規約；
　　（3）停電數據保護；
　　（4）控制輸出；
　　（5）帶后備電源，停電后仍可抄表。

　　3、抄表內容：
　　（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生時間；
　　（4）無功正、反向分時最大需量及發生時間；
　　（5）斷相時間、次數及斷相期間用電量；
　　（6）負荷曲線。
　　4、抄表形式：
　　（1）自動抄表；
　　（2）定時上報；
　　（3）實時查詢。
　　5、告警內容：
　　（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）傾斜或移動報警等其他功能。
　　6、技術指標：
　　（1）系統容量：采集器容量：最多接255塊電表；系統容量：原則上不受限制每表一號，實際可根據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網絡作為通信介質，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協議，通信成功率為100%。 2.4系統軟件 GPRS自動抄表系統的核心部分是系統軟件，它遵循DL/T645部標通訊規約，并有擴展性。

5.3 硬件系統的組成

　　該系統由數據采集器與通訊系統和中心控制系統三個主要部分組成。
　　ARKA數據采集器是系統的關鍵部分，它由 CPU 、模擬測量通道、數字測量通道、智能通訊口、數據存儲器、以太網接口、電源、防雷保護等裝置組成。該系統能夠準確的采集數據并及時上傳，提供智能判斷是否報警，并主動上傳報警信息。它可支持 Ethernet、GSM、GPRS 無線等各種通信方式，有效地解決了設備安裝的地域問題，提高了組網的靈活性。
　　電度表：計量并顯示用戶的用電情況，將用電信息傳輸到數據采集器。
　　中心站可以選用組態軟件，也可以根據用戶要求進行定制。方便交管部門在調度中心進行監測。

6 系統軟件設計
6.1遠程抄表軟件設計
遠程抄表系統是一個可編程控制器系統，我公司有多年嵌入式軟件開發經驗，所開發軟件滿足電力部門的業務規范，有多套軟件在可靠運行。嵌入式軟件的設計，基于商用RTOS,采用結構化設計方法。并在以下幾個方面進行可靠性設計：
（1）RTOS實時多任務操作系統。采用多任務操作系統后，各任務相對獨立，互不影響。即使某任務出現故障，也不會影響系統其他任務的正常運行。
（2）軟件陷阱。硬件設計中已提供了watchdog電路，軟件設計定時進行喂狗處理。在程序的適當地方，編入無條件跳轉指令，在程序跑飛后予以捕捉。使軟件系統提高其抗干擾能力。
（3）數據抗干擾設計。采用數字濾波、數字界限剔除、數字校驗與修復技術，提高數據的抗干擾能力，確保數據的正確性。
（4）科學的軟件工程思想指導。在嵌入式軟件設計過程中，遵循軟件工程規范，進行科學管理，確保軟件質量。
6.2 自動站中心站軟件功能設計
本軟件的設計，遵循軟件工程思想：采用面向對象思想進行系統分析與設計，軟件實施過程采用project2000和vss項目管理工具進行管理，涵蓋了需求分析、系統設計、詳細設計、編碼、測試、軟件實施等環節。軟件開發基于windows平臺，采用面向對象的VISUAL STUDIO 6.0編程工具和RATIOINAL ROSE UML 分析工具，軟件產品成熟而先進。支持常見的大型數據庫：ORACLE、SYBASE、DB2、SQL SERVER等，具有良好的擴充性。
高速公路氣象監測網系統包含以下多個子系統，各子系統間采用消息通訊機制，既保障各子系統的相對獨立性，又可保障系子統之間通訊的實時性。總體設計，基于B/S架構，B/S架構有界面友好、實時性高的特點。
6.2.1　數據傳輸通訊子系統
這是系統的核心之一，完成通訊鏈路的監測、建立和維護、數據的雙向傳輸功能。該子系統基于TCP/IP協議，采用多線程設計，根據負載，自動派生線程服務，以提高系統的響應速度，可以支持5000套以上采集點通訊的并發連接。
6.2.2　數據處理子系統
針對每個電度表，都有對應的審核規則，根據規則對接收到的數據進行審核。如有異常的數據，將記錄在日志窗口與日志文件中。這些規則可以進行人工編輯，以滿足當地特定的需求。
6.2.3　數據入庫子系統
該系統對經審核后的數據進行入庫工作。后臺數據庫支持目前主流數據庫：SQL SERVER、ORACLE、SYBASE、DB2等。同時，針對第三方的自動氣象站與數據，經審核后可以同樣完成入庫工作，保障數據的完整性。
6.2.4　監控子系統
主要完成硬件的實時監控與通訊質量的監控。
對電度表、通訊設備、數據采集點運行情況進行監控，并在基于GIS的地圖上顯示，不同的硬件有不同的顏色，并可以對抄表系統和時間段進行故障率統計。
監測資料的傳輸，根據時次、時段并結合臺站進行報到率查詢，并在界面上動態顯示。
6.2.5　資料實時顯示子系統
該子系統主要是采用GIS地圖，結合各自動氣象站在地圖上的分布情況，進行氣象數據和報警數據的多種顯示功能與查詢統計功能。
采用同一顯示界面，底圖采用GIS精確地圖，可進行無級放大或分縣（區）顯示，主顯示界面為常規資料填圖方式，可單一要素顯示。單一要素可進行等值線分析，有故障出現不同顏色的報警閃爍，不同的功能通過鼠標右鍵、或在工具欄上按鈕實現。
數據可實時自動更新（無需手工刷新），可單要素、多要素分別顯示；點擊單站點，可顯示該站點所有電度表的相應情況。
可切換到站點分布圖，在此狀態下，可以用小圓球來表示站點的運行狀況：紅的表示站點運行不正常，綠的表示站點運行正常。鼠標移到圓球上顯示站點的系統信息以及最近正常數據的時間。
6.2.6　歷史資料統計查詢子系統
提供各電力部門，在任意時段，任意要素的查詢。在界面上輸入查詢條件后，
可查詢任意電表的歷史資料的數據查詢。
6.2.7　日志監控功能
在界面上，動態顯示、記錄當前的主要操作，包括：修改參數、通訊過程、報警信息。同時將這些數據保存到日志文件或者入庫，以方便查詢。
6.2.8　報警子系統
可以設置報警條件，滿足報警值后，該子系統將在界面上進行聲光報警，在平面圖上用不同顏色的表示不同報警等級，點擊站點可顯示詳細信息。
6.4 軟件可靠性設計　　　　　　　　　　
軟件可靠性的定義是：軟件按規定的條件，在規定的時間內運行而不發生故障的能力。軟件的故障是由于它固有的缺陷導致錯誤，進而使系統的輸出不滿足預定的要求，造成系統的故障。
為保證軟件的可靠性，應在軟件的生命周期的各個階段采取措施，以減少缺陷。
6.5 軟件持續改進設計
整套軟件各部分功能均為模塊化設計，可根據用戶實際要求和系統特點進行改進。

