概述

     本方案以加强用户能源管理为目的对用户电表数据进行集中抄表与监控，能对异常能源情况进行告警操作与处理；更好地提高用户能源安全，保护能源设备。

      深圳市信立科技有限公司无线数据传输集中抄表系统解决方案是以先进的软硬件技术和多年能源自动化的技术积淀为基础，针对国内能源企业对能源自动化工作以及各能源企业对能源管理的具体要求和各地 能源营销工作实际情况，成功开发的适用于各种能源场合的集中抄表全面解决方案。适用于能源企业，商业单位，物业居民小区；具有省时、省工、准确高效的特 点，它的实施可有效地降低抄表误差、线损及窃电现象，是能源经营中“减人增效”的有效途径。

      抄表系统采用无线传感器网络结构，具有施工简单、维护方便、数据传输速率高，采集数据准确快捷、集抄范围广、系统传输容量大，扩容性能好、实时性强、可靠性高、建设和运营成本低等优特点；集中器与抄表主站系统之间通讯可根据现场的不同情况采用GPRS/GSM、TCP/IP网络等无线数据传输公共通讯手段。

2.技术方案

  2.1系统设计概述

        无线电表集抄系统主要由电表、无线测控装置、集中器、无线数据传输通道、主站系统构成，通过无线数据采集、无线数据传输、数据分析三个阶段建立数学模型。 集中器与抄表主站系统之间通讯可根据现场的不同情况采用RS485、TCP/IP网络、GPRS等公共通讯手段，系统设计采用先进的软硬件技术，针对客户的具体要求和实际情况提供下列解决方案。

  2.2设计标准

      本技术方案以国家电气行业内有关能源监控、远动传输等相关技术规范为依据，结合目前国际电工标准及要求进行设计和配置，并对整个自动抄表系统进行认真细 致地研究分析后提出的技术解决方案，所提供的相应的能源监控系统及相关硬件装置、计算机及其配件等均符合相关行业标准及规范。

  2.3系统设计思想

      系统设计充分考虑项目的实际情况，最大程度地实现相关功能，满足用户的相关要求，体现系统的各项技术特点。最终实现分散采集、集中管理、综合监控。系统设计思想如下：

• 分层分布式结构：系统结构上采用分层分布式设计，纵向分为三层：管理层、通讯网络层和现场设备层。管理层包括无线数据采集计算机、数据库服务器、抄表管理软件等；通讯网络层包括无线测控装置、智能网关等无线网络通信设备；现场设备层主要为智能三表。
• 快速稳定的通讯传输形式：整个系统采用当今流行的无线网络通讯形式及现场总线控制。通讯传输中采用数字信号，远程应用中国移动G网无线数据网络进行传输，保证了系统通讯的抗干扰能力和信息交换速度，大大减少了现场各种接口的数量，提高了系统的智能化程度，整体上加强了系统稳定性和可靠性。
• 灵活的组网模式：系统为其它管理系统预留了通讯接口，可以进行相关数据信息的转发和远传，从而实现资源信息的共享，完成系统间组网。
• 模块化、智能化的设计理念：系统软件采用模块化的设计理念，各功能管理模块如前置机、数据服务、人机界面、数据库维护、实时监控绘图等，各部分之间不互相影响。模块化的设计思想提高了系统的灵活性、可靠性。
• 扩展性强：对于现场一次设备增加只需增加相应的通讯装置，并将设备连接到通讯网络层上就可实现系统底层扩展。对于扩展的二期工程只需配置通讯网络层和相应的智能电表装置，并将通讯网络层连接到后台网络中就可实现新增智能电表的扩展。对于后台系统监控层增加各功能也是非常方便的。
• 兼容性好：系统可提供多种通信方式，并提供多种通讯规约的连接，系统可以连接各种智能设备完成自动化功能，可将任何开放设备纳入监控系统。

