综合利用485接口、PLC与GPRS通信技术的抄表系统研究

【摘 要】介绍利用PLC（电力线载波—）和GPRS技术实现远程抄表系统，系统能够及时、准确地采集电能数据。在系统中使用了不同的通信方式。分别采用电力线载波和GPRS来实现本地和远程通信，实现了系统资源的优化。文中详细给出了系统各组成部分的原理、内部结构和工作过程，并对系统的安全措施和升级性能做了阐述。

【关键词】PLC（电力线载波）；GPRS；自动抄表

引言

电能量计量不仅是现代电力系统的重要组成部分，而且与所有用电用户的生产生活息息相关。随着用户数量越来越多，分布密度不断增加，传统的抄表方式已经不适应现在这个飞速发展的社会，无论是用户还是电力管理部门都迫切需要一个先进的自动抄表系统的介入。本文正是基于这一背景，将低压电力载波通信与GPRS无线数据通信方式结合起来。实现抄表系统的自动化、远程化、网络化。

1远程自动抄表系统的结构及功能

此系统为四层网络结构。第一层最本地，是由数量众多的用户电能表组成，它负责记录用户的基本用电信息。第二层则是采集终端，一个采集终端可同时与多个用户电表进行通信。根据远程集中器的命令对用户电能表存储的数据进行采集和存储，并将采集到的数据传送至远程。第三层是集中器，它的功能是定时或实时向采集器下达抄表命令，接收采集器传送的电量等数据，存储在非易失性存储器中。第四层为控制中心，它是整个系统的最远程，它的功能有很多，主要通过整个系统层层相连的通信网络来实现对系统各部分的控制与管理。

2系统通信方案的分析与选择

远程自动抄表系统采用分布式的体系结构，通信信道方案分为本地与远程两部分。本地通信信道实现电表、采集终端与集中器之间的通信；远程通信信道则实现控制管理中心与集中器之间的通信。

2.1本地通信方案

本地的通信常用的方式有很多，如红外线通信、RS_485总线通信和低压电力载波通信等。红外线通信技术是一种以红外光为载体，通过其在空中的传播来传输数据的技术。它的传输距离比较近，一般只有8～10米，无法满足远距离数据通信的要求。

2.2远程通信方案

集中器与控制中心的通信是通过无线网络来实现的，可采用的方案有GSM/GPRS/CDMA等几种。作为目前在使用的数字移动通信技术，相对于CDMA技术而言，GSM技术成熟较早，使用更为广泛，具体应用时，GSM方案需要在集中器和控制中心各加装一个无线调制解调器。GPRS的抄表系统比基于GS短消息方式的系统有着很多优势：传输速率高，永远在线，设备成本低，网络收费合理，拓展性强等。通过比较，本系统的远程通信采用GPRS技术来实现。

3远程自动抄表系统的组成与实现

首先。用户电能表将采集到的数据存储在自带的EEPROM中.在每月结束时或下个月的月初系统所设定的时间到时。控制中心将抄表命令通过GPRS网络发送给集中器。集中器接到命令回复控制中心后，通过电力线载波方式发送抄表命令给各采集终端，由采集终端执行具体的抄表程序，将与之经由RS-485总线相连的所有电表的电能数据接收过来。并上传至集中器，最后汇总到控制中心。图1给出了本设计各组成部分及通信方式。

因为用户电能表大多是由供电部门统一配置，因此本文并不详述电能表的构成，主要介绍抄表部分的构成与功能。

3.1采集终端的设计

此用户采集终端可通过载波通信接收集中器的命令，对用户数据进行采集处理并可上传数据，至少可管理32个用户电表。采集终端系统中包括处理器模块、电力载波通信模块、RS一485通信模块、电源模块和存储模块。处理器模块是整个采集终端的核心。使用的是Freescale公司（原摩托罗拉半导体部）的M68HC08系列的MC68HC908SR12，它是一款高性能的8位单片机系列，具有速度快、功能强和价格低等特点，具有12K的兀SH存储器，增强型串行通信接口SCI，另外还具有I2C总线接口。在系统中，电源是必不可少的组成部分，它是系统各部分能量的来源。本设计的电源是通过AC/DC变换器将220V电力线中的交流电整流后变成直流来使用。采集终端中包含了多个部分。包括RS-485部分，如共用一个电源可能会引入干扰，使可靠性大为降低。另外，采集终端中还配备了一个非易失性存储器，比较之后选择了比较常用的EEPROM，采用的型号是ATMEL公司的AT24C32.它带有I2C接口.可以很方便地和单片机相连接。采集终端的主要硬件连接如图2所示。

