低压电力线载波自动集中抄表系统的实现 华东师范大学朱明珏张福民 摘要介绍抄表系统的抄表模式、技术难点;系统地叙述一个已实现的基于低压电力线载波的自动集中抄表系统;给出系统原理图和集中器部分的结构图。 关键词自动集中抄表低压电力载波采集器集中器 随着国家推广电力系统的一户一表工作不断深入，以及供用电管理现代化的需要， 传统的手工抄表、手持终端抄表、车载无线电抄表方式已不适应，而越来越多的自动集中抄表系统进入了试用期阶段。这些抄表系统工作效率高，电量计量准确，而且还能提供许多用电的监视和管理功能。 一、 抄表模式简介 根据采集器和集中器之间数据传输方式的不同，通常有两种抄表模式：485总线抄表和载波抄表。图1示出了抄表模式。 电表模块——采集器——集中器——中央计算机 图1抄表模式 1 485总线方式 若干个采集器终端通过双绞线与集中器相连，组成一个485网络。这种方式的优点是数据传输可靠性高;可挂接256个节点，传输距离可达1000m。缺点很显然，由于用双绞线组成485网络，系统需要布线。 2. 载波抄表方式 采集器和集中器之间基于现有电网，利用专用/普通芯片，对数据进行调制解调，通过低压（220/380V）电力线作为信息传输媒介以实现集中抄表。这种方式下，电力载波技术成为了抄表系统的关键。 载波抄表主要采用两种电力线载波技术：窄带技术和扩频技术。窄带电力线载波技术主要有：模拟的FM、数字的FSK以及QPSK。国内主要应用的是FSK调制技术，这也是我们所采用的方法。扩频技术主要有：直接序列扩频DS、跳频FH以及线性调频Chirp。 载波抄收形式也有两种：载波单表式（一表一个载波模块）和采集终端式（多表一个采集器）。我们采用的是采集终端式的形式。 二、 电力载波抄表的关键技术问题 电力线是为传输50Hz的工频电能，而不是为通信而铺设的，故其特性往往较难直接满足载波通信的要求。这直接体现在两个方面：① 电力网络的阻抗特性及其衰减，制约了信号的传输距离。② 电力线上的噪音干扰，制约了信号的传输质量。 可以看出，由于在低压电力线上存在诸多使载波信号的信噪比急剧下降的因素，使得载波信号难以在一个供电区域内较好地传输，就必须采用多种技术措施，才能构造出满足实际需要的载波系统。 在我们的抄表系统中，基于成本和实现的考虑，使用了数字FSK窄带载波技术;选取了ST7536这个电力载波调制解调器芯片;采用了适当加大发射功率，提高软件容错能力等措施来提高系统的性能。ST公司的ST7536芯片是一种专为电力线通信设计的半双工、同步的FSK MODEM。它提供了两个可编程的信道，每个信道有两种速率：600bps和1200bps。我们在《电力线MODEM芯片——ST7536》一文中已详细介绍了这个芯片。下面介绍我们的低压电力线载波自动集中抄表系统。 三、 系统结构和原理 图2系统结构图1 系统结构框图 系统由电表、电力载波采集器、电力载波集中器和远程管理中心计算机四级网络系统构成。系统结构如图2所示。 管理中心主机和电力载波集中器之间通过现有电话网通信;电力载波集中器和电力载波采集器之间通过现有低压电力线（220/380V电力线）载波通信。 2 系统工作原理 电表通过传感器的脉冲信号方式传输给采集器。采集器收到脉冲后进行计数和处理，并将结果存储。其采集精度和所选电表精度一致，且内设断电保护电路。断电后，数据可长期保存。每个采集器中可存储同一单元中8户的电表信息。 采集器通过红外接口可与掌上机直接通信。掌上机可现场设置采集器参数和电表的初始值，可现场读取采集器内容后转储到管理中心计算机。 采集器和集中器之间的通信采用电力载波方式。采集器一般处于接收状态，集中器发出操作指令，采集器就按照指令内容操作，并将本采集器有关电表数据以载波形式通过电力线送给配变低压侧的集中器。每个集中器记录并存储着该配变下所有用户的累计电量。 