CN104992548A - 一种远程抄表系统 - Google Patents

Abstract

远程抄表系统采用带有电能计量芯片的抄表模块，在抑制谐波和防止过电流对系统冲击的前提下，可以对电压、频率、有功功率、有功等进行测量、计算和存储，在微处理器的控制下对数据进行处理后向上级系统发送。同时，各抄表模块构成传感器节点进行无线组网，从而可实现数据集中上传，系统维护、故障检修和扩充都更容易。最后，终端电表数据存储在主战数据库服务器，配有专门系统软件，具有自动抄表，数据处理，信息分析统计等功能。

Description

一种远程抄表系统

技术领域

本发明涉及一种电力电网的电能计量的技术领域，具体的来说，是一种远程抄表系统。

背景技术

远程自动抄表是利用现代计算机技术和通信技术自动将用户的用电量记录到抄表系统的计算机中，并由软件进行统计计算，过去抄表员的工作全部由自动抄表系统承担。因此是一种不需要人员到现场，自动化程度更高的新型抄表方式。远程自动抄表系统由自动抄表装置、通信媒体和供电部门营业所计算机局域网络及相应的软件构成。用于远程自动抄表的通信媒体主要有低压线路载波、现场总线(包括RS485)、公用电话交换网、有线电视网、无线电等。由于远程自动抄表自动化程度高，准确而及时，并且还有利于供电部门对负荷的管理，但常规的有线抄表系统不仅配线成本高，对于密集的用户，布线还比较复杂，同时，也容易受电网中谐波涌流等干扰，导致抄表成本提高、计量不够准确以及存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种远程抄表系统，远程抄表系统的整体结构从上至下分为：主站、集中器、采集终端和电表。电表数据从电表一级一级向上传，主站命令下达后，一级一级下传命令，抄收到数据后再一级一级上传。

主站是具有选择终端并与终端进行信息交换功能的计算机系统设备。在电力采集控制平台系统中，主站包括前置机、应用服务器、数据库服务器和采集控制管理软件四个部分，而前置机则是直接和终端进行通信的部分。

集中器是安装于台区变压器低压侧，收集所有电能表的数据，并进行存储的设备。接受主站数据上报的请求，转发主站给采集器或电能表的命令，能管理该台区的所有电能表和采集器，同时能和手持单元进行数据交换的设备。集中器作为配电变压器低压台区的中心设备，是连通主站和客户电能表的桥梁，一般每一配电变压器低压台区配备一个集中器。

集中器的外围电路主要包括电源电路，LCD电路、触摸屏电路、按键电路，SD卡接口电路和USB接口电路，通信接口电路，并且支持模块化扩展采集终端是用于采集多个客户电能表的电能量数据及相关用电信息，经存储处理(电能表冻结数据)后通过信道将数据上传到集中器，并能给客户电能表下发集中器命令的设备。

采集终端，在具有树型网络结构的远程自动抄表系统中，采集终端单元相当于一个智能管理机。采集终端用来集中采集各电能表的采集模块的电量信息并存储，向上发送给集中器，并接受集中器或手抄器的指令。在集中抄表系统中，抄表模块与采集终端可以结合起来使用，以计录电能表的电量值，并转换成电能表的电量信息，存储在抄表模块中，再通过通讯接口(如485总线方式)与采集终端相连。采集终端一次可以采集几十个甚至上百个抄表模块的数据，然后再将这些数据一并存储在采集终端，根据集中器发来的指令，将数据传送给集中器。而对于多功能智能电能表，由于其本身就带有CPU和存储功能，并具有RS485接口，因此可通过485总线直接与采集终端或集中器直接连接，但在采集终端或集中器中需安装所抄电表的数据通信协议。

按照采集终端和集中器之间通信信道分类，有载波采集器、RS484采集器和无线采集器等类型

上行通道是指集中器和主站之间进行数据传输的信道，根据需要可为无线信道如GPRS／CDMA，也可为有线信道如PSTN和宽带等，一般具有覆盖面广、传输信道公开、通用的特点，集中器和主站之间的通信协议又称集中器上行通信规约。

下行通道是指集中器、采集器和客户电能表之间进行数据传输的信道，近程通信信道可以为S485总线、低压电力线载波、无线或它们的混合，采用的数据交换协议为近程数据交换协议

