基于短信的能耗數據采集方法研究

邵正忠

（中國電信股份有限公司南京分公司，江蘇 南京210008）

一個大中型企業涉及到的用電設備很多，有必要對各用電場所、用電設備的能耗數據進行采集與分析，以便加強用電管理。傳統的電能消耗數據的獲取是依靠人工定期到現場抄讀，由于抄表及數據錄入流程有較多的人工參與，不可避免產生人為的操作誤差，在實時性、準確性和應用性等方面都存在不足，因此迫切需要非人工的自動抄表方式。

1 實施自動抄表的可行性

電表的發展經過了感應式、機電式、電子式等幾個階段，目前正向著全電子式、多功能、具有標準通訊接口以及遠程抄控功能的智能化方向發展。隨著智能電表的規范化，智能電表的價格也在逐年下降，單相智能電表從最初的1 000元/只下降到300元/只，而價格的下降為規模化部署智能電表奠定了經濟基礎。隨著計算機技術、信息技術、網絡通訊技術和電子技術的共同發展，把電表讀數在指定的時間抄錄下來，并及時準確地傳送到管理中心的主控計算機管理方式成為可能。

2 能耗數據傳送方式

能耗數據的傳送分為有線及無線兩種方式。在基于通信運營商的無線網絡覆蓋以前，主要采用有線接入方式。隨著通信運營商的無線網絡覆蓋質量越來越好、覆蓋范圍越來越廣，無線接入方式逐漸成為主流。

2.1 有線傳送

有線接入一般采用撥號、2M、IP網絡等幾種方式。撥號方式是在電表安裝點及數據中心點各設置一對modem，數據中心點可以采用一對多的輪巡方式查詢電表讀數。2M方式是利用通信運營商的2M電路具有全城覆蓋的特性，將電表作為一種智能設備，通過采集單元，利用2M電路將數據送到中心點。IP方式將電表接入采集單元后采用IP協議，利用IP網絡傳送到中心點。IP網絡具有接入的靈活性、帶寬的伸縮性等特點，逐漸成為主要的有線接入方式。

2.2 無線傳送

隨著無線技術的日益發展，無線傳輸技術已被各行各業廣泛接受。無線傳輸具有安裝方便、靈活性強、性價比高等特點，因此越來越多的監控系統采用無線傳輸方式來建立被監控點和監控中心之間的連接。所應用的技術主要有模擬微波傳輸、數字微波傳輸、WiMAX點對多點的寬帶無線接入技術 、無線網格（MESH）技術、WLAN5.8 GHz傳輸技術、3.5 GHz的點對多點微波通信無線接入技術、利用CDMA、GPRS公眾移動網絡傳輸技術。

由于通信運營商的公眾移動網絡覆蓋面廣、成熟度高、可靠性好，因此充分利用公眾移動網絡進行能耗數據傳輸是目前比較主流的無線傳輸方式。下文以電信公司的CDMA公眾移動網絡為例進行闡述。CDMA無線方式又可分為CDMA1X方式、CDMA EVDO方式、短信（SMS）方式。

3 能耗數據的特點

能耗數據包括電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、正負有功電能、正負無功電能、峰、平、谷有功電能、本月、上月、上上月有功電能、諧波含量等。在這些參數中，作為一般企業（非供電公司）最關心的是正向有功電能。正向有功電能具有以下特點：

（1）累加特性。正向有功電能是每日累加的，后面的電能數據已包含前面的電能數據。

（2）單向性。正向有功電能的數據隨著使用日期的自然增加，其電能數據呈單向增加，除非電能數據顯示位用完后重新清零，不過清零后仍呈單向性。

（3）采集的非連續性。采集電能不需要連續采集，可以根據需要間隔一段時間。對一般企業非重點關注采集點，每日采集一次即可；對重點關注采集點，可10分鐘采集一次。

（4）可重獲性或允許丟失性。如果今日采集數據未收到，明日的數據照樣有效，不會造成多收費；數據分析時可以通過插入法近似得出丟失數據，分析誤差在可承受范圍內。

（5）非實時性。對能耗數據的獲取一般以0：00為界，而人員工作時間在6：00以后，之間允許的傳遞時延可較長，不影響數據的真實性、及時性。

（6）數據量小。一般企業關注的正向有功電能數據量比較小，幾個字符即可包括。

4 能耗數據采用短信方式傳送的場景

根據能耗數據的特點，可以發現能耗數據采用短信方式傳送是比較簡便、易于實現的。常用的短信方式傳送場景如下：

（1）對于一些辦公大樓、營業場所、居民樓道等應用場合無法進行有線傳送或有線傳送造價較高時，可采用短信方式。

（2）對于分散的各種用電設備點不具備多余的有線傳送資源時，可采用短信方式。

（3）對于樞紐樓、核心局點等集中用電場所，主要以有線方式為主，如果布線距離較長，也可以采用短信方式。

（4）短信方式和其它的無線方式一樣，具有網絡結構簡單、易維護特點，如果希望網絡結構清晰、維護便利時，可以采用短信方式。

5 基于短信的能耗采集系統構成

5.1 能耗采集系統層級

能耗采集系統分數據采集層、傳輸鏈路層、管理應用層。

（1）數據采集層

數據采集層包括互感器、電能表、采集單元。從CDMA采集單元以下，到電表485接口等路由都為數據集中層，CDMA采集單元以485接口為電能數據集中入口，采用兩線制485接法將多電表復接于數據采集單元，CDMA采集單元可以主動定時采集電表電能數據并上報；也可以由網管中心發送采集指令，實時采集電表電能數據。

