一、系统概述
随着无线通信数字网络的发展，无线远程自动抄表已成为发展的必然趋势，其应用领域极为广阔。目前基于仪器、仪表分布点多面广，其远程抄表大多仍沿用有线传输方式，线路维护量很大。由于电话线公用，通讯时经常发生冲突，既影响了数据的传输也对电调部门的正常工作造成了干扰，并且此种方式对通讯部门程控交换机正常。稳定的运行也有一定的影响。为保证传输质量，若采用专线方式，投资成本太高；采用中国移动GPRS无线数字网的通讯方式，很好地解决了远程抄表的瓶颈问题。用户上网可以免受断线的痛苦。使用GPRS无线组网方案，数据实现分组发送和接收，用户就可以总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。
本系统具有采集数据快速准确，能快速生成用电统计分析,交费单据等特点，与传统的人工抄表、电话线抄表相比，极大地提高了效率。除了准确、实时抄表外，还提供了设备管理功能，如告警：开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警等；控制：对欠费用户进行拉闸等。并提供停电数据保护功能，在停电48--72小时内仍可抄表和监控。本系统结合移动公司的短信平台，在告警时，可根据具体内容发短信给相关的管理人员。本系统提供丰富的接口，可与电业系统的MIS系统链接或进行二次开发。抄表软件系统数据库为SQL数据库，运行于WIN98/2000/XP、NT的操作系统，易于使用。软件所能管理的用户数量没有限制。
二、系统特点
1、建设周期短，成本低：
GPRS无线网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
2、实时性强：
由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
3、可对电表设备进行远程控制：
通过GPRS双向通讯方式还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制作用。
4、集抄范围广：
GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
5、系统的传输容量大：
配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、数据传送速率高：
每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达
171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
7、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。
8、系统易于扩展和维护。
三、系统组成
居民用户的用电数据由付费率电表通过RS485传到电表集中器，电表集中器通过RS232/RS485串口与GPRSDTU连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。 整个系统有电度表和数据采集终端、GPRS DTU、监控中心三大部分组成。
1、主站：监控中心
监控中心主要组成部分装有系统软件的计算机（服务器或PC机），配置一个固定或动态IP能连入Internet和数据采集端进行数据通信。为了是数据通信更加安全的话可以监控中心可以采用移动公司提供的DDN专线与GPRS网络相连，由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。 配电中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到配电中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。 配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。
2、从站：数据采集终端
从站为现场各采集站点，本方案采用 GPRS DTU主要适用于现场在户外，无任何有线或其它通讯链路的情况。
1）GPRS DTU和电表一对多的连接方式
若变电站的电表很集中,可采用一台集中器或采集器通过RS485将集中的电表并联,并实时采集电表信息,然后通过RS232串口线将GPRS DTU接到集中器或采集器上。GPRS DTU将集中器或采集器采集到各电表的信息，再经由GPRS无线网络经过NET地址转换协议连入互联网，最后传输到主控中心的服务器上。
2）GPRS DTU和电表一对一的连接方式
若电表比较分散，将每块电表通过RS485/RS232串口线连接一台GPRS DTU。此时GPRS DTU直接将每块电表的信息通过GPRS无线网络经过NET地址转换协议连入互联网，最后传输到主控中心服务器上。
3、GPRS DTU功能及特点
无线通讯部分主要是借助GPRS DTU通过GPRS无线网络进行数据采集端和监控中心之间的数据通讯工作。
DTU是指数据终端设备（Data Terminal unit)，可以理解为下位GPRS发射终端，在进行通信时，在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。
GPRS DTU全称GPRS数据传输单元，在国内目前实际上对GPRS DTU具有更加明确的约定：GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS网络进行传送的GPRS无线设备。
◆内部集成TCP/IP协议栈
GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；它具备GPRS/CDMA拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。
