电能自动抄表技术及相关思考（二）

电力18讯：    （1）车载自动抄表系统由包括抄表主机、发射天线和接收天线等的车载端与用户端两部分组成。用户端的电度表有自己唯一的ID，每个ID由两部分构成：一部分是该电度表所在区域的编号，另一部分是其在区域内的编号。抄表车按一定的路线行驶，到达某一抄表区域时，发出“唤醒”信号，被唤醒的该区域的所有电度表依次向主机传送数据。传送完毕后，主机再唤醒下一组电度表。显然，这样的无线通讯方式最多只需两个频率通道，一个作“唤醒”信号用，一个用来传送数据。由于对一个区域只需发射一次“唤醒”信号，所以抄表速度会很快。同时，因为分成了不同的区域，故可较有效地避免数据的多次传送和数据传送冲突。

     （2）采用载波通讯技术通过输电线路实现通讯，是电力系统特有的通讯方式，具体又分为电力线载波通讯、配电线载波通讯和低压用电线载波通讯等。这种通讯方式的突出特点是能进行双向通讯

。在这样的自动抄表系统中，每个用户室内装设的电子式电度表就近与交流电源线相连接，电度表发出的调制脉冲信号经交流电源线送出，设置在抄表中心站的主机则定时通过低压用电线路以载波通讯方式 收集各用户电度表测得的电能数据信息。这类系统中具代表性的是英国远程自动抄表公司开发的低压电力线载波通讯系统POWERNET。该系统具有自动抄表（AMR）、用户管理（DSM）和配电自动化（DA）等功能，它包括中央控制器、局域控制器、网络耦合器、调制解调器、数据集中器和专用电度表等。

       电网的运行要实现自动化，载波通讯的应用是必须的。然而，载波通讯，尤其是低压配电线载波通讯传输性能较差，主要表现为高噪声、低阻抗、损耗大、波动大、易受外界干扰等。

　　近年来，信事情处理技术的进步，尤其是扩频通讯技术的应用对推动低压载波抄表技术的进步起到了推动作用[1-2]。

       所谓扩频通讯技术，就是展宽频带，使之远大于传送信号所必须的最小带宽，以扩展频谱的方法换取信噪比的提高。频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的，与所传送的信号数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩，恢复所传送的信号数据。扩频通讯以宽带宽换取高信噪比，亦即用宽带宽来换取低误码率，并提高通讯的抗干扰能力、增强通讯的隐蔽性。理论上讲，扩频通讯技术具有抗干扰能力较强、隐蔽性好和抗衰落等良好性能，可在一定程度上弥补普通低压电力线载波通讯技术之不足。

       在日本，利用载波通讯与电话网通讯相结合的方式，很好地解决了偏远山区的抄表难问题。我国也已研制出了零相载波模式的电度表和基于零相载波的自动抄表系统。

       在我国一些低压配电网，负荷变化很大且缺乏规律性，各种干扰十分严重，将扩频通讯技术应用于电能的自动抄表，也未能取得满意的效果。在这样的场合，据说有人改用超窄带通讯技术，使抄表成功率有所提高。

       但应该客观地说，到目前为止，在我国将载波通讯技术应用于电能的自动抄表还未能取得十分令人满意的结果。面对我国许多地区和地方低压电力线负荷接线杂乱、负荷变动性大、各种干扰严重等不利的载波通讯线路条件，现在所采用的国外引进、国内开发的用于制作载波电度表的各种芯片还存在这样或那样的缺陷和弱点；在有些地方，通过再加装中断器或调整集中器的装设位置或直接采用电度表作中断器等，可提高抄表的成功率，但会增加投资和人力开销，且改善的效果也并非令人满意。

       尽管如此，利用载波通讯技术给自动抄表领域初步带来的便捷、安全和高效，使不少人都对该项技术应用于自动抄表的前景十分看好，这从而也激励着致力于提高我国电能自动抄表技术的一些专家和工程技术人员，正在积极改进并着手开发性能更好、更适合我国低压电网条件下使用的载波通讯芯片，旨在使载波通讯技术在我国的电能自动抄表等领域能发挥出更大的作用。

