自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展與展望
摘 要 對(duì)供電部門和用戶來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的手工抄表收費(fèi)方式越來(lái)越難以適應(yīng)的進(jìn)步和，抄表收費(fèi)也成了供電部門經(jīng)營(yíng)上的的一大難題。而化的自動(dòng)抄表系統(tǒng)可以較好地解決這一，自動(dòng)抄表技術(shù)的也經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有，從原始到現(xiàn)代化的一個(gè)循序漸進(jìn)的發(fā)展過(guò)程。進(jìn)入新的世紀(jì)，展望未來(lái)，一種基于GPRS技術(shù)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)有望解決這些難題。關(guān)鍵詞 自動(dòng)抄表系統(tǒng) 磁敏傳感 數(shù)碼表 計(jì)數(shù)遠(yuǎn)傳表 GPRS
1 概述
對(duì)供電部門和用戶來(lái)說(shuō)，人工抄表收費(fèi)一直是一大難題，而人工收取電費(fèi)到底難在何處呢？第一，難入戶。現(xiàn)在的用戶大多不希望被人打擾，而且抄表工作只能在早、晚居民休息時(shí)間進(jìn)行，因而使收費(fèi)的成功率很低，有時(shí)一戶需反復(fù)多次上門才能收齊電費(fèi)；第二，人工工資支出高。如1萬(wàn)戶電力用戶，抄表人員約45～70人，年費(fèi)用近100萬(wàn)元。隨著城市的擴(kuò)張，抄表員人數(shù)及薪資同步增加；第三，抄表工作勞動(dòng)強(qiáng)度大：由于高層樓房的普及，使抄表成為勞動(dòng)強(qiáng)度較大的工作。
2 自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展歷程
基于以上所述的手工抄表的弊端，只有依靠現(xiàn)代化的自動(dòng)抄表系統(tǒng)來(lái)解決，而自動(dòng)抄表技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)歷了從原始到現(xiàn)代的發(fā)展過(guò)程，主要分為以下幾個(gè)階段：
（1）從20世紀(jì)90年代早期至中期，這一階段自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式主要是485總線、電力線載波自制總線。這幾種方式都存在各種不足之處在于：485總線過(guò)多的分支造成維護(hù)和使用過(guò)程中很不方便，通訊可靠性較低。電力線載波，抄表很不連續(xù)，能連貫傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)很少。而這時(shí)期的采樣方式主要采用脈沖采樣和機(jī)械采樣。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式主要是：脈沖表＋集中采集器。在協(xié)議方面都十分簡(jiǎn)單，基本只是幾條命令。由于電源處理方面的問(wèn)題采集器多數(shù)為外置式，集中采集，以便降低成本。地址多為單字節(jié)。以上各種自動(dòng)抄表方式工作都不是太理想，個(gè)別的有較大的誤差。
（2）從1997～2001年，采樣方式多改為磁敏傳感，傳輸方式則以485為主流。485方式下的`分支問(wèn)題則使用集中器、HUB解決，此種方式可以較好地正常運(yùn)轉(zhuǎn)。關(guān)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多數(shù)廠家用增設(shè)集中器來(lái)解決用戶增加的問(wèn)題。電磁兼容成為這一時(shí)期系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，因?yàn)殡姳泶嬖谒矔r(shí)功率脈沖和平均功率脈沖的不同步的問(wèn)題。位置識(shí)別法在這一時(shí)期也有較廣泛的應(yīng)用，因?yàn)闄C(jī)械位置識(shí)別的有較好的電磁兼容能力，無(wú)需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也就不存在因?yàn)楦蓴_造成數(shù)據(jù)突變的弊端。也不存在UPS電源供電的問(wèn)題。識(shí)別位置的方式主要有電阻式、紅外反射式、條碼識(shí)別式等等。這種方式對(duì)于機(jī)械加工及裝配精度要求較高，生產(chǎn)過(guò)程中成品率較低，而且在讀數(shù)需進(jìn)位時(shí)讀到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生混亂或錯(cuò)誤。
（3）從2002年至今，主流模式是數(shù)碼表。完善集中抄表系統(tǒng)主要有幾大難點(diǎn)：①設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，基本都是各自為政，使產(chǎn)品的普及存在難度；②調(diào)試時(shí)只靠人為的標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)別線路，施工中容易造成混亂；③系統(tǒng)開發(fā)商和廠家脫節(jié)。由于表的供應(yīng)商和系統(tǒng)的供應(yīng)商分離，現(xiàn)階段對(duì)于表具沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，系統(tǒng)的質(zhì)量和表具的質(zhì)量都是良莠不齊，經(jīng)常出現(xiàn)互相扯皮的現(xiàn)象，用戶最后的使用；④由于系統(tǒng)環(huán)節(jié)繁多，導(dǎo)致系統(tǒng)出問(wèn)題的點(diǎn)比較多，又由于采用集中采集的特點(diǎn)一個(gè)地方出現(xiàn)問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致一大片出問(wèn)題，因此問(wèn)題很多。比如，ups電源故障，可能會(huì)導(dǎo)致若干個(gè)采集器無(wú)法計(jì)數(shù)，可能就有好幾十戶或者上百戶人家需要重新抄表。
