GPRS技術(shù)在電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、GPRS技術(shù)在電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用韓曉萍 邵宏強(qiáng) 李佰國(guó)(山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，濟(jì)南250061)(山東許繼科華自動(dòng)化技術(shù)，濟(jì)南250061)摘要：提出了一種基于GPRS通訊技術(shù)的電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該抄表系統(tǒng)的工作原理及軟、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想是將GPRS終端經(jīng)由GPRS網(wǎng)接入Intemet，通過設(shè)置Intemet中通信中心服務(wù)器與客戶端服務(wù)器之間的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)終端與客戶端的信息交換。在山東電網(wǎng)的試運(yùn)行表明該系統(tǒng)具有良好的技術(shù)特性：數(shù)據(jù)流量達(dá)到500k一600kBytesmin，通訊可靠率大于93 ，通訊速率達(dá)到5 4kbps114kbps，系統(tǒng)誤碼率低于01。該系

2、統(tǒng)及其先進(jìn)技術(shù)可在電網(wǎng)抄表領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：GPRS技術(shù)；遠(yuǎn)程抄表；無(wú)線通訊1 引 言迄今為止，我國(guó)電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)已歷經(jīng)了數(shù)代產(chǎn)品，系統(tǒng)水平的提高主要在于其通訊技術(shù)的改進(jìn)。目前應(yīng)用較多的幾種遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的通訊方式有：專用數(shù)據(jù)通訊線路、電力線載波及無(wú)線通訊方式。采用專用通訊線路，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及速度都比較高，但是投資十分巨大，對(duì)于大面積的表計(jì)抄收無(wú)論是對(duì)供電方還是對(duì)用戶來(lái)說都是難以承受的。電力線載波抄表在國(guó)外應(yīng)用比較廣泛，但在國(guó)內(nèi)始終沒有得到大范圍應(yīng)用，其主要原因是我國(guó)的電網(wǎng)污染比較嚴(yán)重，在數(shù)據(jù)傳送過程中，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)碼、丟碼的情況，使數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差。在表計(jì)或集中器布局分散的場(chǎng)合適宜采用

3、無(wú)線通訊方式，目前較前沿的無(wú)線通訊方式有：利用商業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)GSM或GPRS無(wú)線上網(wǎng)通訊。眾所周知，GSM是一個(gè)覆蓋全國(guó)乃至全球的商業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可靠，覆蓋范圍廣，無(wú)通訊盲點(diǎn)。但GSM網(wǎng)絡(luò)通訊的不足之處在于：實(shí)時(shí)性差、通信流量較小，不適宜大數(shù)據(jù)量通訊。為解決這個(gè)問題，我們拓展開發(fā)了基于GPRS通訊的電力抄表系統(tǒng)。GPRS是一種新興的無(wú)線上網(wǎng)通訊技術(shù)，其原理是利用GSM網(wǎng)絡(luò)引人數(shù)據(jù)分組交換功能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。它不但集中了其他幾種無(wú)線通訊方式的優(yōu)點(diǎn)，由于可與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)直接互通，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸速度和數(shù)據(jù)流量。此外，應(yīng)用GPRS通訊還可以實(shí)現(xiàn)抄表系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線。2 GPRS通訊技術(shù)GPRS是通用無(wú)線

4、分組業(yè)務(wù)的縮寫(GeneralPacket Radio System)，是介于移動(dòng)通信第二代和第三代技術(shù)之間的一種過渡形式，通常稱為25c，目前通過升級(jí)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。它是一個(gè)混合體，采用TDMA方式傳輸語(yǔ)音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。GPRS提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接，采用信道捆綁和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高速接人，使無(wú)線資源得到充分利用。目前第一代GPRS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁，將每個(gè)信道的傳輸速率提高到14，4Kbps，因此GPRS通訊方式的最大速率是8×14，4=115，2Kbps：GPRS發(fā)展的第二步是通過增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)(EDGE)將每個(gè)信道的速率

5、提高到48Kbps，因此第二代的GPRS設(shè)計(jì)速率為384Kbps。它更適合于大多數(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如移動(dòng)辦公室，Interact接人等。GPRS通訊方式的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：(1)瞬間上網(wǎng)。GPRS的用戶一開機(jī)，就始終附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時(shí)只需一個(gè)激活的過程，一般只需要23秒的時(shí)間馬上就能登錄至互聯(lián)網(wǎng)，通訊網(wǎng)絡(luò)的建立過程十分迅速。(2)永遠(yuǎn)在線。GPRS由于使用了數(shù)據(jù)分組技術(shù)，用戶上網(wǎng)可以避免斷線情況的出現(xiàn)，由此保證GPRS永遠(yuǎn)在線。只要用戶的GPRS“ ”處于開機(jī)狀態(tài)，就一直與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。(3)快速傳輸。GPRS由于采用了經(jīng)濟(jì)高效的數(shù)據(jù)分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)封裝在每個(gè)分組上網(wǎng)發(fā)送，發(fā)

