貴陽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院　羅　毅

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探討低壓電力線載波通信在熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用

貴陽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院羅毅

針對熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中低壓電力線載波通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，首先對低壓電力線載波通信技術(shù)及熱量表進(jìn)行簡要介紹，然后提出以熱量表為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，最后對此通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深入分析，旨在為遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化提供可靠依據(jù)。

低壓電力線載波通信；熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)；應(yīng)用

熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的應(yīng)用和普及解決了傳統(tǒng)人工抄表方式的諸多問題，是熱力行業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。通過對低壓電力線載波通信技術(shù)的全面應(yīng)用，可為遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)提供更多的優(yōu)勢，如無需重新布線、降低成本、連接便利等，具有很高的應(yīng)用與推廣價(jià)值。

1　低壓電力線載波通信與熱量表

1.1低壓電力線載波通信技術(shù)

電力線載波通信技術(shù)（PLC，Power Line Communication）主要指的是充分運(yùn)用現(xiàn)有的電力線以載波的方式對信號進(jìn)行高速傳輸，是一種新型通信方式［1］。該技術(shù)在上世紀(jì)二十年代就被應(yīng)用于10kV配電網(wǎng)絡(luò)線路當(dāng)中，同時(shí)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。由于將電力線當(dāng)作載波信號的主要傳輸媒介，所以此通信技術(shù)具備良好的穩(wěn)定性與可靠性，是無需在線路敷設(shè)上花費(fèi)大量成本的通信方式。在實(shí)際工作中合理運(yùn)用這種通信技術(shù)，能大幅節(jié)省投資，無需架設(shè)專線，也無需對頻譜進(jìn)行占用，并且便于維護(hù)，線路相對簡單，經(jīng)濟(jì)性高。針對低壓配電網(wǎng)，可借助電力線完成用電數(shù)據(jù)傳輸，對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)采集與統(tǒng)計(jì)，是得到國際認(rèn)可的最佳方案。如今，在低壓范圍中，PLC技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，尤其是在遠(yuǎn)程抄表等方面，具備使用方便、快速便捷等明顯優(yōu)勢。

1.2熱量表

伴隨國內(nèi)供熱收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的不斷改革，熱量表得到了大范圍的應(yīng)用。然而長期以來，小區(qū)物業(yè)針對用熱統(tǒng)計(jì)始終都運(yùn)用傳統(tǒng)的人工抄表，這種統(tǒng)計(jì)和計(jì)量方式存在很多不便，如工作量巨大、誤差大、人為差錯(cuò)多等，這對物業(yè)管理造成了極大的影響。基于這種實(shí)際情況，熱量表設(shè)施應(yīng)運(yùn)而生，成為未來發(fā)展的必然趨勢。與熱量表相匹配的遠(yuǎn)程抄表則具備施工方便、資源消耗量低等優(yōu)勢。

熱量表結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由三大部分構(gòu)成，分別為傳感裝置、單片機(jī)與顯示器。熱力企業(yè)在供應(yīng)熱水后，其會以很高的溫度進(jìn)入系統(tǒng)，再以低溫狀態(tài)流出，在這一過程當(dāng)中，借助熱量交換為所有用戶提供足夠的熱量。溫度傳感器足共有兩個(gè)，分別布置在上行管與上下管，發(fā)出代表溫度差異的信號；流量傳感裝置布置在回流管，發(fā)出和流量成正比關(guān)系的信號；單片機(jī)主要用于傳感信號采集，算出系統(tǒng)所獲取的總熱量值。

圖1　熱量表結(jié)構(gòu)示意圖

熱量傳輸主要受到三個(gè)因素的影響，分別為流體質(zhì)量、溫度與比熱容。從熱量表的角度分析，其進(jìn)口與出口焓值和時(shí)間成一定比例［2］。在我國，熱量表通常運(yùn)用焓差法對熱量值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下所示：q

2　以熱量表為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

目前，基于熱量表的抄表方式主要有三種，分別為人工抄表、預(yù)付費(fèi)以及遠(yuǎn)程自動抄表，在遠(yuǎn)程自動抄表中，以GPRS與低壓電力線系統(tǒng)最為常用。熱力部門借助此系統(tǒng)能準(zhǔn)確讀取不同用戶的熱量消耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了抄表作業(yè)的系統(tǒng)化、自動化與遠(yuǎn)程化目標(biāo)。對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，其可概括為四級設(shè)備與兩級通道，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　以熱量表為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)示意圖