◆提供串口数据双向转换功能
GPRS/CDMA DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS/CDMA DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS/CDMA DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS/CDMA DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。
◆支持自动心跳，保持永久在线
GPRS/CDMA通信网络的优点之一就是支持GPRS/CDMA终端设备永久在线，因此典型的GPRS/CDMA DTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。
◆支持参数配置，永久保存
GPRS/CDMA DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS/CDMA DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。
◆支持用户串口参数设置
不同用户设备的串口参数有所不同，DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。
◆符合工业化设计适应恶劣环境能力更强
◆ RS232 串口速率高达230400 bps
◆ 支持RS232 三线标准或九线标准
◆ 内置TCP/IP 协议栈，支持TCP/UDP 网络协议
◆ 数据终端永远在线
◆ 掉线自动重拨功能
◆ 通过超级终端类似于AT 指令方式或专用设置程序来设置通信参数
◆ 设备之间透明传输/非通明传输
◆ 支持静态IP 或域名方式连接远程主机
◆ 供电：+5V，可根据客户需要定制宽电压输入+5V~ +40V
◆ 耗电：待机状态230~330mA；上网状态450~460mA；传输状态460~470mA
◆ 工作温度：-40℃ ~ +70℃
◆ 储存温度：-50℃ ~ +85℃
◆ 支持RS232/RS485/RS422串口进行通讯
4、电度表
计量并显示用户的用电情况，将用电信息通过RS232/RS485传输到GPRS DTU，然后GPRS DTU通过GPRS无线网络传输到监控中心。这三个主要的组成部份是相互关联的主从关系
根据抄表对向的不同我们设计以下三种抄表模式：
居民用户抄表系统
电表：1.0级单相静止式（电子式）电度表，具有光耦脉冲输出功能。
1）采集器：
（1）24个I/O口，可带24户电度表
（2）停电数据保护
（3）带后备电源，停电后仍可抄表
2）抄表内容：
（1）电量
（2）其他
3）抄表形式：
（1）自动抄表
（2）定时上报
（3）实时查询
4）告警内容：
（1）开箱告警
（2）停电告警
5） 技术指标：
（1）系统容量：
采集器容量：最多接24块电表；
系统容量：原则上不受限制，实际可根据需要和主站电脑的容量确定；
（2） 通信距离：
采集器与电表：采用双芯多股线，对于机械表，距离≤500m；对于电子式电表，距离≤50m。主站与采集器：采用GPRS网络作为通信介质，距离不受限制；
（3）通信成功率:
主站与采集器之间，采用基于可靠连接的TCP/IP协议，通信成功率为100%。
大集团用户抄表系统
6） 电表：
（1）三相有功无功多功能表，有功0.5级、无功2级，具有RS-485通讯接口，电力部国标2004通讯规约。
（2）三相有功复费率表，有功1级，具有RS-485通讯接口，电力部国标2004通讯规约。实现电能量（有功、无功）的计量和功率因数、电压、电流、频率等参数的测量。
7）采集器
（1）带一个与电能表通讯的RS-485接口，一个与主站系统通信的GPRS接口，三个用于报警监测的开关量输入口和三个用于远程控制的模拟量输出口。
（2）支持部标通信规约
（3）停电数据保护
（4）控制输出（用于远程控制拉闸或其他功能）
（5）带后备电源，停电后仍可抄表
8）系统功能
（1）设置电能表的参数，读取各种计量和管理数据；
（2）抄表数据的统计、查询、备份、报表、图表生成；
（3）厂站管理；
（4）自动抄表、定时上报、实时查询等；
（5）掉电数据保存；
（6）瞬时量数据的综合处理；
（7）系统数据备份、存档和向外输出数据；
（8）历史数据事件记录功能；
（9）实时报警；
（10）根据线路上的表计关系计算线路损耗；
（11）可提供多路模拟量、开关量输入，实现开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过压告警、过流告警、过载告警、倾斜或移动报警等其他功能；
（12）远程控制断电功能；
（13）采集的参数丰富，如：
◆ 当前、上月、正向有功、反向有功、无功四象限的总及尖、峰、平、谷四费 率电量；
◆ 正向、反向、有功、无功的最大需量及最大需量发生时间；
◆ 有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率因数；
◆ 感想失压累计次数、失压累计时间、集抄器停电起止时间等；
◆ 单位时间负荷曲线、三相电流曲线、三相电压曲线、有功功率曲线、无功功、 率曲线、功率因数曲线。
9）技术指标：
（1）系统容量：
采集器容量：最多接255块电表；
系统容量：原则上不受限制每表一号，实际可根据需要和主站电脑的容量确定；（2）通信距离：
采集器与电表：采用RS-485接口及屏蔽双绞线，距离≤500m。主站与采集器：采用GPRS网络作为通信介质，距离不受限制；
（3）通信成功率:
主站与采集器之间，采用基于可靠连接的TCP/IP协议，通信成功率为100%；
（4）完全符合IEC1107标准及国电公司DL/T645《多功能电能表通讯规约》；