在這種情況下，直讀表應(yīng)運(yùn)而生。這種表區(qū)別與以往的表的特點(diǎn)是讀出的就是數(shù)據(jù)，而不再是脈沖，相當(dāng)于把流量計(jì)和積算儀集成到一起。因此也有人將它稱之為“數(shù)碼表”。直讀表分為兩種，分別是脈沖計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳表和機(jī)械位置識(shí)別式直讀表。這兩種表均比以往的分線制集中抄表系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性，但它們互有優(yōu)缺點(diǎn)。
脈沖計(jì)數(shù)方式的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳表（即直讀表），實(shí)際上是將數(shù)據(jù)采集模塊和遠(yuǎn)程通訊模塊集成到表內(nèi)，將脈沖計(jì)數(shù)值記錄到表內(nèi)，外界需要讀取表讀數(shù)時(shí)，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)命令即可讀取數(shù)據(jù)。這種表具一般提供485接口或M-Bus接口，在生產(chǎn)制造時(shí)，已經(jīng)將初始值設(shè)定完畢。一般情況下不再需要設(shè)定初始值。
計(jì)數(shù)遠(yuǎn)傳表優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格比較便宜；對(duì)原表結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，不要求有很高的機(jī)械精度，安裝精度要求不高，因此成品率高；體積小巧，非常容易嵌入表內(nèi)；可以記錄完整的表頭示數(shù)，甚至超出表頭示數(shù)。計(jì)數(shù)遠(yuǎn)傳表的缺點(diǎn)：內(nèi)部有電源供電，電源的壽命是否能夠滿足要求成為質(zhì)量的關(guān)鍵；對(duì)于電路的抗干擾性能要求較高。
機(jī)械位置識(shí)別式直讀表（簡(jiǎn)稱位置直讀表）是在機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪上安裝位置表征元件（有電阻式，光電反射式，條碼式等多種），在字輪的縫隙中安裝位置讀取電路，還有數(shù)據(jù)處理單元和通訊單元。當(dāng)外界需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)命令即可讀取數(shù)據(jù)。
位置直讀表優(yōu)點(diǎn)：平時(shí)根本無(wú)需電源，不用擔(dān)心電池壽命問(wèn)題；上可與機(jī)械計(jì)數(shù)器同步，無(wú)相對(duì)誤差；理論上抗干擾性好。位置直讀表缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件多，電路部分體積較大，成本較高，嵌入表也較困難；對(duì)原表結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，精度要求高，安裝精度要求高，因此精度成本高，成品率低，長(zhǎng)期應(yīng)用故障率高；在字輪處于進(jìn)位狀態(tài)時(shí)，有讀數(shù)盲區(qū)，這時(shí)讀到的將是亂數(shù)，需另一個(gè)集中器經(jīng)常讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)之外的設(shè)備訪問(wèn)時(shí)實(shí)際讀取的是集中器中的數(shù)據(jù)；為了降低成本，一般只在3個(gè)或2個(gè)低位字輪上安裝位置檢測(cè)單元，其它高位數(shù)據(jù)還需要外部設(shè)備如集中器或上位管理機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理，并仍然需要設(shè)置初始值。
通過(guò)上述比較我們發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上計(jì)數(shù)直讀表與位置直讀表互有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)是在電子難度與機(jī)械難度方面進(jìn)行了交換。計(jì)數(shù)直讀表的實(shí)現(xiàn)難度是電子方面的低功耗和抗干擾性；位置直讀表的實(shí)現(xiàn)難度是零件精度和安裝精度。
由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是低功耗、高電磁兼容能力的芯片技術(shù)的一日千里的發(fā)展已經(jīng)使2～3年前有難度的問(wèn)題變得容易解決，而且是低成本來(lái)解決。由于內(nèi)部采用無(wú)干擾的電池供電，只要在硬件方面采取有效的隔離措施，軟件方面采用冗余校驗(yàn)的方法，計(jì)數(shù)直讀表的可靠性是完全值得信賴的。已有開發(fā)出了能夠嵌入表內(nèi)的計(jì)數(shù)抄表模塊專門用于遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。
相對(duì)來(lái)講位置直讀表的諸多缺點(diǎn)是很難解決的，如進(jìn)位時(shí)的檢測(cè)盲區(qū)是原理性問(wèn)題，而外部再加一個(gè)設(shè)備，一方面系統(tǒng)復(fù)雜了，另一方面同時(shí)也帶來(lái)了電子實(shí)現(xiàn)難度。機(jī)械精度提高帶來(lái)的成本提高是相對(duì)大的。市場(chǎng)上的諸多位置直讀表已經(jīng)由于精度達(dá)不到要求出現(xiàn)了很多問(wèn)題，而且當(dāng)某位出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)在短期內(nèi)是難以識(shí)別的。
自動(dòng)抄表廠家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，表具必須具備直接輸出數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)采用總線制結(jié)構(gòu)。分線制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。
3 GPRS自動(dòng)抄表系統(tǒng)
