自动抄表系统的发展与展望
摘 要 对供电部门和用户来说，传统的手工抄表收费方式越来越难以适应的进步和，抄表收费也成了供电部门经营上的的一大难题。而化的自动抄表系统可以较好地解决这一，自动抄表技术的也经历了一个从无到有，从原始到现代化的一个循序渐进的发展过程。进入新的世纪，展望未来，一种基于GPRS技术的自动抄表系统有望解决这些难题。关键词 自动抄表系统 磁敏传感 数码表 计数远传表 GPRS
1 概述
对供电部门和用户来说，人工抄表收费一直是一大难题，而人工收取电费到底难在何处呢？第一，难入户。现在的用户大多不希望被人打扰，而且抄表工作只能在早、晚居民休息时间进行，因而使收费的成功率很低，有时一户需反复多次上门才能收齐电费；第二，人工工资支出高。如1万户电力用户，抄表人员约45～70人，年费用近100万元。随着城市的扩张，抄表员人数及薪资同步增加；第三，抄表工作劳动强度大：由于高层楼房的普及，使抄表成为劳动强度较大的工作。
2 自动抄表系统的发展历程
基于以上所述的手工抄表的弊端，只有依靠现代化的自动抄表系统来解决，而自动抄表技术的应用经历了从原始到现代的发展过程，主要分为以下几个阶段：
（1）从20世纪90年代早期至中期，这一阶段自动抄表系统的数据传输方式主要是485总线、电力线载波自制总线。这几种方式都存在各种不足之处在于：485总线过多的分支造成维护和使用过程中很不方便，通讯可靠性较低。电力线载波，抄表很不连续，能连贯传输数据的系统很少。而这时期的采样方式主要采用脉冲采样和机械采样。系统结构形式主要是：脉冲表＋集中采集器。在协议方面都十分简单，基本只是几条命令。由于电源处理方面的问题采集器多数为外置式，集中采集，以便降低成本。地址多为单字节。以上各种自动抄表方式工作都不是太理想，个别的有较大的误差。
（2）从1997～2001年，采样方式多改为磁敏传感，传输方式则以485为主流。485方式下的`分支问题则使用集中器、HUB解决，此种方式可以较好地正常运转。关于系统结构，多数厂家用增设集中器来解决用户增加的问题。电磁兼容成为这一时期系统的设计难点，因为电表存在瞬时功率脉冲和平均功率脉冲的不同步的问题。位置识别法在这一时期也有较广泛的应用，因为机械位置识别的有较好的电磁兼容能力，无需存储数据，同时也就不存在因为干扰造成数据突变的弊端。也不存在UPS电源供电的问题。识别位置的方式主要有电阻式、红外反射式、条码识别式等等。这种方式对于机械加工及装配精度要求较高，生产过程中成品率较低，而且在读数需进位时读到的数据产生混乱或错误。
（3）从2002年至今，主流模式是数码表。完善集中抄表系统主要有几大难点：①设计时无统一标准，基本都是各自为政，使产品的普及存在难度；②调试时只靠人为的标识来区别线路，施工中容易造成混乱；③系统开发商和厂家脱节。由于表的供应商和系统的供应商分离，现阶段对于表具没有统一的标准可以遵循，系统的质量和表具的质量都是良莠不齐，经常出现互相扯皮的现象，用户最后的使用；④由于系统环节繁多，导致系统出问题的点比较多，又由于采用集中采集的特点一个地方出现问题可能会导致一大片出问题，因此问题很多。比如，ups电源故障，可能会导致若干个采集器无法计数，可能就有好几十户或者上百户人家需要重新抄表。
在这种情况下，直读表应运而生。这种表区别与以往的表的特点是读出的就是数据，而不再是脉冲，相当于把流量计和积算仪集成到一起。因此也有人将它称之为“数码表”。直读表分为两种，分别是脉冲计数式数据远传表和机械位置识别式直读表。这两种表均比以往的分线制集中抄表系统有很大的优越性，但它们互有优缺点。
脉冲计数方式的数据远传表（即直读表），实际上是将数据采集模块和远程通讯模块集成到表内，将脉冲计数值记录到表内，外界需要读取表读数时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据。这种表具一般提供485接口或M-Bus接口，在生产制造时，已经将初始值设定完毕。一般情况下不再需要设定初始值。
计数远传表优点：电路结构简单，价格比较便宜；对原表结构改动小，不要求有很高的机械精度，安装精度要求不高，因此成品率高；体积小巧，非常容易嵌入表内；可以记录完整的表头示数，甚至超出表头示数。计数远传表的缺点：内部有电源供电，电源的寿命是否能够满足要求成为质量的关键；对于电路的抗干扰性能要求较高。
机械位置识别式直读表（简称位置直读表）是在机械计数器字轮上安装位置表征元件（有电阻式，光电反射式，条码式等多种），在字轮的缝隙中安装位置读取电路，还有数据处理单元和通讯单元。当外界需要读取数据时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据。
位置直读表优点：平时根本无需电源，不用担心电池寿命问题；上可与机械计数器同步，无相对误差；理论上抗干扰性好。位置直读表缺点：电路结构复杂，元件多，电路部分体积较大，成本较高，嵌入表也较困难；对原表结构改动较大，精度要求高，安装精度要求高，因此精度成本高，成品率低，长期应用故障率高；在字轮处于进位状态时，有读数盲区，这时读到的将是乱数，需另一个集中器经常读取数据，系统之外的设备访问时实际读取的是集中器中的数据；为了降低成本，一般只在3个或2个低位字轮上安装位置检测单元，其它高位数据还需要外部设备如集中器或上位管理机进行识别处理，并仍然需要设置初始值。
