1 系統(tǒng)應(yīng)用背景
         挨家挨戶敲門查電表的方式，無論是對(duì)敲門的人來講，還是對(duì)被敲門的人來講，都是一件麻煩的事情。現(xiàn)在已有許多住宅用戶都用上了預(yù)付費(fèi)電卡，省去了查表的麻煩，但對(duì)電力部門來說，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)仍然是一個(gè)有待解決的問題。通過遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，電力部門可將工業(yè)和民用電表采集的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到地、市、省級(jí)的集中監(jiān)控中心，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力監(jiān)測(cè)設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和分布式管理。

2 系統(tǒng)概述
         集中抄表系統(tǒng)是指由主站通過傳輸媒體(無線、有線、電力線載波等信道或IC卡等介質(zhì))將多個(gè)電能表電能量的記錄值(窗口值)的信息集中抄讀的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由采集用戶電能表電能量信息的采集終端(或采集模塊)、集中器、信道和主站等設(shè)備組成。集中器數(shù)據(jù)可通過信道遠(yuǎn)距離傳送到主站或經(jīng)IC卡等介質(zhì)集中抄收后輸入到主站計(jì)算機(jī)。居民小區(qū)的所有電表首先連接到電表集中器，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復(fù)費(fèi)率電表通過RS485、RS232傳到電表集中器，電表集中器通過RS232、RS485、以太網(wǎng)、電話線等透明數(shù)據(jù)傳輸終端連接，電表數(shù)據(jù)經(jīng)過協(xié)議封裝后發(fā)送到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至配電數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。
系統(tǒng)的功能
        1、定時(shí)抄表（周期可調(diào)）。
　　2、可以同時(shí)抄到多塊表的數(shù)據(jù)。
　　3、傳輸速率為9600bPS，
　　4、能識(shí)別表是否正常工作，如果用戶的表有異常錯(cuò)誤時(shí)本系統(tǒng)有自動(dòng)上報(bào)功能 。
　　5、可以遠(yuǎn)程凍結(jié)用戶的表。
　　6、可以實(shí)時(shí)跟蹤某塊表。
　　7、定時(shí)上報(bào)。
　　8、可以隨時(shí)抄取某塊表的某項(xiàng)。

3 系統(tǒng)組成
         集中抄表系統(tǒng)由分布在全市、縣各地的電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，無線/有線的通訊網(wǎng)絡(luò)和建在省、市、縣的電力部門的配電中心站及電力管理部門的數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)組成。
1、電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)：

　　電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位于居民小區(qū)的信息中心，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復(fù)費(fèi)率電表首先通過RS485接口通過雙絞線連接到位于小區(qū)信息中心的電表集中器，電表集中器再通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至電力公司數(shù)據(jù)中心電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(gè)電表，也可以同時(shí)支持多個(gè)電表，實(shí)現(xiàn)對(duì)電表參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、預(yù)處理或并將采集到的電表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到配電中心；同時(shí)，電表集中器還可將配電中心發(fā)送的遙控指令傳給電表控制模塊，對(duì)電表進(jìn)行控制操作。
2、配電中心

　　 配電中心服務(wù)器申請(qǐng)配置固定IP地址，采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專線，與GPRS/電話網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
　　配電中心RADIUS服務(wù)器接受到網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
　　配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)可進(jìn)行業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)管理，對(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、管理等，可對(duì)異常情況進(jìn)行告警，同時(shí)對(duì)用戶使用情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證電力局的合法收益。
3、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：

　　電表集中器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到配電中心IP地址。
　由于通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。


