基于宽带PLC技术抄表系统数据库软件的设计.docx

1、 基于宽带基于宽带 PLC 技术抄表系统数据库软件的设计技术抄表系统数据库软件的设计 基于宽带 PLC 技术抄表系统数据库软件的设计 摘要 电力线通信技术(Power Line Communication Technology)简称 PLC 或 PLT，是指利用电力线传输高速数据、话音、图像等多媒体业务信号的一种通信方式，目前，远程抄表系统存在多种通信方式，主要有 PSTN方式、GSM 短信方式、GSM 数传方式、GPRS/CDMA-1X方式等，这些通信方式各有其优缺点，在不同场合也得到应用。但由于某些局限性，如实时性低、稳定性差、经济性差、网络化程度低等，整体效果不好。本系统基于宽带 PLC

2、 网络实现，已解决了以上一些困扰推广和应用的问题。主站软件是一套建立在数据库基础上的软件管理系统。它面向一个较大的区域，负责定期地抄取集中器的数据，对数据进行加工统计，同时根据不同的需要，对集中器进行不同的设置和维护，如设置集中器的网络地址、增加用户参数等。主站系统用于最终用户进行交互的平台，也是系统进行管理和维护的工具，是整套抄表系统的核心。关键词 抄表；远程；软件；宽带 PLC Data-base soft of long range meter reading based on broadband of PLC design Abstract Power line communicati

3、on technology is PLC or PLT for short.Its corresponding mode for high speed data,voice,image,and some multimedia signal using power line.There are many corresponding modes in long range meter reading.The chief modes are:PSTN,GSM massage,GSM data transfer,GPRS/CDMA-1X and so on.These modes have its m

4、erits and faults,and used in different occasions.But because of certain limitation,for example:real time,stability,economical efficiency,is not very good and poorly in network,bad whole effect.The system base on broadband of PLC,the system settled hereinbefore problems already.Master station softwar

5、e is stand management system based on database.Its faced a big area;it is in charge of read data timed form collection station,process and statistics the data,different setting and maintenance using in different collection Station base on different demand at same time.For example:set collection stat

6、ions IP and add consumers amount and so on.Master station is a platform used in communion with final consumer.Also it is a tool in manage and maintenance system.It is core of whole meter reading system.Keywords meter reading；long range；soft；broadband of PLC 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印 摘要 Abstract 千万不要删除行尾的分节

7、符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行 绪论 前言 远程抄表技术自 20 世纪 90 年代初开始至今，在中国大陆已发展了十几年的时间。特别是最近几年，随着电网改造的进行，作为市场主要买家的电力公司对远程抄表系统产品的需求日趋迫切。目前，大部分用户电表和配变电表都采用人工抄表的方式，由于电表数量多、分布广、劳动强度大等原因造成的抄表数据不准确、漏抄、错抄现象时有发生。抄表工作已经不能满足现代电力营销和线损管理的需要，急需一种技术手段解决手工抄表落后的局面。由于没有有效的技术手段、通信成本高、施工复杂等原因，远

8、程抄表系统始终没有进行大范围推广。本文所介绍的是基于宽带 PLC 技术抄表系统，在远程通讯中采用低压电力线作为传输介质，为集中采集器提供宽带通信接口，施工简单、通信速度快、通信成本低，是替代手工抄表的理想解决方案。PLC 简介 PLC 技术英文全称为 Power Line Communication，主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。早在上世纪二十年代初期，通过电力线通讯就已经成为现实。在我国，四十年代已有日本生产的载波机在东北运行，作为长距离调度的通信手段，利用电力线路作为传输通道优点在于：不用布线、覆盖范围广、连接方便、通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等。因为以

