居民用戶智能抄表系統(tǒng)工程實施方案
2007/11/21 15:50:00
1 概述:
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國電力工業(yè)已經(jīng)步入了全新的全面快速發(fā)展的新時代。無論從大、中城市，還是小型城鎮(zhèn)以至于到農(nóng)村，無論是工業(yè)、商業(yè)用電，還是城鎮(zhèn)居民照明用電到農(nóng)民用電，自從新中國成立以來都發(fā)生了巨大的變化，目前我國的電力發(fā)展已經(jīng)過了普及期，正朝著規(guī)范化、自動化的方向前進。
目前世界上發(fā)展最快的技術就是計算機技術和通信技術，而隨著計算機技術和通信技術.的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡技術作為計算機技術和通信技術的融合，其發(fā)展速度更是一日千里，被稱為國際網(wǎng)的INTERNET網(wǎng)是目前最大的全球性的信息傳輸網(wǎng)絡，正以飛快的速度發(fā)展。INTERNET網(wǎng)的誕生和發(fā)展是人類進入信息時代的最重要的標志。西方國家正是在INTERNET網(wǎng)的基礎上著手建設信息高速公路。面對滾滾而來的全球信息化浪潮，我國信息產(chǎn)業(yè)落后的嚴峻形勢已引起了有關部門的高度重視。我國的信息化建設大業(yè)已被提上議事日程，我們欣喜地看到，隨著與國際INTERNET網(wǎng)的接通和國家投入巨資建設“金”字工程，我國信息化建設的龐大工程已開始啟動。作為我國能源建設的重點項目－－-電力系統(tǒng)的信息化也已隨著電力用戶和電力管理部門新的需求而變的迫在眉睫。由于傳統(tǒng)的用電管理體制已不能適應目前信息化的要求，改革和改造傳統(tǒng)管理體制勢在必行。我們欣喜地看到網(wǎng)絡技術即計算機技術和現(xiàn)代通信技術結合的逐步成熟、信息管理技術等在我國的健康發(fā)展、推廣和應用給電力部門的用電管理體系改革提供了良好的基礎。借用先進的、成熟的新型技術，把用電管理的水平提高檔次在當代是水到渠成的。
當前，我國電力部門對于送電、用電的計量管理，還是人工或半自動的傳統(tǒng)、落后方式。這種方式，給電力管理部門的管理和決策帶來了很多的不便，更重要的是電力管理部門無法及時掌握當前的用電量的統(tǒng)計信息和區(qū)域分布信息，這對于電力管理部門是十分不利的。針對這種情況，深圳友訊達科技發(fā)展有限公司開發(fā)出了CFDA無線專網(wǎng)抄表系統(tǒng).
2.方案原則:
我公司本著“友則誠信如一,達則兼善天下”公司理念，整體運作，為用戶提供優(yōu)質(zhì)，快速的一條龍服務為原則，從產(chǎn)品的開發(fā)，生產(chǎn)，品質(zhì)，服務和管理五個方面出發(fā)，將各用戶電表集中采集，并與整體工程實施統(tǒng)一規(guī)劃設計，全面綜合考慮，運用各種技術、經(jīng)濟手段，使整個系統(tǒng)“安全，可靠，經(jīng)濟，合理”。
3.設計思想
本著先進、實用、經(jīng)濟的原則，力圖體現(xiàn)較完美的解決方案。以上CFDA系統(tǒng)的主要設計思想將在后面詳細加以介紹。
4.無線抄表系統(tǒng)方案建議：
4.1 CFDA概述： CFDA即 （Cellular Fixed-wireless Digital Access）微蜂窩式固定無線數(shù)據(jù)接入平臺。主要應用于遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及小區(qū)安防報警系統(tǒng)，用無線的方式實現(xiàn)最后一公里內(nèi)的分布信息點的數(shù)據(jù)接入。
CFDA采用一種基于低成本預算的神經(jīng)網(wǎng)絡結構路由技術來解決無線傳輸區(qū)域覆蓋受限的問題。其最主要的特點是網(wǎng)絡的分布特征和網(wǎng)絡節(jié)點的神經(jīng)元特性，并以微蜂窩的方式實現(xiàn)小區(qū)之間的無線頻率復用，實現(xiàn)大區(qū)域的無線接入組網(wǎng)。
CFDA 解決的主要問題是：小區(qū)內(nèi)的個分布節(jié)點與中心節(jié)點的數(shù)據(jù)通信，具有典型SCADA 特征，小區(qū)之間蜂窩結構。
CFDA 是一個通信中間件，其輸入、輸出的接口基于RS232（TTL-232、RS-485、標準232），用于嵌入用戶系統(tǒng)。
4. 2 CFDA （Cellular Fixed-wireless Digital Access） 網(wǎng)絡結構
CFDA 網(wǎng)絡結構分為外網(wǎng)結構和內(nèi)網(wǎng)結構進行描述，在進行描述之前，需對以下概念進行定義.
