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470 MHz頻段燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)的研發(fā)

2012-02-07 10:17:00上海燃?xì)?/span>集團有限公司金美華
上海煤氣 2012年3期
關(guān)鍵詞:抄表燃?xì)獗?/a>技術(shù)規(guī)范

上海燃?xì)?集團)有限公司 金美華

燃?xì)獬硎侨細(xì)庑袠I(yè)管理和收費的一個重要環(huán)節(jié)。長期以來,國內(nèi)一直采用人工抄表,勞動強度大,準(zhǔn)確性和及時性都得不到可靠的保障,隨著民用住宅安保功能的提升和人們隱秘性意識的提高,對燃?xì)夤救霊舫韼砗艽罄щy。

近幾年來,通過上海燃?xì)?集團)公司的不斷試點和推廣,無線抄表新技術(shù)已被證明能夠較好地解決入戶難的矛盾,同時大大提高了工作效率。

目前,無線抄表系統(tǒng)尚無國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。上海燃?xì)?集團)有限公司在完成470 MHz頻段燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上,率先制定了國內(nèi)第一份《燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》,以此來統(tǒng)一、規(guī)范今后的產(chǎn)品。該技術(shù)規(guī)范不僅是市場準(zhǔn)入的技術(shù)門檻,而且是各家產(chǎn)品互通互容的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對國內(nèi)同行業(yè)具有借鑒和指導(dǎo)意義。

該技術(shù)規(guī)范已被批準(zhǔn)為上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(DB31/T 500—2010)。

1 無線頻段的選擇

近年來,各種用戶計量表自動抄表的案例在國外屢見不鮮。如電力線載波抄表技術(shù),在國內(nèi)外發(fā)展已經(jīng)基本成熟,發(fā)達(dá)國家的部分地區(qū)已經(jīng)開始使用電力線載波抄表。但燃?xì)獬聿捎秒娏€載波方式抄表的方案顯然是行不通的,因為通過電力公司轉(zhuǎn)發(fā)燃?xì)獗碜x數(shù)不方便管理,因而國內(nèi)外燃?xì)獬硌芯康闹攸c轉(zhuǎn)向了無線抄表的方案。

國內(nèi)外各燃?xì)夤緸樘岣叱砺?、降低入戶擾民的頻率,對集中抄表系統(tǒng)進(jìn)行了各種研究和嘗試。國內(nèi)燃?xì)夤緩?1999年就開始了遠(yuǎn)程集抄的嘗試,先后使用過單干簧管遠(yuǎn)傳煤氣表、雙干簧管遠(yuǎn)傳煤氣表、直讀式遠(yuǎn)傳煤氣表、485型采集器、CANBUS采集器、M-BUS集中器、便攜式抄表器等集中抄表設(shè)備和系統(tǒng)。經(jīng)過近幾年的推廣和應(yīng)用,無線抄表技術(shù)和普及率都有了很大的發(fā)展。然而,需要注意的是,參與燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)市場的廠家開發(fā)能力參差不齊,所提供的產(chǎn)品品種繁多,每家都有各自定義的通信規(guī)約,互不開放、互不兼容,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺可供使用;各廠商只能根據(jù)特定的產(chǎn)品進(jìn)行針對性的工程方案設(shè)計,耗時耗力,而不能對產(chǎn)品成套化安裝;設(shè)計定型后必須使用同廠商、同類產(chǎn)品進(jìn)行替換,無法使用其他廠商的同類產(chǎn)品進(jìn)行替代,使后期的使用和維護(hù)極為不便;各廠商采用不同的通信規(guī)約,無法統(tǒng)一,不但增加抄表的采集、維護(hù)成本,同時,多種多樣的數(shù)據(jù)格式,也給后續(xù)帳務(wù)平臺的處理帶來了諸多不便,并由此引發(fā)了一系列的問題,給行業(yè)管理部門帶來諸多的困難和挑戰(zhàn)。

