常用远方抄表系统介绍

电量数据传输通常由两层构成，从主站计算机到集中器称为 “第一层”，常采用电话等公共信息通信网，从集中器到采集终端到表计称为 “第二层”，这一层由于点多面广，是实现技术难点所在。

近几年，根据相关部门的配电通信设备送检产品统计，第二层的通信方式大约84%是低压配电载波，14%是利用RS485双绞线，2%是无线方式，此外还有采用以太网、canbus、Lon Works、总线等方式。下面选取几种远方抄表系统加以介绍。

（一） 电力载波集中抄表系统

1.载波抄表原理及影响传输质量的因素

以电力线为传输信道避免了重新建设线路的麻烦，能够大大地减少投资和线路维护工作，因此在自动抄表方案中，电力线载波自动抄表系统的成本最低，可最大限度地发挥电力系统的优势。

载波抄表是利用高频信号在电力线上进行传输来实现的。其基本原理是：在发送数据时，先将数据调制到高频信号上，经功率放大后耦合到电力线上。此高频信号经电力线路传输到接收方，接收机通过耦合电路将高频信号分离，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号。

影响电力线载波传输质量主要有两个因素：一是电力网络的阻抗特性及其衰减，它制约着信号的传输距离；二是噪声的干扰，它决定着数据传输的质量。

（1）电力网络的阻抗特性及其衰减。低压电力线一般采用铜或其他导电良导体制造而成，其本身的阻抗很小，对不同频率的信号其阻抗略有变化，但是相对稳定。因此，电力线本身的阻抗不是造成对载波信号衰减的主要原因。而在低压配电网中，并联许多不同性质的负荷，负荷情况是千变万化的，负荷不断地接入、切除，电器时开、时关等各种随机事件，使信道特性复杂且具有很强的时变性，且很难用准确的数学模型加以表征。因此，低压配电网并联的负载多、负荷性质和发送耦合电路的内阻是造成载波信号衰减的主要原因。

（2）噪声的干扰。低压电力线上的干扰噪声主要有脉冲噪声、白噪声、串音等。脉冲噪声是外来因素干扰造成的，主要是由雷电、大负荷投切、配电变压器和用户装置产生。产生脉冲噪声的用户装置有通用交直流两用电机、带有可控硅的调压装置、电视接收机及电脑等。脉冲噪声会以某种方式干扰正在线路上传送的数据。白噪声（又称热噪声）在通信线上始终存在，噪声大小与通信介质的温度成正比。白噪声的始终存在对线路上传输的数据同样产生干扰。串音是由两根通信线相互干扰所产生的，一根通信线上信号强就会干扰另一根通信线上的信号。存在于电力线上的诸多干扰噪声会使载波信号的信噪比急剧下降，导致载波信号难以在电力线上可靠传输。

2.扩频载波通信技术基本原理

目前，为实现在低压电力线上可靠传输数据，主要采用扩频载波通信。扩频载波通信有多种方式，如直序扩频、跳频等。无论哪种方式，都可用信息论的基本观点来加以说明。香农（Shannon）在其信息论中得到如下有关信道容量的公式

式中 C——信道容量；

P——信号功率；

W——频带宽度；

N——白噪声功率。

这个公式的含义是：在给定信号功率P和白噪声功率N 的情况下，只要采用某种编码系统，我们就能以任意小的差错概率，以接近于C的信道容量来传送信息。从这个公式可看出，在保持信道容量C不变的情况下，可以用不同频带宽度W 和信噪功率比P/N来传输信息。换句话说，频带W 和信噪比P/N 是可以互换的。如果增加频带宽度，就可以在较低的信噪比的情况下，用相同的信道容量以任意小的差错概率来传输信息。甚至在信号被噪声湮没的情况下，只要相应地增加信号带宽，也能保持可靠地通信。

扩频通信是指用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。其解调过程是由接收信号和一个与发送端扩频码同步的信号进行相关处理来完成的。扩频通信的好处在于：可用较大的带宽换取较小的信噪比，即较小的信号功率，这时，系统表现出较好的抗干扰性，从而使强噪声环境下的通信质量得以改善。这种“用带宽换功率”的措施特别适合电力线载波通信。扩频系统还具有抗衰减能力强的特点，由于信号带很宽，当由于某种原因引起信号衰减时，只会使一小部分频谱衰减，而不会使整个信号产生严重畸变。

3.电力线载波抄表系统

系统组成：本系统由电力载波电度表、电力载波采集器和电力公司管理中心计算机组成的三级网络。其中下行第二层通信为电力线载波，上行第一层通信为电话线。系统原理框图如图9-4所示。

主控站计算机对整个系统进行管理，通过管辖下的集中器可随时调用系统内任一电能表数据，并对数据进行处理，同时可对系统内设备发出各种指令。

集中器是整个系统的桥梁。它一方面接收来自主控站的各种操作命令并下传至采集器；另一方面，将采集器的各种信息回传到主控站计算机中，同时存储所管辖电能表的数据和有关参数，并具有定时抄收采集器 （表计）数据，实时监控采集器的工作状态等功能。

