基于GPRS的電能計量無線采集系統設計

呂國麗

國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院

基于GPRS的電能計量無線采集系統設計

呂國麗

國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院

電能計量管理直接關系到電力企業的經濟效益和用戶電費的合理負擔，電能計量的準確性、可靠性一直是電力部門和用電用戶關注的焦點。為進一步提高電能計量的穩定性、安全性及數據傳輸的可靠性和完整性，本文在深入研究當前電能計量技術和GPRS通信技術的基礎上，提出并實現了基于GPRS網絡的、融合計算機技術和數據庫技術的具有多種功能的電能計量數據采集系統。本文論述了GPRS網絡結構和工作原理，在此基礎上通過通信方案對比以及系統的需求和功能分析，選擇了適合要求的GPRS通信方案，并確定了系統結構。

GPRS通信技術；電能計量；系統設計

隨著電力系統的發展而引發的電能供需矛盾的加劇，這便對電能計量儀器儀表提出更多功能化的要求，希望它不僅能準確計量電能，而且也能應用于管理。因此功能單一電能計量設備已不適應現代電能管理的要求。?我國電力系統長期以來的查收方式是人工采集，由查表人員入戶查表計費，再由收費人員入戶收費或將收費單送到用戶通過銀行進行結算。隨著我國電力事業的發展，電力系統兩網改造工作的逐漸推進，廠網分離、同網同價和分時計費等政策的出臺，用電網絡規模急劇膨脹，使得供電企業對用電網絡的管理任務日益加劇。

1 GPRS 無線通信技術概述

GPRS是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務[6]，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、頻帶、突發結構、跳頻規則以及TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業務信道極其相似。因此，現有的基站子系統(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。GPRS特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

2 系統總體設計

2.1 系統數據采集方式

1)?RS-485?總線采集。RS-485的接口是TLA/EIA-485所描述的接口。RS-485收發器采用平衡發送和差分接收，即在發送端，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故數據傳輸可達千米以外。RS-485最大傳輸速率可達10Mbps，當波特率為1200bps時，最大傳輸距離理論上可達15千米。RS-485接口在一個通道上可進行半雙工通信，所以只需兩根線就能完成雙向通信，很方便地構成一點對多點通信網絡。總線上掛接的節點個數因選用的接口驅動芯片而異，最多可接128個節點。

2)低壓電力線載波采集。電力線載波的電能采集方式是一種利用現有的電力網進行電能參數采集的方式，低壓電力線通到了每家每戶，利用低壓電力線作為自動采集系統的底層數據通道，具有無需布線、安裝使用比較方便，而且無需支付數據傳輸的費用等優點。在發送數據時，發送器先將數據調制到一個高頻載波上，經過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。

3)紅外采集。紅外采集系統是由手持紅外采集器、帶紅外通信功能的電能表和管理中心組成。手持紅外采集器和電能表均具有紅外通信電路。采集時，由工作人員攜帶手持紅外采集器到現場采集，將用戶用電量等信息集中記錄并保存起來，再由工作人員攜帶到管理中心后傳輸給計算機進行處理。?紅外采集原理比較簡單。此方式是以紅外線作為通信載體，通過紅外光在空中傳播來進行數據傳輸的。紅外通信由紅外發射器和紅外接收器來完成。在發射端，發送的數字信號經過適當的調制編碼后，送入電光變換電路，經紅外發射管轉變為紅外光脈沖發射到空中；在接收端，紅外接收器對接收到的紅外光脈沖進行光電變換，變化后的電脈沖信號經譯碼后恢復出原始數據。

2.2 基于 GPRS 的電能計量無線采集系統的構建

“一戶一表，集中采集，銀行聯網”已成為電能計量計費信息化的長期發展目標，這就決定了采集系統的兩個基本特點：系統數據采集點多，采集點具有分散性，數據量大；系統是一個覆蓋面很廣的通信網絡。

1)終端的設計。目標是為實現數據自動采集傳輸和遠程控制設計的系統，應遵循國際、國家有關標準。下面是對終端詳細的設計需求：1.終端應能完成對遠程數據的高精度采集，安全可靠地存儲帶時標的數據、能按指定的時間起點、指定的內容向監控中心傳送信息。2.現場數據采集的接入采用RS-232/RS-485的傳輸方式，具有接入多功能電子傳感器的功能，且便攜式設備應可轉存終端裝置內的數據。3.內置實時時鐘，能接受監控中心的對時命令或與便攜式設備(PDA)對時。4.應具備同時與多個遠方監控中心通信的功能，通過傳輸通道將信息送監控中心系統，但只能定義有一個端口能遠方設置參數。5.采用GPRS網絡與遠方監控中心通信。

2)軟件設計。監控中心的軟件設計主要包括遠程的網絡接入，數據的收發與數據庫安全性管理，對終端的維護以及相關的數據庫，此外，針對不同的用戶對象，還要有一些應用層次的設計。監控中心軟件的最主要功能是實現接受發送UDP或TCP協議的IP包，以實現與GPRS終端的IP協議通信，實現通信后，中心軟件預留接口，針對不同類型監控中心應用軟件安裝在監控中心的計算機上，用于用電管理人員對電能計量檢測區域內的所有被檢測用戶進行全程監視。

綜上，本文提出將數據通過GPRS無線通信網絡傳輸給管理計算機。這樣的系統結構、功能將電能測試計量與電能抄表有機地結合在一起，是信息化社會中電網自動化的一個重要嘗試。

[1]歐勇.電能計量的無線采集與監視系統性能的研究[D].重慶大學，2007.

[2]苗文山.基于GPRS技術的遠程無線自動電能抄表系統的設計[D].太原理工大學，2008.

[3]蔣德珍.電能信息無線采集系統設計與實現[D].山東大學，2011.