贾智平
第一章绪论
1.1.1自动抄表系统的研究背景
随着我国国民经济的迅猛发展，资源消耗越来越惊人，尤其是在电力方面，一些经济发达的省份用电已经十分紧张，一旦出现高温天气，更是频频发生拉闸限电。而且随着人们生活水平的不断提高，人们对电力的需求已经不仅仅于满足日常生活的需要，良好的供电质量和服务水平成为电力改革当中首先狠抓的大事。在电力管理发展过程中，原来以拉闸限电为目的的负荷管理系统（LMS）逐渐向需方用电管理（DMS）方向过渡。电力部门为提高供电质量和服务水平迫切地需要有一套完善的电网电能管理系统对与用户直接相关的电压电网运行状态进行实时监测，以便于及时掌握电网运行的情况，适时根据供电需求的增长调整电网负荷，及时发现和定位电网故障，发现异常供电和异常线损，杜绝供电隐患。 为了提供更好的供电质量和供电服务，电力部门需要从用户处尽快获取更多的数据信息，如电能需量、分时电量和负荷曲线等。电力管理的发展，需要迅速、准确的读取用户耗电数据。而传统抄表方式中， 抄表工人挨家挨户抄取电能表数据，不可避免地存在以下问题：
怎么自制纳米胶带1、统计数据不准确，无法真实反映用户用电情况；
2、操作难以规范化，造成不明损失增加；
3、数据采集不及时，无法实时反映系统状况，不能对用户行为进行有效监控；
4、耗费人工多，成本高，效率低。
显然，上述弊端使得人工抄表管理模式不能适应电力体制的改革，也直接阻碍了诸如分时电价运营、预支电费等先进管理模式的推行。针对电能量计量的自动抄表系统就是在技术与管理两方面急待进步、改革的迫切需求下逐渐发展起来的。自动抄表是指采用通信、计算机等技术，通过专用设备对各种电表进行自动采集和处理表计数据。它一般是通过数据采集器对表计的脉冲进行计数，然后通过传输控制器将信息传至计算机中心，由计算机对数据进行处理、显示、存储、打印，必要时还可以通过网络和营业收费系统相连实现抄表收费一体化。自动抄表系统的出现解决了传统人工抄表过程中遇到的许多问题，并且提高了工作效率和数据的准确性。随着近年来计算机技术、网络技术和微电子技术的飞速发展，越来越多的新技术应用于自动抄表系统，它们能够降低设备成本，提高可靠性、准确性和抄表效率，已展现出十分广阔的应用前景。
1.1.2 国外自动抄表系统的现状
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目前，世界上的许多国家和地区都已广泛采用自动抄表系统代替传统的人工抄表，主要集中在煤气表、电量表和流量表的自动抄表，尤其是针对煤气抄表，已经有几十年的发展历史。抄表技术的快速发展得益于80年代计算机技术、超大规模集成电路(VLSI)和通讯技术的高速发展，它们使得自动抄表系统在向着智能化、低功耗、低成本和通信标准化设计的过程中迈出了坚实的一步，达到可以大规模推广的实用性阶段。
尽管自动抄表这个新兴的行业有着诱人的市场，但是昂贵的开发费用和产品的不稳定性让很多商家望而却步。直到新技术被采用，装置的可靠性大大提高，成本明显的降低和潜在巨大市场的出现，
才使得很多商家投入到远程自动抄表系统这一新技术的研究。80年代中期以来，美国在自动抄表技术的开发和应用上就已取得了长足的进步：在科罗拉多州丹佛市，一家公用事业企业(Public Service Co.)将77万余台电表和67万余台煤气表实现了自动抄表，成为当时美国推广应用量最大的一家公司；1994年10月美国《电世界》摘要介绍Chartwell公司对北美22个电力公司和31个产品供应商的调查结果指出：北美(主要指美国和加拿大)在1994年初就已装314,063块具有自动抄表功能的电度表；安装了197,377个自动抄表单元；“1998 Scott Report on AMR Deployments”资料显示，在1998年度，美国共有791项自动抄表应用项目，其中约有550万台电表实现了自动抄表。到2001年已经有9.1百万美元的