其中，四級設(shè)備是指若干個(gè)熱量表、數(shù)據(jù)采集器、集中器與數(shù)據(jù)中心。熱量表布置在最底層，由若干個(gè)表共同組成，主要完成信息記錄。采集器為第二級設(shè)備，一個(gè)采集器能通信多臺熱量表，根據(jù)上一級設(shè)備發(fā)出的指令對數(shù)據(jù)實(shí)施采集與存儲，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至上一層，可結(jié)合實(shí)際情況確定熱量表的最佳數(shù)量。集中器為第三級設(shè)備，它可以實(shí)時(shí)下達(dá)抄表的指令，接收到采集器向上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便于上層設(shè)備進(jìn)行取用。數(shù)據(jù)中心為第四級設(shè)備，也是系統(tǒng)最上一層，其主要依靠系統(tǒng)的連接實(shí)現(xiàn)管理，完成核算及收繳等基本功能。兩級通道是指上行與下行通道，集中器和數(shù)據(jù)中心間的通信通道是上行通道，而集中器與采集器間的通信通道是上行通道，主要借助PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作。

3　低壓電力線載波通信在熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1擴(kuò)頻通信

擴(kuò)頻通信（SSC，Spread Spectrum Communication）指的是在發(fā)射信號端對信號進(jìn)行擴(kuò)展，然后再實(shí)施傳輸，在接收信號段利用配套技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)與解調(diào)［3］。頻帶展寬主要使用編碼等方式，擴(kuò)展主要由獨(dú)立碼序列實(shí)現(xiàn)，和信息數(shù)據(jù)無直接關(guān)系，擴(kuò)頻的基本原理如圖3所示。

圖3　擴(kuò)頻通信原理示意圖

擴(kuò)頻技術(shù)的核心理論為香農(nóng)定理，常用的實(shí)現(xiàn)方法為將未進(jìn)行擴(kuò)頻的信號和擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相乘，進(jìn)而獲得擴(kuò)頻信號。擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻方法主要有四種，其一為跳頻FH、跳時(shí)TH、線性跳頻與直接序列擴(kuò)頻。對于PLC技術(shù)而言，線性跳頻與直接序列擴(kuò)頻的應(yīng)用較為廣泛。擴(kuò)頻信號具有較強(qiáng)的抗干擾性，支持多址通信，自身具備很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。擴(kuò)頻系統(tǒng)主要有兩方面優(yōu)勢，其一為傳輸帶寬比原始帶寬大很多；其二為擴(kuò)頻函數(shù)直接決定了傳輸帶寬。

3.2正交頻分復(fù)用

正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency Division

Multiplexing）為多載波調(diào)制傳輸技術(shù)［4］。首先，對頻譜進(jìn)行分解，然后生成多個(gè)子載波，這些子載波對應(yīng)的幅頻響應(yīng)當(dāng)重疊或正交。該技術(shù)最明顯的優(yōu)勢在于具有極高的傳輸速度，且抗碼之間的干擾能力很強(qiáng)。技術(shù)思路為將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成若干個(gè)正交狀態(tài)的子載波，然后進(jìn)行并行傳輸，這樣不僅可以有效提升傳輸效率，還可以對干擾進(jìn)行抑制。因此，該技術(shù)是將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成低速傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)，盡管單個(gè)載波的實(shí)際傳輸效率并不是很高，但通過對多個(gè)信道的疊加，可以獲取極高的傳輸效率。由此可見，該技術(shù)的合理運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速度傳輸，此外還能抑制干擾的產(chǎn)生和影響，然而其在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面存在一定差別，在電力線載波通信中的實(shí)際應(yīng)用也有各自的特征與優(yōu)勢。對于頻帶限制強(qiáng)的系統(tǒng)當(dāng)中，OFDM技術(shù)和編碼技術(shù)的相互結(jié)合能獲取最為可觀的數(shù)據(jù)傳輸容量。而在高速系統(tǒng)當(dāng)中，該技術(shù)可以發(fā)揮出抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。

4　結(jié)束語

綜上所述，在熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中通過對低壓電力線載波通信技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)高速傳輸、大范圍覆蓋且降低經(jīng)濟(jì)成本等目標(biāo)，還大幅降低了人員的工作量，提升工作效率與準(zhǔn)確性，為熱力企業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)支撐。

［1］路銀川，陳良.低壓電力線載波通信在熱量表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2012，10（08）:63-65.

［2］付揚(yáng)，姜美玲.基于GPRS和低壓電力線載波通信的智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.工礦自動化，2009，11（06）:125-128.

［3］李玉清，宗曉杰，孫紅敏.基于遠(yuǎn)程自動抄表應(yīng)用的低壓電力線載波通信技術(shù)研究［J］.黑龍江電力，2003，12（01）:44-47.

［4］趙蓉，承浩.基于低壓電力線載波通信的遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.沙洲職業(yè)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，9（02）:8-11.

2014年貴州省科學(xué)技術(shù)聯(lián)合基金“基于DPSK低壓電力線傳輸?shù)倪h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的應(yīng)用與研究”（項(xiàng)目編號：黔科合LH字［2014］7200號）。

羅毅（1980—），男，貴州貴陽人，碩士，講師，貴陽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院教師，主要研究方向：電子信息、自動控制、信號處理。