集中器下行通过ZigBee方式和采集终端(或ZigBee表)进行通信，对于距离较远或信号较弱的采集终端(或ZigBee表)节点，可以通过加装中继器的方式来保证整个ZigBee网络数据通信的畅通。

电表采用电子式电表。电表本身带有CPU和存储功能并与集中抄表系统有同一传输规约，具有485接口，可直接与采集终端或集中器连接。

电表中还具有内置式抄表模块。内置式抄表模块装在电能表里面，每个电能表一块，结合不同的数据通讯方式将数据送到采集终端中。电能表的电量送入抄表模块，转换成电能表的电量信息，并存储在抄表模块中，然后等待上一级采集终端或集中器读取电量信息。抄表模块采用E2PROM存放抄表数据，在断电时各电能表的电量数据不至于丢失。抄表模块采用单片机系统，从而可以实现普通电表的分时计量。

电表的抄表模块由谐波抑制模块、保护电路、电能计量及控制模块、通信模块、电源模块几部分组成。

CT／PT从电网取得系统所需要的电压或电流信号，并转化为系统所能接受的输入范围

在电网中存在大量非线性负载，这些谐波源使电网电流不再是正弦波，从而使电网电流产生畸变。高次谐波不但对电网会带来危害，而且使电能计量装置计量不准，甚至损坏装置。因此，采用谐波抑制电路在信号进入系统计量前抑制谐波。

保护电路设置为当信号经过PT／CT、谐波抑制电路后流经开关电路，然后输入电能计量芯片，开关电路受电平控制，当输入高电平时接通，低电平截止。整流电路和开关并联，输出接放大器反向输入端，放大器正向输入端接参考电压。由于电能计量芯片的电流输入端最大输入为30mA，因此当输入超过30mA时开关应马上断开。

为了防止系统在断电的情况下抄表失灵，要求系统不能掉电。抄表系统自带UPS电源作为后备电源，保证了系统可靠供电，供电电源在正常情况下，由电网供电，在电网停电时，由UPS电源（如充电的锂离子电池）进行供电，保证系统长期稳定在线工作，UPS电源在电网有电时，充电至饱和状态，电网停电时，立即切换成由电池进行供电 。

在自动抄表系统中，每个抄表模块设为一个传感器节点。当有新用户安装采集水、电、气等使用量的表计，即有一个新节点要加入无线网络时，该节点首先要广播新节点加入网络的消息，成功加入后就和其它节点一样一直处于接收状态。当数据采集终端要采集用户的数据时，就会发送一个数据采集命令分组通知其要采集数据的节点采集数据。在发送采集命令分组之前要先寻找到要采集数据的节点即目的节点的路由信息，然后根据路由信息发送分组。由于每个节点位置固定，节点之间也相对固定，当所有的节点成功加入网络后，则整个网络拓扑结构就处于一个相对稳定的状态。

采用带有电能计量芯片的抄表模块，在抑制谐波和防止过电流对系统冲击的前提下，可以对电压、频率、有功功率、有功等进行测量、计算和存储，在微处理器的控制下对数据进行处理后向上级系统发送。同时，各抄表模块构成传感器节点进行无线组网，从而可实现数据集中上传，系统维护、故障检修和扩充都更容易。，最后，终端电表数据存储在主战数据库服务器，配有专门系统软件，具有自动抄表，数据处理，信息分析统计等功能。

附图说明

图1是本发明一种远程抄表系统的系统结构图。

具体实施方式

如图1所示，一种远程抄表系统，远程抄表系统的整体结构从上至下分为：主站、集中器、采集终端和电表。电表数据从电表一级一级向上传，主站命令下达后，一级一级下传命令，抄收到数据后再一级一级上传。

主站是具有选择终端并与终端进行信息交换功能的计算机系统设备。在电力采集控制平台系统中，主站包括前置机、应用服务器、数据库服务器和采集控制管理软件四个部分，而前置机则是直接和终端进行通信的部分。

集中器是安装于台区变压器低压侧，收集所有电能表的数据，并进行存储的设备。接受主站数据上报的请求，转发主站给采集器或电能表的命令，能管理该台区的所有电能表和采集器，同时能和手持单元进行数据交换的设备。集中器作为配电变压器低压台区的中心设备，是连通主站和客户电能表的桥梁，一般每一配电变压器低压台区配备一个集中器。