（2）傳輸鏈路層

從數據采集單元以上到網管中心數據服務器之間都為傳輸鏈路層。

（3）管理應用層

從網管中心數據服務器以上都為管理應用層。其中，綜合管理、抄表任務調度、數據通信服務等模塊一般為系統必備。但為了讓整個系統能夠長期持續穩定運行，一般也會增加定期檢查調度、故障檢修任務等模塊。

5.2 能耗采集系統軟硬件構成

（1）能耗采集系統硬件

主要有CDMA采集單元，利用電信現有CDMA網絡，通過短信傳輸方式到SP短信網關服務器，企業的能耗管理系統通過SP短信接收服務器利用IP網與SP短信網關服務器相連，接收短信數據。

如果是電信運行商自建的能耗管理系統，其SP短信接收服務器可通過DCN網連到SP短信網關服務器，整個網絡連接過程在內網進行，無需內外網隔離，僅需SP短信網關服務器分配一個內網SP接入號即可。

如果是電信外其它企業，能耗管理系統的SP短信接收服務器可通過IP城域網連到SP短信網關服務器，整個網絡連接過程在城域網。若能耗管理系統建在企業外網，則無需內外網隔離，僅需SP短信網關服務器分配一個外網SP接入號即可。若能耗管理系統建在企業內網，SP短信接收服務器可通過雙網卡方式訪問城域網連到SP短信網關服務器，此時需要內外網隔離。

（2）能耗采集系統軟件

主要由嵌入式數據采集單元內部軟件（嵌入式軟件）、服務器數據服務軟件（C/S應用軟件）和后臺管理軟件（B/S應用軟件）以及數據庫組成。

系統典型應用組網模型如圖1。

圖1 能耗采集系統典型應用

6 基于短信的采集單元功能設計

基于短信的采集單元功能設計如下：

（1）數據傳輸方式

通過電信CDMA網絡，采用短信方式。

（2）電能表數據實時采集

通過485接口采集多個電能表數據，最大可支持32個電能表；

支持 DL645協議，可兼容 DL645－1997、DL645－2007、DLT698.42－2010協議；

實現對645協議的透明轉發，可由后臺讀取電能表的任意參數。

（3）數據主動上報

定時上報能耗數據；事件觸發上報（告警）；遠程觸發上報能耗數據和告警。

（4）遠程參數配置

設置定時采集和上報數據的電能表表號和參數種類；

針對每個表分別配置參數種類，如變比等；

設置定時采集時間和上報時間；

設置通信方式，中心短信號碼或IP地址；

通信方式可選擇設置短信和數傳方式。

（5）故障信息實時上報和遠程控制

電能表通信故障；采集單元斷電檢測；

2路開關量信號，可用于電表箱箱門檢測告警、設備非法移動告警、電源異常檢測告警、設備開關斷線告警等；定制模擬量輸入，可用于現場溫濕度報警、水浸報警等。定制控制信號輸出，可用于油機開啟等控制功能等。

7 基于短信的能耗數據采集系統的優缺點

7.1 優點

（1）同時采集、輪流上報。電能表讀數可按設定讀取時間讀取，按設定上報時間上報。因為CDMA網絡可以提供統一的時鐘，結合此功能，采集點CDMA采集單元可以實現在網網元同步，同一時刻點采集，不同時刻點上報，這樣既實現在不同時刻點輪流和中心通信，避免阻塞，又實現采集電能時刻為同一時刻，方便整網電能分析。

（2）節省投資。充分利用電信運營商的短信網絡資源，節省采集服務器及部分防火墻投資。由于電信運營商的短信網絡資源非常豐富，再加上采集短信可設置延時發送特性，接入城市的幾百萬個電表均無問題，大大減少了采集服務器的配置，特別有利于供電公司對一個城市的海量居民用電電表管理。充分利用電信CDMA網絡無處不在的優勢，節省布線投資。

（3）增強網絡安全性。如果是電信運行商自建的能耗管理系統，整個網絡連接過程在內網進行，無需內外網隔離，網絡安全性比較高。如果是電信外其它企業，能耗管理系統的SP短信接收服務器可通過IP城域網連到SP短信網關服務器，整個網絡連接過程在城域網，也無需內外網隔離。

（4）簡化網絡結構，方便維護。CDMA網絡由電信運營商自行維護，本能耗采集部分僅維護采集單元及電表，易于判斷故障點。

（5）提供維護功能。可以檢測停電時間，并實現準實時上報功能，方便維護人員維護。監控軟件可以對報警信號進行自動發現，報警實時上報，在電源恢復后，也能及時根據斷電報警裝置的狀態，消除報警。

7.2 缺點

短信方式主要采用自主上報方式，如果運營商短信擁塞，則存在丟短信可能。此時如不設置系統復核功能，則將會丟失能耗數據；如設置定時系統復核功能，對未到數據的采集點主動要求二次發送，則可避免數據丟失。

8 結束語

本文設計了基于短信的能耗采集系統架構，并對基于短信的采集單元進行了功能設計，提出基于短信的能耗采集系統具有同時采集、輪流上報；節省投資；增強網絡安全性；簡化網絡結構，方便維護；提供維護功能等五大優點；并對存在的缺點提出了解決辦法。

［1］ 唐翔宇，史慶飛.通信設備的能效評估［J］.電子質量，2009，（4）：63－65.

［2］ 國家能源局.DLT698.42－2010電能信息采集與管理系統 第4－2部分［S］.國家能源局，2010.

［3］ 中華人民國共和國國家發展與改革委員會.DL645－2007多功能電能表通信協議［S］.中華人民國共和國國家經濟貿易委員會，2007.