電力遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)異常處理機(jī)制的研究

摘 要：隨著智能電網(wǎng)不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)也得到廣泛的應(yīng)用，這是一項(xiàng)集數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、存儲(chǔ)為一體的新技術(shù)。但是由于智能電表大多采用多核處理器，主要通過(guò)多線程來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就給系統(tǒng)帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)和非確定性。本文結(jié)合電力遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，完成了異常情況處理機(jī)制框架設(shè)計(jì)，形成了較為完善的保護(hù)機(jī)制，提高了遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯(cuò)性。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程無(wú)線；抄表系統(tǒng)；處理

中圖分類號(hào)：TP3-4

1 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)研究

本系統(tǒng)采用GPRS數(shù)據(jù)通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、利用現(xiàn)有通信技術(shù)和服務(wù)，完成對(duì)終端智能電表的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理以及實(shí)時(shí)監(jiān)控?；谙到y(tǒng)成本和功能實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)方面的考慮，優(yōu)先選用技術(shù)成熟度高、使用廣泛的技術(shù)和硬件設(shè)備，不僅可以實(shí)現(xiàn)各種基本功能，還可以有效降低開(kāi)發(fā)成本并大大縮短設(shè)計(jì)周期。在充分利用現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和硬件基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，利用GPRS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建無(wú)線抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，主要優(yōu)點(diǎn)有[1]：（1）降低安裝成本：利用現(xiàn)有的成熟的設(shè)備和服務(wù)以及硬件平臺(tái)和運(yùn)行設(shè)施，只需要進(jìn)行設(shè)備增加，而不需要大規(guī)模的設(shè)備改造和重復(fù)建設(shè)，不用布設(shè)專門(mén)線路。前期投入較少，見(jiàn)效快，后期維護(hù)升級(jí)成本低；（2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)：與以往的一些應(yīng)用系統(tǒng)，例如GSM相比，GPRS在實(shí)時(shí)性上具有明顯優(yōu)勢(shì)，在系統(tǒng)的通信過(guò)程中延遲非常小，不需要過(guò)多等待，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行信息的采集，能最大程度上滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的需要；（3）抄表范圍廣：GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較為廣泛，可以在更大的范圍內(nèi)完成對(duì)終端的管理和控制，并且接入點(diǎn)沒(méi)有限制、容量擴(kuò)展也沒(méi)有限制，可以滿足多種地域的接入需求；（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電表的遠(yuǎn)程監(jiān)控：GPRS的雙向數(shù)據(jù)信道可實(shí)現(xiàn)對(duì)電表的實(shí)時(shí)控制、參數(shù)調(diào)整等遠(yuǎn)程操作。

遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)組成一般包括：電表、采集器、遠(yuǎn)程控制中心等。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上大體可以分為：系統(tǒng)主站、無(wú)線通信信道、數(shù)據(jù)采集設(shè)備三部分。主站為單獨(dú)組網(wǎng)，采用防火墻進(jìn)行安全隔離。通過(guò)RS-485協(xié)議將用戶端數(shù)據(jù)傳送給處理控制模塊，GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和指令的交互。

2 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)異常處理機(jī)制研究

遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)每一個(gè)通信單元都含有幾百個(gè)甚至上千用戶終端，數(shù)量眾多的通信終端為系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行增加了較大壓力。并且在實(shí)際的工作運(yùn)行環(huán)境中，智能電表要求是24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)也要保持24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，這對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力也提出了很高要求。但是目前情況下，電表生產(chǎn)廠家多、型號(hào)復(fù)雜，電磁兼容、抗干擾性能不一，這些情況往往會(huì)造成數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，造成異常情況的發(fā)生。主要異常情況可分為電表故障類異常、事件類異常、IC卡異常等[2]，主要異常情況如表1所示：