國家無線電管理委員會規(guī)定470~510 MHz頻段為民用無線電計量儀表使用頻段?;趪覠o線電管理委員會 470 MHz頻段標(biāo)準(zhǔn),盡快開發(fā)出470~510 MHz頻段的無線抄表系統(tǒng)。在開發(fā)和測試的基礎(chǔ)上修訂現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)規(guī)范,盡早補充和完善無線抄表系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范,使各家供貨商的產(chǎn)品可以互換,便于管理和降低成本。目前國內(nèi)在470 MHz頻段無線抄表系統(tǒng)還未見報道,國外也無同類產(chǎn)品,因此,470 MHz頻段無線抄表系統(tǒng)的研發(fā)在國內(nèi)尚屬先進(jìn)。隨著行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷成熟規(guī)范、管理水平的不斷提高,國家相關(guān)部門對抄表設(shè)備監(jiān)管力度、市場引導(dǎo)等不斷加強,將抄表系統(tǒng)及相關(guān)配套產(chǎn)品納入重點計量器具范圍,建立市場準(zhǔn)入制度也將是必然。

2 通信協(xié)議的規(guī)范

為了使不同廠家生產(chǎn)的抄表設(shè)備具有互通和互換性,制定了《燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》,該規(guī)范包括系統(tǒng)架構(gòu)、空中通信接口、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸格式等內(nèi)容,具有很強的應(yīng)用指導(dǎo)性。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

考慮到各種可能的現(xiàn)場環(huán)境,燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)宜采用下述兩種系統(tǒng)架構(gòu)之一來構(gòu)建系統(tǒng),具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)1適合于環(huán)境不規(guī)則場所。工作方式:無線采集模塊平時等待中繼器的命令,一旦收到命令后,采集燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)發(fā)送給中繼器,集中器匯聚中繼器的數(shù)據(jù),最終匯聚到手持機。這種架構(gòu)的最簡形式是缺省中繼器和集中器,這時相當(dāng)于一個星型無線網(wǎng)絡(luò),即以手持機為中心對應(yīng)n個無線采集模塊。

系統(tǒng)架構(gòu)2適合于環(huán)境規(guī)則場所。比如高層住宅樓的上下層之間整齊排列,這相當(dāng)于一個線型無線網(wǎng)絡(luò),節(jié)點之間以相鄰接力的形式傳播數(shù)據(jù)。

說明:系統(tǒng)架構(gòu)框圖中手持抄表器和無線采集模塊在《燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中被統(tǒng)一定義為無線抄表器和燃?xì)獗頍o線通信裝置。

2.2 空中通信接口

燃?xì)獗頍o線通信裝置大都采用現(xiàn)成的無線芯片集成,而各種芯片采用的數(shù)據(jù)格式不能統(tǒng)一,這就造成即使是同樣的無線頻點和通信波特率也不能正確通信的問題,因此必須規(guī)范空中通信接口,主要包括無線信道的物理參數(shù)及數(shù)據(jù)幀格式。

無線信道的物理參數(shù)包括:波特率、編碼方式、調(diào)制方式、頻偏等。這些參數(shù)的確定是在綜合權(quán)衡電池節(jié)能及無線傳輸距離基礎(chǔ)上而確定的。例如波特率越高,傳輸所需時間就越短,電池耗能就越?。坏ㄌ芈试礁邿o線傳輸距離就越近。在無線發(fā)送與接收之間的物理參數(shù)匹配情況下,還必須滿足前導(dǎo)碼數(shù)據(jù)格式的一致,如表1所示。

表1 前導(dǎo)碼數(shù)據(jù)格式

2.3 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議規(guī)范無線抄表器和燃?xì)獗頍o線通信裝置之間的數(shù)據(jù)交換和應(yīng)答機制。以幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,每幀數(shù)據(jù)的總長度不大于256個字節(jié)。間隙接收周期為3秒,包括睡眠和接收時間。燃?xì)鉄o線抄表系統(tǒng)在MAC層中采用了如下的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu):

