基于GPRS/PLC的遠(yuǎn)程集中抄表與節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)

王建功

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030013)

節(jié)能減排是建設(shè)節(jié)約型國(guó)家的根本目的，高效地提供優(yōu)質(zhì)水、電、氣、暖是能源供應(yīng)企業(yè)服務(wù)民眾創(chuàng)建和諧社會(huì)的本質(zhì)要求?；贕PRS/PLC的遠(yuǎn)程集中抄表與節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)，以國(guó)家即將執(zhí)行的階梯電價(jià)預(yù)付費(fèi)電能表為核心，采取以電管水、氣、暖的預(yù)付費(fèi)管理模式，解決了水、電、氣、暖及物業(yè)等項(xiàng)目的收費(fèi)難題;通過(guò)對(duì)所有計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查抄監(jiān)控，堵塞了跑冒滴漏等能源流失漏洞，提高了節(jié)能減排效果;實(shí)施優(yōu)化先進(jìn)的用能管理模式，為能源管理企業(yè)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息化節(jié)能管理平臺(tái)，使用能管理體系更加科學(xué)、規(guī)范，供用雙方關(guān)系更加融洽，促進(jìn)了和諧社會(huì)建設(shè)。

1 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)總體上可分為計(jì)量收費(fèi)、能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控和節(jié)能管理三個(gè)層面。計(jì)量收費(fèi)功能用以完成水、電、氣、暖能源介質(zhì)計(jì)量、預(yù)付費(fèi)管理以及物業(yè)費(fèi)收繳管理。電能計(jì)量收費(fèi)除一般居民用戶外，還可對(duì)公變商業(yè)用戶、專變大用戶進(jìn)行計(jì)量、預(yù)付收費(fèi)和用電監(jiān)測(cè)管理。

總體基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基本結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)總體構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由信息化與節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)主站、通信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)終端、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器(前置計(jì)算機(jī))、數(shù)據(jù)集中器、采集器、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳終端、費(fèi)控智能終端和水電氣暖計(jì)量表計(jì)等組成。簡(jiǎn)要構(gòu)成如圖2、圖3所示。

2.1 水電氣暖信息化與節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)

2.1.1 企業(yè)管理層系統(tǒng)

主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和管理計(jì)算機(jī)組成。

2.1.2 企業(yè)執(zhí)行層管理中心

設(shè)有前置通信采集系統(tǒng)、客服終端、前置計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備。

2.2 數(shù)據(jù)集中器

集中器是數(shù)據(jù)采集通信的中央設(shè)備。它用于區(qū)域性數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和通信，一般安裝在住宅區(qū)變電亭、線桿變臺(tái)配電變壓器的低壓側(cè)，通過(guò)低壓電力線讀取載波電能表、采集器的數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成各用電用能計(jì)量點(diǎn)電量和其它能量數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)，并經(jīng)過(guò)上行通信信道將數(shù)據(jù)傳送到前置計(jì)算機(jī)。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖(1)

數(shù)據(jù)集中器具有本地?cái)?shù)據(jù)緩存功能，在網(wǎng)絡(luò)中斷情況下，不影響采集器上傳數(shù)據(jù)在集中器內(nèi)的保存，它具有完備的數(shù)據(jù)緩存機(jī)制，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，前置計(jì)算機(jī)可直接將緩存數(shù)據(jù)讀入至數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖3 系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖(2)

2.3 數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集器用于對(duì)用電用能點(diǎn)計(jì)量表計(jì)數(shù)據(jù)的定時(shí)采集，它通過(guò)抄表網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備抄讀凍結(jié)計(jì)量表計(jì)的數(shù)據(jù);或即時(shí)采集計(jì)量表計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集終端分為載波數(shù)據(jù)采集終端和無(wú)線數(shù)據(jù)采集終端。