具體異常處理機(jī)制分析如下：（1）系統(tǒng)內(nèi)部控制系統(tǒng)錯(cuò)誤：當(dāng)用戶目前賬戶余額為0時(shí)，電表內(nèi)部設(shè)定的繼電器斷開(kāi)，控制開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，系統(tǒng)斷電。當(dāng)此項(xiàng)異常情況出現(xiàn)后，電表持續(xù)供電，在系統(tǒng)顯示屏幕上顯示錯(cuò)誤代碼，系統(tǒng)用戶在購(gòu)買(mǎi)電后，錯(cuò)誤代碼消失；（2）ESAM錯(cuò)誤：在液晶顯示器上顯示代碼，并將錯(cuò)誤代碼發(fā)送至控制中心，提醒用戶和管理中心需更換ESAM進(jìn)行電能表的維修；（3）內(nèi)卡初始化錯(cuò)誤：顯示錯(cuò)誤代碼，由用戶向服務(wù)公司反映維修；（4）存儲(chǔ)器故障：上傳錯(cuò)誤代碼，提醒工作人員進(jìn)行修復(fù)；（5）過(guò)載：程序探測(cè)到用戶使用負(fù)荷大于的1.2倍的最大電流，在液晶顯示器顯示相應(yīng)錯(cuò)誤代碼，并將結(jié)果上傳至信息中心；（6）過(guò)壓：程序探測(cè)到用戶電壓大于1.15倍，在液晶顯示器顯示相應(yīng)錯(cuò)誤代碼，并將結(jié)果上傳至信息中心；（7）有功電能方向改變：程序在執(zhí)行過(guò)程中探測(cè)功率變化，如果發(fā)現(xiàn)功能數(shù)字在減少，表明進(jìn)出線接反了，將結(jié)果反饋至控制中心，并設(shè)定異常級(jí)別，提醒工作人員進(jìn)行維修；（8）用戶編碼錯(cuò)誤：顯示錯(cuò)誤代碼，反饋結(jié)果，主要由用戶方進(jìn)行解決；（9）購(gòu)電超囤積：在探測(cè)到異常情況出現(xiàn)后，提示用戶，需處理；（10）卡損壞或不明類型卡：顯示錯(cuò)誤代碼，提示用戶重新插卡；（11）已經(jīng)開(kāi)過(guò)戶的新開(kāi)戶卡：顯示錯(cuò)誤代碼，提示用戶重新插卡。

3 異常處理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

讀表模塊的設(shè)置主要是為了監(jiān)控終端，并且依照電表約定的串口來(lái)進(jìn)行指令的發(fā)送，由于RS-485采用的是半雙工接口，所以需要切換收發(fā)狀態(tài)。

異常處理機(jī)制的主要處理模式如下[3，4]：（1）中斷方式：在系統(tǒng)檢測(cè)到異常之后，中斷正在執(zhí)行的塊，完成異常處理之后，在控制流程返回處理中斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行程序；（2）無(wú)條件轉(zhuǎn)移方式：在系統(tǒng)檢測(cè)到異常之后，需要無(wú)條件終止執(zhí)行的操作，從而轉(zhuǎn)向有標(biāo)號(hào)的異常位置開(kāi)始進(jìn)行處理；（3）恢復(fù)方式：系統(tǒng)檢測(cè)到異常后，要控制流程轉(zhuǎn)向異常處理器，由其負(fù)責(zé)將未處理的操作完成，然后在出現(xiàn)異常的位置繼續(xù)執(zhí)行；（4）重試方式：這種方式是具有特殊處理語(yǔ)義的中斷方式，在失敗后重新執(zhí)行。

異常處理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要部分，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定和完備性，本文在電力遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)從軟件層面上設(shè)計(jì)了較為完備的異常處理機(jī)制。

在完成系統(tǒng)的異常處理機(jī)制設(shè)計(jì)線程后，需要對(duì)相應(yīng)的線程和功能進(jìn)行測(cè)試，但是由于時(shí)間、精力以及實(shí)現(xiàn)條件的限制，本文主要在JAVA虛擬機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)層面的功能測(cè)試盒性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，本文設(shè)計(jì)的異常處理機(jī)制滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在研究現(xiàn)有各種無(wú)線抄表系統(tǒng)規(guī)定基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于GPRS電力遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)異常處理機(jī)制，采用多線程技術(shù)，加入異常處理機(jī)制，使該系統(tǒng)更加完善。利用多線程技術(shù)，將各部分功能獨(dú)立出來(lái)，以線程的方式來(lái)運(yùn)行，將各部分之間的相互影響降到最低，使系統(tǒng)運(yùn)行更快、更穩(wěn)定、功能更強(qiáng)，同時(shí)降低了系統(tǒng)異常對(duì)其它部分的影響，并進(jìn)行了系統(tǒng)的性能測(cè)試和功能測(cè)試，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的正確性和完整性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志偉.基于AT指令的串行通信程序的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007（33）：272-274.

[2]XING Jian Ping；ZHANG Jun；LI Wei Ye Vehicle GPS real time monitoring communication system base on GPRS/CSD，2006.

作者簡(jiǎn)介：李衛(wèi)煒（1979-），男，河北保定人，工程碩士在讀，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。

作者單位：華北電力大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北保定 071000