电力监控系统方案

 挨家挨户敲门查电表的方式，无论是对敲门的人来讲，还是对被敲门的人来讲，都是一件麻烦的事情。现在已有许多住宅用户都用上了预付费电卡，省去了查表的麻烦，但对电力部门来说，数据统计和实时监测仍然是一个有待解决的问题。
一、方案介绍
    通过中国移动的GPRS网络系统，电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。
    中国移动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网络，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/RS485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。
二、方案优点
    GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点：
    1、可靠性高：与SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个采集点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。
    2、实时性强：由于GPRS具有实时在线特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地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、建设成本少低：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，扩容性能好：配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监控中心可轻松支持几千个电表数据采集器的通信接入。
    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，目前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（≥10Kbps）的需求。
    7、系统运营成本低：采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。
三、系统构建
    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。
（一）系统组成
    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接口或RS485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。
    2、配电中心。
    a）公网接入方案
    服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的电表数据采集应用。
    b）专网接入方案
    服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线,申请配置固定IP地址，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，可实现大容量数据采集应用。
    监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。
    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、分析、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。


    图1 GPRS电力远程抄表系统方案
    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，最终传送到监控中心IP地址。
（二）系统方案
    各电表使用GPRS透明数据传输终端，通过移动的GPRS网络与配电中心相连。
电表使用GPRS普通数据卡或APN专用数据卡，同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记, 并与采集点信息进行关联，以便识别和维护处理。采集中心运行数据采集中心系统软件，实时采集电表数据。
（三）采用鸿道通讯DATGPRS V88产品为例
    DATGPRSV88数据监控仪针对工业SCADA系统的RTU终端的应用需求，在可靠性、电磁兼容性、接口、工作温度范围及输入输出等方面均采用产品化和工业化设计，保证了长期不间断工作的稳定性和可靠性，可广泛应用于远程数据采集和设备监控等领域。     功能特点:
●系统提供多种输入输出接口资源：
    a.12路12位模拟量采集，输入阻抗250欧姆，标准4~20mA(1~5VDC)输入，也可在20mA范围内任意输入，量程和零点可任意设置。
    b.8路脉冲量/开关量输入，脉冲量与开关量输入通过软件设置。
    c.4个继电器(220VAC3A)形式的干触点输出，通过短信、GPRS指令远程设置可打开与关断继电器。
    d.1个独立的RS232口，1个独立的RS485口，可作设置参数和仪表数据直读用，如流量计数据直读(流量计必须提供标准RS232/485接口和读取数据的　　协议)。
    e.1个3.3VDC(I<45mA)输出，为霍尔元器件等小型一次仪表提供电源。
    f.提供扩展板接口，可以和数据采集扩展板链接，实现更强功能的系统。
    ●报警功能：改变开关量状态报警（如上升沿报警和下降沿报警报警），模拟量上下限报警（如供水管网压力报警），流量报警（如瞬时流量过大和过小报警），并以短信和电话的形式通知负责人，同时可设置4个报警电话号码和4个IP(域名)地址。
    ●系统采用移动或移动的GSM/GPRS/CDMA通信平台，具有不受地理限制、稳定、可靠、成本低等优点。
    ●数据定时保存，时间间隔可设置(1分钟~1天)，最多可保存一年的历史数据，用户可以模糊查询有效期内的历史数据。
    ●数据定时上传，为满足不同客户可同时设置4个总台电话号码和4个IP（GPRS）地址，上发时间间隔可独立设置(1分钟~1天)。
    ●系统具有智能纠错能力，对设置位数、设置范围、格式有错的都会提示，并指出出错的指令。
    ●一条短信包含多个时间段的数据，节约了数据费用。
    ●数据LCD显示，有键盘操作，可操作菜单设置参数，查询参数和查看历史数据，同时显示实时数据。
    ●与普通手机友好的短信互动，并密码验证，所有数据参数都可通过短信设置。
    ●可与上位机(PC机)实现数据交换,设置参数和查看数据。
    ●短信和GPRS数据包发送计数器，便于用户了解话费余额。
    （四）安全措施
    由于电力远程抄表系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
    1、APN专网模式：利用SIM卡的唯一性，划定用户可接入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，在网络侧对SIM卡和APN进行绑定，只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN。
    2、对于特定用户，可通过数据中心给每个移动终端分配特定的ID和密码，其他没有数据中心分配的ID和密码的移动终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
    3、硬件自动复位功能，设备意外引起死机和掉网，通过自动复位可重新上电工作。
     四、结论
    对于电力部门来说，远程变电站抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力。因为变电站数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不方便。电力公司也可利用GPRS移动数据网络对各重要电力节点进行监控，自动读取相关数据并加以分析，还可进一步进行远程控制或设备维护，可减少人力资源、缩短修护时间并节省专线建设成本。