6、送后不需要此容量時(shí)就立即釋放，提供了即時(shí)連接和高速接人，可使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)到56Kbps-114Kbps，這樣的通訊速度完全可以和專用通訊線路方式相媲美。(4)數(shù)據(jù)吞吐量大。GPRS所提供的數(shù)據(jù)速率取決于所采用的編碼方案，高的傳輸速率保證了大的數(shù)據(jù)流量。GPRS上網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)吞吐量可高達(dá)115Kbits。(5)按量計(jì)費(fèi)。GPRS技術(shù)是一種面向非連接的技術(shù)，用戶雖然可以總掛在網(wǎng)上，但按實(shí)際通信流量計(jì)費(fèi)。這種計(jì)費(fèi)方式尤其適合于電表抄收這種間斷性數(shù)據(jù)傳遞，可以大大降低通信費(fèi)用。3 抄表系統(tǒng)GPRS通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我們研制開發(fā)的抄表系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多而布局分散，抄收數(shù)據(jù)流量大的特點(diǎn)，在通訊部分

7、應(yīng)用了GPRS通訊技術(shù)。設(shè)計(jì)思路是將GPRS終端經(jīng)由GPRS網(wǎng)接人Interact，通過設(shè)置Interact中的通信中心服務(wù)器與客戶端服務(wù)器通訊，實(shí)現(xiàn)終端與客戶端的信息傳遞交換。抄表系統(tǒng)中采用GPRS通訊方式，關(guān)鍵的問題是采集終端的GPRS通訊模塊和抄表主站系統(tǒng)通訊模塊之間通道的建立。在GPR通訊方式下，通訊模塊連接到Interact上時(shí)，分配到的IP地址是動(dòng)態(tài)的，所以不管是主站通訊模塊的IP，還是終端通訊模塊IP都是無(wú)法確定的，也就不可能直接在主站和終端之間建立連接。為解決這個(gè)問題，本系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)帶有固定IP地址的通訊服務(wù)器與Interact相連，主站通訊模塊和GPRS終端通訊模塊都直接和這

8、臺(tái)通訊服務(wù)器進(jìn)行通訊，通過通訊中心建立主站和終端之間的聯(lián)系。通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖中，GPRS通訊模塊負(fù)責(zé)接收和發(fā)送采集終端及客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)，它具有動(dòng)態(tài)分配的IP地址，提供1個(gè)或多個(gè)RS232接口。在工作狀態(tài)，GPRS模塊會(huì)主動(dòng)向通信中心服務(wù)器發(fā)出連接申請(qǐng)，服務(wù)器為其建立Socket連接。GPRS模塊能夠自動(dòng)進(jìn)行通道檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到通信失敗時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開當(dāng)前連接，重新發(fā)出連接申請(qǐng)，保證信道暢通?？蛻舳朔?wù)器面向電表管理客戶。自動(dòng)登陸Interact后，客戶端服務(wù)器向通訊中心服務(wù)器發(fā)出連接申請(qǐng)，服務(wù)器同樣為其建立Socket連接。客戶端后臺(tái)通過虛連接與GPRS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀取終端信息

9、進(jìn)行處理?？蛻舳朔?wù)器同樣具有通道自動(dòng)檢測(cè)功能。通信中心服務(wù)器作為GPRS終端與客戶端兩者之間的媒體，它負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)與存儲(chǔ)GPRS終端沒備與客戶端前置機(jī)的交換信息，為兩者建立可靠的連接，實(shí)現(xiàn)兩者之間的實(shí)時(shí)通信。4 通訊中心軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通訊中心軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：通訊中心起到連接終端設(shè)備和后臺(tái)系統(tǒng)的作用，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。一般來(lái)說通訊中心要有一個(gè)固定的IP地址或具有可以動(dòng)態(tài)解析的域名：終端和后臺(tái)系統(tǒng)通過這個(gè)IP地址或域名連接到通訊中心。連接完畢后可以根據(jù)設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行各SOCKET之間的數(shù)據(jù)交換。交換的過程在狀態(tài)顯示畫面進(jìn)行顯示，以方便進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。通訊部分軟件關(guān)鍵流程框圖如圖3所示。通訊中心