7 系統內產品介紹
7.1　概述
對于電力部門來說，遠程抄表一直是一件非常頭疼的事情，需要投入大量的人力、物力和財力。因為數量眾多，地理位置分散，給工作人員帶來極大的不便。如今電力公司可利用遠程抄表系統對各重要電力節點、大用戶電表進行監控,自動讀取相關數據并加以分析，還可進一步進行遠程控制或設備維護，可減少人力資源、縮短修護時間并節省專線建設成本。
7.2　技術特點
系統的功能與特點有：
　　(一)安全可靠：安全性由三方面構成：第一，數據庫是大型的、多用戶的數據庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數據庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統的數據引擎可以保證數據的安全；第二，系統對用戶實現分級授權管理功能，通過檢查使用者的名字和授權密碼，賦予使用者相應的操作權，借鑒銀行系統的密碼管理模式限制無關人員改變數據庫和硬件設置。第三，防火墻功能及完善的數據備份功能，防備系統受到人為的惡意攻擊，數據備份功能確保在硬件系統故障時，也能隨時在新的硬件設備上數據無丟失地啟動抄表系統。
　　(二)完善的系統日志：系統日志記錄了進入系統，離開系統，收費，設置硬件，改變運行參數操作等及操作者，操作時間，凡是改變數據庫的操作都被記錄下來。
　　(三)抄表速度快：抄表快、數據準確，抄表時PC機只讀采集器的數據，數據傳輸采用1200波特率，傳輸速度快，并對每個數據塊都有效驗碼，保證了傳輸的準確性。
　　(四)廣播對時功能：該功能使得系統中的所有電能表的時間基準與PC機保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內部時鐘，不再需要PC機的干預。因此，只要保證在對時時刻，PC機的時間是正確的，以后在運行的過程中，改變PC機的時鐘并不會影響電能表的時間。
　　(五)自動抄表功能：按照設置的抄表開始時間和抄表間隔，到預定的抄表時刻，系統便會依次撥號去抄采集器或電表內的數據。對于抄不上數據，系統會自動補抄或人工發命令補抄。
　　(六)電量凍結功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當的總表，結合抄凍結數據功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數，各分表的讀數（由此得到讀數和），就可以計算出某部分電路的電能損耗，為確定電費提供依據。
　　(七)電費管理功能：收電費前，統一抄錄一次電費數據。當確保數據庫內的數據反映最近的電表讀數后，利用程序中的功能自動計算出當月用電量和電費。交納電費時，只需輸入用戶號，當月用電量和電費由程序填寫。每筆電費都有詳細記錄，便于對帳。
　　(八)設備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警、傾斜或移動報警等；控制：對欠費用戶進行拉閘等。并提供停電數據保護功能，在停電48－－72小時內仍可抄表和監控。本系統結合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據具體內容發短信給相關的管理人員。
　　本系統適應范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區管理，網絡版的軟件可用于供電公司實現一座城市或地區的用電管理。

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