电力监测设备 无线远程抄表系统
1 系统应用背景
挨家挨户敲门查电表的方式,无论是对敲门的人来讲,还是对被敲门的人来讲,都是一件麻烦的事情。现在已有许多住宅用户都用上了预付费电卡,省去了查表的麻烦,但对电力部门来说,数据统计和实时监测仍然是一个有待解决的问题。通过远程抄表系统,电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心,以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。
2 系统概述
集中抄表系统是指由主站通过传输媒体(无线、有线、电力线载波等信道或IC卡等介质)将多个电能表电能量的记录值(窗口值)的信息集中抄读的系统。该系统主要由采集用户电能表电能量信息的采集终端(或采集模块)、集中器、信道和主站等设备组成。集中器数据可通过信道远距离传送到主站或经IC卡等介质集中抄收后输入到主站计算机。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器,居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485、RS232传到电表集中器,电表集中器通过RS232、RS485、以太网、电话线等透明数据传输终端连接,电表数据经过协议封装后发送到数据网络,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。
系统的功能
1、定时抄表(周期可调)。
2、可以同时抄到多块表的数据。
3、传输速率为9600bPS,
4、能识别表是否正常工作,如果用户的表有异常错误时本系统有自动上报功能 。
5、可以远程冻结用户的表。
6、可以实时跟踪某块表。
7、定时上报。
8、可以随时抄取某块表的某项。
3 系统组成
集中远程抄表系统由分布在全市、县各地的电表数据采集点,无线/有线的通讯网络和建在省、市、县的电力部门的配电中心站及电力管理部门的数据应用平台组成。
1、电表数据采集点:
电表数据采集点位于居民小区的信息中心,居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器,电表集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络,通过 GPRS网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统,实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上,既可支持单个电表,也可以同时支持多个电表,实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心;同时,电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块,对电表进行控制操作。
2、配电中心
配电中心服务器申请配置固定IP地址,采用省移动通信公司提供的DDN专线,与GPRS/电话网络相连。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。
3、数据传输网络:
电表集中器采集的数据经网络接口功能模块同时对数据进行解码处理,转换成在公网数据传送的格式,通过数据网络进行传输,最终传送到配电中心IP地址。
由于通信是基于IP地址的数据分组通信网络,配电中心计算机主机配置固定的IP地址,各个电表数据采集点采用模块和该主机进行通信。
4 系统总体设计
4.1 系统完整性设计
1、系统成套性设计,系统由各类电表系统采集点和中心站及电力部门管理用户应用终端构成。
2、系统软件完整性设计,提供中心站电表采集点组网监控软件一套,包括:数据传输、处理、入库、监控子系统,资料实时显示、历史资料统计查询、故障报警子系统。该软件基于GIS地理信息系统和SQLSERVER数据库开发。另提供采集点数据应用分析软件一套,该软件安装在电力部门管理用户处,提供电网实况监控、资料实时显示、历史资料查询、故障报警和数据分析等功能。
3、防护性能设计。参照相关标准,进行三防性能设计,使自动抄表数据采集设备能相应的电力环境下长期正常稳定地工作。
4、防干扰设计。考虑到仪器全天候无人值守作业,完善可靠的设备防干扰设计是非常重要的。自动采集点配备的防干扰组件提供了涵盖全套设备等一整套保护功能。并具有损坏远程主动报警功能,易于用户及时维护。
5、系统扩充性设计。可扩充性体现在中心站软件和自动站硬件上,现有中心站软件采用GIS地理信息系统,支持5000套以上自动数据采集点的接入与管理。稍加改动,原则上数量不受限制。采用独特的数据库引擎,提供数据的共享和发布。系统中的自动数据采集点,方便今后进行系统的扩充。
4.2 系统先进性设计
1、追求先进的技术指标,其中内控指标应优于客户要求。
2、采用先进的元器件,采用最新的低功耗MCU和高集成度、高性能的若干模块。
3、采用先进的通讯技术,本系统设计可采用均线的GPRS/CDMA1X和SMS短信热备份通讯技术或有线的电话线技术。
4、采用先进的软件技术,采用新的软件开发平台、独特的数据库引擎技术、商用主流地理信息系统。
5、采用先进的数据处理方法,采用数字滤波、数字界限剔除、数字校验与修复技术,提高数据的抗干扰能力,确保数据的正确性。
6、先进的电磁兼容设计。采用新颖的滤波器和开关电源,自动站采集器进行电磁兼容设计。
7、先进的防雷技术,电源系统采用3级防雷(交流供电中提供),信号采用2级防雷。
8、先进的结构设计,安装维护简单。
4.3 系统经济性设计
1. 采用具有先进性的成熟产品,自动抄表系统均采用了成熟产品,稳定可靠,减少了技术风险。
2. 采用北京硕人时代的STEC系列数据采集器采用模块化设计,减少维护时备品备件的周转量。
3. 统扩充性强,方便各种子站的接入,减少了系统以后扩容的难度和成本。
4. 完全自主研发,降低了软件费用和硬件成本。
4.4 系统可靠性设计
1、可靠性设计是保证系统质量的关键,决定了产品的固有质量水平。系统硬件和软件均重视可靠性设计。
2、所有自动站都是经过可靠性设计且经过长时间现场业务运行充分验证。
3、重视元器件的可靠性,选用著名品牌的元器件、机壳。如STEC数据采集器的CPU选用美国Motorola公司powerpc32位CPU主频达66MHz,实时Linux操作系统,才用屏闭的外壳设计。
4、通讯可靠性。由推广进入正常商用阶段的无线或有线。通讯承载系统可靠性可以得到保证。通讯组件采用适合恶劣环境的工业级产品。
5、中心站软件可靠性设计。针对电力远程抄表系统的特点,对软件运行中的关键语句进行异常捕捉并记录日志。
6、运行ISO9001-2000质量管理体系,全方位保证产品设计、制造、安装和售后服务的可靠性。
5 系统硬件
5.1 硕人时代ARKA系列的性能
ARKA系列可编程控制器是北京硕人时代科技有限公司开发生产的基于CAN总线的可编程控制器。ARKA系列控制器采用美国菲斯卡尔PLC专用芯片为主CPU,采用CAN总线作为模块间通讯总线,支持C语言和脚本编程。CPU主频达20MHz16位的,提供48KB的用户程序区、16KB的数据存储区。ARKA系列可编程控制器可以提供一个CAN总路线接口、一个232接口、一个485接口、支持MODBUS协议、CDMA/GPRS通讯等等多种通讯方式。
5.2 系统构成
ARKA数据采集器是远程抄表系统的核心部分,采集器的性能、稳定性将关系到整个自动站的的性能和稳定性,因此我们结合自动站的要求和现场传感器的实际情况在这两个方面进行了有针对性的加强,在硬件条件已基本确定的情况下,在编程上使用一些措施以弥补硬件的不足和满足自动站的要求。
根据抄表对向的不同我们设计以下三种抄表模式:
5.2.1居民用户抄表系统
1、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。
2、带GPRS功能的采集器(内置Saro-3130P的GPRS-DTU):
(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
3、抄表内容:(1)电量 (2)其他
4、抄表形式: (1)自动抄表 (2)定时上报
5、告警内容: (1)开箱告警 (2)停电告警
1)可增加远程控制拉闸功能,电能表要增加内置继电器。
2)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:采用无线或电话网络作为通信介质,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%。
5.2.2大集团用户抄表系统
1、电表:
A)三相有功无功多功