9、上特点，PLC 被认为是提供“最后一公里”解决方案最具竞争力的技术之一。目前 PLC 技术已经相当成熟，传输速度也有非常大的发展，从窄带 PLC（电力载波技术）发展到宽带 PLC 技术，传输速度由原来的几百波特率发展到了几兆，国外已经研制出高速 PLC 芯片，支持 45Mbps 的传输速度。PLC 的通信解决方案，将基于电力线的语音、网络电影、网络电视、网络广播、视频会议、电子商务、互动视频、网上教育、家居智能控制、交互式远程医疗等应用变成现实。无论是在现代化的摩天大厦，还是在山村海岛，都能得到推广和应用。随着我国信息化建设步伐的加快，这项技术将会使互联网应用产生量子跃迁般的发展。可以预计，电

10、力线通信将是令人振奋的宽带接入技术和联网技术，在不久的将来电力网将转变为一个巨大的通信网。PLC 在电力行业的应用 基于 PLC 技术的宽带通信网络不但可以承载远程抄表业务，还可以承载多种电力配网自动化业务。将来可以利用这个网络实现全面的营销自动化和配网自动化。在 PLC 宽带接入的配电网络里，几乎所有的配电节点都已经具备了远程数据和控制信号传输的通道，这使全面实施配网自动化成为可能，诸如开闭站（配电室）监测、电能质量监测、工商业用户远程抄表、负荷控制、用电缉查、电力 GIS、潮流分析等应用都可以轻松的实现。如图 11所示：图 11 宽带 PLC 远程抄表网络示意图 远程抄表的现状 在供电企业

11、中主要需要抄收的电表分为两类，一类是计量使用的计费表，另一类是用于供电企业内部使用的考核表。随着市场容量的快速增长，客户数量的成倍递增以及居民用户的“一户一表”改造，抄表工作的工作量也在成倍的增加。考核表计中变电站内的关口表大部分已经实现了远程自动采集，配网中的公用配变表计以及计费表计大都采用人工抄表的方式。这种方式存在以下问题：入户抄表难 企业管理费用开支高 抄表工作条件差，效率低，劳动强度大 漏抄、错抄、估数现象时有发生 人情电、关系电、权力电现象时有发生 抄表周期长、抄收数据少 抄表时间不同步 落后的抄表方式根本无法满足现代电力营销自动化以及线损管理的需要，但现在供电企业的远程抄表系统主

12、要采用电话网、移动网等通信方式，这些方式都存在着投资大、建设周期长、不经济等问题，不能进行大面积推广。远程抄表技术自 20 世纪 90 年代初开始至今，在中国大陆已发展了十几年的时间。特别是最近几年，随着电网改造的进行，作为市场主要买家的电力公司对远程抄表系统产品的需求日趋迫切，各级的电力公司都不同程度地进行了尝试，其中有不少的电力公司已投入了较大的资金。由于市场容量巨大，一大批新的企业加入到生产商的行列，其中不乏实力雄厚者，促使了技术水平的不断提高，新的技术方案不断推出，因此中国大陆市场极为活跃，竞争日趋激烈。纵观全球市场，中国大陆远程抄表技术发展水平是最高的。因此有许多境外的系统集成商把目

13、光投向中国大陆，特别是亚洲各国、东欧和中东地区。可以预见，性能可靠、符合相关国际标准的抄表系统产品，远程抄表系统技术和产品有着广阔的发展前景。目前，远程抄表系统存在多种通信方式，主要有 PSTN方式、GSM短信方式、GSM 数传方式、GPRS/CDMA-1X方式等，这些通信方式各有其优缺点，在不同场合也得到应用。但由于某些局限性，如实时性低、稳定性差、经济性差、网络化程度低等，整体效果不好。本系统基于宽带 PLC 网络实现，主要有以下几个特点：实时性好：PLC 宽带通信方式使带宽能够满足电表的在线监测，对重点用户可以进行连续监测。数据准确、信息量大：采用全电子单相复费率表作为采集对象，使数据采

