CN105528877A - 一种远程电表系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的远程电表系统，包括监控中心、集中器、采集器和用户电表；其通信分为两层结构，集中器与釆集器的底层通信和监控中心与集中器的上层通信；本发明的系统的优势是由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以使用，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。

Description

一种远程电表系统

技术领域

本发明涉及监测技术领域，尤其是有关于一种远程电表系统。

背景技术

随着生活水平的不断提高，智能小区、智能家居己逐步为人们所认识和接受。水、电、煤气、暖气更成为其中必不可少的一部分，智能远传抄表系统是智能小区综合管理系统的子系统之一，具有水、电、煤气、暖气表自动远传抄表和计费管理功能，解决了传统的手工抄表方式存在费时、费工、数据误差大、同时又扰民的问题，给人们的社会生产、生活带来了极大的便利。智能远程抄表系统的设计实现，具有一定的理论价值和很高的实用性。自动抄表是指釆用计算机技术和通信技术自动读取和处理数据的一种手段，是提高能耗管理部门自动化水平的需要，也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然；它不仅可以缓解抄表人员的劳动强度，降低人为因素造成的抄表差错，而且具有抄收速度快，抄表实时性好等优点。

现在最常见的远程自动抄表系统是釆用分线制集中抄表方式，即由釆集器定时顺序釆集来自多路分线连接的水、电、气表信号并进行数据处理、存储，各釆集器之间釆用总线制连接，最后连接至计算机。其典型特点是各户表通过分户线连接至釆集器位置。系统一般分为四层次结构：现场釆集器、服务器(区域管理器)、通信控制器、管理器中心。远程抄表系统的发展已有十多年了，但实际应用状况却差强人意，许多已安装自动抄表系统的楼盘由于计量不准确最后不得不又返回到人工抄表的老路上来，虽然产生这种现象的因素是多方面的，但仔细分析，根据现在表具的生产原理出现这种情况是必然的：1)前端表具先天不足，目前市面上所使用的抄表系统种类虽然繁多，但基本结构及原理都大同小异。就目前广泛使用的脉冲发信表(水表、气表)基本上釆用干簧管或霍耳元件传感器，工作原理简单，即在原机械表的转动齿轮或指针上放置磁铁，将传感器固定在其附近某一位置，齿轮或指针转动带动磁铁转动，当磁铁靠近又离开传感器时，输出一个周期的脉冲信号。釆集设备通过累计脉冲表发出的脉冲信号进行累计和换算，转换出用户的用水、用电、用气量。通过这种方式实现远传的系统，其可靠性取决于脉冲发信表发信、脉冲信号传输以及系统计量的可靠性。现实证明，这些环节的可靠性是无法保证的，使用中常会存在着弊端，由于表盘的抖动和传输过程的电磁干扰等因素，易引起脉冲丢失或多计脉冲。因此在使用一段时间后，脉冲计数方式的抄表数据与表具现场读数值不一致，系统需要不断的修正，易引起管理部门与用户的纠纷。2)表具传感器的的安装也是一个重要的因素，目前一些水表生产厂家从传感器厂家购入传感器后自行安装，由于水表中指针为金属指针由于安装不慎，水表安装运行后甚至会出现指针给磁铁吸到磁铁上的问题导致了现场的读数和脉冲抄表的计数出现很大的出入。脉冲信号传输，脉冲表发出的脉冲信号，需通过信号线传输至釆集器，如果传输距离过长，或者因连线质量不好、屏蔽作用不强信号失真，则不可避免造成系统计数错误。3)系统计量，由于脉冲计数的累加性特点，系统釆集器上的记忆脉冲的电子存储元件数据易受干扰，影响数据精确；远程抄表系统是通过不间断地累计对应脉冲表远程发来的脉冲来进行计量的，这就首先要求系统初始值设置必须正确，即人工抄读每只远传表的表盘实际读数后，将表的实际值准确无误地输入到数据釆集器，目前所使用的抄表设备一般有两种设置方式：一种是通过掌机将现场读数先输入掌机中，然后通过掌机将数据通过红外接口输入釆集器。这种设置由于不是实时计数,对于运行中的系统当用户用量比较大时不可避免的存在误差。另外一种是直接在管理计算机端通过软件实现，进行基数设置时需要使用对讲机进行实时设置。这样设置不存在误差。在实际使用过程中还必须要求电源及线路状态始终完好，不允许停电，如果釆集器掉电或出现其他严重故障则会使该釆集器上的所有户表数据丢失，集中抄表的风险无法有效分散。现在的抄表系统一般都自带蓄电池。但实际运用中蓄电池持续的时间往往都不是很理想，一旦停电必须对抄表的基数进行重新设置。所以抄表系统的供电一定要保证，一旦这些必要条件不具备，系统计数便不可避免地与机械表的读数出现误差。

基于以上原因，可以清楚地看到目前釆用累计脉冲的方式进行计量的抄表方式，显然是不能成为今后主流发展的趋势。目前的抄表系统前期的技术问题是根源，是由于其产品设计上的先天不足，用它直接作为计量收费的依据，必然导致纠纷。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出的一种远程电表系统，采用当今比较新的GPRS技术实现数据传输，对用户电表数据实现远程自动采集和实时监控的功能。