营业额。而在Scott报告中，截至到2003年1月，北美已经有49,311,372个单位使用自动抄表。并且每年均发表关于市场份额、每个单位用表数量和表的服务类别的调查报告。随着计算机技术、网络技术和微电子技术的飞速发展，远程自动抄表的技术日趋成熟，在市场的应用也更加广泛。在2008年的scott报告中，针对水表、电表、煤气表的远程自动抄表营业总额已经达到了10亿美元。
在欧洲，由于官方宣称在2000年前后撤消对公共事业的某些管制(例如供货、销售等)，引起了公用事业企业间的竞争加剧。自动抄表技术成为企业提高服务水平、争取用户并提供及时的耗用信息、降低销售成本的重要手段，于是英、法、德、意等国的企业纷纷制订发展自动抄表技术的计划。目前生产自动抄表设备的制造公司主要有英国的Dresser Industries，法国的MAGNOL，德国的Schlumberger和意大利的Metrum。另外，美国于1986年就建立了自动抄表研究协会AMRA (Automatic Meter Reading Association)，每一年半左右开一次国际性年会，每次年会都有专题报道，旨在进一步发展和推广远程自动抄表技术。欧洲的自动抄表技术协会(EUROAMRA)和英国自动抄表技术协会(UKAMRA)也相继成立。与此同时，国际电工委员会IEC的TC13和TC57两大标准化组织在其标准体系中都为自动抄表系统制定了相关的标准。各种形式的自动抄表系统，各种新的自动抄表技术不断推陈出新，推动着整个自动抄表技术行业的发展。木板削削削
1.1.3 国内自动抄表系统的现状
目前我国国内所采用的电能表抄表方式大致可以分为以下三种。一是传统的人工抄表方式，抄表人需到用户处读取数据，返回总局后将数据重新输入电脑进行处理。二是预付费方式，抄表人无需到用户处，用户通过银行划拨收费或到仪表管理部门购买磁卡、IC卡等，按购买额提供用量，完成收费工作。三是远程抄表方式，监控中心通过远程通信系统(例如公用电话网、无线通讯、电力线载波、数据网等)自动获取远程仪表数据的方式。当前在我国国内大量使用的仍然是传统的人工抄表方式，部分地区已经开始了远程自动抄表的试点。
随着我国国民经济的飞速发展，城市高层建筑不断增多，工商用户及三资企业迅速增加，农村电网逐渐普及，乡镇企业逐渐增多，农民家用电器迅速普及，还有“一户一表”政策的实施以及多种电价制度的执行，都使得抄表工作发生了巨大的变化并且变得越来越复杂。常规抄表方式的质量和效率问题也逐渐暴露出来。在传统的人工抄表方式下，人工抄表质量低下，准确性差，不明损失大，并且不利于电力公司对用户的监控和收费制度改革。由于上述问题，社会发展急需优良的电子计量表和可靠的信息化抄表方式，这样才能有效地解决传统抄表方式的一些缺陷。
进入90年代以后，国内许多研究机构和企业纷纷投入对自动抄表技术的研究，并有多种自动抄表系统陆续问世，这标志着我国自动抄表技术应用的起步。早期的自动抄表系统主要用于大电网的电能量考核结算。经过十几年的发展，自动抄表技术已经在我国得到了广泛的应用，各种自动抄表技术和系统(如电力线载波通信技术、智能化计量仪表、电能量计量收费系统等)的研究，已成为各自动抄表系统
生产企业和科研机构竞相追逐的热点。到今天，抄表系统已经由当初的研究转到商业用途，已有很多的厂家能够提供商业系统，尽管还有一定的缺陷。国内从90年代开始，越来越多的研究机构和企业对自动抄表技术进行了研究，到现在已经有不少的厂家能提供这方面的产品，并取得了一定的经济效益和社会效益。
中建部已经正式推出了相应的三表远传标准，标志着国内抄表行业正走向规范。因此，参照国内外的发展状况，结合使用的客户、应用的环境要求以及成本和可靠性的要求，因地制宜地设计并实现自动抄表系统已很有必要。
1.2 自动抄表系统结构
典型的电能计量自动抄表系统包括下面三个部分：前端采集子系统、通信子系统和中心处理子系统组成，系统结构如下图所示。
用电综合查询系统
客户服务中心
用电营销信息
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通用电费管理软件
抄表表箱
