鄭順波

摘要：傳統(tǒng)的電能表集抄技術(shù)主要由抄表主站、采集器、集中器、電能表組成，采用載波、無線或有線方式通信，或多種方式混用，如采集器和電能表采用485接口聯(lián)接，采集器至集中器之間采用載波方式，再由集中器通過GPRS方式與抄表主站聯(lián)系實現(xiàn)通信。這種抄表技術(shù)節(jié)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)通過多種設(shè)備處理轉(zhuǎn)換，特別是載波方式受環(huán)境及線路運(yùn)行工況影響較大，抄表成功率不高，實時抄表響應(yīng)差。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，對基于以太網(wǎng)實時點(diǎn)對點(diǎn)電能表組網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表進(jìn)行了研究，提出了該技術(shù)應(yīng)用的可行性及實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、點(diǎn)對點(diǎn)透明傳輸、電能表、遠(yuǎn)程抄表

中圖分類號：TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言

傳統(tǒng)的電能表集抄技術(shù)主要由抄表主站、采集器、集中器、電能表組成，采用載波、無線或有線方式通信，采集器和電能表采用485接口聯(lián)接，采集器至集中器之間采用載波方式，再由集中器通過GPRS方式與抄表主站聯(lián)系實現(xiàn)通信。這種抄表技術(shù)節(jié)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)通過多種設(shè)備存儲處理轉(zhuǎn)換，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜且工作量大，由于受環(huán)境及線路運(yùn)行工況影響較大，系統(tǒng)不可靠，一次抄表成功率不高，實時抄表響應(yīng)差，為提升抄表成功率，傳統(tǒng)的集抄系統(tǒng)對不成功的電能表，采用不斷巡測補(bǔ)抄方式，系統(tǒng)運(yùn)行效率低，經(jīng)過較長時間仍不能得到有效提升，同時通訊節(jié)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬數(shù)字存儲加工，集抄成功率得不到持續(xù)的提高，且系統(tǒng)遠(yuǎn)控功能有效性不高，直接影響營銷自動化手段的應(yīng)用和營銷服務(wù)的拓展。

一、研究思路

隨著計算機(jī)技術(shù)以及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，更高更快速使用公用以太網(wǎng)通訊方式的技術(shù)成熟，采用以太網(wǎng)組網(wǎng)方式構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為可能，依托公用以太網(wǎng)通訊技術(shù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)，解決傳統(tǒng)集中抄表成功率及實時控制的瓶徑問題，選擇和實現(xiàn)更快更可靠的數(shù)據(jù)傳送方式，提高的抄表成功率，關(guān)鍵在于減少中間環(huán)節(jié)，設(shè)計點(diǎn)對點(diǎn)透明數(shù)據(jù)傳輸通訊是最直接方式，總體設(shè)計通訊采集環(huán)節(jié)如下：

整個系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)采用協(xié)議轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)主站與電能表聯(lián)接，電能表通過RS485接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換器聯(lián)接，再通過以太網(wǎng)與抄表主站相聯(lián)，實現(xiàn)主站命令與電能表的點(diǎn)對點(diǎn)通信；數(shù)據(jù)采集傳輸過程全數(shù)字化，協(xié)議轉(zhuǎn)換器作為數(shù)據(jù)透明傳輸裝置，只對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行實時原文轉(zhuǎn)換，不對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。

二、抄表軟硬件需求分析和實現(xiàn)

（一）硬件需求分析：

1、網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)分析

從目前的技術(shù)手段來看，公用以太網(wǎng)通訊是一種較為可靠、優(yōu)質(zhì)的信息傳輸通道；鑒于目前的集中器采用存儲數(shù)據(jù)后與主站交互的通訊方式，需探索用新的數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)方式，需拋開傳統(tǒng)模式，減少中間數(shù)據(jù)傳輸加工節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié)，采用具有RS485直接轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換透明傳輸設(shè)備，直接由通過主站、公用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器直聯(lián)點(diǎn)對點(diǎn)讀表，提高抄表遠(yuǎn)控的實時、有效性，組網(wǎng)關(guān)鍵在于通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，由RS485轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，需采用有線和無線方式通過公用以太網(wǎng)建立與主站中心直接的數(shù)字化可靠通訊，目前電信、廣電網(wǎng)絡(luò)等有線和移動等無線公網(wǎng)已已覆蓋絕大多數(shù)的居民住戶，滿足抄表中雙向通訊和覆蓋組網(wǎng)要求。 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)接入如下：

2、協(xié)議轉(zhuǎn)換器分析

為實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，需采用RS485到 RJ45的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器和RS485到無線TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，要能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)透明傳輸，具有RS485串口的設(shè)備立即具備聯(lián)入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的功能；現(xiàn)在RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器是較為成熟產(chǎn)品，國內(nèi)有較多廠家，均提供RS485到 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)到RS485/422的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，均屬于工業(yè)級設(shè)備，在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。

3、電能表分析

電能表需具備RS485通訊接口，以實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器對其通訊聯(lián)接；根據(jù)現(xiàn)使用電能表均配有電能表均已具備RS485通訊接口，使協(xié)議轉(zhuǎn)換器具備了接入電能表進(jìn)行數(shù)字化通訊的基本條件。