2.4 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳費(fèi)控智能終端

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳費(fèi)控智能終端是集電能和其它能源計(jì)量采集、電量電費(fèi)和其它能源消費(fèi)等項(xiàng)目收費(fèi)計(jì)算、費(fèi)控、GPRS遠(yuǎn)程抄表和通訊功能于一體的智能化終端，用它作為數(shù)據(jù)采集器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)客戶用電用能的智能化管理。

2.5 計(jì)量表計(jì)

水、電、氣、暖等能源計(jì)量表計(jì)選擇支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸通信的儀表，優(yōu)先選擇智能化產(chǎn)品。

2.5.1 電表

居民用電計(jì)量收費(fèi)選擇單相費(fèi)控電能表(階梯電價(jià)、雙時(shí)區(qū)、紅外遙控)。它以紅外遙控型單相階梯電價(jià)費(fèi)控電能表進(jìn)行計(jì)量，通過(guò)紅外遙控卡進(jìn)行購(gòu)電充值及合閘操作，可按階梯電價(jià)、雙時(shí)區(qū)進(jìn)行電費(fèi)核算，實(shí)現(xiàn)本地費(fèi)控，以數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳終端——采集器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳。

公變用戶電能計(jì)量及預(yù)付費(fèi)用電管理，可用紅外遙控預(yù)付費(fèi)有功、無(wú)功電能表進(jìn)行有功、無(wú)功電能計(jì)量，因其客戶較居民用戶更加獨(dú)立和用電量較大、用電性質(zhì)、電價(jià)的特殊性，給它配以單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳終端實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)傳。

專變用戶電能計(jì)量及預(yù)付費(fèi)用電管理，可用多功能電能表進(jìn)行有功、無(wú)功電能計(jì)量，同上原因，再加之專變客戶可以實(shí)施預(yù)繳費(fèi)管理，給其配以數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳費(fèi)控智能終端實(shí)現(xiàn)對(duì)專變客戶的費(fèi)控、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

2.5.2 智能水表

智能水表是計(jì)量流經(jīng)自來(lái)水管道體積流量的儀表，具有電子采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送水量數(shù)據(jù)的功能。

2.5.3 智能燃?xì)獗?/p>

智能燃?xì)獗韺?duì)管道燃?xì)饬髁窟M(jìn)行計(jì)量，具有機(jī)械計(jì)量、電子采集、通過(guò) RS－485網(wǎng)絡(luò)與采集器通信功能。

2.5.4 智能熱量表

智能熱量表對(duì)管道熱量計(jì)量，具有電子采集、通過(guò)RS－485網(wǎng)絡(luò)與采集器通信功能。

2.6 通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)包括能源信息化與節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)主站和能源信息化管理中心之間的通信網(wǎng)絡(luò)、管理中心局域網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)抄表網(wǎng)絡(luò)三個(gè)方面。

前兩個(gè)方面通過(guò)專線或互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)抄表網(wǎng)絡(luò)以集中器為界，可分為上行通信網(wǎng)絡(luò)和下行通信網(wǎng)絡(luò)。集中器上行即集中器與前置計(jì)算機(jī)之間通信網(wǎng)絡(luò)，以GPRS通信方式為主;集中器下行即集中器與采集器間通信網(wǎng)絡(luò)，則以電力載波(PLC)方式為主。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 遠(yuǎn)程智能化抄表

通過(guò)對(duì)用戶水電氣暖等能源消耗計(jì)量表計(jì)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用能量的智能化抄表功能。

3.1.1 大用戶電能數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程抄表

使用專變的大用戶，用費(fèi)控終端進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)和管理。抄表管理功能主要包括:抄月凍結(jié)數(shù)據(jù)、抄日凍結(jié)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)用量、實(shí)時(shí)金額、監(jiān)測(cè)參數(shù)、表計(jì)狀態(tài)、拉/合閘控制、費(fèi)率調(diào)整、查詢、統(tǒng)計(jì)、催費(fèi)告警信息發(fā)送等。