14、集准确率达到 100%，避免了脉冲采集方式的累积误差问题。抄表周期短：高速 PLC 和 RS485 通信方式使集中器抄收周期短，为计算台区线损提供及时、准确、可靠的数据，保持了时间同步性。功能强大、通用性强：其他抄表产品一般只针对居民用户或小区台变分别设计，居民抄表产品只能抄收单相表，对在居民楼内的动力电表无法抄收，以至于无法计算线损，无法判断电量的正常及异常状态，本系统兼顾单相及三相电能数据采集，可很好的完成台区损耗管理和窃电分析功能，对异常用户和异常电量信息可进行及时的报警和在线监测。成本低：可在已有的宽带 PLC 网络之上实施远程抄表，节省投资费用。此次项目为基于 PLC 宽带接入的远程

15、抄表系统，是电网公司运营支撑系统的重要组成部分，目的是改变人工抄表的落后局面，配合电力用电营业管理，建立“集中、综合、统一、实时、开放、远程、自动、灵活、安全可靠、适应性强”的符合行业标准的低压电力用户远程抄表系统。本章小结 本章主要介绍了本次设计课题的背景，远程抄表的现状和发展，课题的主要内容，为了让读者能更好的了解 PLC 远程抄表的优点，本章还把现阶段主流的抄表技术作了对比。远程抄表系统流程 系统介绍 本项目采用低压 PLC 宽带接入技术，解决电力抄表中远程数据传输问题。适用于居民小区、商业用户、工业用户等计量设备与公用配变距离较远的场合，系统可抄收营销计费设备和线损考核设备，数据可供营

16、销系统和线损管理系统直接使用。利用低 压电力线传输用电信息，是一种成本低、通信速度快、施工简单、可大范围推广的实用解决方案。业务说明 业务范围 远程抄表系统可分为考核用抄表系统和计费用抄表系统，根据用电管理进行分类又分为工业用户抄表系统和居民用户远程抄表系统。本文所指的远程抄表系统涵盖了居民、商业以及动力用户的表计，主要对计费电量进行采集、存储和统计分析，并用于对供电质量和线路损耗进行管理。本系统不但包括数据采集部分，更重要的是包含数据的深层次开发和挖掘，在用电管理和损耗管理层面成为电网公司运营的支撑平台的一部分。业务流程 用户报装 居民用户首先确定用户所在营业局然后填写报装单（用户信息），用

17、户信息主要包括：用户名、用户编号、用电类型、所属地区、详细地址、联系方式、备注信息。营业局操作人员根据报装情况确定用户所在台变，确定电度表类型和参数，主要参数有电表规格、资产号、通信地址、协议类型、脉冲常数、所在台区等。计量人员根据营业局确定的电表类型等信息确定电表在远程抄表中的位置如：所在集中器信息、所在 PLC 总线扩展服务器信息等。以上信息录入系统后，计量人员可进行装表工作并对抄表系统进行相应的设置。换表 换表操作由电表出库开始记录新表参数现场换表操作记录旧表参数并进行电量的追补填写换表操作单换表信息录入，在换表操作整个过程中要记录旧表的信息(表通讯地址、表止码、表类型)、新表的信息(表

18、通讯地址、表起码、表类型)、追补电量和换表时间，其中表止码和起码要记录正反向有无功的总表码及分时表码。线损统计 进行线损统计及分析，首先需要对线损进行定义，然后对各个计量点进行电量统计，根据各个计量点之间的线损计算关系进行线损统计，并对异常线损进行报警。线损统计不但要统计线损电量还要统计线损率。电量结算 不同区域结算时间有所不同，一般为两个月结一次，在本系统中居民用户要求每月月末零点进行结算，对其他用户可根据指定时间段进行结算，电量结算要考虑换表、换 CT、换 PT、满码、追补电量、力调电量等因素对最终计费电量的影响。异常用电分析 对用户电表故障、电量增量超标、电表停转等信息进行对比分析，遂线