（5）工作电源：交流220V±20%，50Hz；
（6）通信速率：1200bps～33.6kbps；
（7）采集器功耗：≤1.5W
（8）工作环境条件：温度：-10℃～50℃，相对湿度：≤90%；
（9）耐压强度：2KV；绝缘电阻：2M欧姆；
（10）电表数据抄收率、可靠性和读数准确率达到100%。
变电站抄表系统
10）电表：三相有功无功多功能表。
11）带GPRS功能的采集器：
（1）带一个485口，三个开关量和三个模拟量；
（2）支持部标通信规约；
（3）停电数据保护；
（4）控制输出；
（5）带后备电源，停电后仍可抄表。
12）抄表内容：
（1）电压、电流；
（2）有功正、反向分时电量；无功四象限分时电量；
（3）有功正、反向分时最大需量及发生时间；
（4）无功正、反向分时最大需量及发生时间；
（5）断相时间、次数及断相期间用电量；
（6）负荷曲线。
13）抄表形式：
（1）自动抄表；
（2）定时上报；
（3）实时查询。
14）告警内容：
（1）开箱告警；
（2）停电告警；
（3）逆相告警；
（4）超温告警；
（5）过压告警；
（6）过流告警；
（7）过载告警；
（8）倾斜或移动报警等其他功能。
15）技术指标：
（1）系统容量：
采集器容量：最多接255块电表；
系统容量：原则上不受限制每表一号，实际可根据需要和主站电脑的容量确定；
（2）通信距离：
采集器与电表：采用RS-485接口及屏蔽双绞线，距离≤500m。主站与采集器：采用GPRS网络作为通信介质，距离不受限制；
四、系统功能
1、完善的系统日志：系统日志记录了进入系统，离开系统，收费，设置硬件，改变运行参数操作等及操作者，操作时间，凡是改变数据库的操作都被记录下来。
2、抄表速度快：抄表快、数据准确，抄表时PC机只读采集器的数据，数据传输采用115200波特率，传输速度快，并对每个数据块都有效验码，保证了传输的准确性。
3、广播对时功能：该功能使得系统中的所有电能表的时间基准与PC机保持一致，对时成功后，由电池供电的电能表内部时钟，不再需要PC机的干预。因此，只要保证在对时时刻，PC机的时间是正确的，以后在运行的过程中，改变PC机的时钟并不会影响电能表的时间。
4、自动抄表功能：按照设置的抄表开始时间和抄表间隔，到预定的抄表时刻，系统便会依次拨号去抄采集器或电表内的数据。对于抄不上数据，系统会自动补抄或人工发命令补抄。
5、电量冻结功能：可以方便地定义总表，安装和删除总表，给总表分配分表。通过安装适当的总表，结合抄冻结数据功能，就可得某一特定的时刻的总表读数，各分表的读数（由此得到读数和），就可以计算出某部分电路的电能损耗，为确定电费提供依据。
6、电费管理功能：收电费前，统一抄录一次电费数据。当确保数据库内的数据反映最近的电表读数后，利用程序中的功能自动计算出当月用电量和电费。交纳电费时，只需输入用户号，当月用电量和电费由程序填写。每笔电费都有详细记录，便于对帐。
7、设备管理功能，如告警：开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警、倾斜或移动报警等；控制：对欠费用户进行拉闸等。并提供停电数据保护功能，在停电48--72小时内仍可抄表和监控。本系统结合移动公司的短信平台，在告警时，可根据具体内容发短信给相关的管理人员。
8、用户界面清晰美观，操作简单，具有完善的在线帮助功能。对数据进行统计，分析，绘制负荷曲线，作平衡分析，具有与银行，客服中心的联网功能。
9、本系统适应范围广泛，单相版的软件可用于小区管理，网络版的软件可用于供电公司实现一座城市或地区的用电管理。
五、安全可靠性
在系统安全方面，本公司除了采用大型、多用户的SQL数据库、系统对用户实现分级授权管理和提供防火墙功能及完善的数据备份功能外，对GPRS网络无线数据监控中心还提供了安全技术解决方案，以确保数据安全可靠。
3.1 IP 过滤技术
由于监控中心服务于GPRS子网用户，所有访问客户的IP必为GPRS子网内的IP ，即所有的用户必须通过CMNET才可能访问该服务器。因此，我们在系统中采用了IP过滤技术，对所有接受的数据包进行过滤，抛弃掉所有的非法IP数据报。这一过程就好像将系统置身于CMNET的防火墙保护之下，所有的非法用户只有先穿过了CMNET的安全防护才有可能访问到本系统，但对于安全措施非常强大的CMNET网络来说，这将是非常的困难。
3.2 身份授权和密码认证体系
采用IP过滤技术尽管可以防止一些非CMNET网段用户的侵袭，但由于系统处于GPRS子网以外，IP过滤只能起到简单的安全防护，对于那些利用IP伪装技术的非法用户则无法识别。
由于该系统是专业化的服务系统，访问客户是预先确定的，利用这一特点，我们在系统中采用了用户ID和密码验证技术，系统中存储了有所客户端的MAC地址以及密码，对通过了IP过滤的数据包，再验证其ID号和密码。对于该系统以外的非法用户，获取合法的MAC地址和密码将十分困难，所以这一步极大可能地增加了系统的安全性。
3.3 数据安全加密通道
系统采用标准的SSL数据安全通讯协议在客户端和服务器端建立加密数据通道，保证私有数据传输的安全性；系统在应用层植入高可靠性的加密算法，使得数据在任何网络出错时都可以得到保证的高可靠性；采用MD5算法产生“报文摘要”已实现对所有发送报文的数字签名，保证了数据传输过程中的完整性，防止数据被篡改。
3.4 访问过程跟踪
系统对所有的访问过程进行日志记录，包括用户身份、IP、时间、数字签名、操作事项等信息，向系统管理人员提供了详细、完整、有效的操作证明。
六、总结
采用GPRS无线传输数据通讯方法解决了远程抄表系统的通讯问题，比起其它有线通讯方式有着不可比拟的优越性。节省了人力、物力、建设周期，大大提高了供电行业自动化数据监控的工作效率。 |
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