關鍵詞 自動抄表系統 磁敏傳感 數碼錶 計數遠傳表 GPRS
1 概述
對供電部門和用戶來說，人工抄表收費一直是一大難題，而人工收取電費到底難在何處呢？第一，難入戶。現在的用戶大多不希望被人打擾，而且抄表工作只能在早、晚居民休息時間進行，因而使收費的成功率很低，有時一戶需反覆多次上門才能收齊電費；第二，人工工資支出高。如1萬戶電力用戶，抄表人員約45～70人，年費用近100萬元。隨着城市的擴張，抄表員人數及薪資同步增加；第三，抄表工作勞動強度大：由於高層樓房的普及，使抄表成爲勞動強度較大的工作。
2 自動抄表系統的發展歷程
基於以上所述的手工抄表的弊端，只有依靠現代化的自動抄表系統來解決，而自動抄表技術的應用經歷了從原始到現代的發展過程，主要分爲以下幾個階段：
（1）從20世紀90年代早期至中期，這一階段自動抄表系統的數據傳輸方式主要是485總線、電力線載波自制總線。這幾種方式都存在各種不足之處在於：485總線過多的分支造成維護和使用過程中很不方便，通訊可靠性較低。電力線載波，抄表很不連續，能連貫傳輸數據的系統很少。而這時期的採樣方式主要採用脈衝採樣和機械採樣。系統結構形式主要是：脈衝表＋集中採集器。在協議方面都十分簡單，基本只是幾條命令。由於電源處理方面的問題採集器多數爲外置式，集中採集，以便降低成本。地址多爲單字節。以上各種自動抄表方式工作都不是太理想，個別的有較大的誤差。
（2）從1997～2001年，採樣方式多改爲磁敏傳感，傳輸方式則以485爲主流。485方式下的`分支問題則使用集中器、HUB解決，此種方式可以較好地正常運轉。關於系統結構，多數廠家用增設集中器來解決用戶增加的問題。電磁相容成爲這一時期系統的設計難點，因爲電錶存在瞬時功率脈衝和平均功率脈衝的不同步的問題。位置識別法在這一時期也有較廣泛的應用，因爲機械位置識別的有較好的電磁相容能力，無需存儲數據，同時也就不存在因爲干擾造成數據突變的弊端。也不存在UPS電源供電的問題。識別位置的方式主要有電阻式、紅外反射式、條碼識別式等等。這種方式對於機械加工及裝配精度要求較高，生產過程中成品率較低，而且在讀數需進位時讀到的數據產生混亂或錯誤。
（3）從2002年至今，主流模式是數碼錶。完善集中抄表系統主要有幾大難點：①設計時無統一標準，基本都是各自爲政，使產品的普及存在難度；②調試時只靠人爲的標識來區別線路，施工中容易造成混亂；③系統開發商和廠家脫節。由於表的供應商和系統的供應商分離，現階段對於表具沒有統一的標準可以遵循，系統的質量和表具的質量都是良莠不齊，經常出現互相扯皮的現象，用戶最後的使用；④由於系統環節繁多，導致系統出問題的點比較多，又由於採用集中採集的特點一個地方出現問題可能會導致一大片出問題，因此問題很多。比如，ups電源故障，可能會導致若干個採集器無法計數，可能就有好幾十戶或者上百戶人家需要重新抄表。
在這種情況下，直讀表應運而生。這種表區別與以往的表的特點是讀出的就是數據，而不再是脈衝，相當於把流量計和積算儀集成到一起。因此也有人將它稱之爲“數碼錶”。直讀表分爲兩種，分別是脈衝計數式數據遠傳表和機械位置識別式直讀表。這兩種表均比以往的分線制集中抄表系統有很大的優越性，但它們互有優缺點。
脈衝計數方式的數據遠傳表（即直讀表），實際上是將數據採集模組和遠程通訊模組集成到表內，將脈衝計數值記錄到表內，外界需要讀取表讀數時，接通通訊電源，按照通訊協議發出讀數命令即可讀取數據。這種表具一般提供485接口或M-Bus接口，在生產製造時，已經將初始值設定完畢。一般情況下不再需要設定初始值。
計數遠傳表優點：電路結構簡單，價格比較便宜；對原表結構改動小，不要求有很高的機械精度，安裝精度要求不高，因此成品率高；體積小巧，非常容易嵌入表內；可以記錄完整的表頭示數，甚至超出表頭示數。計數遠傳表的缺點：內部有電源供電，電源的壽命是否能夠滿足要求成爲質量的關鍵；對於電路的抗干擾性能要求較高。
機械位置識別式直讀表（簡稱位置直讀表）是在機械計數器字輪上安裝位置表徵元件（有電阻式，光電反射式，條碼式等多種），在字輪的縫隙中安裝位置讀取電路，還有數據處理單元和通訊單元。當外界需要讀取數據時，接通通訊電源，按照通訊協議發出讀數命令即可讀取數據。
位置直讀表優點：平時根本無需電源，不用擔心電池壽命問題；上可與機械計數器同步，無相對誤差；理論上抗干擾性好。位置直讀表缺點：電路結構複雜，元件多，電路部分體積較大，成本較高，嵌入表也較困難；對原表結構改動較大，精度要求高，安裝精度要求高，因此精度成本高，成品率低，長期應用故障率高；在字輪處於進位狀態時，有讀數盲區，這時讀到的將是亂數，需另一個集中器經常讀取數據，系統之外的設備訪問時實際讀取的是集中器中的數據；爲了降低成本，一般只在3個或2個低位字輪上安裝位置檢測單元，其它高位數據還需要外部設備如集中器或上位管理機進行識別處理，並仍然需要設定初始值。
透過上述比較我們發現，事實上計數直讀表與位置直讀表互有優缺點，兩者的技術實現難點是在電子難度與機械難度方面進行了交換。計數直讀表的實現難度是電子方面的低功耗和抗干擾性；位置直讀表的實現難度是零件精度和安裝精度。
由於電子技術的迅速發展，尤其是低功耗、高電磁相容能力的芯片技術的一日千里的發展已經使2～3年前有難度的問題變得容易解決，而且是低成本來解決。由於內部採用無干擾的電池供電，只要在硬件方面採取有效的隔離措施，軟件方面採用冗餘校驗的方法，計數直讀表的可靠性是完全值得信賴的。已有開發出了能夠嵌入表內的計數抄表模組專門用於遠程自動抄表。
