莱钢GPRS电计量数据传输系统

1、前 言 随着莱芜钢铁集团有限公司（简称莱钢）生产节奏的加快和生产规模的扩大，细化管理的要求更加迫切。为加强成本管理，莱钢要求对各生产单位进行日成本核算，生产用电成本便是其中的一部分。由于莱钢生产用电计量系统延用了原来的计量设备，在线电表设备非常落后，数据全部采用人工抄表，没有实现自动抄表和网络数据传输，达不到实现日成本核算的要求。因此，莱钢决定对电计量系统进行技术改造，建立远程抄表和数据网络传输系统。 GPRS是General Packet Radio Service的缩写，意为"通用分组无线业务"，是无线通信的一种标准，其速度为150kbps，比GSM快15倍。GPRS可以支持多种带宽，是对有限带宽的高效使用。此技术尤其适合发送小量数据，也可以用于大量数据的传输，能够实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，可以接入基于TCP/IP的外部网络。 GPRS向用户提供从9kbps到多于171.2kbps的接入速率。无线接口资源可在语音和数据业务之间共享。GPRS支持上行和下行的非对称传输,更为有效地实现和IP网络的互通。GPRS从协议结构上提供了和IP网络的互通功能。另外GPRS能向用户提供Internet所能提供的一切功能，GPRS对于Internet的其它组成部分来说，只是一个普通的子网。GPRS用户的建立时间更短。GPRS向用户提供比GSM更为丰富的数据业务。GPRS在GSM原有网络的基础上叠加了一层组成GSM/GPRS网络，引入GPRS业务将带来更优质的服务。 根据莱钢各生产单位较分散、计量点点多面广的现状，莱钢GPRS电计量数据传输系统设计采用GPRS无线传输方式对电计量数据进行远程传输。通过利用移动通信公司的网络资源优势进行数据联网，数据通讯质量好，日常维护费用也比较低，并具有施工周期短的显著优点。 2、GPRS电计量数据传输系统技术方案 随着移动通讯事业的发展，移动通讯的网络覆盖几乎无所不在，并且资源空置量非常大，而入网和使用费用亦十分低廉，这就为广泛地将无线通讯技术应用到水、电计量进行远程抄表和监控提供了便利条件。本系统基于GPRS系统为通讯媒介组成无线网络，实现联网抄表和监控。 2.1 系统结构及组成 系统配置拓扑图见图1。 图1 系统配置拓扑图 GPRS电计量系统由系统主站、数据通道、采集器、多功能表和串口设备组成，同时包括一套专用的应用软件，实现对电表数据实时采集、对电表实时监控，独立完成分时段（尖峰、峰、平、谷）计量计费、用电异常报警、线损统计与同期比较等功能；通过GPRS网络实现远程维护与升级；通过与MIS、SCADA、DMS、EMS等系统互联实现数据交换与共享。 2.1.1 GPRS数据采集器 采集器由32位高速处理器、6M Flash储存电路、GPRS模块、电源电路、锂电池组、电池管理电路、RS-485接口电路、RS-232接口电路、以太网接口电路、开关量检测电路等组成。工作电压90～270V交流电，静态功耗小于2W。 采集器具有以下功能： 数据采集功能，具有RS-485、RS-232、以太网口等接口，内置多种通讯规约，可以读取多种电能表的数据，或通过串口读取各种设备的数据。 数据处理功能，能实时处理大流量数据。 监控功能，能够实时监控电表和自身的工作状态，当发生故障时，如掉电、电表失压、断相，采集器会实时上报报警信号，掉电时仍可使用。 具有多方式的报警提示功能，报警发生时，采集器将报警信号实时发送至服务器的同时，也可以短信方式通知维护人员。 大容量存储记忆功能，配有6M Flash，可以存储各种所需数据。 响应主站的精准自动校时，保持系统时间的一致。 可以在线维护、升级，响应在线管理，可以在线配置各种参数，如工作模式，采集数据的间隔及方式，服务器地址，电表协议，短信接收号码等，使产品的后续维护和升级工作极为便利。 2.1.2 主站软件配置 数据库服务器操作系统：Windows2000 Advanced Server； 数据采集服务器操作系统：Windows2000 Server； 工作站操作系统：Windows2000/me/xp； 数据库管理系统：SQL Server、Oracle。 系统主站具有以下功能： （1）数据采集 主站对分布于各个计量监测点的采集终端实现电能量数据、状态数据及状态变化的采集，具有数据补测、参数下装、GPRS校时、数据合理性校验等功能。