自動(dòng)抄表系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用

一、自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成
自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要由電能表、采集器、集中器、數(shù)據(jù)傳輸通道、主站系統(tǒng)構(gòu)成，通過網(wǎng)絡(luò)還可以和供電局的營(yíng)業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)抄表收費(fèi)一體化。如圖1所示。

電能表--電能表有脈沖電能表和機(jī)械電能表兩種，脈沖電能表可輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)到采集器，而機(jī)械電能表需將用戶的用電量通過光或磁的方法轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)。
采集器(或稱為采集模塊)--采集器分為單表采集器和多表采集器兩種，單表采集器只能采集、存儲(chǔ)1塊電表的數(shù)據(jù)，多表采集器可同時(shí)采集、存儲(chǔ)8、12、16、24、32或64塊電表的數(shù)據(jù)，采集器除完成電表的電量數(shù)據(jù)采集工作以外，還要根據(jù)系統(tǒng)的要求完成與集中器之間的數(shù)據(jù)通信，將需要傳送的電量數(shù)據(jù)送到集中器中。
集中器--集中器的主要任務(wù)有兩個(gè)，一是完成與采集器的數(shù)據(jù)通信工作，向采集器下達(dá)電量數(shù)據(jù)凍結(jié)命令，定時(shí)循環(huán)接收采集器的電量數(shù)據(jù)，或根據(jù)系統(tǒng)要求接收某個(gè)電表或某組電表的數(shù)據(jù)。另外的任務(wù)就是根據(jù)系統(tǒng)要求完成與主站的通信，將用戶用電數(shù)據(jù)等主站需要的信息傳送到主站數(shù)據(jù)庫(kù)中。
通信信道--上行通道：指的是集中器與主站之間的通信線路，可以采用電話、無(wú)線、專線等通信介質(zhì)；下行通道：指的是集中器與采集器之間的通信線路，主要有485總線、電力線載波兩種通信方式。
主站系統(tǒng)--定時(shí)或隨時(shí)抄收居民或商戶電表的電能量數(shù)據(jù)，對(duì)集中器設(shè)置通信參數(shù)及操作參數(shù)，與供電局用電營(yíng)業(yè)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，可以進(jìn)行電費(fèi)計(jì)算、票據(jù)打印、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、電費(fèi)實(shí)收等功能。
二、485總線方式自動(dòng)抄表系統(tǒng)
485總線方式的抄表系統(tǒng)主要由電能表、采集器、集中器、數(shù)據(jù)信道機(jī)以及主臺(tái)計(jì)算機(jī)組成。其中采集器負(fù)責(zé)將若干個(gè)電表的用電數(shù)據(jù)集中進(jìn)行處理、計(jì)算及打包向上發(fā)送。若干個(gè)采集器通過雙絞線與集中器相連，組成一個(gè)485網(wǎng)絡(luò)。集中/轉(zhuǎn)發(fā)器負(fù)責(zé)與主臺(tái)計(jì)算機(jī)和采集器進(jìn)行通信，它與主臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信可選電話線、無(wú)線電、專線電纜等多種方式。
1、單485總線抄表系統(tǒng)：
系統(tǒng)由主站、信道、集中器、采集器和電能表構(gòu)成。主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與采集器之間(下行)采用屏蔽雙絞線，通信方式為485總線，采集器和電能表之間用一般導(dǎo)線連接，用于脈沖采集。
該系統(tǒng)適用于城市居民小區(qū)和較密集的商住樓，且電能表已安裝在集中式表箱中。每個(gè)單元安裝一臺(tái)采集器，可采集集中表箱內(nèi)的所有電能表脈沖。對(duì)于小區(qū)內(nèi)部的小商業(yè)用戶和單位，可以敷設(shè)脈沖線到就近樓層單元的采集器，若距離超過100m，應(yīng)單獨(dú)安裝一臺(tái)采集器。大約30～50個(gè)采集器需配置一個(gè)集中器，但485網(wǎng)線長(zhǎng)度應(yīng)不超過1200m。
（1）單485總線抄表系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：
①技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟，易于實(shí)現(xiàn)；對(duì)全電子式電能表，無(wú)需改造；總線傳輸速率高，可靠性高。②通過采用相應(yīng)的信道編碼技術(shù)，網(wǎng)線的合理配置，可使抄收率和數(shù)據(jù)可用率達(dá)到兩個(gè)100%。③由于采用多塊表集中抄收的方式降低了每戶成本，同時(shí)也降低了整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)。