  2.4系统性能指标

• 一次抄读成功率≥98%，周期抄读成功率≥99%
• 在正常的工作条件下，系统各设备的平均无故障工作时间MTBF（Mean Time Between Failure）≥2×10⁴h
• 数据完整性，即有错报文残留概率（残留差错率）10^－6
• 能源数据抄读总差错率为0
• 系统读数准确度，即系统读出的用户水表累计能源量读数E与用户水表计度器的能源量示值E₀的差值满足下列要求
  在实验室条件下：
  │E-E₀-△E│≤0.01% E₀+1×10^-(α+1)+γ×10^-β     (1)
  在现场运行条件下：
  │E-E₀-△E│≤0.05% E₀+1×10^-(α+1)+γ×10^-β     (2)
  在式（1）和式（2）中：△E=初始化时的E-初始化时的E₀，α为用户水、电、气三表季度起的小数位数，β为系统能源读数的小数位数，γ为进位误差，当 │E-E₀-△E│≥0时，γ=0；当│E-E₀-△E│＜0时，γ=1。
• 主站和采集终端的年可用率不小于99.5％
• 信息传输响应时间，即主站发送召测命令到主站显示数据的时间＜15s
• 数据库查询响应时间，常规数据查询响应时间＜5s，模糊查询响应时间＜15s

2.5系统基本功能

  2.5.1采集功能

      按照预先设定的主站采集间隔和采集周期，通过无线测控装置自动地读取电表的计量数据。

  采集数据类型包括：

• 电表码数据，包括总、尖、峰、平、谷等时段正、反向有功表码，正、反向无功表码。
• 实时量数据（三相电压、三相电流、总功率、总功率因数）。
• 失压断相数据（开始时刻、结束时刻、累计时间、累计次数等）。
• 需量数据。包括总、尖、峰、平、谷时段正向有功需量、反向有功需量、正向无功需量、反向无功需量。
• 事项数据（故障事项等终端运行的各种可提供事项）。

  采集任务管理：

• 支持数据主动上送
• 周期定时数据采集。
• 人工手动召唤数据。
• 自动数据补召：当主站与远方终端（电表采集器）通信中断，一旦通信恢复后，主站能够自动根据事件记录对采集中断期间的全部能源量数据进行自动补测。

  2.5.2数据传输

      建立通信通道，接入智能设备，并按相应的通信协议进行传输。集中器与抄表主站系统之间通讯可根据现场的不同情况采用TCP/IP网络等公共通讯手段进行数据传输。

  2.5.3数据管理

  数据库：

• Client/Server 结构体系，提供方便的网络访问。
• 安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数据不丢失。
• 开放的，标准的SQL语言数据库访问接口。
• 数据库采用大型商用数据库管理系统。
• 系统提供完善的自动计算，计算输入、输出量、自动计算每日能源，每月能源，同时将统计数据结果保存到数据库。

  统计分析：

• 系统提供完善的自动计算，计算输入、输出量、自动计算每日能源，每月能源，同时将统计数据结果保存到数据库。计算量分时段带时标存储。
• 支持用户自定义能源统计的小时、日、月方案，分时段带时标存储能源数据。
• 可分别定义每一计量点各功率类型能源是否参与运算。
• 自动计算服务可对数据进行合理性检查，并形成告警事项供业务处理界面浏览。检查规则主要包括：奇异数据，能源上/下限值，时段能源与总能源匹配，母线不平衡率，主变变损率，线路线损率。

  能源统计：

• 系统自动完成换表日志及表码修改等引起的能源计算，实现数据一致性，计量点统计结果改变 同时影响统计对象的运算。
• 系统的分钟、小时、日、月能源数据计算采用任务方式管理完成。

  2.5.4报表功能

      根据用户需求制作各种数据报表。系统在商能源子表格的基础上，增加相应定义数据功能，支持用户需要的各类表报，采用全图形、全汉化的显示和打印功能，人机 界面良好，采用多窗口技术和交互式操作手段，画面的调用方便快捷。能方便获取系统其他模块的统计、存储结果，进行简单的统计计算，自动产生用户想要得到的各式各样的报表，并把生成的报表自动打印和发布。