       5 自动抄表技术近期发展动态及由此引发的若干想法
    
    （1）在计算机技术、微电子技术和网络技术等的激励下，诞生了虚拟仪器。可当许多人还不知道何为虚拟仪器时，仪器的实物性又再次受到挑战――类智能化电度表即多用户智能化电子式电度表已铸就了多个用电户共取一个公共电压，而每个用电户的电源进线处只需装一个CT即可的测量模式。这些采集到的电流、电压信号就地由微处理器处理，并由与CT同样多的电度计度器显示出来的话，则还有点电度表的影子，但如果这此堆号改为仅通过某种接口就送上网，所有用电户的用电信息都交由设在异地的一台微机来处理、记录、存储，哪里还能直接见到传统意义上电度表的踪影？而形成如此的获取耗电数、用气数、使水数的测量技术已经出现，用已经出现的技术已完全有可能实现如此模式的网络化测量。这也可谓网络时代自动抄表技术发展进步的一个亮点吧。

     （2）不久前，诞生了网络化电度表或称网络电度表概念[3]，有资料介绍广东一家公司已在研制网络化电度表。所谓网络化电度表，不外乎是将电度表与自动抄表手段融合在一起，其中电度表本身带有上网接口并具备通讯能力，可在管理系统的控制下自动将电能耗用数据等信息传送到连网的用电管理部门的中央主计算机去分析处理。当然，随着网络技术的飞速发展及其在人们日常生活领域的应用日益广泛，利用网络环境实现各种信息、数据自动抄读的仪表的种类将会越来越多。

     （3）目前，在我国一些大城市启用了智能化管理系统的现代居民住宅小区越来越多。居民住宅小区智能化管理系统主要包括住户信息管理、安防（包括：防盗、防入侵系统；电视监控；门禁系统）和通讯（包括：闭路电视；电话程控交换机；无线基站）等功能模块。已有人尝试基于智能小区如此完善的硬环境发展自动抄表技术。其基本的思路是：小区中各用户均加装数字化的电度表、水表、燃气表及热量表；每个单元所有用户的数据汇总于单元的集中器，该集中器可以成为门禁系统终端的一部分。由于门禁终端一般要通过有线或无线渠道与小区的住户信息管理模块相联以验证住户身份，所以各住户的电度表、水表、燃气表及热量表的数据亦可通过该渠道上传到小区住户管理系统中；小区根据用电管理部门的要求，将所有的住户数据通过蜂窝移动无线网GSM以短信息（SMS）的模式上传到GSM网的SMS中心；SMS中心将接收到的数据通过专线传递给用电管理部门等的数据处理服务器。　　

       对于不具备智能化条件的居民区而言，有人已采用如下的自动抄表方案：各用户安装数字化的电度表、水表、燃气表及热量表；按居民楼几十家住户；安装一台数据集中器（具有数据采集和数据集中等功能）和一个无线发射终端，接入GSM网；GSM网的SMS中心接收到数据后，根据消息头的标志代码将该消息做相应处理，让接收到的抄表数据通过与用民管理部门连通的专线传至用电管理部门的子网服务器上；用电管理部门识别消息标志位后，将数据通过内网再传给各居民区电管所的数据库保存。 　　
    
