淺析電力無線抄表系統(tǒng)

李鷗　溫淼

【摘 要】本文闡述了一種適應多種智能電表通信規(guī)約的無線抄表系統(tǒng)搭建方案，核心實質(zhì)就是不需要拉線，最適合那些難以鋪設電線的場合。在符合國家信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局[2005]423號文件“微功耗（短距離）無線電設備技術(shù)要求”的硬件環(huán)境中，無線遠程抄表系統(tǒng)通信可靠性、安全性、適用性得到大幅提高。居民戶電度表雖然可以采用低壓電力線載波技術(shù)抄收數(shù)據(jù)，但是十多年來始終無法達到令人滿意的程度。無線抄表正是突破低壓載波困局的一條蹊徑。

【關(guān)鍵詞】無線抄表；GPRS網(wǎng)絡；自動路由；優(yōu)缺點

0 綜述

目前，我國所采用的抄表方式大致可以分為三種：一是傳統(tǒng)的人工抄表方式，抄表人員到用戶處讀取數(shù)據(jù)，返回總局后將數(shù)據(jù)錄入電腦處理，這種方式極為原始，城市人口密集，住宅分散，高層居民住宅不斷增加，或者地處偏遠山區(qū)，人工抄表遇到很多困難，入戶難，企業(yè)管理開支大，抄表人員工作條件差，效率低，勞動強度大。二是預付費方式，抄表人員無需到用戶處，用戶通過銀行劃賬或購買電卡，按購買額提供用量，完成收費。三是遠程抄表方式，電能監(jiān)控中心通過遠程通訊系統(tǒng)自動獲取遠程儀表數(shù)據(jù)的方式。如果用有線來傳遞數(shù)據(jù)，技術(shù)簡單、成熟，易于實現(xiàn)；但施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞，線路損壞后，故障點不易查找。如果使用無線系統(tǒng)，施工很簡單，系統(tǒng)好維護，故障好查找，因此無線抄表將成為抄表方式的發(fā)展主流。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包括三個組成部分：集中采集器、GPRS網(wǎng)絡及電能監(jiān)控中心。

（1）電表集中采集器位于居民小區(qū)的信息中心，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復費率電表首先通過RS485接口通過雙絞線連接到位于小區(qū)信息中心的電表集中采集器，既可支持單個電表，也可以同時支持多個電表，實現(xiàn)對電表參數(shù)的采集，存儲，預處理或并將采集到的電表數(shù)據(jù)實時傳送，電表集中器再通過RS232接口與無線路由透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，也可在無線網(wǎng)絡中斷的特殊情況下通過手持器或抄表車紅外抄表。

（2）GPRS移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，接收無線路由透傳的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳至電能監(jiān)控中心，電表集中器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS網(wǎng)絡接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心服務器。各電表使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動的GPRS網(wǎng)絡與電能監(jiān)控中心相連，同時監(jiān)控中心對各點GPRS終端編號進行登記， 并與采集點信息進行關(guān)聯(lián)，以便識別和維護處理。采集中心運行數(shù)據(jù)采集中心系統(tǒng)軟件，實時采集電表數(shù)據(jù)。

（3）電能監(jiān)控中心，中心服務器接受到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，這樣進一步增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能，轉(zhuǎn)送計費系統(tǒng)或電力MIS，對電力數(shù)據(jù)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(jiān)控，保證電力局的合法收益。

2 GPRS網(wǎng)絡組建

2.1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

星型網(wǎng)，是最簡單的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；凡是使用“點對點”直接傳輸工作模式的，都屬于星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。當組內(nèi)只有幾個節(jié)點，而且從中心到每個節(jié)點可以可靠控制時，星型網(wǎng)絡及其控制技術(shù)幾乎是最好的選擇。

樹型網(wǎng)，是指使用了簡單的中繼技術(shù)，從而能夠把命令或數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)捷^遠地方的一種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。對于節(jié)點數(shù)不多，但其中一些節(jié)點離中心點比較遠時，使用樹型中繼網(wǎng)絡是比較好的。

格型網(wǎng)，也叫網(wǎng)狀網(wǎng)，因為像“漁網(wǎng)”而得名。幾十或上百個節(jié)點聚在一起，相互之間會形成比較復雜的依存關(guān)系。用格型網(wǎng)來描述它們之間的關(guān)系比較合適，依據(jù)這種模型建立的自動路由算法，能夠更好地改善抄表系統(tǒng)的性能，取得良好的運行效果。