• 具有灵活的报表处理功能, 可进行表格内的各种数学运算, 运算公式（包括SQL语句）可在线设置和修改。
• 可在报表上对报表数据进行修改。由表格计算出的量，当分量改变时，计算后的量也相应改变，系统能自动重新计算相关统计数据。
• 提能源能量采集点的能源原始数据及统计结果报表。提供历史数据日、月、年或任意时间段报表。

  2.5.5图形分析

      能实时显示所选电表当前一段时间内日能源量实时曲线。实现数据的曲线方式查看，实现趋势分析，同时实现不同对象数据比对和同一对象不同时段数据比对。

  2.5.6远程操作

      系统可对远方终端执行相应的远程操作命令，包括远程参数设置，远程控制、远程数据抄收、远程终端复位、远程终端软件升级等。

  2.5.7历史数据存储与分析

       按照预先设定的主站采集间隔和采集周期，通过采集器自动地读取能源智能表的计量数据和状态信息，并保存在计算机中，方便系统的处理与统计分析。

  2.5.8系统管理

  1、权限管理

      系统提供一套完整的系统权限管理办法，从数据库本身提供安全策略，从应用系统出发提供用户信息和操作权限管理；系统管理员通过权限管理为系统用户分配权 限，保障系统安全有效运行；系统权限管理采用角色与权限绑定，通过为不同部门的操作员授予角色，实现系统参数维护、远程控制、数据浏览、报表查看等权限控制，实现不同的操作员关心不同的数据、完成不同的功能、在系统中担任不同的角色。

  2、系统日志

      系统自动记录各种运行日志，以备查询：

• 数据采集日志（采集时间、采集内容、操作结果）。
• 数据统计日志（统计时间、统计内容、操作结果）。
• 数据修改日志（记录修改人员、操作机器、修改内容）。
• 系统操作日志（记录操作人员、操作机器、操作内容、操作结果）。
• 系统登录日志（登录人员、登录机器、退出登录时间）。

  3、系统校时

• 可自定义系统校时周期。
• 手动校时。

  4、网络管理

• 节点异常及运行组态监视：节点登录退出、节点主机名、退出时间。
• 服务器运行状态监视：节点主机名、和服务器连接状态。
• 通讯功能：自动寻找系统内节点和各个节点上的应用程序。完成相同（不同）节点上不同的多个应用之间的通讯。

  5、系统事项

      统一管理主站系统事项、采集事项、统计结果事项、操作记录、数据修改日志等。以事项通知和语音报警的模式进行报警。

  2.5.9与信息化系统的接口

      具有良好的开放性，可以与其它信息系统等进行数据交换。

  2.6系统结构

      该无线集中抄表系统为分层分布式网络结构，由设备层、无线网络传输层、站控层三层结构构成；无线网络传输层主要由采集用户能源信息的采集装置（无线测控装置）、智能网关（集中器）等设备组成；站控层由计算机、服务器和抄表软件等主要设备组成。

2.7系统组成部分简介

  2.7.1主站软件

  2.7.1.1概述

      主站系统基于分层全方位开放系统设计思想，系统采用模块化、分层分布式结构，确保采集、计量、计费、统计、分析和决策等各项功能、各个环节的可靠性及可升级性。各模块可分布式运行于系统网络的每一个节点。

  2.7.1.2系统特点

      主站系统采用模块化设计，系统由前置机模块、服务器模块、人机界面模块、数据库编辑器模块、绘图模块、WEB发布模块等组成，组网灵活，既可实现双机双网热备，也可单机运行。各模块可根据需要灵活配置在网络的各个节点，满足用户不同的系统需求。