3.1.2 居民用戶電能數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程抄表

對(duì)于居民用戶，抄表管理功能主要包括:抄月凍結(jié)數(shù)據(jù)、抄日凍結(jié)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)抄表、拉閘/合閘控制、集中器校時(shí)、讀表計(jì)參數(shù)、查詢、統(tǒng)計(jì)、催費(fèi)告警信息發(fā)送等［1］。

3.1.3 水、氣、暖用戶遠(yuǎn)程抄表

水、氣、暖等用戶能源消耗用量抄表，則通過(guò)其智能計(jì)量表計(jì)的無(wú)線信道與采集器對(duì)接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2 智能收費(fèi)功能

通過(guò)對(duì)用戶的用能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)用戶用能計(jì)量收費(fèi)的智能化管理［2］。

3.2.1 紅外CPU卡充值

采用紅外CPU卡方式進(jìn)行售電和充值。充值操作不需要接觸電能表或終端，遠(yuǎn)距離操作。

3.2.2 紅外CPU卡本地送電

紅外CPU卡與終端可在4米以內(nèi)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、非接觸充值及本地合閘操作，操作人員遠(yuǎn)離強(qiáng)電設(shè)備，保障安全。

3.2.3 遠(yuǎn)程售電

可接受管理系統(tǒng)通過(guò) GPRS發(fā)送的售電信息，當(dāng)剩余金額大于設(shè)定值時(shí)，允許合閘，通過(guò)紅外遙控卡在本地合閘供電。

3.2.4 遠(yuǎn)程斷電

可接收主站發(fā)來(lái)的斷電指令，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電操作。

3.2.5 透支功能

可設(shè)置協(xié)議透支用電額度。當(dāng)剩余金額為零時(shí)如需繼續(xù)用電，將實(shí)時(shí)記錄透支金額，輸入新購(gòu)電費(fèi)時(shí)自動(dòng)沖減透支電費(fèi)。當(dāng)透支額度超過(guò)斷電門(mén)限時(shí)，發(fā)出斷電信號(hào)。

3.2.6 顯示功能

用中文LCD方式，顯示內(nèi)容包括:剩余電費(fèi)、總電費(fèi)、總用電量、報(bào)警金額、斷電門(mén)限金額、報(bào)警電費(fèi)、報(bào)警時(shí)間、倍率、時(shí)間/日期、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、時(shí)段/費(fèi)率等。

3.2.7 儲(chǔ)存功能

當(dāng)供電回路停電時(shí)，終端內(nèi)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，來(lái)電后保持在停電前的工作狀態(tài)。

3.2.8 迭加功能

當(dāng)前剩余電費(fèi)與輸入的新購(gòu)電費(fèi)自動(dòng)迭加。

3.2.9 補(bǔ)遺功能

當(dāng)用戶售電卡遺失，補(bǔ)辦卡后，能接受新卡，并拒絕舊卡。

3.2.10 辨?zhèn)喂δ?/p>

使用非本終端紅外卡或其他介質(zhì)進(jìn)行充值通信，終端不接受。

3.2.11 電價(jià)調(diào)整功能

接受主站的電價(jià)調(diào)整數(shù)據(jù)。

3.2.12 水、氣、暖等其它能源用量計(jì)算和收費(fèi)

系統(tǒng)還能夠?qū)δ茉垂芾砥髽I(yè)所轄區(qū)域除電以外其它水、氣、暖等能源用量實(shí)施一并查抄，并自動(dòng)計(jì)算應(yīng)收費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)用戶水電氣暖等能源收費(fèi)和催繳費(fèi)用一體化管理。

