基于GPRS/PLC的远程集中抄表与节能监管系统

王建功

(大秦铁路股份有限公司太原供电段，山西 太原 030013)

节能减排是建设节约型国家的根本目的，高效地提供优质水、电、气、暖是能源供应企业服务民众创建和谐社会的本质要求。基于GPRS/PLC的远程集中抄表与节能监管系统，以国家即将执行的阶梯电价预付费电能表为核心，采取以电管水、气、暖的预付费管理模式，解决了水、电、气、暖及物业等项目的收费难题;通过对所有计量点数据的实时查抄监控，堵塞了跑冒滴漏等能源流失漏洞，提高了节能减排效果;实施优化先进的用能管理模式，为能源管理企业提供实时数据信息化节能管理平台，使用能管理体系更加科学、规范，供用双方关系更加融洽，促进了和谐社会建设。

1 系统总体方案

系统总体上可分为计量收费、能耗数据监测监控和节能管理三个层面。计量收费功能用以完成水、电、气、暖能源介质计量、预付费管理以及物业费收缴管理。电能计量收费除一般居民用户外，还可对公变商业用户、专变大用户进行计量、预付收费和用电监测管理。

总体基本结构如图1所示。

图1 基本结构框图

2 系统总体构成

该系统主要由信息化与节能监管平台主站、通信网络、服务终端、数据采集服务器(前置计算机)、数据集中器、采集器、数据远传终端、费控智能终端和水电气暖计量表计等组成。简要构成如图2、图3所示。

2.1 水电气暖信息化与节能监管平台

2.1.1 企业管理层系统

主要由数据库服务器、应用服务器和管理计算机组成。

2.1.2 企业执行层管理中心

设有前置通信采集系统、客服终端、前置计算机等硬件设备。

2.2 数据集中器

集中器是数据采集通信的中央设备。它用于区域性数据的采集、存储和通信，一般安装在住宅区变电亭、线杆变台配电变压器的低压侧，通过低压电力线读取载波电能表、采集器的数据，进而完成各用电用能计量点电量和其它能量数据的采集、处理和存储，并经过上行通信信道将数据传送到前置计算机。

图2 系统构成简图(1)

数据集中器具有本地数据缓存功能，在网络中断情况下，不影响采集器上传数据在集中器内的保存，它具有完备的数据缓存机制，待网络恢复后，前置计算机可直接将缓存数据读入至数据库。

图3 系统构成简图(2)

2.3 数据采集终端

数据采集器用于对用电用能点计量表计数据的定时采集，它通过抄表网络和设备抄读冻结计量表计的数据;或即时采集计量表计的实时数据。数据采集终端分为载波数据采集终端和无线数据采集终端。

2.4 数据远传费控智能终端

数据远传费控智能终端是集电能和其它能源计量采集、电量电费和其它能源消费等项目收费计算、费控、GPRS远程抄表和通讯功能于一体的智能化终端，用它作为数据采集器，同时实现了对客户用电用能的智能化管理。

2.5 计量表计

水、电、气、暖等能源计量表计选择支持远程数据采集和传输通信的仪表，优先选择智能化产品。

2.5.1 电表

居民用电计量收费选择单相费控电能表(阶梯电价、双时区、红外遥控)。它以红外遥控型单相阶梯电价费控电能表进行计量，通过红外遥控卡进行购电充值及合闸操作，可按阶梯电价、双时区进行电费核算，实现本地费控，以数据采集远传终端——采集器实现数据采集和远传。

公变用户电能计量及预付费用电管理，可用红外遥控预付费有功、无功电能表进行有功、无功电能计量，因其客户较居民用户更加独立和用电量较大、用电性质、电价的特殊性，给它配以单独的数据采集远传终端实现电表数据的采集和远传。

专变用户电能计量及预付费用电管理，可用多功能电能表进行有功、无功电能计量，同上原因，再加之专变客户可以实施预缴费管理，给其配以数据远传费控智能终端实现对专变客户的费控、数据采集和数据远传。

2.5.2 智能水表

智能水表是计量流经自来水管道体积流量的仪表，具有电子采集、数据存储、通过无线信道发送水量数据的功能。

2.5.3 智能燃气表

智能燃气表对管道燃气流量进行计量，具有机械计量、电子采集、通过 RS－485网络与采集器通信功能。

2.5.4 智能热量表

智能热量表对管道热量计量，具有电子采集、通过RS－485网络与采集器通信功能。

2.6 通信网络

系统的通信网络包括能源信息化与节能监管平台主站和能源信息化管理中心之间的通信网络、管理中心局域网络、现场抄表网络三个方面。

前两个方面通过专线或互联网和局域网来实现。现场抄表网络以集中器为界，可分为上行通信网络和下行通信网络。集中器上行即集中器与前置计算机之间通信网络，以GPRS通信方式为主;集中器下行即集中器与采集器间通信网络，则以电力载波(PLC)方式为主。

3 系统主要功能

3.1 远程智能化抄表

通过对用户水电气暖等能源消耗计量表计数据的采集、传输、存储和统计处理，实现对用户用能量的智能化抄表功能。

3.1.1 大用户电能数据远程抄表

使用专变的大用户，用费控终端进行用电监测和管理。抄表管理功能主要包括:抄月冻结数据、抄日冻结数据、实时用量、实时金额、监测参数、表计状态、拉/合闸控制、费率调整、查询、统计、催费告警信息发送等。