GPRS自動(dòng)抄表系統(tǒng)工作原理：移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無(wú)線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。GPRS電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由位于電力局的配電中心和位于居民小區(qū)的電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)組成，利用中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，電表數(shù)據(jù)通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
居民小區(qū)的所有電表首先連接到電表集中器，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復(fù)費(fèi)率電表通過(guò)485傳到電表集中器，電表集中器通過(guò)RS232口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端連接，電表數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)協(xié)議封裝后發(fā)送到中國(guó)移動(dòng)的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至配電數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。
由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，配電中心機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。
3.1 電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)
電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位于居民小區(qū)的信息中心，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復(fù)費(fèi)率電表首先通過(guò)RS485接口通過(guò)雙絞線連接到位于小區(qū)信息中心的電表集中器，電表集中器再通過(guò)RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過(guò)GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至電力公司數(shù)據(jù)中心電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。
電表集中器通過(guò)RS485接口直接連接到電表上，既可支持單個(gè)電表，也可以同時(shí)支持多個(gè)電表，實(shí)現(xiàn)對(duì)電表參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、預(yù)處理或并將采集到的電表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到配電中心；同時(shí)，電表集中器還可將配電中心發(fā)送的遙控指令傳給電表控制模塊，對(duì)電表進(jìn)行控制操作。
3.2 配電中心
配電中心服務(wù)器申請(qǐng)配置固定IP地址，采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。配電中心服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)可進(jìn)行業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)管理，對(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、計(jì)算、存儲(chǔ)、、管理等，可對(duì)異常情況進(jìn)行告警，同時(shí)對(duì)用戶使用情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證電力局的合法收益。
3.3 GPRS/GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)
電表集中器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到配電中心IP地址。由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。
3.4 GPRS自動(dòng)抄表系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
GPRS無(wú)線電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：①實(shí)時(shí)性強(qiáng)。由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求；②可對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過(guò)GPRS雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、開關(guān)等遠(yuǎn)程操作；③建設(shè)成本少低。由于采用GPRS的無(wú)線公網(wǎng)平臺(tái)，只需安裝設(shè)備，無(wú)需專門布線；④集抄范圍廣。GPRS覆蓋范圍廣，在無(wú)線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以完成對(duì)集抄的控制和管理；⑤數(shù)據(jù)傳送速率高。GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求；⑥通信費(fèi)用低。采用包月計(jì)費(fèi)方式，運(yùn)營(yíng)成本低。
4 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于電力部門來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)程抄表需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，給收取電費(fèi)造成極大的不便，而GPRS自動(dòng)抄表系統(tǒng)將成為新世紀(jì)比較普及的自動(dòng)抄表系統(tǒng)之一。
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（責(zé)任編輯 戴 鈞）
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