19、损异常部分进行同期比较，确定异常现象。系统边界 本系统是涉及居民用户、商业和动力用户的远程抄表系统，综合这三部分用户的基础用电数据对用户电量进行统计，对台区线损进行分析以及对用户窃电行为进行判断，同时数据可供其他系统使用，本系统与其它系统之间建立相关接口：用电营业系统 计费帐务系统 线损分析系统 用电 MIS 系统 调度潮流分析系统 本章小结 本章主要把整个系统的初步描绘，和系统的周边的相关业务进行了描述，本章对远程抄表系统的整个业务流程进行了详细地描述，这对整个课题设计起着关键的作用。需求分析及系统设计 系统设计 如图 31 所示 图 31 系统设计示意图 由图 31所示，本系统将 PLC

20、宽带接入网络与以太网相结合，串口服务器与电能表之间的通信采用 PLC 宽带网络，串口服务器和前置机、主站之间采用以太网通信。主站系统是一套建立在数据库基础上的软件管理系统。它面向一个较大的区域，负责定期地抄取集中器的数据，对数据进行加工统计，同时根据不同的需要，对集中器和采集器进行不同的设置和维护，如设置集中器的网络地址、增加用户参数等。前置机应通讯控制中心，通过多种通讯口把主站与集中器连在一起，实现系统的数据通讯并完成控制功能，其要求保证数据的完整性、连续性、唯一性、准确性和及时性，同时具有高效性、灵活性和可靠性。硬件部分采用工控机，软件部分用 delphi进行编写。分站系统由集中器、PLC

21、 总线扩展服务器、三相电子表、单相电子表组成，集中器是分站工作的发起者，同时也是分站系统的通信中心、数据中心和执行中心。集中器：硬件采用 586级别工业控制机组成，基本配置为 P3以上 CPU，128 以上内存，10G以上硬盘，10/100M 自适应网卡 2块，串口 2个（232，485 各 1个）。软件运行环境：red hat Linux 10.0 多国语言版;PLC 总线扩展服务器：由串口服务器及 PLC MODEM组成，串口服务器工作在 TCP 模式下，485 端口通信可设置。电能表分为三相四线、三相三线、单相表三种，均采用多功能复费率全电子表计，通信接口为 485通信方式，通信规约多种

22、多样。主站软件功能需求和设计 整体思路 主站软件是一套建立在数据库基础上的软件管理系统。它面向一个较大的区域，负责定期地抄取集中器的数据，对数据进行加工统计，同时根据不同的需要，对集中器和采集器进行不同的设置和维护，如设置集中器的网络地址、增加用户参数等。主站系统用于最终用户进行交互的平台，也是系统进行管理和维护的工具，是整套抄表系统的核心。主站位于系统的最上层，它通过以太网和串口服务器和前置机相连，是整套抄表系统的核心。用户的数据信息通过网络传送到集中器，再传送到前置机，主站通过访问数据库服务器和前置机来取得设备管理、系统维护、安全管理的数据信息，并进行添加、查询、修改等操作。主站软件应该能

23、有效的控制整套抄表系统，起到指挥的作用。主站软件在设计上应体现出下面的特点：稳定性,准确性 主站软件是商业用途的采集用户信息并进行分析的软件系统,软件的稳定和准确性直接关系到供电公司的和用户的利益,所以稳定和准确是软件整个设计思路的关键。简捷明了的布局,人性化的设置 面对主站软件的将是供电公司的专业工作人员和普通的用电用户,简捷明了的布局和人性化的设置能让主站系统的易用性大大增强,使不同层面的用户都能够很快上手。模块化的设计 随着供电网络的不断改造和用电用户的变更,主站软件也要随着做相应的调整和升级,模块化的设计使修改和升级主站软件的费用和工作量都大大降低.同时这也是软件设计的重要原则。低的运

