GPRS技术在电力远程抄表系统中的应用

1、GPRS技术在电力远程抄表系统中的应用韩晓萍 邵宏强 李佰国(山东大学电气工程学院，济南250061)(山东许继科华自动化技术，济南250061)摘要：提出了一种基于GPRS通讯技术的电力远程抄表系统，详细介绍了该抄表系统的工作原理及软、硬件结构设计。系统的基本设计思想是将GPRS终端经由GPRS网接入Intemet，通过设置Intemet中通信中心服务器与客户端服务器之间的通讯协议，实现终端与客户端的信息交换。在山东电网的试运行表明该系统具有良好的技术特性：数据流量达到500k一600kBytesmin，通讯可靠率大于93 ，通讯速率达到5 4kbps114kbps，系统误码率低于01。该系

2、统及其先进技术可在电网抄表领域获得广泛应用。关键词：GPRS技术；远程抄表；无线通讯1 引 言迄今为止，我国电力远程抄表系统已历经了数代产品，系统水平的提高主要在于其通讯技术的改进。目前应用较多的几种远程抄表系统的通讯方式有：专用数据通讯线路、电力线载波及无线通讯方式。采用专用通讯线路，数据传输质量及速度都比较高，但是投资十分巨大，对于大面积的表计抄收无论是对供电方还是对用户来说都是难以承受的。电力线载波抄表在国外应用比较广泛，但在国内始终没有得到大范围应用，其主要原因是我国的电网污染比较严重，在数据传送过程中，经常出现错码、丢码的情况，使数据出现较大误差。在表计或集中器布局分散的场合适宜采用

3、无线通讯方式，目前较前沿的无线通讯方式有：利用商业通讯网络GSM或GPRS无线上网通讯。众所周知，GSM是一个覆盖全国乃至全球的商业通讯网络，网络可靠，覆盖范围广，无通讯盲点。但GSM网络通讯的不足之处在于：实时性差、通信流量较小，不适宜大数据量通讯。为解决这个问题，我们拓展开发了基于GPRS通讯的电力抄表系统。GPRS是一种新兴的无线上网通讯技术，其原理是利用GSM网络引人数据分组交换功能进行数据传送。它不但集中了其他几种无线通讯方式的优点，由于可与分组数据网直接互通，有效提高了数据传输速度和数据流量。此外，应用GPRS通讯还可以实现抄表系统的实时在线。2 GPRS通讯技术GPRS是通用无线

4、分组业务的缩写(GeneralPacket Radio System)，是介于移动通信第二代和第三代技术之间的一种过渡形式，通常称为25c，目前通过升级GSM网络实现。它是一个混合体，采用TDMA方式传输语音，采用分组的方式传输数据。GPRS提供端到端的、广域的无线IP连接，采用信道捆绑和增强数据速率改进而实现了高速接人，使无线资源得到充分利用。目前第一代GPRS技术可以实现在一个载频或8个信道中实现捆绑，将每个信道的传输速率提高到14，4Kbps，因此GPRS通讯方式的最大速率是8×14，4=115，2Kbps：GPRS发展的第二步是通过增强数据速率改进(EDGE)将每个信道的速率

5、提高到48Kbps，因此第二代的GPRS设计速率为384Kbps。它更适合于大多数的数据业务，如移动办公室，Interact接人等。GPRS通讯方式的主要优点表现在：(1)瞬间上网。GPRS的用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用时只需一个激活的过程，一般只需要23秒的时间马上就能登录至互联网，通讯网络的建立过程十分迅速。(2)永远在线。GPRS由于使用了数据分组技术，用户上网可以避免断线情况的出现，由此保证GPRS永远在线。只要用户的GPRS“ ”处于开机状态，就一直与移动GPRS网络联通。(3)快速传输。GPRS由于采用了经济高效的数据分组交换技术，数据封装在每个分组上网发送，发

6、送后不需要此容量时就立即释放，提供了即时连接和高速接人，可使无线网络传输速率达到56Kbps-114Kbps，这样的通讯速度完全可以和专用通讯线路方式相媲美。(4)数据吞吐量大。GPRS所提供的数据速率取决于所采用的编码方案，高的传输速率保证了大的数据流量。GPRS上网传输数据吞吐量可高达115Kbits。(5)按量计费。GPRS技术是一种面向非连接的技术，用户虽然可以总挂在网上，但按实际通信流量计费。这种计费方式尤其适合于电表抄收这种间断性数据传递，可以大大降低通信费用。3 抄表系统GPRS通信系统结构设计在我们研制开发的抄表系统中，根据现场设备多而布局分散，抄收数据流量大的特点，在通讯部分

7、应用了GPRS通讯技术。设计思路是将GPRS终端经由GPRS网接人Interact，通过设置Interact中的通信中心服务器与客户端服务器通讯，实现终端与客户端的信息传递交换。抄表系统中采用GPRS通讯方式，关键的问题是采集终端的GPRS通讯模块和抄表主站系统通讯模块之间通道的建立。在GPR通讯方式下，通讯模块连接到Interact上时，分配到的IP地址是动态的，所以不管是主站通讯模块的IP，还是终端通讯模块IP都是无法确定的，也就不可能直接在主站和终端之间建立连接。为解决这个问题，本系统设置一台带有固定IP地址的通讯服务器与Interact相连，主站通讯模块和GPRS终端通讯模块都直接和这