相對來講位置直讀表的諸多缺點是很難解決的，如進位時的檢測盲區是原理性問題，而外部再加一個設備，一方面系統複雜了，另一方面同時也帶來了電子實現難度。機械精度提高帶來的成本提高是相對大的。市場上的諸多位置直讀表已經由於精度達不到要求出現了很多問題，而且當某位出現問題時，系統在短期內是難以識別的。
自動抄錶廠家已經認識到，表具必須具備直接輸出數據的功能，系統採用總線制結構。分線制系統已逐漸被淘汰。
3 GPRS自動抄表系統
GPRS自動抄表系統工作原理：移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建電力遠程抄表系統，實現電錶數據的無線數據傳輸具有可充分利用現有，縮短建設週期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。GPRS電力遠程抄表系統由位於電力局的配電中心和位於居民小區的電錶數據採集點組成，利用中國移動現有的GPRS/GSM網絡，電錶數據透過中國移動的GPRS/GSM網絡進行傳輸。
居民小區的所有電錶首先連接到電錶集中器，居民用戶的用電數據由復費率電錶透過485傳到電錶集中器，電錶集中器透過RS232口與GPRS透明數據傳輸終端連接，電錶數據經過協議封裝後發送到中國移動的GPRS數據網絡，透過GPRS數據網絡將數據傳送至配電數據中心，實現電錶數據和數據中心繫統的實時在線連接。
由於GPRS通信是基於IP位址的數據分組通信網絡，配電中心機主機配置固定的IP位址，各個電錶數據採集點採用GPRS模組和該主機進行通信。
3.1 電錶數據採集點
電錶數據採集點位於居民小區的資訊中心，居民用戶的用電數據由復費率電錶首先透過RS485接口透過雙絞線連接到位於小區資訊中心的電錶集中器，電錶集中器再透過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連。透過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝後發送到GSM網絡，透過GPRS網絡傳送至電力公司數據中心電力遠程抄表系統，實現電錶數據和數據中心繫統的實時在線連接。
電錶集中器透過RS485接口直接連接到電錶上，既可支援單個電錶，也可以同時支援多個電錶，實現對電錶參數的採集、存儲、預處理或並將採集到的電錶數據實時傳送到配電中心；同時，電錶集中器還可將配電中心發送的遙控指令傳給電錶控制模組，對電錶進行控制操作。
3.2 配電中心
配電中心服務器申請配置固定IP位址，採用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當電錶數據採集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。配電中心服務器接受到GPRS網絡傳來的數據後先進行AAA認證，後傳送到配電中心計算機主機，透過系統軟件對數據進行還原顯示，並進行數據處理。配電中心計算機主機可進行業務管理和計費管理，對電力數據進行校驗、計算、存儲、、管理等，可對異常情況進行告警，同時對用戶使用情況實時監控，保證電力局的合法收益。
3.3 GPRS/GSM移動數據傳輸網絡
電錶集中器採集的數據經GSM網絡空中接口功能模組同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，透過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到配電中心IP位址。由於GPRS通信是基於IP位址的數據分組通信網絡，配電中心計算機主機配置固定的IP位址，各個電錶數據採集點採用GPRS模組和該主機進行通信。
3.4 GPRS自動抄表系統的優勢
GPRS無線電力遠程抄表系統具備如下特點：①實時性強。由於GPRS具有實時在線特性，可很好的滿足系統對數據採集和傳輸實時性的要求；②可對電錶設備進行遠程控制。透過GPRS雙向系統還可實現對電錶設備進行參數調整、開關等遠程操作；③建設成本少低。由於採用GPRS的無線公網平臺，只需安裝設備，無需專門佈線；④集抄範圍廣。GPRS覆蓋範圍廣，在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋範圍之內，都可以完成對集抄的控制和管理；⑤數據傳送速率高。GPRS網絡實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求；⑥通信費用低。採用包月計費方式，運營成本低。
4 結語
對於電力部門來說，遠程抄表需要投入大量的人力、物力和財力，給收取電費造成極大的不便，而GPRS自動抄表系統將成爲新世紀比較普及的自動抄表系統之一。
1 高光潤，夏雪生.微處理器在電測技術中的[M].北京：機械出版社，1984
2 陸玉新.測量技術[M].北京：郵電出版社，1985
3 徐澄圻.21世紀通信趨勢[M].北京：人民郵電出版社出版，2002
4 潘明惠.資訊化工程原理與應用[M].北京：清華大學出版社出版，2004
（責任編輯 戴 鈞）