3.1.2 居民用户电能数据远程抄表

对于居民用户，抄表管理功能主要包括:抄月冻结数据、抄日冻结数据、实时抄表、拉闸/合闸控制、集中器校时、读表计参数、查询、统计、催费告警信息发送等［1］。

3.1.3 水、气、暖用户远程抄表

水、气、暖等用户能源消耗用量抄表，则通过其智能计量表计的无线信道与采集器对接来实现。

3.2 智能收费功能

通过对用户的用能数据进行实时监测和控制，实现现场对用户用能计量收费的智能化管理［2］。

3.2.1 红外CPU卡充值

采用红外CPU卡方式进行售电和充值。充值操作不需要接触电能表或终端，远距离操作。

3.2.2 红外CPU卡本地送电

红外CPU卡与终端可在4米以内进行通信，实现远距离、非接触充值及本地合闸操作，操作人员远离强电设备，保障安全。

3.2.3 远程售电

可接受管理系统通过 GPRS发送的售电信息，当剩余金额大于设定值时，允许合闸，通过红外遥控卡在本地合闸供电。

3.2.4 远程断电

可接收主站发来的断电指令，易于实现远程断电操作。

3.2.5 透支功能

可设置协议透支用电额度。当剩余金额为零时如需继续用电，将实时记录透支金额，输入新购电费时自动冲减透支电费。当透支额度超过断电门限时，发出断电信号。

3.2.6 显示功能

用中文LCD方式，显示内容包括:剩余电费、总电费、总用电量、报警金额、断电门限金额、报警电费、报警时间、倍率、时间/日期、开关状态、时段/费率等。

3.2.7 储存功能

当供电回路停电时，终端内数据不会丢失，来电后保持在停电前的工作状态。

3.2.8 迭加功能

当前剩余电费与输入的新购电费自动迭加。

3.2.9 补遗功能

当用户售电卡遗失，补办卡后，能接受新卡，并拒绝旧卡。

3.2.10 辨伪功能

使用非本终端红外卡或其他介质进行充值通信，终端不接受。

3.2.11 电价调整功能

接受主站的电价调整数据。

3.2.12 水、气、暖等其它能源用量计算和收费

系统还能够对能源管理企业所辖区域除电以外其它水、气、暖等能源用量实施一并查抄，并自动计算应收费用，实现用户水电气暖等能源收费和催缴费用一体化管理。

3.2.13 以电管水、气、暖的预付费缴费管理模式

对一般居民用户，可采用系统提供的以电管水、气、暖的收费模式。电能实行预付费售电管理模式，在电费充值缴费时，须缴清已用水、气、暖用量费用以及物业管理等科目的费用，实现用户水电气暖等能源消耗与物业管理项目收费的一站式服务。当用户用能欠费后，可采取停电措施催缴，但不再断水、停气、停暖，在不影响居民基本生活的情况下实行预付费缴费管理。

3.3 节能监管功能

通过对用能数据的查询、分类、统计和分析，获得不同时段、区域和用能类别用户的能耗对比数据表报，为能源管理企业的节能管理提供决策支持，实现能源管理科学化。

3.3.1 节能监管

系统对采集的各级计量数据进行存储和管理，并实现分层计量管理。

系统的主要管理功能通过服务器完成，用它可以进行数据查询、分析和管理操作。包括对用户智能电、水、气、热量表监测点的基本信息的管理，对实时和历史数据进行处理和分析，绘制曲线、图表，打印报表等。

以用户用电量(其它能源量消耗同样)为例，通过用电量分布图(图4)，可以对用户的用电情况进行分析和监测，为加强节能管理提供依据［1］。

图4 用电量统计分布图

3.3.2 网络查询

通过局域网方式，企业有关主要领导、能源管理人员、部门管理人员通过授权可以利用网络访问本系统实现数据查询和管理，分级授权，业务流程清晰。

3.3.3 具备良好的扩展、对接和兼容功能

系统满足将来发展需要以及将来其他子系统的扩展需求，基于此主站可方便构建其他能源管理系统。

3.3.4 延伸服务

可与短信或其他通信系统相结合，实现对用能客户的短信、电话、电子邮件等提醒服务，构造供用双方友好和谐的人际关系。

4 结语

GPRS是全球移动通信网络开展的无线分组数据传输业务，它具有覆盖面广、运行费用低廉、通信便捷等显著特点;PLC是基于公共供配电网而组建的电力载波通信技术，它利用了既有电力线网络资源和供电线遍布千家万户的特点，对用电用能客户的计量数据实现载波传输，可以节省另行组建通信网的费用。

“基于GPRS/PLC的远程集中抄表与节能监管系统”，充分利用既有电力设备资源，运用电力载波(PLC)、GPRS等通信技术，通过对用户CPU卡式电表、智能水、燃气、热量表的更新，实现了对用户水、电、气、暖诸能源消耗的综合监测监控，通过预付费、阶梯水电价以及能源消耗异常和欠费预警、停电、提醒用户等手段，达到了能源管理企业提高经济效益、社会节能减排和构建和谐社会的目的。

［1］ 王建功.“IC卡水电费抄收管理系统”的开发与应用［J］.供用电，2003，20(4):52-53.

［2］ 王思彤，张姣姣，孔志杰，等.CPU卡在预付费售电系统中的应用［J］.供用电，2010，27(5):73-75.