4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)完整性設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)成套性設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由各類電表系統(tǒng)采集點(diǎn)和中心站及電力部門管理用戶應(yīng)用終端構(gòu)成。
2、系統(tǒng)軟件完整性設(shè)計(jì)，提供中心站電表采集點(diǎn)組網(wǎng)監(jiān)控軟件一套，包括：數(shù)據(jù)傳輸、處理、入庫、監(jiān)控子系統(tǒng)，資料實(shí)時(shí)顯示、歷史資料統(tǒng)計(jì)查詢、故障報(bào)警子系統(tǒng)。該軟件基于GIS地理信息系統(tǒng)和SQLSERVER數(shù)據(jù)庫開發(fā)。另提供采集點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)用分析軟件一套，該軟件安裝在電力部門管理用戶處，提供電網(wǎng)實(shí)況監(jiān)控、資料實(shí)時(shí)顯示、歷史資料查詢、故障報(bào)警和數(shù)據(jù)分析等功能。
3、防護(hù)性能設(shè)計(jì)。參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行三防性能設(shè)計(jì)，使自動(dòng)抄表數(shù)據(jù)采集設(shè)備能相應(yīng)的電力環(huán)境下長(zhǎng)期正常穩(wěn)定地工作。
4、防干擾設(shè)計(jì)。考慮到儀器全天候無人值守作業(yè)，完善可靠的設(shè)備防干擾設(shè)計(jì)是非常重要的。自動(dòng)采集點(diǎn)配備的防干擾組件提供了涵蓋全套設(shè)備等一整套保護(hù)功能。并具有損壞遠(yuǎn)程主動(dòng)報(bào)警功能，易于用戶及時(shí)維護(hù)。
5、系統(tǒng)擴(kuò)充性設(shè)計(jì)。可擴(kuò)充性體現(xiàn)在中心站軟件和自動(dòng)站硬件上，現(xiàn)有中心站軟件采用GIS地理信息系統(tǒng)，支持5000套以上自動(dòng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的接入與管理。稍加改動(dòng)，原則上數(shù)量不受限制。采用獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫引擎，提供數(shù)據(jù)的共享和發(fā)布。系統(tǒng)中的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，方便今后進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)充。
4.2 系統(tǒng)先進(jìn)性設(shè)計(jì)
1、追求先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)，其中內(nèi)控指標(biāo)應(yīng)優(yōu)于客戶要求。
2、采用先進(jìn)的元器件，采用最新的低功耗MCU和高集成度、高性能的若干模塊。
3、采用先進(jìn)的通訊技術(shù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)可采用均線的GPRS/CDMA1X和SMS短信熱備份通訊技術(shù)或有線的電話線技術(shù)。
4、采用先進(jìn)的軟件技術(shù)，采用新的軟件開發(fā)平臺(tái)、獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù)、商用主流地理信息系統(tǒng)。
5、采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法，采用數(shù)字濾波、數(shù)字界限剔除、數(shù)字校驗(yàn)與修復(fù)技術(shù)，提高數(shù)據(jù)的抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)的正確性。
6、先進(jìn)的電磁兼容設(shè)計(jì)。采用新穎的濾波器和開關(guān)電源，自動(dòng)站采集器進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。
7、先進(jìn)的防雷技術(shù)，電源系統(tǒng)采用3級(jí)防雷(交流供電中提供)，信號(hào)采用2級(jí)防雷。
8、先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。
4.3 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)
1. 采用具有先進(jìn)性的成熟產(chǎn)品，自動(dòng)抄表系統(tǒng)均采用了成熟產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠，減少了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
2. 采用北京碩人時(shí)代的STEC系列數(shù)據(jù)采集器采用模塊化設(shè)計(jì)，減少維護(hù)時(shí)備品備件的周轉(zhuǎn)量。
3. 統(tǒng)擴(kuò)充性強(qiáng)，方便各種子站的接入，減少了系統(tǒng)以后擴(kuò)容的難度和成本。
4. 完全自主研發(fā)，降低了軟件費(fèi)用和硬件成本。
4.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)
1、可靠性設(shè)計(jì)是保證系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵，決定了產(chǎn)品的固有質(zhì)量水平。系統(tǒng)硬件和軟件均重視可靠性設(shè)計(jì)。
2、所有自動(dòng)站都是經(jīng)過可靠性設(shè)計(jì)且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行充分驗(yàn)證。
3、重視元器件的可靠性，選用著名品牌的元器件、機(jī)殼。如STEC數(shù)據(jù)采集器的CPU選用美國(guó)Motorola公司powerpc32位CPU主頻達(dá)66MHz，實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)，才用屏閉的外殼設(shè)計(jì)。
4、通訊可靠性。由推廣進(jìn)入正常商用階段的無線或有線。通訊承載系統(tǒng)可靠性可以得到保證。通訊組件采用適合惡劣環(huán)境的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。
5、中心站軟件可靠性設(shè)計(jì)。針對(duì)電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)軟件運(yùn)行中的關(guān)鍵語句進(jìn)行異常捕捉并記錄日志。
6、運(yùn)行ISO9001-2000質(zhì)量管理體系，全方位保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、安裝和售后服務(wù)的可靠性。

5 系統(tǒng)硬件
5.1 碩人時(shí)代ARKA系列的性能

　　ARKA系列可編程控制器是北京碩人時(shí)代科技有限公司開發(fā)生產(chǎn)的基于CAN總線的可編程控制器。ARKA系列控制器采用美國(guó)菲斯卡爾PLC專用芯片為主CPU，采用CAN總線作為模塊間通訊總線，支持C語言和腳本編程。CPU主頻達(dá)20MHz16位的，提供48KB的用戶程序區(qū)、16KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。ARKA系列可編程控制器可以提供一個(gè)CAN總路線接口、一個(gè)232接口、一個(gè)485接口、支持MODBUS協(xié)議、CDMA/GPRS通訊等等多種通訊方式。

5.2 系統(tǒng)構(gòu)成

　 ARKA數(shù)據(jù)采集器是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的核心部分，采集器的性能、穩(wěn)定性將關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)站的的性能和穩(wěn)定性，因此我們結(jié)合自動(dòng)站的要求和現(xiàn)場(chǎng)傳感器的實(shí)際情況在這兩個(gè)方面進(jìn)行了有針對(duì)性的加強(qiáng)，在硬件條件已基本確定的情況下，在編程上使用一些措施以彌補(bǔ)硬件的不足和滿足自動(dòng)站的要求。

根據(jù)抄表對(duì)向的不同我們?cè)O(shè)計(jì)以下三種抄表模式：
5.2.1居民用戶抄表系統(tǒng)
1、電表：1.0級(jí)單相靜止式（電子式）電度表，具有光耦脈沖輸出功能。
2、帶GPRS功能的采集器（內(nèi)置Saro-3130P的GPRS-DTU）：
（1）24個(gè)I/O口，可帶24戶電度表
　　（2）停電數(shù)據(jù)保護(hù)
　　（3）帶后備電源，停電后仍可抄表
3、抄表內(nèi)容：（1）電量 （2）其他
　　4、抄表形式： （1）自動(dòng)抄表 （2）定時(shí)上報(bào)
5、告警內(nèi)容： （1）開箱告警 （2）停電告警
1）可增加遠(yuǎn)程控制拉閘功能，電能表要增加內(nèi)置繼電器。
　　2）技術(shù)指標(biāo)：
　　（1）系統(tǒng)容量： 采集器容量：最多接24塊電表； 系統(tǒng)容量：原則上不受限制，實(shí)際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；
　　（2） 通信距離： 采集器與電表：采用雙芯多股線，對(duì)于機(jī)械表，距離≤500m；對(duì)于電子式電表，距離≤50m。
　　主站與采集器：采用無線或電話網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；
（3）通信成功率:
　　主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%。
5.2.2大集團(tuán)用戶抄表系統(tǒng)
　　1、電表：
　　A）三相有功無功多功<