采集到的电能量数据存贮到历史数据库中；同时对系统状态、电能表工况、表箱状态进行监控，包括通道状态监视及通道切换、通道异常告警，PT缺相、CT断线、相序错误、失压、最大需量越限等事件进行监视，并实时发出告警信息（声音提示、画面提示）。告警信息记录到数据库，以便查询。支持GSM/GPRS通讯，支持电话拨号PSTN网通讯，支持网际通讯（WAN、LAN等）方式。拥有丰富的表计规约，能采集国内外大部分电能表数据，并能动态扩充表计厂家提供的通讯规约。采集方式：报警数据信息在任何情况下都主动及时上报；数据量信息周期采集、定时采集、人工随机召唤采集可设定。系统可人工对历史数据进行补采和维护。 （2）数据处理与存储 完成数据的常规处理，将当前电能数据存临时库和历史数据库，对不合理的数据给出相应的告警信息，并将告警内容存入历史数据库。用电量异常，如远小于或大于正常用电量（与同期比较）或主表与校表数据不一致等，系统给出告警信息（声音提示或者画面提示）。数值不在有效范围内，如小于零或小于某个数，则重采数据。 周期性（时间可以自定）地将临时库中有关的电能量数据存储到历史数据库，以便进行计量、计费、线损计算、统计分析、负荷预报、制作曲线、生成报表时用。主服务器数据库中正常数据自动定时备份。 在采集到的原始数据的基础上，对系统进行计量计费、统计分析，支持分时段计量、计费。统计各线路的总表电量与用户电量，可分年、月、日、时间段统计；根据供入电量与供出电量计算线损，如异常±5%（可以自定）给予报警；统计用户的尖峰、峰、平、谷电量和总电量。提供整点统计、日统计、月统计、年统计等；提供电量曲线、棒图、饼图，进行趋势分析、显示、打印；可以查看自定义对象的明细电量。系统提供EXCEL风格的报表工具，具有EXCEL的全部功能，使用方便。 （3）Web浏览功能 基于Web-Server的查询方式，通过Intranet或Internet和ASP技术，根据用户权限和输入的查询条件，可以调出各种图形、统计分析报表、电量计量统计数据等，方便查询。 系统主站具有以下主要特点： 数据易共享：支持大型商用数据库系统Oracle，提供各种数据接口，容易和管理单位原有MIS、SCADA/EMS实现数据交换。 组网方式灵活：系统支持多种联网结构，可以根据通讯媒介自由组合。 丰富的统计功能：系统提供标准的统计功能，用户也可以根据需要自定义。 易操作性：系统采用全图形组态界面，易操作。 系统安全性高：应用程序自动生成登录事件记录，所有操作人员在系统中的操作行为都记录在登录事件中，还采用授权人和操作员分离的机制，整个系统中只有一个人能设置权限。 2.2 系统特点 GPRS电计量数据传输系统具有以下特点： 实时防窃电和监控功能，停电仍能正常发挥作用。 以GPRS网络作为通讯媒体，组网灵活，不受地貌和区域限制。 系统易互联，通过路由器、数据网关，利用光纤、专线、电话等通信媒介，可与其他系统互联。 良好的开放性，可以接入电力技术支持的其他系统，系统本身容易扩展功能和升级。 高的可靠性、容错性。 支持远程诊断、维护和二次开发。 2.3 系统前期准备需求 （1）电表要求 电表选型应为带有标准RS-485接口的多功能表，支持的RS-485协议应为国家标准DL/T-645 1997以上，并提供电表的RS-485协议文本，以便配置相应的协议。若为脉冲表，即便加装脉冲处理器，也只能读取总电量，因此统一更换为多功能电子式电表。安装前，必须统一分配电表通信地址，否则采集器将无法与电表通信。 （2）GPRS要求 安装前，必须通过本地移动通信公司了解各个安装点的GPRS网络覆盖情况。因为GPRS网络未覆盖地点无法安装GPRS采集器。 安装前，最好与本地移动通信公司联系，询问本地GPRS资费情况，通过协商找出最少资费的方法，以节约运行成本。同时对安装地点进行勘测，以了解各地GPRS信号状况，以便提出最佳安装方法。 （3）系统主站要求 安装前，必须有一个固定IP地址（或企业局域网内部网址）连接到系统主站（如电信ADSL、网通宽带等都有该项业务），以使系统主站能够连接Internet。采集器数据利用移动公司无线网络送到移动GPRS中心，再通过Internet向该IP地址连接，数据即送到系统主站。 3、结 语 通过对莱钢股份公司热线生产厂的45个计量站点105台表进行电计量系统改造，已成功实现电计量数据的稳定、可靠传输，为日成本核算提供了准确的数据，GPRS传输方式值得在电计量数据传输系统中选择使用。 信息来源于：制信网