集中器通过载波方式发出抄表命令.采集终端中的电力载波芯片ST7540接收到命令，经过处理后进人单片机。单片机将抄表命令与需要抄表的电表地址（每个电表有一个独立的12位的地址）一起通过RS一485通信方式发给所有电表。与所发地址相符的电表确认地址后发送电表数据到单片机。单片机再将数据通过载波模块以载波通信的方式发送给集中器。

3.2集中器的设计

集中器是整个系统的中继。主要起到存储和转发的作用。另外还承担传达控制中心命令的工作，如对指定用户表断电、数据轮询等。集中器的处理器模块仍选用MC68HC 908SR12，以协调、控制其它各部分的工作。电力载波模块也与采集终端模块一样采用ST7540芯片。电源模块则提供+5V和+12V两种电源，给系统中的各部分供电。集中器还具有一个GPRS模块.以实现与控制中心的无线通信。

3.3控制中心的设计

控制中心由中心主机、通信服务器和打印机等部分组成。控制中心可通过自身拥有的固定IP的服务器与Intemet网相连，Intemet网络又与GPRS网络连接，而集中器则由GPRS模块WISMO与GPRS网络相连，连接成功后主动呼叫服务器，这样控制中心与集中器之间的无线连接便形成。连接成功后，双方可一直保持在线状态。

3.4 GPRS网络在系统中的应用

GPRS系统通过在原有的GSM系统中引入分组数据单元来提供无线系统上的数据业务。它引入了几种新的网络单元。GPRS系统本身采用IP网络结构，并对用户分配独立地址。PCU是分组数据处理单元，提供无线数据的处理功能。控制中心的组成以及与集中器之间的网络连接。

4系统的数据安全

由于系统计量内容的特殊性，因此系统对安全性提出了很高的要求。而且数据在GPRS和公用网络Internet中传输，更容易对数据的安全造成威胁。鉴于可能存在的诸多不安全因素，本系统采用以下几级安全措施。

4.1严格的身份和密码认证。

4.2安全的网络技术。在网络接入时，使用移动公司分配的专门的APN进行无线网络接入。并且系统采用IP过滤技术，对所有接受的数据包进行过滤，截留所有非法IP数据包。

4.3防火墙。设置软件防火墙来保护系统的安全。

4.4数据备份。将所有数据备份，确保在系统的硬件出现故障时不会丢失所有的数据。避免造成不可挽回的损失。

5系统的升级性能

本系统还具有很好的升级性能，目前包括笔者所在的很多地区已经出现了GPRS网络和EDGE网络并存的状态，并且3G网络也已开始商用，可以不断升级。它主要影响现有GSM网络的无线访问部分.即收发基站（B和GSM中的基站控制器（BSC1，而对基于电路交换和分组交换的应用和接口并没有太大的影响。因此从GPRS过渡到EDGE的投资少、周期短。

6结束语

电能计量自动抄表系统实现了包括电能数据采集、传输、管理的完全自动化。它可以推进电能管理的现代化发展。本文介绍的基于485接口、电力线载波与GPRS相结合的远程抄表系统，适合于智能小区、企业和地处偏远地区的单位等的电表数据的远程抄收和管理。具有重要的现实意义。

作者简介：

邱南阳（1976年- ）、男，籍贯（广东省、高州市）、在广东电网公司佛山供电局工作，工程师、工学学士、主要研究方向是通信技术在电力计量、通信领域中的探索与应用。