微蜂窩 （Cellular）：指地域半徑在1000米以內(nèi)的接入點的集合，如某一小區(qū)內(nèi)的所有分布在該地域范圍內(nèi)的電表數(shù)據(jù)接入點的集合。
廣域網(wǎng) （Marco Net ）：指在一定的地域內(nèi)，由多個相臨或相近的微蜂窩（Cellular）構成的網(wǎng)絡集合，如某一城市統(tǒng)一實行抄表，該城市在規(guī)劃 時分成若干個小區(qū)，對該城市的網(wǎng)絡統(tǒng)稱為外網(wǎng)。
局域網(wǎng) （Insider Net）：指在某一微蜂窩內(nèi)形成的網(wǎng)絡結構。
微蜂窩接入中心（Cellular Access Center—CAC）：指一個微蜂窩內(nèi)的中心接入點。
分布接入單元（DAU）：指一個微蜂窩內(nèi)的分布數(shù)據(jù)接入點
CFDA 從設計的理念上講，是一個無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的中間件，不提供微蜂窩接入中心到廣域網(wǎng)控制中心的上行通信方案，但詳細地規(guī)劃了組成蜂窩狀大型網(wǎng)絡的頻率復用的資源和編碼方案。用戶可選用多種上行通信方案，方便地構建具有城域網(wǎng)特征的大型蜂窩狀無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡。
CFDA 微蜂窩內(nèi)的網(wǎng)絡結構為神經(jīng)元網(wǎng)絡結構，整個網(wǎng)絡可自適應地構建多級層次型網(wǎng)絡結構。
4.3 CFDA系統(tǒng)的構成:
CFDA 是微蜂窩無線數(shù)據(jù)接入平臺，是一個無線數(shù)據(jù)通信中間件，其本身不是系統(tǒng)，但只需將CFDA嵌入到用戶系統(tǒng)，即可方便地形成用戶設計的無線網(wǎng)絡型應用系統(tǒng)。就CFDA通信中間件而言，CFDA由兩類節(jié)點－－－－微蜂窩接入中心CAC、分布接入單元DAU。
4.3.1 CFDA系統(tǒng)在應用中的網(wǎng)絡結構示意圖:
★ 4.3.1.1從上圖可以看出無線采集器(DAU)可以嵌入到用戶電表里面,也可以在電表外單獨采集。在這次方案當中我們選擇使用B型終端采集器。B型采集器（DAU）可以采集由485總線接入的電表。每個采集器（DAU）可以帶32個485表。
4.3.2 集中器（CAC）的設計:
集中器（CAC） 是一個微功率的無線數(shù)據(jù)收發(fā)電臺由FC-201/JA(嵌入式模塊)或 FC-601/JA(外掛式成品)構成，其結構如下：
FC-601/JA 具有高穩(wěn)定電源和RS-232、RS-485接口
其設計過程如下：
A:將物理地址和邏輯地址的映射表下載到FC-601/JA
B:由控制中心向FC-601/JA 發(fā)啟建立路由啟動命令
C:路由建立完畢后，控制中心即可對受控的進行操作。
D:供控制中心與受控終端之間的透明無線傳輸通道。
E:控制中心即可根據(jù)其系統(tǒng)結構的特征進行編程。
F:CFDA 最長的路由級數(shù)為三級路由，
G: CFDA 采用的是類似于神經(jīng)網(wǎng)絡的廣泛性全集路由方式，若控制中心對某一邏輯地址進行操作時，第一條路由行不通時，CFDA會自動提供第二條路由進行通信，若第二條也不行，則會提供第三條，若第三條不行，則會返回失敗信息。
CFDA 每次傳送的數(shù)據(jù)量≤128字節(jié)。
4.3.2.1 集中器（CAC）技術指標:
• 頻率范圍：483～486MHz
• 調(diào)制方式：FSK 曼徹斯特編碼
• 頻率穩(wěn)定度：±5ppm
• 發(fā)射輸出功率：50mW
• 標準場地點對點通信距離：500 米