3.2.13 以電管水、氣、暖的預(yù)付費(fèi)繳費(fèi)管理模式

對(duì)一般居民用戶，可采用系統(tǒng)提供的以電管水、氣、暖的收費(fèi)模式。電能實(shí)行預(yù)付費(fèi)售電管理模式，在電費(fèi)充值繳費(fèi)時(shí)，須繳清已用水、氣、暖用量費(fèi)用以及物業(yè)管理等科目的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)用戶水電氣暖等能源消耗與物業(yè)管理項(xiàng)目收費(fèi)的一站式服務(wù)。當(dāng)用戶用能欠費(fèi)后，可采取停電措施催繳，但不再斷水、停氣、停暖，在不影響居民基本生活的情況下實(shí)行預(yù)付費(fèi)繳費(fèi)管理。

3.3 節(jié)能監(jiān)管功能

通過(guò)對(duì)用能數(shù)據(jù)的查詢、分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)和分析，獲得不同時(shí)段、區(qū)域和用能類(lèi)別用戶的能耗對(duì)比數(shù)據(jù)表報(bào)，為能源管理企業(yè)的節(jié)能管理提供決策支持，實(shí)現(xiàn)能源管理科學(xué)化。

3.3.1 節(jié)能監(jiān)管

系統(tǒng)對(duì)采集的各級(jí)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，并實(shí)現(xiàn)分層計(jì)量管理。

系統(tǒng)的主要管理功能通過(guò)服務(wù)器完成，用它可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、分析和管理操作。包括對(duì)用戶智能電、水、氣、熱量表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本信息的管理，對(duì)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，繪制曲線、圖表，打印報(bào)表等。

以用戶用電量(其它能源量消耗同樣)為例，通過(guò)用電量分布圖(圖4)，可以對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，為加強(qiáng)節(jié)能管理提供依據(jù)［1］。

圖4 用電量統(tǒng)計(jì)分布圖

3.3.2 網(wǎng)絡(luò)查詢

通過(guò)局域網(wǎng)方式，企業(yè)有關(guān)主要領(lǐng)導(dǎo)、能源管理人員、部門(mén)管理人員通過(guò)授權(quán)可以利用網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢和管理，分級(jí)授權(quán)，業(yè)務(wù)流程清晰。

3.3.3 具備良好的擴(kuò)展、對(duì)接和兼容功能

系統(tǒng)滿足將來(lái)發(fā)展需要以及將來(lái)其他子系統(tǒng)的擴(kuò)展需求，基于此主站可方便構(gòu)建其他能源管理系統(tǒng)。

3.3.4 延伸服務(wù)

可與短信或其他通信系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)用能客戶的短信、電話、電子郵件等提醒服務(wù)，構(gòu)造供用雙方友好和諧的人際關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

GPRS是全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展的無(wú)線分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，它具有覆蓋面廣、運(yùn)行費(fèi)用低廉、通信便捷等顯著特點(diǎn);PLC是基于公共供配電網(wǎng)而組建的電力載波通信技術(shù)，它利用了既有電力線網(wǎng)絡(luò)資源和供電線遍布千家萬(wàn)戶的特點(diǎn)，對(duì)用電用能客戶的計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)載波傳輸，可以節(jié)省另行組建通信網(wǎng)的費(fèi)用。

“基于GPRS/PLC的遠(yuǎn)程集中抄表與節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)”，充分利用既有電力設(shè)備資源，運(yùn)用電力載波(PLC)、GPRS等通信技術(shù)，通過(guò)對(duì)用戶CPU卡式電表、智能水、燃?xì)?、熱量表的更新，?shí)現(xiàn)了對(duì)用戶水、電、氣、暖諸能源消耗的綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控，通過(guò)預(yù)付費(fèi)、階梯水電價(jià)以及能源消耗異常和欠費(fèi)預(yù)警、停電、提醒用戶等手段，達(dá)到了能源管理企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)節(jié)能減排和構(gòu)建和諧社會(huì)的目的。

［1］ 王建功.“IC卡水電費(fèi)抄收管理系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］.供用電，2003，20(4):52-53.

［2］ 王思彤，張姣姣，孔志杰，等.CPU卡在預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.供用電，2010，27(5):73-75.