8、台通讯服务器进行通讯，通过通讯中心建立主站和终端之间的联系。通讯系统结构框图如图1所示。图中，GPRS通讯模块负责接收和发送采集终端及客户端发送的数据，它具有动态分配的IP地址，提供1个或多个RS232接口。在工作状态，GPRS模块会主动向通信中心服务器发出连接申请，服务器为其建立Socket连接。GPRS模块能够自动进行通道检测，当检测到通信失败时会自动断开当前连接，重新发出连接申请，保证信道畅通。客户端服务器面向电表管理客户。自动登陆Interact后，客户端服务器向通讯中心服务器发出连接申请，服务器同样为其建立Socket连接。客户端后台通过虚连接与GPRS系统进行数据交换，读取终端信息

9、进行处理。客户端服务器同样具有通道自动检测功能。通信中心服务器作为GPRS终端与客户端两者之间的媒体，它负责转发与存储GPRS终端没备与客户端前置机的交换信息，为两者建立可靠的连接，实现两者之间的实时通信。4 通讯中心软件系统的实现通讯中心软件系统结构框图如图2所示：通讯中心起到连接终端设备和后台系统的作用，进行数据交换。一般来说通讯中心要有一个固定的IP地址或具有可以动态解析的域名：终端和后台系统通过这个IP地址或域名连接到通讯中心。连接完毕后可以根据设定的规则进行各SOCKET之间的数据交换。交换的过程在状态显示画面进行显示，以方便进行系统调试。通讯部分软件关键流程框图如图3所示。通讯中心

10、与GPRS终端之间通讯部分软件设计的重点在于：保持通道畅通，数据交换安全可靠。通道的通畅要靠两方面来保障：GPRS无线通道要通畅；终端设备与中心的SOCKET连接要通畅。其中前者是后者的基础，设计过程中采用了监测后者的办法保证通道的正常。正常情况下，通道中有数据传输时认为通道是正常的。如果通道空闲了l5分钟，系统怀疑通道异常，发送联络信号进行确认。如果联络信号能够成功接收，则认为通道良好。l5分钟的时间是一个经验数据，过短的时间将增加联络信号占的比重，增加系统的通讯负担。过长的时间则不能保证通道的畅通性。系统采用国际标准的DES加密算法保证数据传输的安全性。为了保证数据传输的可靠胜、完整性，采

11、用了对淡数据包进行CRC校验的机制。对于通不过校验的包，系统发送命令进行重发。5 基于GPRS的电力远程抄表系统结构我们研制开发的基于GPRS通讯的电力表远程抄收系统结构框图如图4所示。系统中CPU采用意法半导体>PSD3200系列的PSD3233BV，本产品使用40MHz的8032芯核，包含两个容量为256KB和32KB的Flash存储器、一个8KB的SRAM、由l6个宏单元组成、使用Flash技术的超过3000门数的可编程逻辑电路PLD。GPRS通讯模块采用西门子公司的无线数传模块MC35，支持数据、短信、语音和 业务。该产品具有RS一232，485及，ITI1LJ电平的RS232接

12、口。适合多种应用环境。采用标准AT界面，方便程序设计。系统采用模块化设计，通过转接开关可实现系列产品的升级。MC35支持PPP t TCP t UDP I HqTP|FTP ISMTPPOP3MIME多种协议，支持多种传输速率，上行速率Max2160Obps，下行速率Max45000 bps。通过建立内部Web Sit，可随时更新参数。SPI(Serial Peripheral Interface一一串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置可以是FLASH存储器、网络控制器、LCD显示驱动器、AD转换器和MCU等。SPI总

13、线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口。我们研制开发的基于GPRS通讯的电力表远程抄收系统已经在山东临沂电业公司投运应用，一期工程实现了200台大用户变压器的监测抄收。系统功能实现了实时线损分析、用电异常信息报警、电能质量检测、无功补偿、配变监测、远程抄表、功率因数监测、电压合格率监测及负荷管理等。系统能够通过WEB向局内有权用户提供服务，为用电管理提供决策依据。表l为本抄表系统主要技术指标。6 结 论采用GPRS通讯方式使电力远程抄表系技术上了一个台阶。它实时在线、接入迅速、传输速率高、网络可靠，具有其他无线通讯方式不可比拟的优点。此外，由于借路于公网、免用户维护、实行按量计费

14、，又大大降低了系统投资和运行成本。我们在山东临沂试运的基于GPRS通讯的电力远程抄表系统运行稳定可靠，数据抄收快速准确。这套系统的实施安装，不仅使供电公司实现了减员增效，更重要的是保证了重要大用户变压器的实时在线监测，提高了供电可靠性作者简介：韩晓萍，1957年出生。现任山东大学电气工程学院电力系统自动化研究所副教授。主要从事发电厂及变电站电气自动化方向研究。论文来源：电子测量与仪器学报，第19卷，第4期，2005年8月Appfication of GPRS Technology in ElectricRemote M eter Reading SystemsHan Xiaoping(Shan

15、dong University，Shandong Jinan 250061，China)Shao Hongqiang Li Baiguo(Shandong XJKH Co，Ltd，Shandong Jinan 250061，China)Abstract：An electric remote meter reading system based on the GPRS communication technology is presented The operating principle of the system and the design of software and hardware

16、 structure explained in detailWithin the design strategy ，a GPRS terminal is connected to the Internet via the GPRS network，and com unications between the terminal and clients is implemented by setting properly the communication protocol between the client server and the central serverTrial operation of the system in Shandong power grid demonstrates preferable and outstanding characteristics as designed ，with date stream rate as 500k一600k Bytesrain，reliability rate as not less than 93 ，data transmission speed as