图9-4　电力载波抄表系统框图

（二）RS485总线方式的远程自动抄表系统

1.RS485的特点

RS485是美国电子工业协会（EIA）在RS422标准的基础上推出的一种国际性的开放式现场总线数据传输标准，是采用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据传输设备之间的平衡电压数字接口，特点如下：

（1）采用平衡发送和差分接收方式实现通信。(www.xing528.com)

（2）接口采用半双工型，电路结构简单。

（3）通信协议可任意制定，具有很好的灵活性。

（4）能实现多点互连，每条总线上的节点可达128个。如果节点数大于128，须加中继器。

（5）通信速度比较快。通信距离为1200m时，通信速度可达100kbit/s；通信距离为100m时，通信速度可达12Mbit/s。

（6）通信介质为双绞线。

（7）每帧信息都可加CRC校验，增强了通信的可靠性。

（8）网络拓扑一般采用终端匹配的总线式结构。

由于RS485总线的速度比较快、可靠性好、价格便宜，已广泛地应用在许多领域。

2.系统组成和工作原理

RS485总线方式的远程自动抄表系统主要由电能表、采集器、RS485总线网、集中器、Modem、市话网和主控站计算机组成。系统工作原理是电能表实时地测量和记录电量参数数据，并通过RS485通信接口完成数据的发送，采集器与集中器之间传输介质为双绞线，数据通过RS485总线网高速传输，集中器负责与主控站计算机和采集器进行通信。它与主控站计算机之间的通信选用电话线方式。系统原理框图如图9-5所示。

该方式从技术实现上来说较为容易，在居民用户远程抄表实现的早期为最有效方式，但是随着应用的扩大，其布线复杂，需要另外铺设专用的通信信道；前期投资较大，工程量大；通信信道易受人为损坏，运行维护的工作量和费用非常大等问题逐渐显现，影响了其继续发展，目前，应用范围趋小。

图9-5　RS485总线方式的远程自动抄表系统原理框图

（三） 其他方式的远程自动抄表系统

1.GSM远程自动抄表系统

近年来，随着全球移动通信系统GSM （Global System for Mobile Communication）的迅速普及，短消息服务业务SMS （Short Message SerVice）作为GSM 网络的一种基本业务日趋成熟。将GSM/SMS技术应用于自动抄表系统，利用SMS短消息服务业务，以GSM通信系统作为无线传输网络，其占用系统资源少，建网速度快，投资费用少，将会大大提高自动抄表系统的经济效益和社会效益。

GSM远程自动抄表系统主要由用户端、主控站、GSM通信系统三大部分组成。系统工作原理是主控站利用无线调制解调器，通过GSM 无线网络，分别向各个电能表抄表模块发送“抄表短消息”，电能表抄表模块收到 “抄表短消息”后，向集中器发送 “抄表指令”，集中器抄读各采集器采集的各电能表数据，然后将电能表数据组织成 “电能表读数短消息”，再通过电能表抄表模块把信息回传给主控站。GSM远程自动抄表系统原理框图如图9-6所示。

图9-6　GSM远程自动抄表系统原理框图

该系统可对智能电能表中的多种数据进行定时和实时召测，如电压、电流、有功电能表读数，无功电能表读数，最大需量表读数等，这些项均可根据实际情况进行设置。主控站对回传的数据进行统计、分析、打印，可有效地解决普遍存在的线损分析、供电平衡、故障失电、非正常用电、欠费处理等问题。

该系统具有以下特点：

（1）系统运行可靠。与现有的其他远程自动抄表系统相比，该系统可靠性、抗干扰性、稳定性、可维护性、功能扩展性等方面均具备明显的优势，只要电信部门GSM网能正常工作，系统就能正常工作。

（2）系统覆盖范围大。在国内GSM 网能覆盖到的范围内，均可实现GSM 远程自动抄表。

2.远程集中抄表系统的局限

无线方式由于依靠其空间传输，无需线路的特点在集抄中占据一席之地，但由于其功率小了易受阻挡和干扰，功率大了要受无委会限制，以及成本等问题，应用较少。此外，采用以太网、canbus、LonWorks、自制总线等方式远程集中抄表也有应用，但成本都相对较高，应用较少。

3.发展趋势

从近年的应用情况来看，随着居民用户远程集中抄表技术的逐渐成熟，其功能上已不满足于对普通电表每月正确抄回用电数据。功能将向数据深层挖掘，即：基于基本电表数据的存储与各种统计、分析等应用方向发展。集抄系统生产厂，电能表计生产厂应加强标准化和规范化工作，以利于集抄技术的全面推广。在通信手段方面，基于电力线专有网络的集抄将有望成为现实，蓝牙技术的发展与应用，蓝牙芯片的普及，成本的降低将为远程集抄技术带来更加广阔的前景。