  2.7.1.3系统主站模块组成

      前置机模块

      1)接收服务中心模块远程操作命令，调用相应规约解析，并下发到采集终端

      2)接收终端数据调用规约，解析为服务中心模块认知的数据格式，并将数据发送到服务中心模块

      3)动态管理、维护通道，监测通道运行状况

       数据服务模块

      1)动态管理维护系统运行节点

      2)接收前置机数据并解析存库

      3)实时数据统计、分析，根据分析结果形成相应的事项或结果数据

      4)接收客户端命令并做相应处理后转发前置机

      5)计划任务的处理

      人机界面模块

      1)作为客户操作界面，系统的客户功能大部分在这里实现，可运行于网络的任何节点

      2)系统的档案管理、基础数据管理、权限管理、计划任务设置、系统参数设置

      3)数据查询功能，可查询系统形成的任何时段的历史数据

      4)数据分析功能包括：能源统计、母线不平衡率统计、线损统计、变损统计、曲线图分析、报表生成等

      5)远程操作功能包括：远程参数设置、远程数据抄收、远程控制等

      6)提供美观的视图模式系统数据动态监控

      7)不同用户实现不同的操作界面，拥有自己权限内的操作功能

      数据库维护模块

      1)用于数据库各种基础信息、系统运行信息、系统历史数据的查看和编辑修改

      实时监控绘图模块

1. 组态绘图工具，用于绘制实时监控的视图，可绘制电器工况图、地理信息图、设备分布图等。通过置入相应的监控信息，可实现动态数据显示和数据报警等实时监测功能。

2.7.1.4系统主站软件功能

• 无线数据采集
• 采集数据类型
• 1、水表码数据。
• 2、实时量数据。
• 3、需量数据。
• 4、事项数据（故障事项等终端运行的各种可提供事项）。

  通讯方式

      持串口、TCP/IP网络、拨号、载波、GPRS/CDMA/WCDMA、APN转发、短信等通道的通讯。

  采集任务管理

      1、支持数据主动上送。

      2、周期定时数据采集。

      3、人工手动召唤数据。

      4、自动数据补召：当主站与某个厂站远方终端（水表处理器）通信中断，一旦通信恢复后，主站能够自动根据事件记录对采集中断期间的全部能源量数据进行自动补测。

  系统校时

      1、可自定义系统校时周期。

      2、手动校时。

  数据管理

      1、Client/Server 结构体系，提供方便的网络访问。

      2、安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数据不丢失。

      3、开放的，标准的SQL语言数据库访问接口。

      4、数据库采用大型商用数据库管理系统。

  统计分析

      1、系统提供完善的自动计算，计算输入、输出量、自动计算每日能源，每月能源，同时将统计数据结果保存到数据库。计算量分时段带时标存储。

      2、支持用户自定义能源统计的小时、日、月方案，分时段带时标存储能源数据。

      3、可分别定义每一计量点各功率类型能源是否参与运算。

      4、自动计算服务可对数据进行合理性检查，并形成告警事项供业务处理界面浏览。

  能源统计

      1、 系统自动完成换表日志及表码修改等引起的能源计算，实现数据一致性，计量点统计结果改变同时影响统计对象的运算。

      2、系统的分钟、小时、日、月能源数据计算采用任务方式管理完成。

  档案管理

      1、面向能源设备对象的参数管理。

      2、各种能源设备档案管理。

      3、数据采集终端参数设置。

      4、采集方案管理：主站自动采集方案和远方终端自动上传方案。

      5、分析参数设置：各种统计对象的周期统计方案（提供日方案、月方案两种固定统计方案）。

      6、统计对象参数设置：可根据计量点定义各种统计关系。

      7、业务变更管理：CT/PT修改，挂表/拆表等。

  系统管理

  权限管理

      1、系统提供一套完整的系统权限管理办法，从数据库本身提供安全策略，从应用系统出发提供用户信息和操作权限管理。

      2、统管理员通过权限管理为系统用户分配权限，保障系统安全有效运行；

      3、系统权限管理采用角色与权限绑定，通过为不同部门的操作员授予角色，实现系统参数维护、远程控制、数据浏览、报表查看等权限控制，实现不同的操作员关心不同的数据、完成不同的功能、在系统中担任不同的角色。