2.2 自動路由

無線抄表系統(tǒng)傳輸距離較遠，必然用到中繼路由的技術(shù)，在此引入自動路由，自動路由就是要在沒有人工干預的條件下，由一組抄表模塊（或抄表器）自己尋找并建立“從源點到目的節(jié)點”的一條中繼路由。然后，沿著這條路由傳遞數(shù)據(jù)。當一個采集器下的無線抄表節(jié)點數(shù)明顯大于50個時，使用“自動路由”技術(shù)幾乎是必然的選擇。因為它不僅能簡化人工建立中繼路由的工作量；而且在日常運行中能夠適應環(huán)境的不斷變化，從而使系統(tǒng)始終處于良好的運行狀態(tài)。做法是模塊中不存放路由信息，需要使用路由時，臨時現(xiàn)找。當一個節(jié)點準備傳送數(shù)據(jù)時，先要發(fā)起廣播尋路動作，指明想要尋找的目標模塊地址。每一個聽到這條命令的模塊，要設法把這條命令以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)出去。轉(zhuǎn)發(fā)要遵循“載波偵聽，沖突避讓”的原則，就是在自己的信號發(fā)出前，要先偵聽信道是否空閑？如果空閑，則發(fā)出去；否則安排一個隨機等待時間，然后再偵聽，直到消息被發(fā)送出去。目標節(jié)點將選出一個較好的路由，逆向給出應答，傳回“源節(jié)點”。至此，路由建立完成。

3 優(yōu)缺點對比

電力載波：以電力線作為傳輸信道，將數(shù)據(jù)信號調(diào)制為高頻信號疊加在電力線上進行通信。此方式無需另外布線、易施工、成本低、與電網(wǎng)建設同步。目前國內(nèi)10kV以上電壓等級的高壓電力線載波技術(shù)已較成熟，但低壓電力線載波還未能達到令人滿意的水平，制約了電力線載波抄表在我國的應用。原因在于電力載波信號存在著脈沖干擾，傳輸距離越遠，信號衰減越大。低壓電器電磁兼容性的控制尚不十分嚴格，低壓電力線上存在的電磁污染嚴重，干擾大，影響載波通信的質(zhì)量；另外，用戶負載千變?nèi)f化造成網(wǎng)絡傳輸特性復雜多變，難以用準確的數(shù)學模型加以表征。因此，抗干擾是低壓電力線載波技術(shù)必須克服的問題。

RS485總線：集中器與采集器之間通過RS485總線連接，通過485總線來進行通信，此種方式通信可靠性高，目前已有許多抄表系統(tǒng)采用這種抄表方式，但此種方式必需布線，許多小區(qū)布線難度很大或根本不允許布線，RS485總線方式抄表就難以應用。

以太網(wǎng)：以太網(wǎng)抄表方式主要應用于一些新型的裝有網(wǎng)絡的小區(qū)，每個采集終端在網(wǎng)絡中均客戶機的模式存在，抄表時采用TCP/IP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。這種方式只能適合于網(wǎng)絡完善的小區(qū)，目前這種小區(qū)還很少，該方式應用極少。

有線電視：通過利用現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)，以有線電視網(wǎng)絡為通信信道，利用CABLEMODEM作為接入終端的抄表方式。該方式不用布線，成本較低，但由于有線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)量較大，在電視收看高峰期對抄表有較大的影響，所以通信可靠性也不算理想。

無線抄表：系統(tǒng)與傳統(tǒng)的入戶抄表、有線抄表模式相比，存在以下優(yōu)點：

（1）不用布線，系統(tǒng)安裝方便，無線抄表系統(tǒng)最大的特點是不用布線，安裝方便。第一，它可以大大減少工程人員的勞動，保證工程的順利進行；第二，在某些小區(qū)或舊工程的改造中，布線是完全不允許的事，采用無線抄表，可完全解決該問題；

（2）無線全路由技術(shù)戰(zhàn)勝了無線受環(huán)境影響的難題，傳輸距離遠，性能穩(wěn)定可靠，無線抄表系統(tǒng)中每個數(shù)據(jù)接入點均是中繼點，它是全路由的，是動態(tài)的路由，它從根本上解決了既要是免收費的微功率，又要傳輸遠的矛盾，從而達到了通信可靠性非常高的效果。

4 結(jié)語

無線抄表方式將是未來一種較為可行的抄表方式，如果與IC卡表技術(shù)相結(jié)合，將具有更加完善的功能，但無線遠程抄表技術(shù)目前仍存在一些難以解決的問題，如信息出戶和集中，儀表屏蔽問題等，解決出路在于運用網(wǎng)絡通信方法，探索有效、簡單、可靠、實用、可行的方案。

[責任編輯：薛俊歌]