（二） 軟件需求分析：

采用了依托以太網(wǎng)方式進(jìn)行組網(wǎng)后，各個電能表相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)上的一個個客戶端，為實現(xiàn)采集和控制，原先由集中器、采集器負(fù)責(zé)的表計輪抄、規(guī)約解析、數(shù)據(jù)存貯的工作都需要由主站系統(tǒng)軟件完成，后臺工作要實現(xiàn)集中在主站的數(shù)據(jù)采集和存儲，前臺現(xiàn)場要實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器的采集參數(shù)編程；目前傳統(tǒng)主站軟件從功能架構(gòu)上已具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用、遠(yuǎn)程監(jiān)測、綜合分析功能，主要需要擴(kuò)充采集方式和解析數(shù)據(jù)存貯方式管理，以及對應(yīng)現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換器地址和數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)設(shè)置。

（三）采集性能需求分析

性能需求：日抄表成功率=100%，單表實時召測成功率>99% ，單表實時抄表響應(yīng)時間<.5秒；單表實時遠(yuǎn)程命令響應(yīng)時間：<5秒；以目前主流應(yīng)用服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)，在通訊網(wǎng)絡(luò)良好的情況下，最快達(dá)毫秒級以上。

（四）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析

通過進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換將RS485轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，需組建公用太網(wǎng)絡(luò)與主站中心直接通訊，拋棄集中器、采集器，采用協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，組建以太網(wǎng)絡(luò)，通訊方式采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP方式，物理通道接入主站采用光纖；現(xiàn)在計量自動化主站系統(tǒng)均已接入公網(wǎng)通道網(wǎng)絡(luò)通訊和具備擴(kuò)充能力。

三、系統(tǒng)的實施

（一）網(wǎng)絡(luò)接入及搭建

1、從目前的技術(shù)手段來看，公網(wǎng)通訊是一種較為可靠優(yōu)質(zhì)的傳輸通道?？紤]到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，采用租用公網(wǎng)通道方式進(jìn)行聯(lián)接，且設(shè)置安全防護(hù)，方式為：（1）租用網(wǎng)絡(luò)商有線網(wǎng)絡(luò)通道方式，提供其專用線路，根據(jù)抄表使用需求開通和接入抄表現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換器與公網(wǎng)的通訊聯(lián)接；（2）租用移動無線GPRS數(shù)據(jù)卡和專線，實現(xiàn)不具備有線接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換器抄表的區(qū)域接入。

2、現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換器及電能表接入：將協(xié)議轉(zhuǎn)換器接入以太網(wǎng)，另一端聯(lián)接1只及以上的RS485接口電能表，設(shè)置轉(zhuǎn)換器有唯一的IP地址相應(yīng)匹配電能表數(shù)據(jù)傳輸波特率。

（二）軟件實施

主站軟件從系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)上對主站層、通信通道層、采集設(shè)備層三個層次進(jìn)行完善，從功能架構(gòu)上依照數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用、遠(yuǎn)程監(jiān)測、綜合分析六大部分完成開發(fā) 。

四、完成效果

根據(jù)方案實施和構(gòu)建組網(wǎng)后，達(dá)到了：實現(xiàn)了抄表主站、以太網(wǎng)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器及電能表的組網(wǎng)；其中抄表主站通過以太網(wǎng)聯(lián)接至少一只及以上的RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器，RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過RS485接口與至少一只及以上的RS485電能表聯(lián)接。較傳統(tǒng)集中器、采集器模式組網(wǎng)更為簡潔，使用設(shè)備少；采用協(xié)議轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)系統(tǒng)間聯(lián)接，電能表通過RS485接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換器聯(lián)接，協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過以太網(wǎng)與抄表主站相聯(lián)，并通過主站命令實現(xiàn)主站與電能表的直接通信，實現(xiàn)抄表和控制功能；基于以太網(wǎng)實時點(diǎn)對點(diǎn)電能表集中抄表系統(tǒng)，抄表系統(tǒng)基于以太網(wǎng)IP技術(shù)，數(shù)據(jù)采集傳輸過程實現(xiàn)透明全數(shù)字化；其抄表效率高質(zhì)量高，主站采用并發(fā)方式抄表提高抄表效率，對單表的抄表控制時間約為2秒，日抄表成功率=100%； 單表實時召測成功率>99%；系統(tǒng)采用了簡化的組網(wǎng)方式，使系統(tǒng)維護(hù)較為簡便。

五 結(jié)語：

通過依托以太網(wǎng)的點(diǎn)對點(diǎn)抄表控制通訊，協(xié)議轉(zhuǎn)換器接到主站命令時，根據(jù)設(shè)置的波特率實現(xiàn)將以太網(wǎng)接口數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為RS485信號，通過有線傳輸?shù)诫娔鼙?，電能表根?jù)命令內(nèi)容回復(fù)相應(yīng)數(shù)據(jù)或執(zhí)行動作，回復(fù)數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器將RS485信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)信號發(fā)向主站，實現(xiàn)抄表功能或控制；可達(dá)到：日抄表成功率>99% ，單表實時召測成功率>99% ，單表實時抄表響應(yīng)時間和遠(yuǎn)程命令響應(yīng)時間約2秒；同時具備系統(tǒng)投資省、設(shè)備精簡、施工簡單、維護(hù)量小，且響應(yīng)及時、可靠性高、日抄表成功率達(dá)100%（排除公網(wǎng)通訊原因），改善了控制抄表成功率及實時性，改善了以往集抄模式，利用轉(zhuǎn)換器，通過以太網(wǎng)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，提高電力營銷自動化的水平，為營銷預(yù)付費(fèi)、實時結(jié)算等營銷服務(wù)的拓展創(chuàng)造了條件。

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