基于以太网点对点电能表远程抄表的研究和实现

郑顺波

摘要：传统的电能表集抄技术主要由抄表主站、采集器、集中器、电能表组成，采用载波、无线或有线方式通信，或多种方式混用，如采集器和电能表采用485接口联接，采集器至集中器之间采用载波方式，再由集中器通过GPRS方式与抄表主站联系实现通信。这种抄表技术节点多，数据通过多种设备处理转换，特别是载波方式受环境及线路运行工况影响较大，抄表成功率不高，实时抄表响应差。随着网络的普及应用，对基于以太网实时点对点电能表组网远程抄表进行了研究，提出了该技术应用的可行性及实现方法。

关键词：以太网、协议转换、点对点透明传输、电能表、远程抄表

中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言

传统的电能表集抄技术主要由抄表主站、采集器、集中器、电能表组成，采用载波、无线或有线方式通信，采集器和电能表采用485接口联接，采集器至集中器之间采用载波方式，再由集中器通过GPRS方式与抄表主站联系实现通信。这种抄表技术节点多，数据通过多种设备存储处理转换，设备运行维护复杂且工作量大，由于受环境及线路运行工况影响较大，系统不可靠，一次抄表成功率不高，实时抄表响应差，为提升抄表成功率，传统的集抄系统对不成功的电能表，采用不断巡测补抄方式，系统运行效率低，经过较长时间仍不能得到有效提升，同时通讯节点多，数据经过模拟数字存储加工，集抄成功率得不到持续的提高，且系统远控功能有效性不高，直接影响营销自动化手段的应用和营销服务的拓展。

一、研究思路

随着计算机技术以及通讯技术的不断发展，更高更快速使用公用以太网通讯方式的技术成熟，采用以太网组网方式构建数据采集系统成为可能，依托公用以太网通讯技术、协议转换技术，解决传统集中抄表成功率及实时控制的瓶径问题，选择和实现更快更可靠的数据传送方式，提高的抄表成功率，关键在于减少中间环节，设计点对点透明数据传输通讯是最直接方式，总体设计通讯采集环节如下：

整个系统采集环节采用协议转换器实现主站与电能表联接，电能表通过RS485接口与协议转换器联接，再通过以太网与抄表主站相联，实现主站命令与电能表的点对点通信；数据采集传输过程全数字化，协议转换器作为数据透明传输装置，只对数据格式进行实时原文转换，不对数据进行加工。

二、抄表软硬件需求分析和实现

（一）硬件需求分析：

1、网络组网分析

从目前的技术手段来看，公用以太网通讯是一种较为可靠、优质的信息传输通道；鉴于目前的集中器采用存储数据后与主站交互的通讯方式，需探索用新的数据采集组网方式，需抛开传统模式，减少中间数据传输加工节点环节，采用具有RS485直接转换以太网的协议转换透明传输设备，直接由通过主站、公用以太网网络、协议转换器直联点对点读表，提高抄表远控的实时、有效性，组网关键在于通过转换器进行协议转换，由RS485转换为TCP/IP协议，需采用有线和无线方式通过公用以太网建立与主站中心直接的数字化可靠通讯，目前电信、广电网络等有线和移动等无线公网已已覆盖绝大多数的居民住户，满足抄表中双向通讯和覆盖组网要求。 设计网络接入如下：

2、协议转换器分析

为实现转换，需采用RS485到 RJ45的TCP/IP网络协议转换器和RS485到无线TCP/IP网络协议转换器，要能够进行双向数据透明传输，具有RS485串口的设备立即具备联入TCP/IP网络的功能；现在RS485协议转换服务器是较为成熟产品，国内有较多厂家，均提供RS485到 TCP/IP网络和TCP/IP网络到RS485/422的数据双向透明传输，均属于工业级设备，在物联网中应用广泛。

3、电能表分析

电能表需具备RS485通讯接口，以实现协议转换器对其通讯联接；根据现使用电能表均配有电能表均已具备RS485通讯接口，使协议转换器具备了接入电能表进行数字化通讯的基本条件。