• 接收靈敏度：-120dBm
• 工作電壓：AC220V±30%
• 環(huán)境溫度：-20℃～+55℃
• 低功耗：接收時電流<18mA，發(fā)射時電流≤35mA
• 串口波特率：2400bps，8bit數(shù)據(jù)位，偶校驗，1位停止位。
• 數(shù)據(jù)傳送字節(jié)數(shù)：1次可傳輸128字節(jié)以上的數(shù)據(jù)幀
• 首次建立中繼路由時間快，約7分鐘/區(qū)，每區(qū)約256個點。
• 單表抄收時間： ≤6S/表。
• 系統(tǒng)路由最大路徑：3級
• 信道數(shù)：16個，備用信道16個。
• 通訊接口：RS485/RS232接口
4.3.2.2集中器（CAC）的特點：
• 具有高可靠性，高穩(wěn)定性。
• 工作頻率采用國際上通用ISM數(shù)傳頻率。
• 內(nèi)置硬件和軟件看門狗，克服CPU死機現(xiàn)象。
• 標準TTL-232電平方式。
• 多信道選擇,具有16個信道可供使用，能滿足多信道工作的特殊場合。
• 厚模封裝、體積小，更適合嵌入式應用。
• 微功率發(fā)射,具收發(fā)狀態(tài)指示。
• 高抗干擾能力和低誤碼率,傳輸性能優(yōu)良。
• 全路由表方式、路由建立算法先進。
• 256字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，大容量FLASH存貯器。
• 高可靠性，體積小，重量輕。
4.3.2,2數(shù)據(jù)分布接入單元的設計(采集器)DAU
數(shù)據(jù)接入單元（采集器）DAU，分為外接式和嵌入式，外接式主要是指數(shù)據(jù)的形成部分已是一個完整的形成體，并具有標準的數(shù)據(jù)接口，如帶485接口的電表等，該種數(shù)據(jù)接入單元只需配接相應接口的FC-601/JB即可完成。嵌入式主要將FC-201/JB嵌入到 用戶的采集終端中形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入終端。在本次方案當中我們選用FC-601/JB外接式采集器。一個采集器（DAU）可以帶32個485電表。
兩種終端分別圖示如下：
4.3.2.3集中器（DAU）技術指標:
•頻率范圍：483～486MHz
•調(diào)制方式：FSK 曼徹斯特編碼
•頻率穩(wěn)定度：±5ppm
•發(fā)射輸出功率：50mW
• 標準場地點對點通信距離：500 米
•接收靈敏度：-120dBm
•工作電壓：AC220V±30%
•環(huán)境溫度：-20℃～+55℃
•低功耗：接收時電流<18mA，發(fā)射時電流≤35mA
•串口波特率：1200bps，8bit數(shù)據(jù)位，偶校驗，1位停止位。
•數(shù)據(jù)傳送字節(jié)數(shù)：1次至少傳輸128字節(jié)以上的數(shù)據(jù)<
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國電力工業(yè)已經(jīng)步入了全新的全面快速發(fā)展的新時代。無論從大、中城市，還是小型城鎮(zhèn)以至于到農(nóng)村，無論是工業(yè)、商業(yè)用電，還是城鎮(zhèn)居民照明用電到農(nóng)民用電，自從新中國成立以來都發(fā)生了巨大的變化，目前我國的電力發(fā)展已經(jīng)過了普及期，正朝著規(guī)范化、自動化的方向前進。
