基于電力線載波技術的四表合一集抄系統研究

宋　芳，李小偉（.河南工業貿易職業學院，河南鄭州　450000；.黃河交通學院，河南焦作　454950）

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基于電力線載波技術的四表合一集抄系統研究

宋芳1，李小偉2
（1.河南工業貿易職業學院，河南鄭州450000；2.黃河交通學院，河南焦作454950）

摘要：近年來，國家為打造新型用能服務模式，建設跨行業能源運行動態數據集成平臺，鼓勵能源與信息基礎設施平臺共享復用，支持水、氣、電、熱集采集抄，實現煤、電、油、氣領域信息資源共享，全面支撐智慧城市建設。國家電網公司先行先試，重點推動“四表合一”工程，利用電力系統現有的采集平臺，基于電力線載波技術，融合兼容各種表計通信方式，建立“四表合一”集抄系統，實現水、電、氣、熱等公共事業數據一體化遠程抄收模式。

關鍵詞：四表合一；電力線載波；遠程集抄

1　概述

電能表的集抄系統經多年發展，已積累深厚的技術實力和豐富的集抄經驗，為四表合一奠定了堅實的設備和網絡基礎，且其在覆蓋率、上線率、運維支持及規范管理等方面的優勢，都是其他系統無法比擬和替代的。而目前電采系統中電力線載波是主要的通信和數據傳輸方式，為避免集抄設備的重復性投資，同時考慮到水、氣、暖三表的通訊方式，采用以電力線載波通信技術為基礎，構建四表合一集抄系統。

2　系統構成

四表合一數據集抄控制系統應用設備主要由主站系統、服務前置機、集中器、采集器、基本計量儀表單元（智能電表、智能水表、智能氣表和智能熱力表）以及與之配套的本地轉換器等構成，如圖1所示。該方案既兼容四表合一新建工程，又能解決型四表合一改造工程。

針對四表合一數據集抄新建工程，在施工初期就考慮四表合一集抄系統的建設，將各種計量儀表的通信線纜預先鋪設好，后期直接連接至四表合一采集器上即可。

針對改造型四表合一集抄工程，因前期在計量儀表建設期間沒有考慮通信線纜的鋪設，可以采用新增本地數據轉換器來解決。本地數據轉換器安裝在儀表附近，直接將儀表的數據轉換成符合電力集抄系統的數據格式和協議要求，轉換后的數據通過電力線載波或微功率無線或RS485融入電采系統，數據向上傳遞時復用電采系統的已有信道和設備，最終將數據上傳到主站。主站將四表數據進行分類存儲，形成數據源，然后進行各類數據的統計分析，生成各種報表，進行統一管理，并提供數據接口，可以水表管理系統、熱表管理系統、氣表管理系統進行對接，滿足這些系統對數據管理的需求。

圖1　系統結構圖

主站：進行數據管理和人機交互的設備，通常采用計算機設備作為主站，管理省一級范圍內的所有集采數據，具備管理、控制、存儲、打印等復雜的數據處理能力，并提供與其他管理系統進行數據導出的數據接口，能根據各表計管理的需要，將數據傳送至各自的系統平臺。

服務前置機：進行集抄系統設備管理、數據預處理和提供數據收發服務等。

集中器：采用主動方式與采集器和電能表進行數據通信的設備，并能夠將數據上傳至服務前置機，支持各計量儀表數據的本地存儲。

采集器：采用被動方式，根據集中器的命令進行計量儀表的采集或中繼轉發。

本地轉換器：針對不同的計量儀表，將數據進行格式轉換、協議轉換和通信方式的轉換設備。

3　系統功能

3.1數據抄錄

（1）凍結數據抄錄：系統可以抄錄水、電、熱、氣四表的日凍結數據，月凍結數據等凍結數據。

（2）實時數據抄錄：系統可以通過點抄的方式，直接抄錄四表的當前實時數據。

（3）遠程抄錄和本地抄錄：系統可以通過GPRS等方式在主站端對表計數據進行抄錄；也可以在現場通過集中器（可以通過按鍵或本地232接口）進行抄錄；還能夠通過手持設備在采集器端或表計端直接抄錄表計數據。