  系统日志

      1、系统自动记录各种运行日志，以备查询：

      2、数据采集日志（采集时间、采集内容、操作结果）。

      3、数据统计日志（统计时间、统计内容、操作结果）。

      4、数据修改日志（记录修改人员、操作机器、修改内容）。

      5、系统操作日志（记录操作人员、操作机器、操作内容、操作结果）。

      6、系统登录日志（登录人员、登录机器、退出登录时间）。

  网络管理

      1、节点异常及运行组态监视：节点登录退出、节点主机名、退出时间。

      2、服务器运行状态监视：节点主机名、和服务器连接状态。

      3、通讯功能：自动寻找系统内节点和各个节点上的应用程序。完成相同（不同）节点上不同的多个应用之间的通讯。

  系统事项

      1、统一管理主站系统事项、采集事项、统计结果事项、操作记录、数据修改日志等。以事项通知和语音报警的模式进行报警。

  系统软件人机界面

  数据查询

      实现计量点原始数据、计量点能源、考核对象能源和线损（不平衡）分析数据浏览和分析，浏览和分析结果可通过表格和图形（曲线、棒图、饼图）显示，并可输出到打印机，转存为EXCEL或HTML格式文件以供其他管理部门浏览查询。

      1、计量点原始数据浏览

     ◇能源表码

     ◇需量

     ◇实时量

      2、计量点能源数据浏览

     ◇能源数据浏览

     ◇能源构成各分量的浏览，包括：（表码、CT、PT）表码能源、合计能源。

      3、考核对象能源分析数据浏览

4、图形分析

      实现数据的曲线方式查看，实现趋势分析，同时实现不同对象数据比对和同一对象不同时段数据比对，包括：

    ◇计量点能源数据曲线；

    ◇计量点能源曲线；

  业务报表

      1、系统在能源表格的基础上，增加相应定义数据功能，支持用户需要的各类表报，采用全图形、全汉化的显示和打印功能，人机界面良好，采用多窗口技术和交互 式操作手段，画面的调用方便快捷。能方便获取系统其他模块的统计、存储结果，进行简单的统计计算，自动产生用户想要得到的各式各样的报表，并把生成的报表 自动打印和发布。

      2、具有灵活的报表处理功能, 可进行表格内的各种数学运算, 运算公式（包括SQL语句）可在线设置和修改。

      3、可在报表上对报表数据进行修改。由表格计算出的量，当分量改变时，计算后的量也相应改变，系统能自动重新计算相关统计数据。

      4、提能源能量采集点、考核单位、网片、变电站、母线等各个层次上的能源原始数据及统计结果报表。提供历史数据日、月、年或任意时间段报表。

  远程操作

      1、系统可对远方终端执行相应的远程操作命令，包括远程参数设置，远程控制、远程数据抄收、远程终端复位、远程终端软件升级等。

  2.7.2集中器（智能网关）

  2.7.2.1简介

      集中器是指收集各电表的数据，并进行处理储存，同时能和主站进行数据交换的设备；是一款基于嵌入式多任务实时操作系统的符合工业标准应用的无线数据传输智能通信设备，可实现数据短距离和远程无线传输，能用于单点对单点、单点对多点通信的无线数据传输通信产品。下行通信采用加强型的微功率无线通信技术，具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网方便灵活等优点和特性，可实现设备的数据透明传输及协议传输，可组MESH型的网状网络结构；上行通信可选RS232/485或GPRS、TCP/IP网络等通信方式。

      集中器适用范围广、稳定可靠性高、维护简单、安装接线容易等特点，是实用化程度很高的无线数据通信产品。

  2.7.2.2集中器功能

      集中器是负责和采集器及主站进行数据交互的设备，是无线网络通信的核心；它启动和配置整个无线网络，采集、处理、储存无线网络数据并转发数据至主站管理计 算机，在数据转发过程中根据主站管理软件的要求进行相应的通信协议转换，以便和主站管理计算机进行数据交互，也可以数据透明传输。在信立科技方案中，集中 器就是我司的无线测控装置