       由于现在GSM网的覆盖面已几乎遍及全国，故构建这种自动抄表系统时，完全可利用现成的GSM无线网络而无需再新建基站，而且，这样的自动抄表系统一旦开发成功，可直接向有需求的地方推广，无需因地域的不同而进行改造。就单个无线发射终端而言，它实际只相当于使用了一部手机的短信息功能模块加上一个逻辑处理模块，其价格只有几百元人民币。而且它不但具有自动抄表功能，若利用GPRS（即通用分组无线业务，它可让用户在端对端分组模式下发送和接收数据，提供高达115千比特的传输速率，是当今GSM数据传输速率的12倍。其原理是将用户提交的数据打包传输，并可以选择传输路径，为确保用户“永远在线、永远联机”式的无线上网提供了条件）技术加以扩充，它便可为用户提供一个连入网络的接口，使用用户获得如下服务：①获取股票行情、天气预报、飞机航班、新闻等信息；②浏览Internet（由于GPRS与Internet的协同工作）；③共享/协作文件（在GPRS中可实现结合话凌晨、文本、图片等多媒体的信息传达室送），很便利地实现家庭远程医疗、远程旅馆预约等电子商务。
　　
     （4）现代化居民住宅小区智能管理系统的一个最新发展动态是“一切都上网”。越来越多的人已感到网络时代已向自己走来，网络能提升人的生活质量，拉近自己与整个世界的距离，极大提高自己的办事效率。一些开发、经营新型居民住宅小区的商家或企业已明确意识到所有居民都上网是迟早的事，因此他们甚至已在着手先无偿地将网线拉到小区中各家各户的门口，愿意为小区居民提供网络浏览、有线电视、IP电话、远程医疗、远程旅游预约、网上购物等全方位的服务，希望有越来越多的小区居民住户将家用计算机、传真机、打印机、可视电话、IP电话以及电度表、水表、燃气表、热量表和防盗/防灾探测报警器等都连到网上，由居民区的物业管理部门完成对本小区所有居民用户的生活和消费的网络化管理。在这样的网络化管理模式下，电能自动抄表只是该系统所具有众多功能中的一种，随着这种管理系统的不断完善和健全，电能的自动抄表在其中所占的成本消耗可能不会因技术手段的赵来越先进而增加，甚至完全可能还有所下降。　

     （5）若干年前开始见到“自动抄表”这个词时，也明白可以自动抄读的表计可能有多种，但当时了解最多的就是电能的自动抄表。且见到不少人撰写的有关电能自动抄表的文章中，通常不再加“电能”这个限制词。一时间，大家似乎也都接受了这样的概念：把自动抄表就可简单地理解为电能的自动抄表。但今非昔比，随着网络化测量技术的飞速发展，人们生活、家居条件的智能化水平越来越高，利用自动抄表技术把水表、电度表、燃气表及热量表的数据一起抄走已逐渐成为人们追求的目标。因此，自动抄表一词今后绝不再是电能自动抄表的代名词了，它意指多种计数据的自动抄取。 　
　
     （6）蓝牙技术（1998年出现，是一种采用2.4G Hz IMS[Industrial, Scientific and Medical]频谱的短程无线技术，主要用来打破理时一般以红外线或电缆线联系不同产品时受到的限制，2000年做到使移动电话等设备与个人电脑或任何其他设备、仪器之间，能够在约几十米的距离内无需连接电缆线或红外接口就可进行数据交换）的迅速扩展给我们以新的启发：能否将蓝牙技术用于自动抄表？有人说，蓝牙技术离能真正实用还需一、两年的时间；还有人认为，蓝牙技术不会往自动抄表方向“伸腿”，困为相对于现在的蓝牙芯片来讲，有些已有抄表技术的成本比较低；但有人想到，对那些利用现有自动抄表技术很难抄到的所谓“死角”处的电度表，利用蓝牙技术可能再好不过了；有人预计，再过大约两年，凡有移动电话的地方就将会有蓝牙。蓝牙技术到底能否在自动抄表方面获得应用无需争论，但作为从事微机化测量技术与仪器仪表研发的工程技术人员，应该在每一项新的计算机、网络、通讯和微电子技术诞生之后就立即着手考虑，它能否给自己所从事的科研带来革新性的发展和变化。

       6 结束语 　
　
       电能的自动抄表技术这几年发展很快，尤其是在网络化测量技术、传感器技术、通讯技术飞速进步的强劲支撑下，表现出与燃气、水吸热量等自动抄表技术的更紧密结合，并明显加快了融入现代综合化网络测量技术的步伐。

       本文中所提出的有些想法，是受南通林洋电子有限公司总经理陆永华、清华大学电机系计算机仪器与测量技术研究室高工侯国屏和硕士研究生崔伟的启发而逐步形成的。在此，对他们给予的支持和帮助一并表示谢意。

       参考文献：　

       [1] 康志芳，李卫红，扩频通讯在石家庄电业局的应用[J]，华北电力技术，1999（10）
　
       [2] 赵宁，叶键，扩频技术及其在自动抄表系统中的应用[J]，电测与仪表，1999（8）
　
       [3] 赵伟，张小牛，孟浩文，网络化――测量技术与仪器发展的新趋势（J），电测与仪表，2000（7）