目前世界上發(fā)展最快的技術就是計算機技術和通信技術，而隨著計算機技術和通信技術.的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡技術作為計算機技術和通信技術的融合，其發(fā)展速度更是一日千里，被稱為國際網(wǎng)的INTERNET網(wǎng)是目前最大的全球性的信息傳輸網(wǎng)絡，正以飛快的速度發(fā)展。INTERNET網(wǎng)的誕生和發(fā)展是人類進入信息時代的最重要的標志。西方國家正是在INTERNET網(wǎng)的基礎上著手建設信息高速公路。面對滾滾而來的全球信息化浪潮，我國信息產(chǎn)業(yè)落后的嚴峻形勢已引起了有關部門的高度重視。我國的信息化建設大業(yè)已被提上議事日程，我們欣喜地看到，隨著與國際INTERNET網(wǎng)的接通和國家投入巨資建設“金”字工程，我國信息化建設的龐大工程已開始啟動。作為我國能源建設的重點項目－－-電力系統(tǒng)的信息化也已隨著電力用戶和電力管理部門新的需求而變的迫在眉睫。由于傳統(tǒng)的用電管理體制已不能適應目前信息化的要求，改革和改造傳統(tǒng)管理體制勢在必行。我們欣喜地看到網(wǎng)絡技術即計算機技術和現(xiàn)代通信技術結合的逐步成熟、信息管理技術等在我國的健康發(fā)展、推廣和應用給電力部門的用電管理體系改革提供了良好的基礎。借用先進的、成熟的新型技術，把用電管理的水平提高檔次在當代是水到渠成的。
當前，我國電力部門對于送電、用電的計量管理，還是人工或半自動的傳統(tǒng)、落后方式。這種方式，給電力管理部門的管理和決策帶來了很多的不便，更重要的是電力管理部門無法及時掌握當前的用電量的統(tǒng)計信息和區(qū)域分布信息，這對于電力管理部門是十分不利的。針對這種情況，深圳友訊達科技發(fā)展有限公司開發(fā)出了CFDA無線專網(wǎng)抄表系統(tǒng).
2.方案原則:
我公司本著“友則誠信如一,達則兼善天下”公司理念，整體運作，為用戶提供優(yōu)質(zhì)，快速的一條龍服務為原則，從產(chǎn)品的開發(fā)，生產(chǎn)，品質(zhì)，服務和管理五個方面出發(fā)，將各用戶電表集中采集，并與整體工程實施統(tǒng)一規(guī)劃設計，全面綜合考慮，運用各種技術、經(jīng)濟手段，使整個系統(tǒng)“安全，可靠，經(jīng)濟，合理”。
3.設計思想
本著先進、實用、經(jīng)濟的原則，力圖體現(xiàn)較完美的解決方案。以上CFDA系統(tǒng)的主要設計思想將在后面詳細加以介紹。
4.無線抄表系統(tǒng)方案建議：
4.1 CFDA概述： CFDA即 （Cellular Fixed-wireless Digital Access）微蜂窩式固定無線數(shù)據(jù)接入平臺。主要應用于遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及小區(qū)安防報警系統(tǒng)，用無線的方式實現(xiàn)最后一公里內(nèi)的分布信息點的數(shù)據(jù)接入。
CFDA采用一種基于低成本預算的神經(jīng)網(wǎng)絡結構路由技術來解決無線傳輸區(qū)域覆蓋受限的問題。其最主要的特點是網(wǎng)絡的分布特征和網(wǎng)絡節(jié)點的神經(jīng)元特性，并以微蜂窩的方式實現(xiàn)小區(qū)之間的無線頻率復用，實現(xiàn)大區(qū)域的無線接入組網(wǎng)。
CFDA 解決的主要問題是：小區(qū)內(nèi)的個分布節(jié)點與中心節(jié)點的數(shù)據(jù)通信，具有典型SCADA 特征，小區(qū)之間蜂窩結構。
CFDA 是一個通信中間件，其輸入、輸出的接口基于RS232（TTL-232、RS-485、標準232），用于嵌入用戶系統(tǒng)。
4. 2 CFDA （Cellular Fixed-wireless Digital Access） 網(wǎng)絡結構
CFDA 網(wǎng)絡結構分為外網(wǎng)結構和內(nèi)網(wǎng)結構進行描述，在進行描述之前，需對以下概念進行定義.