（二） 软件需求分析：

采用了依托以太网方式进行组网后，各个电能表相当于网络上的一个个客户端，为实现采集和控制，原先由集中器、采集器负责的表计轮抄、规约解析、数据存贮的工作都需要由主站系统软件完成，后台工作要实现集中在主站的数据采集和存储，前台现场要实现协议转换器的采集参数编程；目前传统主站软件从功能架构上已具有数据采集、数据管理、运行管理、业务应用、远程监测、综合分析功能，主要需要扩充采集方式和解析数据存贮方式管理，以及对应现场协议转换器地址和数据传输参数设置。

（三）采集性能需求分析

性能需求：日抄表成功率=100%，单表实时召测成功率>99% ，单表实时抄表响应时间<.5秒；单表实时远程命令响应时间：<5秒；以目前主流应用服务器和网络传输参数，在通讯网络良好的情况下，最快达毫秒级以上。

（四）系统网络分析

通過进行协议转换将RS485转换为TCP/IP协议，需组建公用太网络与主站中心直接通讯，抛弃集中器、采集器，采用协议转换装置，组建以太网络，通讯方式采用标准网络协议TCP/IP方式，物理通道接入主站采用光纤；现在计量自动化主站系统均已接入公网通道网络通讯和具备扩充能力。

三、系统的实施

（一）网络接入及搭建

1、从目前的技术手段来看，公网通讯是一种较为可靠优质的传输通道。考虑到网络建设成本，采用租用公网通道方式进行联接，且设置安全防护，方式为：（1）租用网络商有线网络通道方式，提供其专用线路，根据抄表使用需求开通和接入抄表现场协议转换器与公网的通讯联接；（2）租用移动无线GPRS数据卡和专线，实现不具备有线接入协议转换器抄表的区域接入。

2、现场协议转换器及电能表接入：将协议转换器接入以太网，另一端联接1只及以上的RS485接口电能表，设置转换器有唯一的IP地址相应匹配电能表数据传输波特率。

（二）软件实施

主站软件从系统逻辑结构上对主站层、通信通道层、采集设备层三个层次进行完善，从功能架构上依照数据采集、数据管理、运行管理、业务应用、远程监测、综合分析六大部分完成开发 。

四、完成效果

根据方案实施和构建组网后，达到了：实现了抄表主站、以太网、协议转换器及电能表的组网；其中抄表主站通过以太网联接至少一只及以上的RS485协议转换器，RS485协议转换器通过RS485接口与至少一只及以上的RS485电能表联接。较传统集中器、采集器模式组网更为简洁，使用设备少；采用协议转换器实现系统间联接，电能表通过RS485接口与协议转换器联接，协议转换器通过以太网与抄表主站相联，并通过主站命令实现主站与电能表的直接通信，实现抄表和控制功能；基于以太网实时点对点电能表集中抄表系统，抄表系统基于以太网IP技术，数据采集传输过程实现透明全数字化；其抄表效率高质量高，主站采用并发方式抄表提高抄表效率，对单表的抄表控制时间约为2秒，日抄表成功率=100%； 单表实时召测成功率>99%；系统采用了简化的组网方式，使系统维护较为简便。

五 结语：

通过依托以太网的点对点抄表控制通讯，协议转换器接到主站命令时，根据设置的波特率实现将以太网接口数字信号转换为RS485信号，通过有线传输到电能表，电能表根据命令内容回复相应数据或执行动作，回复数据通过协议转换器将RS485信号转换为以太网接口数据信号发向主站，实现抄表功能或控制；可达到：日抄表成功率>99% ，单表实时召测成功率>99% ，单表实时抄表响应时间和远程命令响应时间约2秒；同时具备系统投资省、设备精简、施工简单、维护量小，且響应及时、可靠性高、日抄表成功率达100%（排除公网通讯原因），改善了控制抄表成功率及实时性，改善了以往集抄模式，利用转换器，通过以太网进行点对点的数据采集，提高电力营销自动化的水平，为营销预付费、实时结算等营销服务的拓展创造了条件。

参考文献：

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[2]《云南电网公司用电信息采集与管理系统数据传输规约》云南电网公司

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[5]《 C2000 N2A1使用说明书》深圳市中联创新自控系统有限公司

[6]《F2103 GPRS IP MODEM 技术规范》厦门四信通讯可以有限公司