3.2參數設置

（1）終端參數設置：可以設置終端的地址、端口號、主站IP地址、通信規約類型等參數。

（2）抄表參數設置：可以設置表計類型、抄錄間隔、數據項、通信方式等參數。

3.3系統安全管理

在主站端不同的用戶根據權限指定相應的角色，不同的角色只能進行與其權限匹配的操作；集中器端設置有密碼，防止無關人員破壞操作。

3.4通信管理

（1）系統初始化：在系統上電時，系統自動加載默認參數、進行通信信道的拓撲分析，為通信路徑自適應準備條件。

（2）信號中繼：在點對點無法正常通信時，系統能夠自動對信號進行中繼放大，覆蓋整個臺區。

（3）中繼路徑自學習：在系統默認的路徑參數不能實現抄錄的條件下，系統自動學習新的中繼路徑，最后達到最優。

（4）中繼路由動態修改：為應對載波信道信噪比的時變屬性，抄表系統的通信管理具有動態修改路由的功能，在路由級數和抄表速度之間尋找最佳參數，兼顧抄到率和實時性。

（5）載波升級功能：可以在主站端，通過遠程下載，對現場的載波模塊或采集器進行載波升級。

3.5遠程對時功能

主站可以通過遠程對集中器進行對時，集中器通過載波信道對全網統一的校時。

3.6系統自診斷自恢復功能

系統具有一定程度的異常、故障監測與診斷能力，提供報警或提示，并自動復位恢復正常。

3.7事件記錄

對重要操作（參數配置、異常事件、報警故障等）進行記錄，生成報文，為日后數據分析、故障排查提供依據。

3.8系統擴展

系統采用平臺化設計，功能模塊可擴展，方便增加用戶的新增需求。

4　系統兼容性設計

根據四表合一數據集抄系統建設思想，是在原有電力信息采集系統的基礎上進行設備的改造升級，但由于歷史原因及水氣熱行業的現狀，需考慮解決系統的兼容性問題，才能保證四表合一數據集抄系統的順利推廣。

（1）集中器的兼容性設計。根據《四表合一數據集中采集拓展通信協議》，集中器的上行通信協議應符合Q/GDW 1376.1+，即在原有Q/GDW 1376.1的基礎上，增加支持四表合一數據項，使其能兼容四表合一主站。

（2）載波方案兼容性設計。考慮系統的投入成本，需要保持原有載波方案的基礎上，兼容水氣熱表計的數據集抄，集中器通信模塊需兼容四表合一擴展協議，對安裝在通信轉換器上的單相載波通信單元，需支持協議的透明傳輸，上電啟動交互命令需要透明化、規范化。

（3）表計規約的兼容性設計。按照國網公司發布的《四表合一數據集中采集拓展通信協議》文件規定，水氣熱表計接入四表合一數據集抄系統，表計通信需滿足CJ/T 188協議規范。

5　結語

基于電力線載波通信技術的四表合一數據集抄系統，利用電力系統現有采集平臺，通過技術的有機融合，構建一套實時雙向、通訊速度和效率高、安全可靠、安裝使用方便的自動化、智能化四表合一數據集抄系統。該系統的實際應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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［5］張麗麗.多用戶復費率電表及其遠程抄表系統的設計［D］.山東科技大學，2002.

Four Table One Set Copy System Research Based on
Power Line Carrier Technology

SONG Fang1，LI Xiao-wei2
（1.Henan Industrial Trade Vocational College，Zhengzhou，Henan 450000，China；2.Yellow River institute of Transportation，Jiaozuo，Henan 454950，China）

Abstract:In recent years，our country builds new service mode and constructs cross-industry energy running dynamic data integration platform to encourage reuse energy and information infrastructure platform for sharing，support for water，gas，electricity and heat collect copy，coal，electricity，oil and gas field information resource sharing，comprehensively supporting intelligent urban construction. State grid corporation establishes a system of“unity of four tables set“copy to achieve public utilities such as water，electricity，gas，heat integration of data remote copy mode.

Key words:four tables unity；Power line carrier；remote set copy

中圖分類號：TM73

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0052-02

收稿日期：2016-04-27

作者簡介：宋芳（1981-），女，河南南陽人，講師，主要研究方向：電子技術，檢測技術。