为实现上述目的，本发明的远程电表系统的技术方案，包括监控中心、集中器、采集器和用户电表；其通信分为两层结构，集中器与釆集器的底层通信和监控中心与集中器的上层通信。

进一步的，所述底层通信采集采用RS-485总线型通信方式。

进一步的，所述上层通信选用GSM/GPRS网络基于短消息的数据传输作为通信方式，通过短消息作为数据传输的载体，利用AT指令对通信模块控制，然后将数据按照短消息的格式发送给目标机，目标机接收到短消息后，利用AT指令将短消息读出并将信息还原，完成了一次数据通信。

进一步的，所述上层通信选用GSM/GPRS网络的组网方式采用Internet接入方式，即用户的远程监控中心采用ADSL等与Internet建立连接，申请一个公网IP地址，通过Internet将数据由GPRS网关服务器传送到监控中心。

进一步的，所述用户电表采用电子式电能表，集中器的无线GPRS通信模块采用SIM100模块；监控中心采用8位的单片机AT89C51芯片。

其主要的工作原理是：自动抄表系统的通信信道方案包括集中器与采集器的底层通信信道方案和管理中心与集中器的上层通信信道方案。底层数据采集采用RS-485总线型通信方式。上层通信系统是以安装在管理中心的系统工作站为中心点，以发散的形式分别通过通信信道与分散于各区域的集中器连接，鉴于GSM/GPRS网络的成熟度较高、覆盖面较广，可很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求，因而选用GSM/GPRS网络作为上层通信方式。

监控中心服务器与集中器构成上层通信系统。底层通信系统位于数据采集现场，包括用户电表、采集器和集中器。采集器既可以是标准的采集模块，也可以是带有RS-485接口的智能型仪表；采集器通过RS-485串行总线把采集到的数据传送给集中器。集中器的主要功能就是数据的采集、汇总和转发。本系统中集中器主要由控制器和通信模块构成。集中器利用RS-485总线把比较接近的采集器的数据汇总过来，对它们进行分时存储，并利用通信模块通过GSM/GPRS网络把数据传送给上位供电部门管理中心。

GPRS系统原理：MS与GSM基站通信，但与电路交换数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到SGSN,而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。SGSN与GGSN进行通信GGSN对分组进行相应的处理，再发送到H的网络。来自Internet标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到MS。SGSN通过帧中继与BTS相连，是GSM网络与MS之间的接口。SGSN的主要作用是在MS和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收)。GGSN通过基于EP协议的GPRS骨干网连接到SGSN,将GSM网络中的GPRS分组数据包进行转换，并传送到远端的外部分组交换网。GGSN是连接GSM网络和外部分组交换网(Internet和Intranet)的网关。

系统数据传输的工作原理如下：终端通过RS232/485接口接收用户电表的数据，然后将数据打包成IP协议包，通过GPRS模块内置的SIM卡搜索GPRS网络后接入，处理后以GPRS分组的形式发送到GSM基站，分组数据经SGSN封装后，发送到GPRSIP骨干网，然后将分组数据包经GGSN进行协议转换后，发送到外部Internet网络，再通过GPRS服务器，将数据发送到数据监控中心。

由于系统中采用GPRS作为传输方式，并采用智能电能表，因此该系统具有以下功能：

1.定时抄表功能：对系统所有电能表进行定时抄表，抄表时间及抄表次数可设置，如:存储两个抄表周期电量(月末或抄表日零点数据)

2.实时抄表功能：实时抄收任一时间数据及状态，如：

正向电量：有功一总、尖、峰、谷、平、需量；

无功一感性无功(I)、容性无功(IV)。

反向电量：有功一总、尖、峰、谷、平、需量；

无功一感性无功(m)、容性无功(n)。

其它数据：电压(Ua、Ub、Uc)、电流(la、Ib、Ic)、费率、时段等，抄表数据可以任意打包。

3.预付费控制功能：当用户发生欠费或违章用电时可切断电源。

4.电能表监测功能：当电能表或脉冲线发生故障时，系统能自动提示。

5.系统管理功能：对通信、费率等参数进行设置，对回收数据进行统计、分析、查询、备份、报表等。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

基于GPRS的无线网络的抄表系统结构简单，控制容易，不需要重新组网，可方便的推广到不同地域使用。GPRS网络技术，由于引入分组概念，为设备无线接入Internet提供了一种先进的有效的手段，使用GPRS的电能远程抄表系统具有以下特点：

1、实时性强：由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据釆集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2、可对电表设备进行远程控制：通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

3、设置成本低：由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；

4、集抄范围广：GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

5、系统的传输容量大：配电数据中心要和每个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

6、数据传送速率高：每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，H前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右,完全能满足本系统数据传输速率OlOKbps)的需求。