表2 數(shù)據(jù)幀格式

表3 數(shù)據(jù)幀字段中文說明

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)幀格式,一個典型的點對點抄表過程如圖2所示。

無線抄表器發(fā)送抄表喚醒命令,喚醒燃?xì)獗頍o線通信裝置,燃?xì)獗頍o線通信裝置被喚醒后處于等待命令狀態(tài),無線抄表器發(fā)送抄表命令抄寫用戶數(shù)據(jù),同時,啟動定時器來接收燃?xì)獗頍o線通信裝置的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)燃?xì)獗頍o線通信裝置接收到抄表命令后,進(jìn)行時間校正,然后發(fā)送數(shù)據(jù)信息。無線抄表器接收到燃?xì)獗頍o線通信裝置的數(shù)據(jù)應(yīng)答后,本次抄表過程結(jié)束。如果無線抄表器發(fā)送抄表命令后定時器超時仍沒有收到數(shù)據(jù)應(yīng)答,無線抄表器重發(fā)抄表命令。最大重發(fā)次數(shù)是三次。燃?xì)獗頍o線通信裝置在發(fā)送相應(yīng)信息后,再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

圖2 點對點抄表流程

3 示范應(yīng)用測試結(jié)果

上海燃?xì)?集團)限公司組織協(xié)調(diào)完成了 6 000套470 MHz頻段燃?xì)獗頍o線通信裝置和相關(guān)的無線抄表器的試生產(chǎn),并對470 MHz頻段點對點無線燃?xì)獬硐到y(tǒng)在下屬上海燃?xì)馄謻|銷售有限公司、上海燃?xì)馐斜变N售有限公司和上海大眾燃?xì)庥邢薰具M(jìn)行了6 000戶的示范應(yīng)用。

試點應(yīng)用工作共分兩個階段進(jìn)行,第一階段完成150套的小規(guī)模試點測試,在第一階段成功的基礎(chǔ)上第二階段完成6 000套規(guī)模的試點測試。經(jīng)過幾個月的運行,并先后進(jìn)行了無線抄表和人工抄表的抄見數(shù)核對,試點工作的具體情況如下:

樓型選擇:18層筒子樓,是無線抄表系統(tǒng)中的典型樓宇結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)形式屬于無線抄表中信號傳輸比較困難的樓宇結(jié)構(gòu)形式。

表4 無線智能表小規(guī)模試點應(yīng)用情況匯總表

表5 無線智能表大規(guī)模示范應(yīng)用情況匯總表

4 驗證測試平臺

為了對不同廠家生產(chǎn)的抄表設(shè)備進(jìn)行考核,研制了一套點對點無線燃?xì)獬硗ㄐ畔到y(tǒng)驗證測試平臺設(shè)備。

該設(shè)備具備嚴(yán)格的技術(shù)條件,硬件方面包括高精度的無線收發(fā)信機,以測試無線頻率的正確性;軟件方面包括自動化測試軟件,這是功能驗證平臺的核心和關(guān)鍵,它要完成燃?xì)獗頍o線通信裝置、無線抄表器的所有功能和通信協(xié)議,同時,它還要實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)交互的功能。

它可以實現(xiàn)燃?xì)獗頍o線通信裝置和無線抄表器的所有功能,對要測試的無線抄表系統(tǒng)進(jìn)行測試;自動化測試軟件的智能性、靈活性和易操作性也是系統(tǒng)方案設(shè)計中的一個難點。

該驗證平臺啟用至今,已接受了多家廠家驗證測試申請,其中4家通過了平臺驗證,實現(xiàn)了各家產(chǎn)品互通互容的目的。

5 結(jié)論

通過兩個階段不同規(guī)模不同樓型的試點測試,經(jīng)過集中式的無線抄表和人工抄表的比對,得出以下使用結(jié)論:

(1)470 MHz頻段無線智能表的無線抄見率達(dá)到了99.94%;

(2)470 MHz頻段無線智能表的讀數(shù)正確率達(dá)到了100%;

(3)無線抄表器與后臺數(shù)據(jù)庫能按要求完成數(shù)據(jù)的正確導(dǎo)入導(dǎo)出。

根據(jù)以上使用結(jié)論,可以得出470 MHz頻段無線智能表系統(tǒng)達(dá)到了燃?xì)獬淼娜粘J褂靡?,同時經(jīng)過近三年小規(guī)模區(qū)域使用證明,470 MHz頻段無線智能表系統(tǒng)運行性能穩(wěn)定可靠。

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