通过上述比较我们发现，事实上计数直读表与位置直读表互有优缺点，两者的技术实现难点是在电子难度与机械难度方面进行了交换。计数直读表的实现难度是电子方面的低功耗和抗干扰性；位置直读表的实现难度是零件精度和安装精度。
由于电子技术的迅速发展，尤其是低功耗、高电磁兼容能力的芯片技术的一日千里的发展已经使2～3年前有难度的问题变得容易解决，而且是低成本来解决。由于内部采用无干扰的电池供电，只要在硬件方面采取有效的隔离措施，软件方面采用冗余校验的方法，计数直读表的可靠性是完全值得信赖的。已有开发出了能够嵌入表内的计数抄表模块专门用于远程自动抄表。
相对来讲位置直读表的诸多缺点是很难解决的，如进位时的检测盲区是原理性问题，而外部再加一个设备，一方面系统复杂了，另一方面同时也带来了电子实现难度。机械精度提高带来的成本提高是相对大的。市场上的诸多位置直读表已经由于精度达不到要求出现了很多问题，而且当某位出现问题时，系统在短期内是难以识别的。
自动抄表厂家已经认识到，表具必须具备直接输出数据的功能，系统采用总线制结构。分线制系统已逐渐被淘汰。
3 GPRS自动抄表系统
GPRS自动抄表系统工作原理：移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。GPRS电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和位于居民小区的电表数据采集点组成，利用中国移动现有的GPRS/GSM网络，电表数据通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输。
居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过485传到电表集中器，电表集中器通过RS232口与GPRS透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。
3.1 电表数据采集点
电表数据采集点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器，电表集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络，通过GPRS网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上，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到配电中心；同时，电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。
3.2 配电中心
配电中心服务器申请配置固定IP地址，采用省移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。配电中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到配电中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、、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。
3.3 GPRS/GSM移动数据传输网络
电表集中器采集的数据经GSM网络空中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，最终传送到配电中心IP地址。由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。
3.4 GPRS自动抄表系统的优势
GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点：①实时性强。由于GPRS具有实时在线特性，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参数调整、开关等远程操作；③建设成本少低。由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装设备，无需专门布线；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；⑤数据传送速率高。GPRS网络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（≥10Kbps）的需求；⑥通信费用低。采用包月计费方式，运营成本低。
4 结语
对于电力部门来说，远程抄表需要投入大量的人力、物力和财力，给收取电费造成极大的不便，而GPRS自动抄表系统将成为新世纪比较普及的自动抄表系统之一。
1 高光润，夏雪生.微处理器在电测技术中的[M].北京：机械出版社，1984
2 陆玉新.测量技术[M].北京：邮电出版社，1985
3 徐澄圻.21世纪通信趋势[M].北京：人民邮电出版社出版，2002
4 潘明惠.信息化工程原理与应用[M].北京：清华大学出版社出版，2004
（责任编辑 戴 钧）
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