7、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。

8、方便抄表工作：远程自动抄表提供了电能表数据抄录的计算机管理，抄表人员足不出户就可以对电能表的数据及时准确地进行抄录，极大地方便了抄表工作。

附图说明

图1为本发明实施例的远程电表系统组成框图；

图2为本发明实施例的远程电表系统的数据传输流程图；

图3为本发明实施例的远程电表系统的主程序流程图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下：

参考图1所示，包括监控中心、集中器、采集器和用户电表；其通信分为两层结构，包括集中器与釆集器的底层通信和监控中心与集中器的上层通信；本文构建的系统由四部分组成：监控中心、集中器、采集器和用户电表；分为两层结构，包括集中器与釆集器的底层通信和监控中心与集中器的上层通信；系统的通信信道方案包括集中器与采集器的底层通信信道方案和管理中心与集中器的上层通信信道方案。底层数据采集采用RS-485总线型通信方式。上层通信系统是以安装在管理中心的系统工作站为中心点，以发散的形式分别通过通信信道与分散于各区域的集中器连接，信道的通信数据量大，要求有一定的传输速率和带宽。鉴于GSM/GPRS网络的成熟度较高、覆盖面较广，可很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求，因而选用GSM/GPRS网络作为上层通信方式。监控中心服务器与集中器构成上层通信系统。底层通信系统位于数据采集现场，包括用户电表、采集器和集中器。采集器既可以是标准的采集模块，也可以是带有RS-485接口的智能型仪表；采集器通过RS-485串行总线把采集到的数据传送给集中器。集中器的主要功能就是数据的采集、汇总和转发。本系统中集中器主要由控制器和通信模块构成。集中器利用RS-485总线把比较接近的采集器的数据汇总过来，对它们进行分时存储，并利用通信模块通过GSM/GPRS网络把数据传送给上位供电部门管理中心。在本文中集中器又称为数据采集终端设备。

其中的监控中心服务器，GPRS通讯模块是以浮动EP地址的方式连接到Internet的,其DP地址每次连接时都不一样。监控中心的服务器本身必须绑定了一个固定的EP地址，并且以此IP地址接入Internet,便于GPRS模块与服务器连接。这样监控中心服务器就可以从绑定的IP地址上接收每个GPRS通讯模块发送来的数据。接收到电能表数据后，监控中心软件对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等,并对异常情况进行报警，同时对用户使用情况实现实时监控。

其中的电能表数据采集终端，GPRS模块是嵌入到数据釆集终端中的，与采集终端MCU的串行口连接,进行RS232通讯。采集终端通过RS485采集智能电能表的数据，对数据进行简单的分类存储,然后按照与监控服务器的通讯协议，把数据进行封装处理，利用短消息的方式发送到监控服务器。

其中的智能电能表，智能电能表的功能是计量用电量的大小，监控用户的用电情况，并把这些数据用RS485的方式传送给数据采集终端。可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能，还具有多费率控制，负荷曲线记录，各相失压、过压、频率超限记录，数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。

数据传输流程图如图2所示，终端通过RS232/485接口接收用户电表的数据，然后将数据打包成IP协议包，通过GPRS模块内置的SIM卡搜索GPRS网络后接入，处理后以GPRS分组的形式发送到GSM基站，分组数据经SGSN封装后，发送到GPRSIP骨干网，然后将分组数据包经GGSN进行协议转换后，发送到外部Internet网络，再通过GPRS服务器，将数据发送到数据监控中心。

系统的整个主程序流程如图3所示，软件部分主要由监测点数据采集和远程数据通信两个模块组成。监测点数据采集模块实现集中器通过RSW85总线抄收各监测点数据的功能。远程数据通信模块实现集中器通过GPRS方式与监控中心通信的功能；AT89C51的主程序大部分是调用相应的子程序来实现电能数据的采集和通信功能，它是整个电表的设计主线，上电复位后进入主程序，除了初始化程序和模块启动程序外，其他部分是一个无限的循环过程，电表的所有功能都在这个循环里面执行，除非系统掉电或者程序的干扰而跑飞，执行的过程不会跳出这个循环。

以上说明书文字与附图仅为对本发明的解释和说明，不以任何形式对本发明构成限制和限定，本发明的范围以权利要求书为准，一切不超出本发明宗旨的显而易见的修改、变换和替代方案均在本发明范围内。

Claims (5)

1.一种远程电表系统，其特征在于，包括监控中心、集中器、采集器和用户电表；其通信分为两层结构，集中器与釆集器的底层通信和监控中心与集中器的上层通信。

2.根据权利要求1所述的远程电表系统，其特征在于，所述底层通信采集采用RS-485总线型通信方式。

3.根据权利要求1所述的远程电表系统，其特征在于，所述上层通信选用GSM/GPRS网络基于短消息的数据传输作为通信方式，通过短消息作为数据传输的载体。

4.根据权利要求1所述的远程电表系统，其特征在于，所述上层通信选用GSM/GPRS网络的组网方式采用Internet接入方式，即用户的远程监控中心采用ADSL等与Internet建立连接，通过Internet将数据由GPRS网关服务器传送到监控中心。

5.根据权利要求1所述的远程电表系统，其特征在于，所述用户电表采用电子式电能表，集中器的无线GPRS通信模块采用SIM100模块；监控中心采用8位的单片机AT89C51芯片。