  2.7.2.3集中器特点

• 工作电源：AC220V
• 选用32位RISC微处理器；64MB Flash及64MB SDRAM
• 嵌入式实时多任务操作系统及面向对象、模块化软件设计思想
• 下行通信：微功率无线传输技术，有2.4GHZ和490MHZ两种频段可选
• 上行通信：RS232/485、GPRS、以太网等方式可选
• 与主站通信：支持各种通信协议的透明数据传输
• 采用先进的工业级芯片，电气隔离和电磁屏蔽设计符合国际标准，设备的硬件系统具有极高的抗干扰能力和工作可靠性，可在环境恶劣的条件下使用
• 通过产品执行标准的电磁兼容试验、安规试验、高低温/温变试验，产品安全可靠
• 最大功耗：≤15W
• 安装方式：壁挂式安装或机架安装
• 外形尺寸：205mm×128mm×33mm

  2.7.2.4集中器主要技术参数

  2.7.3采集器（无线测控装置）

  2.7.3.1采集器简介

      采集器是用于采集多个电表能源信息, 并可与集中器交换数据的设备，是一款无线RS485串口通信，符合工业标准应用的无线数据通信设备，它采用加强型的微功率无线通信技术，具有通讯距离远、抗干扰能力强、无线数据采集数据准确快捷等优点和特性，可实现所采集设备的数据无线透明传输，可组MESH型的网状网络结构。在信立科技，采集器即是我司的无线测控装置。

      采集器适用范围广、采集数据准确快捷、稳定性高、维护简单、安装接线容易等特点，是实用化程度很高的无线数传产品。

  2.7.3.2采集器功能

      采集器是通过现场总线直接与电表相连的终端设备，采集电表里用户需要的数据，通过无线传输至集中器或协调器。采集器配有不同的通信接口，可和配有不同通信接口的仪表联接抄读数据。

      另外，采集器具有无线中继功能，通过该设备可以扩展无线网络的覆盖范围，实现更大范围设备的无线组网。

  2.7.3.3采集器特点

• 工作电源：AC220V
• 低发射功率（≦100mW）,高灵敏度（-97dBm）
• 抗干扰能力强，误码率低，抗邻信道干扰能力强（49dB）
• 最大功耗：≤500mW
• 微功率无线传输技术，有2.4GHZ和490MHZ两种频段可选
• 最大可视传输距离：2.4GHZ频段高达800米；490MHZ频段传输速率为 1200bps时高达1800米
• 与现场设备通信接口：RS485/RS232
• 通信传输方式：无线透明传输，支持单点对单点
• 2.4GHZ微功率无线典型传输速率为250Kbps；490MHZ微功率无线空中传输速率1200 ～19200bps，接口速率1200 - 57600bps
• 通过产品执行标准的电磁兼容试验、安规试验、高低温/温变试验，产品安全可靠。
• 安装方式：支持卡轨安装和壁挂式安装两种方式
• 外形尺寸：100mm×122mm×43mm

  2.7.3.4采集器主要技术参数

  2.8系统配置清单

  2.9结论

      我司无线数据传输无线智能抄表系统具有通讯组网方式灵活、维护简单、功能齐全、使用方便、抄表准确快捷、设备稳定可靠性高、与信息化系统数据交换容易等特点，是实用化程度很高的集抄监控系统，做到真正的无线智能抄表。

      对能源部门来说，人工抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力。因为居民客户数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不方 便；另一方面，人工抄表也给用户带来很多麻烦（如用户在家休息时经常被抄表或收费打扰）且不安全（如冒充抄表人员或收费人员入室抢劫）。为了有效解决人工 抄表存在的诸多弊端，提高效率，避免入户抄表引发的不安全因素和杜绝用户拖欠费用等情况, 采用我司无线数据传输无线智能抄表系统能有效解决上述问题。能源公司也可利用无线智能抄表系统对各重要能源节点进行监控,自动读取相关数据并加以分析，还可进一步进行远程控制或设备维护，可减少人力资源、缩短修护时间并节省建设成本。

无线电表集抄系统配置清单：