24、行环境要求 由于各个供电公司所使用的操作系统不一致和用电用户的复杂性,所以对主站软件所运行的环境不能有过高的限制。高速、灵活的通讯功能 强大的数据分析工具 主站软件部分的开发拟采用 delphi 进行编写，数据库采用 sql server2000。功能需求 设备管理 主站软件应可以对系统内的设备进行参数管理，主站软件通过程序负责设置和修改设备的各种参数，建立相应的档案，包括前置机、集中器、串口服务器、电表的基本参数设定。包括以下内容：主站运行参数管理，包括添加、更改、查询、删除、停用、启用等 前置机参数管理，包括添加、更改、查询、删除、停用、启用等 集中器参数管理，包括添加、更改、查询、删除、

25、停用、启用等 串口服务器参数管理，包括添加、更改、查询、删除、停用、启用等 电能表参数管理，包括添加、更改、查询、删除、停用、启用等 设备运行状态管理 系统时钟管理 电表通信规约库管理，包括添加、更改、查询、删除、停用、启用等 电表厂家管理，包括添加、更改、查询、删除、停用、启用等 系统维护 主站软件对系统内的各种业务可进行记录，并对系统参数进行整理和备份等维护，主要记录及维护功能如下：换表记录的添加、删除、更改等维护操作 换表操作完成后的系统数据同步维护（对集中器实施换表操作）换 CT记录的添加、删除、更改等维护操作 换 PT记录的添加、删除、更改等维护操作 用户数据的添加、删除、更改等维护

26、操作 台区数据的添加、删除、更改等维护操作 线路数据的添加、删除、更改等维护操作 营业局数据的添加、删除、更改等维护操作 线损定义的添加、删除、更改等维护操作 数据库的备份、恢复和清理 抄表区号管理 抄表册号管理 定时抄表任务设置 安全管理 系统安全功能：系统实现用户级的权限管理，对每个使用者赋与其数据库访问、系统维护管理、数据管理及控制操作的多级权限，权限在全网上统一有效，使用者可在任一工作站上完成其权限许可的各种管理及操作；主站软件要设定管理员的权限，分为三个等级，分为超级用户、系统管理员和一般用户。只有超级用户能对此系统进行全部的操作，包括各种参数的设定和修改，系统管理员可以进行数据的管

27、理，而用户只能登录并查询信息。为了保证系统的安全性，每个用户均配有加密的个人口令密码，此口令密码只有其本人可以设置并修改，其它人（包括系统管理者、超级用户以 及系统程序设计者）均无法知道其口令。由此可以确保系统重要操作的责任唯一性。这样，可以提高系统的安全可靠性，有效的防止恶意攻击和数据丢失。抄表功能 前置机作为主站与分站系统之间的桥梁，主站通过与前置机的通信可进行对分站系统的各种操作，具体操作如下：对集中器进行校时（读写）设置及查看集中器工作模式及参数 设置及查看集中器电表及串口服务器资料 设置及查看集中器通信参数 设置及查看集中器中对应的前置机资料 抄取电表表止码信息，可按天、按点及按表进

28、行 抄取电表电压数据，可按天、按点及按表进行 抄取电表电流数据，可按天、按点及按表进行 抄取电表功率数据，可按天、按点及按表进行 抄取电表最大需量数据，可按月、按表进行 抄取分站故障数据 抄取分站日志数据 统计分析 统计分析是主站软件的核心部分，许多业务的实现要通过统计和分析来实现。从不同的角度来划分，侧重点也就不尽相同。从业务管理的角度来划分整个抄收对象，可以分成：营业局线路台区总表分表 根据这种划分形式，主站软件可以对数据进行如下处理：电量数据的各种统计，包括用户电量统计和计费 电量总加处理，全网和相关区域在各个时间段的总电量。系统能对各类电量数据按日、月、季、年分时段进行统计计算。可以统

