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電力監控系統方案

        挨家挨戶敲門查電表的方式,無論是對敲門的人來講,還是對被敲門的人來講,都是一件麻煩的事情。現在已有許多住宅用戶都用上了預付費電卡,省去了查表的麻煩,但對電力部門來說,數據統計和實時監測仍然是一個有待解決的問題。
   一、方案介紹 
        通過中國移動的GPRS網絡系統,電力部門可將工業和民用電表采集的電力系統數據實時傳遞到地、市、省級的集中監控中心,以實現對電力監測設備的統一監控和分布式管理。GPRS網絡可為電力系統提供了簡單高效的通信傳輸手段。 
        中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建電力遠程抄表系統,實現電表數據的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡,縮短建設周期,降低建設成 本的優點,而且設備安裝方便、維護簡單。 
        GPRS電力遠程抄表系統由位于電力局的配電中心和位于居民小區的電表數據采集點組成,利用中國移動現有的GPRS/GSM網絡,電表數據通過中國移動的GPRS/GSM網絡進行傳輸。 
        居民小區的所有電表首先連接到電表集中器,居民用戶的用電數據由復費率電表通過485傳到電表集中器,電表集中器通過RS232/RS485口與GPRS透明數據傳輸終端連接,電表數據經過協議封裝后發送到中國移動的GPRS數據網絡,通過GPRS數據網絡將數據傳送至配電數據中心,實現電表數據和數據中心系統的實時在線連接。 
   二、方案優點
    GPRS無線電力遠程抄表系統具備如下特點: 
    1、可靠性高:與SMS短信息方式相比,GPRS DTU采用面向連接的TCP協議通信,避免了數據包丟失的現象,保證數據可靠傳輸。中心可以與多個采集點同時進行數據傳輸,互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制,并具備極強的抗干擾性能,完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。
    2、實時性強:由于GPRS具有實時在線特性,數據傳輸時延小,并支持多點同時傳輸,因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速,實時地進行雙向通信,很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。 
    3、可對電表設備進行遠程控制:通過GPRS雙向系統還可實現對電表設備進行遠程控制,進行參數調整、開關等控制操作。 
    4、建設成本少低:由于采用GPRS的無線公網平臺,只需安裝好設備就可以,不需要為遠程抄表進行專門布線,前期投資少、見效快,后期升級、維護成本低; 
    5、集抄范圍廣:GPRS覆蓋范圍廣,在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋范圍之內,都可以完成對集抄的控制和管理。而且,擴容無限制,接入地點無限制,能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。 
    6、系統的傳輸容量大,擴容性能好:配電數據中心要和每一個電表數據采集點保持實時連接。由于電表數據采集點數量眾多,系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要,而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要;由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構,具備良好的擴展性能,一個監控中心可輕松支持幾千個電表數據采集器的通信接入。
    7、數據傳送速率高:每個電表數據采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s,目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右,完全能滿足本系統數據傳輸速率(≥10Kbps)的需求。 
    8、系統運營成本低:采用GPRS公網通信,全國范圍內均按統一費率計費,省去昂貴的漫游費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費,(1分-3分/1K字節),也可以按包月不限流量收費,從而實現了系統的低成本通信。
   三、系統構建 
        由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡,配電中心計算機主機配置固定的IP地址,各個電表數據采集點采用GPRS??楹透彌骰型ㄐ?。
(一)系統組成
    1、電表數據采集點:
       電表數據采集點位于居民小區的信息中心,居民用戶的用電數據由復費率電表首先通過RS485接口通過雙絞線連接到位于小區信息中心的電表集中器,電表集中器再通過RS232接口或RS485接口與GPRS透明數據傳輸終端相連。通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GSM網絡,通過 GPRS網絡傳送至電力公司數據中心電力遠程抄表系統,實現電表數據和數據中心系統的實時在線連接。 
       電表集中器通過RS485接口直接連接到電表上,既可支持單個電表,也可以同時支持多個電表,實現對電表參數的采集、存儲、預處理或并將采集到的電表數據實時傳送到配電中心;同時,電表集中器還可將配電中心發送的??刂噶畬綾砜刂頗??,對電表進行控制操作。 
    2、配電中心。 
    a)公網接入方案
    服務器采用公網方式接入Internet,如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等,申請公網固定IP地址;可以實現中小容量的電表數據采集應用。
    b)專網接入方案
        服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線,申請配置固定IP地址,與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬,當電表數據采集點數量增加,中心不用擴容即可滿足需求,可實現大容量數據采集應用。
       監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證,后傳送到監控中心計算機主機,通過系統軟件對數據進行還原顯示,并進行數據處理,這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。
       配電中心計算機主機可進行業務管理和計費管理,對電力數據進行校驗、計算、存儲、分析、管理等,可對異常情況進行告警,同時對用戶使用情況實時監控,保證電力局的合法收益。