10、與GPRS終端之間通訊部分軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于：保持通道暢通，數(shù)據(jù)交換安全可靠。通道的通暢要靠?jī)煞矫鎭?lái)保障：GPRS無(wú)線通道要通暢；終端設(shè)備與中心的SOCKET連接要通暢。其中前者是后者的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)過程中采用了監(jiān)測(cè)后者的辦法保證通道的正常。正常情況下，通道中有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)認(rèn)為通道是正常的。如果通道空閑了l5分鐘，系統(tǒng)懷疑通道異常，發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)。如果聯(lián)絡(luò)信號(hào)能夠成功接收，則認(rèn)為通道良好。l5分鐘的時(shí)間是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，過短的時(shí)間將增加聯(lián)絡(luò)信號(hào)占的比重，增加系統(tǒng)的通訊負(fù)擔(dān)。過長(zhǎng)的時(shí)間則不能保證通道的暢通性。系統(tǒng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的DES加密算法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽縿?、完整性，?/p>

11、用了對(duì)淡數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC校驗(yàn)的機(jī)制。對(duì)于通不過校驗(yàn)的包，系統(tǒng)發(fā)送命令進(jìn)行重發(fā)。5 基于GPRS的電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們研制開發(fā)的基于GPRS通訊的電力表遠(yuǎn)程抄收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。系統(tǒng)中CPU采用意法半導(dǎo)體>PSD3200系列的PSD3233BV，本產(chǎn)品使用40MHz的8032芯核，包含兩個(gè)容量為256KB和32KB的Flash存儲(chǔ)器、一個(gè)8KB的SRAM、由l6個(gè)宏單元組成、使用Flash技術(shù)的超過3000門數(shù)的可編程邏輯電路PLD。GPRS通訊模塊采用西門子公司的無(wú)線數(shù)傳模塊MC35，支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信、語(yǔ)音和 業(yè)務(wù)。該產(chǎn)品具有RS一232，485及，ITI1LJ電平的RS232接

12、口。適合多種應(yīng)用環(huán)境。采用標(biāo)準(zhǔn)AT界面，方便程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過轉(zhuǎn)接開關(guān)可實(shí)現(xiàn)系列產(chǎn)品的升級(jí)。MC35支持PPP t TCP t UDP I HqTP|FTP ISMTPPOP3MIME多種協(xié)議，支持多種傳輸速率，上行速率Max2160Obps，下行速率Max45000 bps。通過建立內(nèi)部Web Sit，可隨時(shí)更新參數(shù)。SPI(Serial Peripheral Interface一一串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置可以是FLASH存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、AD轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總

13、線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口。我們研制開發(fā)的基于GPRS通訊的電力表遠(yuǎn)程抄收系統(tǒng)已經(jīng)在山東臨沂電業(yè)公司投運(yùn)應(yīng)用，一期工程實(shí)現(xiàn)了200臺(tái)大用戶變壓器的監(jiān)測(cè)抄收。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)線損分析、用電異常信息報(bào)警、電能質(zhì)量檢測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償、配變監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程抄表、功率因數(shù)監(jiān)測(cè)、電壓合格率監(jiān)測(cè)及負(fù)荷管理等。系統(tǒng)能夠通過WEB向局內(nèi)有權(quán)用戶提供服務(wù)，為用電管理提供決策依據(jù)。表l為本抄表系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)。6 結(jié) 論采用GPRS通訊方式使電力遠(yuǎn)程抄表系技術(shù)上了一個(gè)臺(tái)階。它實(shí)時(shí)在線、接入迅速、傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)可靠，具有其他無(wú)線通訊方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于借路于公網(wǎng)、免用戶維護(hù)、實(shí)行按量計(jì)費(fèi)

14、，又大大降低了系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本。我們?cè)谏綎|臨沂試運(yùn)的基于GPRS通訊的電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)抄收快速準(zhǔn)確。這套系統(tǒng)的實(shí)施安裝，不僅使供電公司實(shí)現(xiàn)了減員增效，更重要的是保證了重要大用戶變壓器的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，提高了供電可靠性作者簡(jiǎn)介：韓曉萍，1957年出生?，F(xiàn)任山東大學(xué)電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)自動(dòng)化研究所副教授。主要從事發(fā)電廠及變電站電氣自動(dòng)化方向研究。論文來(lái)源：電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，第19卷，第4期，2005年8月Appfication of GPRS Technology in ElectricRemote M eter Reading SystemsHan Xiaoping(Shan

15、dong University，Shandong Jinan 250061，China)Shao Hongqiang Li Baiguo(Shandong XJKH Co，Ltd，Shandong Jinan 250061，China)Abstract：An electric remote meter reading system based on the GPRS communication technology is presented The operating principle of the system and the design of software and hardware

16、 structure explained in detailWithin the design strategy ，a GPRS terminal is connected to the Internet via the GPRS network，and com unications between the terminal and clients is implemented by setting properly the communication protocol between the client server and the central serverTrial operation of the system in Shandong power grid demonstrates preferable and outstanding characteristics as designed ，with date stream rate as 500k一600k Bytesrain，reliability rate as not less than 93 ，data transmission speed as