浅析电力无线抄表系统

李鸥　温淼

【摘 要】本文阐述了一种适应多种智能电表通信规约的无线抄表系统搭建方案，核心实质就是不需要拉线，最适合那些难以铺设电线的场合。在符合国家信息产业部无线电管理局[2005]423号文件“微功耗（短距离）无线电设备技术要求”的硬件环境中，无线远程抄表系统通信可靠性、安全性、适用性得到大幅提高。居民户电度表虽然可以采用低压电力线载波技术抄收数据，但是十多年来始终无法达到令人满意的程度。无线抄表正是突破低压载波困局的一条蹊径。

【关键词】无线抄表；GPRS网络；自动路由；优缺点

0 综述

目前，我国所采用的抄表方式大致可以分为三种：一是传统的人工抄表方式，抄表人员到用户处读取数据，返回总局后将数据录入电脑处理，这种方式极为原始，城市人口密集，住宅分散，高层居民住宅不断增加，或者地处偏远山区，人工抄表遇到很多困难，入户难，企业管理开支大，抄表人员工作条件差，效率低，劳动强度大。二是预付费方式，抄表人员无需到用户处，用户通过银行划账或购买电卡，按购买额提供用量，完成收费。三是远程抄表方式，电能监控中心通过远程通讯系统自动获取远程仪表数据的方式。如果用有线来传递数据，技术简单、成熟，易于实现；但施工布线工作量大，网线易受人为破坏，线路损坏后，故障点不易查找。如果使用无线系统，施工很简单，系统好维护，故障好查找，因此无线抄表将成为抄表方式的发展主流。

1 系统结构

本系统包括三个组成部分：集中采集器、GPRS网络及电能监控中心。

（1）电表集中采集器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采集器，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，电表集中器再通过RS232接口与无线路由透明数据传输终端相连，也可在无线网络中断的特殊情况下通过手持器或抄表车红外抄表。

（2）GPRS移动数据传输网络，接收无线路由透传的数据，将数据传至电能监控中心，电表集中器采集的数据经GPRS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，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心服务器。各电表使用GPRS透明数据传输终端，通过移动的GPRS网络与电能监控中心相连，同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记， 并与采集点信息进行关联，以便识别和维护处理。采集中心运行数据采集中心系统软件，实时采集电表数据。

（3）电能监控中心，中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能，转送计费系统或电力MIS，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。

2 GPRS网络组建

2.1 网络结构

星型网，是最简单的网络结构；凡是使用“点对点”直接传输工作模式的，都属于星型网络结构。当组内只有几个节点，而且从中心到每个节点可以可靠控制时，星型网络及其控制技术几乎是最好的选择。

树型网，是指使用了简单的中继技术，从而能够把命令或数据可靠地传输到较远地方的一种网络结构。对于节点数不多，但其中一些节点离中心点比较远时，使用树型中继网络是比较好的。

格型网，也叫网状网，因为像“渔网”而得名。几十或上百个节点聚在一起，相互之间会形成比较复杂的依存关系。用格型网来描述它们之间的关系比较合适，依据这种模型建立的自动路由算法，能够更好地改善抄表系统的性能，取得良好的运行效果。

2.2 自动路由

无线抄表系统传输距离较远，必然用到中继路由的技术，在此引入自动路由，自动路由就是要在没有人工干预的条件下，由一组抄表模块（或抄表器）自己寻找并建立“从源点到目的节点”的一条中继路由。然后，沿着这条路由传递数据。当一个采集器下的无线抄表节点数明显大于50个时，使用“自动路由”技术几乎是必然的选择。因为它不仅能简化人工建立中继路由的工作量；而且在日常运行中能够适应环境的不断变化，从而使系统始终处于良好的运行状态。做法是模块中不存放路由信息，需要使用路由时，临时现找。当一个节点准备传送数据时，先要发起广播寻路动作，指明想要寻找的目标模块地址。每一个听到这条命令的模块，要设法把这条命令以广播的形式转发出去。转发要遵循“载波侦听，冲突避让”的原则，就是在自己的信号发出前，要先侦听信道是否空闲？如果空闲，则发出去；否则安排一个随机等待时间，然后再侦听，直到消息被发送出去。目标节点将选出一个较好的路由，逆向给出应答，传回“源节点”。至此，路由建立完成。

3 优缺点对比

电力载波：以电力线作为传输信道，将数据信号调制为高频信号叠加在电力线上进行通信。此方式无需另外布线、易施工、成本低、与电网建设同步。目前国内10kV以上电压等级的高压电力线载波技术已较成熟，但低压电力线载波还未能达到令人满意的水平，制约了电力线载波抄表在我国的应用。原因在于电力载波信号存在着脉冲干扰，传输距离越远，信号衰减越大。低压电器电磁兼容性的控制尚不十分严格，低压电力线上存在的电磁污染严重，干扰大，影响载波通信的质量；另外，用户负载千变万化造成网络传输特性复杂多变，难以用准确的数学模型加以表征。因此，抗干扰是低压电力线载波技术必须克服的问题。

RS485总线：集中器与采集器之间通过RS485总线连接，通过485总线来进行通信，此种方式通信可靠性高，目前已有许多抄表系统采用这种抄表方式，但此种方式必需布线，许多小区布线难度很大或根本不允许布线，RS485总线方式抄表就难以应用。

以太网：以太网抄表方式主要应用于一些新型的装有网络的小区，每个采集终端在网络中均客户机的模式存在，抄表时采用TCP/IP协议来传输数据。这种方式只能适合于网络完善的小区，目前这种小区还很少，该方式应用极少。

有线电视：通过利用现有的有线电视网，以有线电视网络为通信信道，利用CABLEMODEM作为接入终端的抄表方式。该方式不用布线，成本较低，但由于有线网络传输数据量较大，在电视收看高峰期对抄表有较大的影响，所以通信可靠性也不算理想。

无线抄表：系统与传统的入户抄表、有线抄表模式相比，存在以下优点：

（1）不用布线，系统安装方便，无线抄表系统最大的特点是不用布线，安装方便。第一，它可以大大减少工程人员的劳动，保证工程的顺利进行；第二，在某些小区或旧工程的改造中，布线是完全不允许的事，采用无线抄表，可完全解决该问题；

（2）无线全路由技术战胜了无线受环境影响的难题，传输距离远，性能稳定可靠，无线抄表系统中每个数据接入点均是中继点，它是全路由的，是动态的路由，它从根本上解决了既要是免收费的微功率，又要传输远的矛盾，从而达到了通信可靠性非常高的效果。

4 结语

无线抄表方式将是未来一种较为可行的抄表方式，如果与IC卡表技术相结合，将具有更加完善的功能，但无线远程抄表技术目前仍存在一些难以解决的问题，如信息出户和集中，仪表屏蔽问题等，解决出路在于运用网络通信方法，探索有效、简单、可靠、实用、可行的方案。

[责任编辑：薛俊歌]