 

 
    圖1 GPRS電力遠程抄表系統方案
    3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡: 
       電表集中器采集的數據經GSM網絡空中接口功能??橥倍允萁薪飴氪?,轉換成在公網數據傳送的格式,通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸,最終傳送到監控中心IP地址。 
(二)系統方案 
        各電表使用GPRS透明數據傳輸終端,通過移動的GPRS網絡與配電中心相連。
電表使用GPRS普通數據卡或APN專用數據卡,同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 并與采集點信息進行關聯,以便識別和維護處理。采集中心運行數據采集中心系統軟件,實時采集電表數據。 
(三)采用鴻道通訊DATGPRS V88產品為例
        DATGPRSV88數據監控儀針對工業SCADA系統的RTU終端的應用需求,在可靠性、電磁兼容性、接口、工作溫度范圍及輸入輸出等方面均采用產品化和工業化設計,保證了長期不間斷工作的穩定性和可靠性,可廣泛應用于遠程數據采集和設備監控等領域。     功能特點:
●系統提供多種輸入輸出接口資源:
    a.12路12位模擬量采集,輸入阻抗250歐姆,標準4~20mA(1~5VDC)輸入,也可在20mA范圍內任意輸入,量程和零點可任意設置。
    b.8路脈沖量/開關量輸入,脈沖量與開關量輸入通過軟件設置。
    c.4個繼電器(220VAC3A)形式的干觸點輸出,通過短信、GPRS指令遠程設置可打開與關斷繼電器。
    d.1個獨立的RS232口,1個獨立的RS485口,可作設置參數和儀表數據直讀用,如流量計數據直讀(流量計必須提供標準RS232/485接口和讀取數據的  協議)。
    e.1個3.3VDC(I<45mA)輸出,為霍爾元器件等小型一次儀表提供電源。
    f.提供擴展板接口,可以和數據采集擴展板鏈接,實現更強功能的系統。
    ●報警功能:改變開關量狀態報警(如上升沿報警和下降沿報警報警),模擬量上下限報警(如供水管網壓力報警),流量報警(如瞬時流量過大和過小報警),并以短信和電話的形式通知負責人,同時可設置4個報警電話號碼和4個IP(域名)地址。
    ●系統采用移動或移動的GSM/GPRS/CDMA通信平臺,具有不受地理限制、穩定、可靠、成本低等優點。
    ●數據定時保存,時間間隔可設置(1分鐘~1天),最多可保存一年的歷史數據,用戶可以模糊查詢有效期內的歷史數據。
    ●數據定時上傳,為滿足不同客戶可同時設置4個總臺電話號碼和4個IP(GPRS)地址,上發時間間隔可獨立設置(1分鐘~1天)。
    ●系統具有智能糾錯能力,對設置位數、設置范圍、格式有錯的都會提示,并指出出錯的指令。
    ●一條短信包含多個時間段的數據,節約了數據費用。
    ●數據LCD顯示,有鍵盤操作,可操作菜單設置參數,查詢參數和查看歷史數據,同時顯示實時數據。
    ●與普通手機友好的短信互動,并密碼驗證,所有數據參數都可通過短信設置。
    ●可與上位機(PC機)實現數據交換,設置參數和查看數據。
    ●短信和GPRS數據包發送計數器,便于用戶了解話費余額。
    (四)安全措施 
        由于電力遠程抄表系統的特殊性,本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環,穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行,即使出現硬件和軟件故障,系統也不能中斷運行。 
    1、APN專網模式:利用SIM卡的唯一性,劃定用戶可接入某系統的范圍,可以有效避免非法入侵。采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入,在網絡側對SIM卡和APN進行綁定,只有屬于指定行業的SIM卡才能訪問專用APN。普通手機號的GPRS終端無法呼叫專門的APN。 
    2、對于特定用戶,可通過數據中心給每個移動終端分配特定的ID和密碼,其他沒有數據中心分配的ID和密碼的移動終端將無法登錄進入系統,系統的安全性進一步增強。 
    3、硬件自動復位功能,設備意外引起死機和掉網,通過自動復位可重新上電工作。 
   四、結論 
        對于電力部門來說,遠程變電站抄表一直是一件非常頭疼的事情,需要投入大量的人力、物力和財力。因為變電站數量眾多,地理位置分散,給工作人員帶來極大的不方便。電力公司也可利用GPRS移動數據網絡對各重要電力節點進行監控,自動讀取相關數據并加以分析,還可進一步進行遠程控制或設備維護,可減少人力資源、縮短修護時間并節省專線建設成本。
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