29、计的信息有：用户电量、总表电量、台区电量、营业局电量、线路电量统计。台区总电量、电压、负荷、最大需量的处理。电量可进行统计和负荷曲线分析，进行电量的同期对比，可分析出异常用电。电压可以计算电压合格率，针对停电、失压记录计算供电可靠性。按时段计算全网和相关区域的线路损耗。按台区统计供、售电量，计算出线损率，并提供去年同期和上月情况的对比，采用了柱状图形直观的显示统计结果。对高损线路和高损台区的分析，逐级深入，由线路到台区，由台区到用户，为详细分析高损的原因提供有效手段。曲线类功能，包括电压曲线、电流曲线、电量曲线等。从设备管理的角度来划分整个抄收对象，可以分成：营业局集中器串口服务器电表 以这种

30、角度来分析统计，就是要为了方便调试和对设备的统一管理。数据查询和曲线显示：实现实时及历史数据显示、设备参数显示、查询等功能。系统提供实时监视画面、各类曲线、棒图和饼图等，图形可输出到打印机。可按小时、日、月、年显示电量曲线等多种电量曲线，能够统计出各种电量占总电量的比率。显示的统计资料主要应包含以下几类：针对某一用户在一段时间内的用电量做出统计曲线；可以做出总表在某一时段的电压、电流曲线；可以对台变的功率、电流、电压、负荷等进行统计分析。这些需要统计的信息可以形成曲线，并可以将不同时段的曲线可以显示在同一坐标系上，以供分析比较。也可以根据实际需要来做成棒图和饼图。简单电能量查询修改电能量界面，

31、通过它可以显示某一电能量、某一时间段各点电能量值。统计电能量查询界面，如显示某监视点一天电能量值。查询一个终端、多个终端或全部终端一段时间范围内的电能量未抄情况、并根据需要生成并向采集模块下发补采命令。电能量报表。将各种统计信息以电子表格显示出来，以便用户形成报表。可靠性数据查询。将各种统计信息以电子表格显示出来，以便用户形成报表。电压合格率查询。将各种统计信息以电子表格显示出来，以便用户形成报表。事件记录查询。按日、月、时间段对所属营业局、线路、台变等。同比分析。不同时段电能量对比分析及增量分析。当用户端发生断相、反向、电度表读数异常、电度表坏、电度表封门被打开等情况时，有可能发生了窃电行为

32、，系统会立即报警，报警方式包括弹出报警窗口进行文字提示、发音响告警等。防窃电报警信息同时存储到系统数据库中，供以后查询分析。通过对数据的监测和管理，对异常情况进行报警，对于台变用户而言，这样可以监测电压合格率并提高供电的可靠性。通过对居民用户的电量监视可以有效的防止窃 电。主站软件通过对原始数据的整理分析，可以生成线损报表和用户用电曲线等，以供随时查询、显示和打印。附加功能 主站还同时可以与掌上电脑之间进行通信，接受其上的数据信息。作为通信的辅助手段，为数据的抄收实现双重的保障。非功能需求 服务器级别需求 容量和性能 用户资料容量 系统用户资料总容量按 60万户进行设，初始用户容量为 5000

33、户，预计总存储空间为 100M。电表资料容量 系统设计电表总容量为 60万只，其中三相电表占 2万只，预计总存储空间为120M。电量数据容量 电量数据（分时电量）按每天 24个点存储 3年计算为 24*365*3*40*60 万=1.1M*60 万=660G。电压数据容量 电压数据按按每天 24个点存储 3年计算为 24*365*20*3*2万=10G。电流数据容量 电流数据按按每天 24个点存储 3年计算为 24*365*20*3*2万=10G。客户端数量 本系统最多允许 32 个客户端同时在线进行查询，允许 1个管理员进行系统设置和管理。电量统计性能 电量统计要求在 3 秒钟内完成计算并显示。线损统计性能 线损统计要求在 6 秒钟内完成计算并显示。用电分析性能 用电分析要求在 15 秒钟内完成计算并显示。系统管理性能及存储时限 实时监测：系统可实时监测整个系统的设备运行情况和运行数据，