微蜂窩 （Cellular）：指地域半徑在1000米以內(nèi)的接入點的集合，如某一小區(qū)內(nèi)的所有分布在該地域范圍內(nèi)的電表數(shù)據(jù)接入點的集合。
廣域網(wǎng) （Marco Net ）：指在一定的地域內(nèi)，由多個相臨或相近的微蜂窩（Cellular）構成的網(wǎng)絡集合，如某一城市統(tǒng)一實行抄表，該城市在規(guī)劃 時分成若干個小區(qū)，對該城市的網(wǎng)絡統(tǒng)稱為外網(wǎng)。
局域網(wǎng) （Insider Net）：指在某一微蜂窩內(nèi)形成的網(wǎng)絡結構。
微蜂窩接入中心（Cellular Access Center—CAC）：指一個微蜂窩內(nèi)的中心接入點。
分布接入單元（DAU）：指一個微蜂窩內(nèi)的分布數(shù)據(jù)接入點
CFDA 從設計的理念上講，是一個無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的中間件，不提供微蜂窩接入中心到廣域網(wǎng)控制中心的上行通信方案，但詳細地規(guī)劃了組成蜂窩狀大型網(wǎng)絡的頻率復用的資源和編碼方案。用戶可選用多種上行通信方案，方便地構建具有城域網(wǎng)特征的大型蜂窩狀無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡。
CFDA 微蜂窩內(nèi)的網(wǎng)絡結構為神經(jīng)元網(wǎng)絡結構，整個網(wǎng)絡可自適應地構建多級層次型網(wǎng)絡結構。
4.3 CFDA系統(tǒng)的構成:
CFDA 是微蜂窩無線數(shù)據(jù)接入平臺，是一個無線數(shù)據(jù)通信中間件，其本身不是系統(tǒng)，但只需將CFDA嵌入到用戶系統(tǒng)，即可方便地形成用戶設計的無線網(wǎng)絡型應用系統(tǒng)。就CFDA通信中間件而言，CFDA由兩類節(jié)點－－－－微蜂窩接入中心CAC、分布接入單元DAU。
4.3.1 CFDA系統(tǒng)在應用中的網(wǎng)絡結構示意圖:
★ 4.3.1.1從上圖可以看出無線采集器(DAU)可以嵌入到用戶電表里面,也可以在電表外單獨采集。在這次方案當中我們選擇使用B型終端采集器。B型采集器（DAU）可以采集由485總線接入的電表。每個采集器（DAU）可以帶32個485表。
4.3.2 集中器（CAC）的設計:
集中器（CAC） 是一個微功率的無線數(shù)據(jù)收發(fā)電臺由FC-201/JA(嵌入式模塊)或 FC-601/JA(外掛式成品)構成，其結構如下：
FC-601/JA 具有高穩(wěn)定電源和RS-232、RS-485接口
其設計過程如下：
A:將物理地址和邏輯地址的映射表下載到FC-601/JA
B:由控制中心向FC-601/JA 發(fā)啟建立路由啟動命令
C:路由建立完畢后，控制中心即可對受控的進行操作。
D:供控制中心與受控終端之間的透明無線傳輸通道。
E:控制中心即可根據(jù)其系統(tǒng)結構的特征進行編程。
F:CFDA 最長的路由級數(shù)為三級路由，
G: CFDA 采用的是類似于神經(jīng)網(wǎng)絡的廣泛性全集路由方式，若控制中心對某一邏輯地址進行操作時，第一條路由行不通時，CFDA會自動提供第二條路由進行通信，若第二條也不行，則會提供第三條，若第三條不行，則會返回失敗信息。