單485總線抄表系統(tǒng)缺點(diǎn)：
①施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞。②線路損壞后，故障點(diǎn)不易查找。③易受雷擊和過電壓的影響。
單485總線抄表系統(tǒng)的適用范圍：
該系統(tǒng)適用城市居民小區(qū)和較密集的商住樓，且電能表已安裝在集中式表箱中。
（2）雙485總線抄表系統(tǒng)：
系統(tǒng)由主站、信道、集中器、采集器、485模塊和電能表構(gòu)成。主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與采集器之間(下行)采用屏蔽雙絞線(485總線)，采集器和電能表之間也采用屏蔽雙絞線(485總線)，用于采集電能表數(shù)據(jù)。
該產(chǎn)品適用于城市較分散的商業(yè)用戶和居民用戶，每個(gè)電能表需安裝內(nèi)置式485模塊，該模塊將電能表的脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，然后通過485接口傳送到采集器。電能表之間的485總線長(zhǎng)度不能超過1200m。
該系統(tǒng)由于采用了雙485總線結(jié)構(gòu)，故數(shù)據(jù)傳輸速率高，可靠性高，又因?yàn)殡娔鼙聿捎脙?nèi)置式485轉(zhuǎn)換模塊，脈沖傳輸更為可靠。缺點(diǎn)仍然是施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞。
三、載波抄表系統(tǒng)
1、低壓電力線的基本傳輸特性及通信技術(shù)：
簡(jiǎn)單的說，影響電力線載波傳輸質(zhì)量主要有兩個(gè)因素：一個(gè)是電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及其衰減，另一個(gè)是噪聲的干擾。第一個(gè)因素制約著信號(hào)的傳輸距離，第二個(gè)因素決定著數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。
低壓電力網(wǎng)的噪聲干擾主要由配電變壓器和用戶裝置產(chǎn)生。噪聲基本來(lái)源為：通用交、直流兩用電機(jī)，帶有可控硅的調(diào)光裝置，電視接收機(jī)等。這些設(shè)備產(chǎn)生的背景噪聲包括：隨機(jī)噪聲、平滑頻譜噪聲以及工頻諧波噪聲等。
以上可以看出，載波傳輸系統(tǒng)所處的環(huán)境是很惡劣的，所以應(yīng)采取某些措施消除噪聲，特別是脈沖噪聲對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?BR> 到目前為止，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的載波采集模塊大部分是基于FSK調(diào)制技術(shù)的，部分廠家使用的是擴(kuò)頻技術(shù)。
相對(duì)于采用擴(kuò)頻技術(shù)的模塊而言，基于FSK調(diào)制的采集模塊的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，實(shí)現(xiàn)比較容易，但其缺點(diǎn)也比較明顯，即抗噪聲干擾和抗諧波能力相對(duì)較差。
對(duì)于采用擴(kuò)頻技術(shù)的采集模塊，由于采用具有寬帶傳輸特征的擴(kuò)頻通信技術(shù)，使得系統(tǒng)在抗干擾能力方面有了較大幅度的改進(jìn)，使得抄表系統(tǒng)的可靠性得到了一定程度的提高。
實(shí)踐證明，為適應(yīng)不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、不同居民區(qū)、以及不同時(shí)間劇烈變化的負(fù)荷的實(shí)際要求，不論是FSK調(diào)制，還是擴(kuò)頻調(diào)制的電力線載波系統(tǒng)，都必需針對(duì)具體情況，通過接力或加大功率(在允許的范圍內(nèi))等措施延長(zhǎng)傳播距離和提高傳輸可靠性，以實(shí)現(xiàn)全天候可靠的電表數(shù)據(jù)抄收。
2、單表載波模塊的載波抄表系統(tǒng)：
單表載波模塊的載波抄表系統(tǒng)指每塊表內(nèi)均安裝一塊載波采集模塊，每個(gè)采集模塊完成電量的數(shù)據(jù)采集計(jì)算，并通過低壓電力線與設(shè)在變壓器副邊側(cè)的集中/轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行通信。
系統(tǒng)由主站、信道、載波集中器、載波電能表構(gòu)成。
主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與載波電能表之間(下行)采用低壓電力線載波。該載波電能表是由電能表加載波模塊組成。其主要優(yōu)點(diǎn)：充分利用電力線資源，無(wú)需重新布線，技術(shù)先進(jìn)，是抄表技術(shù)的發(fā)展方向。