集中器的外围电路主要包括电源电路，LCD电路、触摸屏电路、按键电路，SD卡接口电路和USB接口电路，通信接口电路，并且支持模块化扩展。

采集终端是用于采集多个客户电能表的电能量数据及相关用电信息，经存储处理(电能表冻结数据)后通过信道将数据上传到集中器，并能给客户电能表下发集中器命令的设备。

采集终端，在具有树型网络结构的远程自动抄表系统中，采集终端单元相当于一个智能管理机。采集终端用来集中采集各电能表的采集模块的电量信息并存储，向上发送给集中器，并接受集中器或手抄器的指令。在集中抄表系统中，抄表模块与采集终端可以结合起来使用，以计录电能表的电量值，并转换成电能表的电量信息，存储在抄表模块中，再通过通讯接口(如485总线方式)与采集终端相连。采集终端一次可以采集几十个甚至上百个抄表模块的数据，然后再将这些数据一并存储在采集终端，根据集中器发来的指令，将数据传送给集中器。而对于多功能智能电能表，由于其本身就带有CPU和存储功能，并具有RS485接口，因此可通过485总线直接与采集终端或集中器直接连接，但在采集终端或集中器中需安装所抄电表的数据通信协议。

按照采集终端和集中器之间通信信道分类，有载波采集器、RS484采集器和无线采集器等类型

上行通道是指集中器和主站之间进行数据传输的信道，根据需要可为无线信道如GPRS／CDMA，也可为有线信道如PSTN和宽带等，一般具有覆盖面广、传输信道公开、通用的特点，集中器和主站之间的通信协议又称集中器上行通信规约。

下行通道是指集中器、采集器和客户电能表之间进行数据传输的信道，近程通信信道可以为S485总线、低压电力线载波、无线或它们的混合，采用的数据交换协议为近程数据交换协议

集中器下行通过ZigBee方式和采集终端(或ZigBee表)进行通信，对于距离较远或信号较弱的采集终端(或ZigBee表)节点，可以通过加装中继器的方式来保证整个ZigBee网络数据通信的畅通。

电表采用电子式电表。电表本身带有CPU和存储功能并与集中抄表系统有同一传输规约，具有485接口，可直接与采集终端或集中器连接。

电表中还具有内置式抄表模块。内置式抄表模块装在电能表里面，每个电能表一块，结合不同的数据通讯方式将数据送到采集终端中。电能表的电量送入抄表模块，转换成电能表的电量信息，并存储在抄表模块中，然后等待上一级采集终端或集中器读取电量信息。抄表模块采用E2PROM存放抄表数据，在断电时各电能表的电量数据不至于丢失。抄表模块采用单片机系统，从而可以实现普通电表的分时计量。

电表的抄表模块由谐波抑制模块、保护电路、电能计量及控制模块、通信模块、电源模块几部分组成。

CT／PT从电网取得系统所需要的电压或电流信号，并转化为系统所能接受的输入范围

在电网中存在大量非线性负载，这些谐波源使电网电流不再是正弦波，从而使电网电流产生畸变。高次谐波不但对电网会带来危害，而且使电能计量装置计量不准，甚至损坏装置。因此，采用谐波抑制电路在信号进入系统计量前抑制谐波。

保护电路设置为当信号经过PT／CT、谐波抑制电路后流经开关电路，然后输入电能计量芯片，开关电路受电平控制，当输入高电平时接通，低电平截止。整流电路和开关并联，输出接放大器反向输入端，放大器正向输入端接参考电压。由于电能计量芯片的电流输入端最大输入为30mA，因此当输入超过30mA时开关应马上断开。

为了防止系统在断电的情况下抄表失灵，要求系统不能掉电。抄表系统自带UPS电源作为后备电源，保证了系统可靠供电，供电电源在正常情况下，由电网供电，在电网停电时，由UPS电源（如充电的锂离子电池）进行供电，保证系统长期稳定在线工作，UPS电源在电网有电时，充电至饱和状态，电网停电时，立即切换成由电池进行供电 。