CFDA 每次傳送的數(shù)據(jù)量≤128字節(jié)。
4.3.2.1 集中器（CAC）技術指標:
• 頻率范圍：483～486MHz
• 調(diào)制方式：FSK 曼徹斯特編碼
• 頻率穩(wěn)定度：±5ppm
• 發(fā)射輸出功率：50mW
• 標準場地點對點通信距離：500 米
• 接收靈敏度：-120dBm
• 工作電壓：AC220V±30%
• 環(huán)境溫度：-20℃～+55℃
• 低功耗：接收時電流<18mA，發(fā)射時電流≤35mA
• 串口波特率：2400bps，8bit數(shù)據(jù)位，偶校驗，1位停止位。
• 數(shù)據(jù)傳送字節(jié)數(shù)：1次可傳輸128字節(jié)以上的數(shù)據(jù)幀
• 首次建立中繼路由時間快，約7分鐘/區(qū)，每區(qū)約256個點。
• 單表抄收時間： ≤6S/表。
• 系統(tǒng)路由最大路徑：3級
• 信道數(shù)：16個，備用信道16個。
• 通訊接口：RS485/RS232接口
4.3.2.2集中器（CAC）的特點：
• 具有高可靠性，高穩(wěn)定性。
• 工作頻率采用國際上通用ISM數(shù)傳頻率。
• 內(nèi)置硬件和軟件看門狗，克服CPU死機現(xiàn)象。
• 標準TTL-232電平方式。
• 多信道選擇,具有16個信道可供使用，能滿足多信道工作的特殊場合。
• 厚模封裝、體積小，更適合嵌入式應用。
• 微功率發(fā)射,具收發(fā)狀態(tài)指示。
• 高抗干擾能力和低誤碼率,傳輸性能優(yōu)良。
• 全路由表方式、路由建立算法先進。
• 256字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，大容量FLASH存貯器。
• 高可靠性，體積小，重量輕。
4.3.2,2數(shù)據(jù)分布接入單元的設計(采集器)DAU
數(shù)據(jù)接入單元（采集器）DAU，分為外接式和嵌入式，外接式主要是指數(shù)據(jù)的形成部分已是一個完整的形成體，并具有標準的數(shù)據(jù)接口，如帶485接口的電表等，該種數(shù)據(jù)接入單元只需配接相應接口的FC-601/JB即可完成。嵌入式主要將FC-201/JB嵌入到 用戶的采集終端中形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入終端。在本次方案當中我們選用FC-601/JB外接式采集器。一個采集器（DAU）可以帶32個485電表。
兩種終端分別圖示如下：
4.3.2.3集中器（DAU）技術指標:
•頻率范圍：483～486MHz
•調(diào)制方式：FSK 曼徹斯特編碼
•頻率穩(wěn)定度：±5ppm
•發(fā)射輸出功率：50mW
• 標準場地點對點通信距離：500 米
•接收靈敏度：-120dBm
•工作電壓：AC220V±30%
•環(huán)境溫度：-20℃～+55℃
•低功耗：接收時電流<18mA，發(fā)射時電流≤35mA
•串口波特率：1200bps，8bit數(shù)據(jù)位，偶校驗，1位停止位。
•數(shù)據(jù)傳送字節(jié)數(shù)：1次至少傳輸128字節(jié)以上的數(shù)據(jù)<
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