（1）主要缺點(diǎn)：
①高頻載波信號(hào)只能在一個(gè)臺(tái)區(qū)內(nèi)傳輸，無(wú)法跨臺(tái)區(qū)傳送信號(hào)，必需借助其它通信手段將電表數(shù)據(jù)從集中器送到電表抄收中心或營(yíng)業(yè)中心。②由于低壓電力線本身的介質(zhì)、結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的影響，載波信號(hào)易受干擾，全天候的電能表可靠抄收比較困難，必需通過中繼或其它技術(shù)手段加以解決。③由于單表模塊尺寸和成本的限制，使得在軟件和硬件上，很難進(jìn)一步提高模塊的可靠性和穩(wěn)定性，這也在一定程度上，影響了系統(tǒng)的性能。
3、“多表一個(gè)采集器”的載波抄表方式：
“多表一個(gè)采集器”的載波抄表方式類似于485總線的抄表方式，多塊電能表共用1個(gè)采集器。唯一不同的是采集終端(模塊)與集中器之間的通信不是采用485雙絞線，而是通過低壓電力線實(shí)現(xiàn)載波通信。
四、其它特殊自動(dòng)抄表系統(tǒng)
1、超窄帶(UNB)載波抄表系統(tǒng)(跨臺(tái)區(qū)單表載波)：
該系統(tǒng)適合于城鄉(xiāng)分散的居民用戶和工業(yè)用戶抄表，特別適用于對(duì)農(nóng)村配變電能表的跨臺(tái)區(qū)的抄收。
該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)：超窄帶技術(shù)的傳輸帶寬只有0.001Hz，傳輸功率只需0.3mW，載波單元可直接安裝在電能表內(nèi)，每個(gè)載波單元通過編程 分配一個(gè)不同的頻率，多個(gè)載波單元(目前可接2880個(gè))與位于變電所的接收器同時(shí)進(jìn)行通信，通信傳輸距離長(zhǎng)，可達(dá)200km。由于使用極低的頻率(5～9.5Hz)進(jìn)行信號(hào)傳輸，因此信號(hào)穿透力強(qiáng)，可通過變壓器、線路和電容器，不需附加任何增益設(shè)備，不受其他設(shè)備的干擾，也不干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行。但由于采用超窄帶調(diào)制技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位需要33min，傳送一個(gè)完整的電量數(shù)據(jù)需要16h，實(shí)時(shí)性差。對(duì)于抄表系統(tǒng)而言，如果我們能夠忍受系統(tǒng)的延遲性(一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包傳送需要十幾個(gè)小時(shí)以上)，那么出于超窄帶傳輸系統(tǒng)的極高傳輸可靠性以及極強(qiáng)的穿透力，完全可以認(rèn)為此系統(tǒng)是一可使用的實(shí)用抄表系統(tǒng)，對(duì)此應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。
2、紅外抄表系統(tǒng)：
系統(tǒng)由主站、紅外掌上機(jī)、采集器和電能表構(gòu)成，采集器完成對(duì)革一表箱中的所有電表的電量采集，不設(shè)集中器，也不需要通信線路，抄表時(shí)由工作人員到現(xiàn)場(chǎng)，用掌上機(jī)抄收采集器中存儲(chǔ)的電能表數(shù)據(jù)，然后返回主站，將掌上機(jī)中已抄的電能表數(shù)據(jù)通過RS232口，傳送到主站計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)由于省去了集中器和485布線，故工程造價(jià)大大降低，缺點(diǎn)是需人到現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)化程度有所降低。適合于城市或農(nóng)村的電能表已集中的居民抄表。
3、配變抄表系統(tǒng)：
系統(tǒng)由主站、信道、抄表終端和配變總表構(gòu)成。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)配電變壓器總表電能量的抄收。抄表終端可以直接采集電能表的脈沖信號(hào)，也可抄收多功能電能表的數(shù)據(jù)，并通過通信線路和設(shè)備將所抄數(shù)據(jù)傳送到主站中。信道一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，也可采用其他通信信道，如無(wú)線電、光纖、載波等。
4、工頻抄表系統(tǒng)
工頻抄表系統(tǒng)類似于超窄帶抄表系統(tǒng)，不過它使用的是通過工頻過零點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制的載波通信技術(shù)，相比超窄帶抄表系統(tǒng)而言，易受諧波于干擾的影響，且需要較大的注入功率，但傳輸速率比超窄帶抄表系統(tǒng)高。