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开发运维一体化1.2.1 前端采集子系统
前端采集子系统主要由电能表、采集器和集中器三个部分构成，根据接入的方式一般分为三种：一是脉冲采集方式，由电子式电能表或加装了光电转换器的机电脉冲式电能表构成系统的最前端，它们把用户的用电量通过专线以电脉冲的形式传递给采集器；二是RS485采集器方式，由加装了RS485通信端口的电能表通过RS485通讯总线将电量数据传送到采集器；三是电力载波方式，这种方式需安装载波电能表，直接接入电力线，无需另外施放专线，直接传送到集中器。
1.2.2 通信通信子系统
橡胶再生通信子系统是把数据传送到控制中心的信道。为了适应不同的环境条件以及成本要求，通信子系
统的构成主要有光纤传输、无线传输、电话线传输和低压电力线载波传输等四种。
光纤通信具有频带宽、传输速率高、传输距离远以及抗干扰性强等特点，适合上层通信网的要求。但因其安装结构受限制且成本高，故很少在远程集中抄表系统中使用。
无线通信适用于用户分散且范围广的场合，在某个频点上以散射通信方式进行无线通信。其优点是传输频带较宽，通信容量较大（可与几千个电能表通信），通信距离远（几十千米，也可通过中继站延伸）。建立在移动通信网络基础上GPRS或CDMA通信方式是无线远程集中抄表的新思路，而由于GPRS 通信方式具有永远在线、自如切换、高速传输等优点，能全面提升移动数据通信服务，故近年来基于GPRS通信方式的远程集中抄表系统也得到了飞速发展。
租用电话线通信是利用电话网络，在数据的发出端和接收端分别加装调制解调器(modem)。该方法的数据传输率较高且可靠性好，投资少；不足之处是线路通信时间较长（通常需几秒甚至几十秒）。
低压电力线载波通信利用低压电力线作为系统前端的数据传输信道。其基本原理是：在发送数据时，先将数据调制到高频载波上，经功率放大后耦合到电力线上。此高频信号经电力线路传输到接收方，接收机通过耦合电路将高频信号分离，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号。电力线载波直接利用配电网络，免去了租用线路或占用频段等问题，降低了抄表成本，有利于运营管理，发展前景十分广阔。但是，如何抑制电力线上的干扰，提高通信可靠性仍是亟待解决的问题。
通信子系统按照自动抄表系统线路连接结构的不同，可分为星形通信系统和总线形通信系统两种。星形通信系统是一种以中心处理工作站为中心点，以发散的方式分别通过通信信道与集中器连接，形成一对多的连接构架。信道通信数据量较大，要求有一定的传输速率和带宽。一般光纤、无线和电话线通信都采用该连接方式。总线形通信系统是为了克服星形连接的不足而采用的，它以一条串行总线连接各分散的采集器或电能表，实现各结点的互连。特点是信道上结点较多，传输速率低，传输距离短，因此一般用于底层（采集器、集中器层）电能数据的采集。低压电力线载波以及RS485总线网是常见的总线形结构。
1.2.3 中心处理子系统
中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个远程集中抄表系统的最上层，所有用户的用电信息通过信道汇集到这里，管理人员利用软件对数据进行汇总和分析，做出相应的决策。如果硬件允许，还可直接向下级集中器或电能表发出指令，从而对用户的用电行为实施控制，如停、送电等远程操作。
由于抄表要处理的数据量大，因此要求中心工作站的硬件必须有一定的运算和存储能力。软件上要求操作系统稳定可靠，而且抄表软件必须具有处理大量数据的能力。典型的上位机抄表软件一般具有如下功能：远程设定抄表集中器和采集器内的参数；抄收整个系统中所有电能表的数据；使中央控制站可远程地对用户电能表进行断电和送电控制；运行数据库可生成用电量日报、月报，进行电费结算；使系统可进行查询管理，对异常用户给予告警提示。
在整个远程自动抄表系统中，根据我国国情和相关标准，对应用于电能量采集的低压电量采集终端的设计显的尤为重要。因此，本书将详细介绍整个低压电量采集终端的设计流程。