集中器和管理中心计算机之间的通信采用电话线。当管理中心需要抄录该配变各用户用电量时，可通过电话MODEM向集中器发出相应指令，接收集中器通过电话线回送的相关数据存入数据库，并可打印、收费，实现抄表自动化。 四、 系统的具体组成 1 管理中心计算机 作为电力管理部门的管理控制中心，可从集中器读取用电报告以供编制帐目，进行用户用电状况的统计分析和控制管理。它可通过MODEM、公用电话网与各台区的集中器直接通信，从集中器读取用电报告及各项数据或发出指令进行远程监控管理，也可用掌上机在现场读取采集器内容后转储到计算机，或通过掌上机对采集器进行编程。 2 掌上机 我们采用了北京振中信达电子技术公司生产的ThinPad 600系列汉字掌上电脑，用 ZZDBASE语言自主开发了一套抄表软件。它用来在特殊情况下，跳过集中器，人工连接采集器和管理中心计算机的数据通信。通过红外线接口，它可对采集器的用户电表进行编程参数设置、初始化和数据抄录。同时通过串口将抄录的各类数据送入主机，以进行数据处理及系统管理。 3 载波集中器 这是一个三相中央控制单元。它与三相低压电力线相连，管理安装在同一变电台区内三相电力线上的所有载波采集器，通过低压电力线发送数据采集指令，收集采集器发出的数据，并将全部收集的数据结果以报告的形式传送给管理中心计算机。 集中器实现的主要功能如下： · 通过电话MODEM，接收管理中心计算机的指令，调校系统时钟，向主站计算机发送采集的数据（被动执行）; · 通过电力载波MODEM，间隔轮循采集各个点数据; · 低压电力载波通信方式; · 最大255个采集点; · 保存最近2个月采集的数据; · 三相电力线供电; · 检测、记录停电状况; · 备用锂电池，保证断电后时钟的正常工作和数据保存; · 悬挂式安装，可安装在低压电网的任何地方。 载波集中器的硬件结构图如图3所示。 图3载波集中器结构图4 载波采集器 系统中基本的数据采集单元。它从用户电表上采集用电量并将其通过电力线传送出去。采集器通过传感器计量机电式电度表表盘转数、转向或电子式电度表的脉冲个数，然后根据电表常数转换成用电量，再将累计的用电量与相关数据一起通过电力线传给数据收集装置——集中器。 采集器实现的主要功能如下： · 计量机电式电度表盘转数或电子式电表脉冲数; · 根据电度表常数计算用电量并保存在内部存储器中; · 通过低压电力线传送数据; · 指示灯显示单元工作状态; · 具有红外线接口，可对内部数据进行读取和修改; · 由电力线直接供电，断电数据保护; · 可与现有各种电表匹配; · 调校时钟; · 悬挂式安装，采集器和电表之间用普通四芯线直接相连。 5 电表 电子式脉冲电表或是感应式脉冲电表，前者直接输出计数脉冲，后者是由现有的机械表改造而成的脉冲电表。 五、 展望发展 基于本系统的设计和工作方式，可以很方便地将本系统用于对水表和煤气表的管理，从而实现对水、电、气三表的统一计量管理。 此外，随着Internet的普及,网络化正由计算机领域向其它领域扩展。我们可以把抄表系统融入Internet，实现对家用电表、水表、煤气表的远程抄表、查询和控制。 当然，我们的抄表系统还存在着很多问题，这也是目前很多其它抄表系统所要面对的，尤其是上面讨论的电力载波通信质量问题。在这方面，国内还停留在研究电网特性的层次上，还没有研制出适合我国国情的低压电力载波MODEM。MES 参考文献 1李祥珍.关于居民用户自动抄表系统模式的探讨.’99低压电力载波抄表技术研讨会论文汇编，1999 2赵宁,叶键.扩频技术及其在自动抄表系统中的应用.’99低压电力载波抄表技术研讨会论文汇编，1999 3杨泽清.实现载波集抄的关键技术及目前所存在的问题.’99低压电力载波抄表技术研讨会论文汇编，1999 4以色列尤尼克技术有限公司.集中抄表系统,1999