在自动抄表系统中，每个抄表模块设为一个传感器节点。当有新用户安装采集水、电、气等使用量的表计，即有一个新节点要加入无线网络时，该节点首先要广播新节点加入网络的消息，成功加入后就和其它节点一样一直处于接收状态。当数据采集终端要采集用户的数据时，就会发送一个数据采集命令分组通知其要采集数据的节点采集数据。在发送采集命令分组之前要先寻找到要采集数据的节点即目的节点的路由信息，然后根据路由信息发送分组。由于每个节点位置固定，节点之间也相对固定，当所有的节点成功加入网络后，则整个网络拓扑结构就处于一个相对稳定的状态。

采用带有电能计量芯片的抄表模块，在抑制谐波和防止过电流对系统冲击的前提下，可以对电压、频率、有功功率、有功等进行测量、计算和存储，在微处理器的控制下对数据进行处理后向上级系统发送。同时，各抄表模块构成传感器节点进行无线组网，从而可实现数据集中上传，系统维护、故障检修和扩充都更容易。，最后，终端电表数据存储在主战数据库服务器，配有专门系统软件，具有自动抄表，数据处理，信息分析统计等功能。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种远程抄表系统，其特征在于，远程抄表系统的整体结构从上至下分为：主站、集中器、采集终端和电表，电表数据从电表一级一级向上传，主站命令下达后，一级一级下传命令，抄收到数据后再一级一级上传。

2.如权利要求1所述的远程抄表系统，其特征在于，主站具有选择终端并与终端进行信息交换功能的计算机系统设备，主站包括前置机、应用服务器、数据库服务器和采集控制管理软件四个部分，前置机直接和终端进行通信。

3.如权利要求2所述的远程抄表系统，其特征在于，集中器是安装于台区变压器低压侧，收集所有电能表的数据，并进行存储的设备，接受主站数据上报的请求，转发主站给采集终端或电能表的命令，能管理该台区的所有电能表和采集终端，同时能和手持单元进行数据交换的设备，集中器的外围电路主要包括电源电路，LCD电路、触摸屏电路、按键电路，SD卡接口电路、USB接口电路和通信接口电路，并且支持模块化扩展。

4.如权利要求3所述的远程抄表系统，其特征在于，采集终端，用来集中采集各电能表的采集模块的电量信息并存储，向上发送给集中器，并接受集中器或手抄器的指令，在集中抄表系统中，抄表模块与采集终端结合使用，记录电能表的电量值，并转换成电能表的电量信息，存储在抄表模块中，再通过通讯接口与采集终端相连，采集终端一次可以采集多个抄表模块的数据，然后再将这些数据一并存储在采集终端，根据集中器发来的指令，将数据传送给集中器。

5.如权利要求4所述的远程抄表系统，其特征在于，还具有上行通道和下行通道，上行通道在集中器和主站之间进行数据传输，

下行通道在集中器、采集终端和电能表之间进行数据传输，集中器下行通过ZigBee方式和采集终端进行通信，对于距离较远或信号较弱的采集终端节点，加装中继器。

6.如权利要求5所述的远程抄表系统，其特征在于，电表采用电子式电表，电表带有CPU和存储功能，并与集中抄表系统有同一传输规约，具有485接口，可直接与采集终端或集中器连接，

电表中还具有内置式抄表模块，内置式抄表模块装在电能表里面，结合不同的数据通讯方式将数据送到采集终端中，电表的电量送入抄表模块，转换成电表的电量信息，并存储在抄表模块中，然后等待上一级采集终端或集中器读取电量信息，抄表模块采用E2PROM存放抄表数据，在断电时各电能表的电量数据不至于丢失，抄表模块采用单片机系统，从而可以实现普通电表的分时计量，

电表的抄表模块由谐波抑制模块、保护电路、电能计量及控制模块、通信模块、电源模块组成，

CT／PT从电网取得系统所需要的电压或电流信号，并转化为系统所能接受的输入范围的采样值

采用谐波抑制电路在信号进入系统计量前抑制谐波，

保护电路设置为当信号经过PT／CT、谐波抑制电路后流经开关电路，然后输入电能计量芯片，开关电路受电平控制，当输入高电平时接通，低电平截止，整流电路和开关并联，输出接放大器反向输入端，放大器正向输入端接参考电压，当输入超过参考电压时开关断开，

抄表系统自带UPS电源作为后备电源，供电电源在正常情况下，由电网供电，在电网停电时，由UPS电源进行供电，保证系统长期稳定在线工作，UPS电源在电网有电时，充电至饱和状态，电网停电时，立即切换成由电池进行供电，

抄表模块采用无线网络进行组网。