CDMA智能电力监测系统方案.doc

CDMA智能电力监测系统解决方案一、 前言电力部门作为我国重要的能源供给单位，为千家万户与无数工矿企事业机关源源不断提供着电力，对电力能源的配送、运营与管理是电力部门的核心工作内容。第一，电力作为整个社会目前不可或缺的能源，对人们的生产生活影响至深，而随着工业规模扩大、生产生活电气化程度提高，电力的需求扩张使供电形势长期保持紧张状态，在用电高峰期还需要进行错峰用电调度来缓解电网的负荷。而如何科学、合理、高效地安排错峰用电计划，需要电力部门清楚地了解各单位、各区域的用电需求及变化，做到既保障电网不超负荷，又保障合理按需供电，尽量不影响正常生产生活。第二，电力作为有偿能源，电力部门需要对用电单位进行计量、收费，抄表工作则是电力部门一项例行而繁琐的工作，虽然部分地区通过对电表改造，缓解一定工作量，仍无法实现轻松的抄表工作。另外对电表的监督，防止被私自改造，以及对故障的及时感知、对欠费用户的拉闸限电等，也是日常管理中的必要工作。第三，在提倡节能环保的当今社会，电力部门作为电力资源的管控部门，对电力的配送也应做到节约环保，根据用户的实际需要进行输送，减少在线路上的损耗，提高电力的有效利用率。针对电力部门这些核心工作内容的现实问题和潜在需求，我们专门设计了基于中国电信CDMA网的无线智能化电力监测系统，以帮助电力部门更高效、更环保地运营，提升电力部门的信息化与自动化程度。二、 系统介绍CDMA智能电力监测系统是天讯瑞达通信技术有限公司针对电力系统开发的用电信息远程自动采集、分析系统，它基于中国电信CDMA1x网络，在不用改造现有电网情况下，实现无线远程抄表，并为电力的配送、调度提供科学决策和计划的依据，同时还提供了设备管理功能。 系统由位于电力部门配电中心的管理平台和位于各用电单位的电表数据采集点组成，电表数据经过采集后通过中国电信的CDMA网络进行传输。某一单位（如小区、楼宇）所有电表首先通过采集器连接到电表集中器，而居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485接口传到电表集中器，电表集中器通过RS232口与CDMA数据传输设备（DTU）连接，电表数据经过协议封装后发送到中国电信的CDMA数据网络，通过CDMA数据网络将数据传送至配电数据中心的管理平台，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。采集点的数据可以根据需要定期传输，管理平台根据这些数据进行汇总、统计、分析，能快速生成用电统计分析等，一方面可以与电力部门的计费系统接口，输出交费单据，与传统的人工抄表、电话线抄表相比，极大地提高了效率。另一方面能够及时、准确、全面地反映电量使用，通过应用具有智能化分析功能，实现用户用电量的统计、用电情况的分析及用户的使用状态，为用电管理提供实时性好、稳定性高的数据和事件记录，为电力配送调度、错峰供电提供了全面、及时的科学决策依据。系统的设备管理功能包括支持开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警等告警；对欠费用户进行拉闸等。并提供停电数据保护功能，在停电4872小时内仍可抄表和监控。本系统结合短信平台，在告警时，可根据具体内容发短信给相关的管理人员。该系统具有设备参数远程回读功能，如回读参数和后台系统保存的设置参数对比，异常报警，可以发现非法修改电能表参数行窃的非法行为。具有失压、断流、错误接线报警、显示、记录并主动上传功能，方便管理人员在公司本部就可以发现用户异常，为反窃电提供了一种先进的、有效的高技术检测手段。本系统提供丰富的接口，可与电力系统的MIS系统接口或进行二次开发。中国电信CDMA系统可提供广域的无线IP连接，通过CDMA网络，电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到省、市级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。而本系统充分利用了现有网络，可缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单，为电力系统提供了简单高效的管理手段。 三、 系统优势CDMA无线智能电力监测系统具备如下优点： 1. 实时性强： 利用CDMA网的数据传输具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。 2. 可对电表设备进行远程控制： 通过CDMA网双向传输，系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。 3. 建设成本少低： 由于采用CDMA的无线公网平台，只需安装好采集点设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低； 4. 覆盖范围广： CDMA网络覆盖范围广，在CDMA网的覆盖范围之内，都可以完成对电表的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。 5. 系统的传输容量大： 配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而CDMA的基站容量大于GPRS，抗干扰性、抗多径衰落也更优，能很好地满足传输突发性数据的需要。 6. 数据传送速率高： 每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。CDMA网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前CDMA实际数据传输速率在80Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。 7. 经济性好：采用优惠的通信包月套餐方式，对于电力部门只需很低的运营成本。 四、 系统建设(一) 系统组成 1. 电表数据采集点以居民小区为例，电表数据采集点位于居民小区的信息中心，居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器，电表集中器再通过RS232接口与CDMA透明数据传输终端（DTU）相连。通过DTU内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到CDMA网络，通过 CDMA网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。 电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上，既可支持单个电表，也可以同时支持多个电表，实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心；同时，电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。2. 配电中心配电中心服务器申请配置固定IP地址，采用中国电信提供的数据专线，与CDMA网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。配电中心服务器接受到CDMA网络传来的数据后，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。配电中心计算机主机可进行数据统计、业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。配电中心 3. CDMA移动数据传输网络电表集中器采集的数据经DTU模块进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国电信的CDMA无线数据网络进行传输，最终传送到配电中心IP地址。由于CDMA通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用CDMA DTU模块和该主机进行通信。 (二) 系统方案 各电表使用CDMA透明数据传输终端（DTU），通过中国电信CDMA网络与配电中心相连。 电表使用中国电信统一的UIM卡，同时配电中心对各电表数据采集点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。各电表数据采集点运行系统软件，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的电表数据。 凡电力局授权的信息采集点均可以使用本系统： 1. 电表数据采集点必须使用中国电信统一的UIM卡，用户使用本卡只能用于与配电中心的数据通信功能。 2. 无线通讯终端设备使用天讯瑞达通信技术有限公司提供的CDMA移动数据通信终端（DTU）。 3. 用户登记：符合电力局的规定。 推荐省级配电中心通过公网使用VPN接入到中国电信CDMA网，这种方式成本比较低，安全性比较高，而且速度和网络服务质量都保障；也可以通过CDMA专线接入到中国电信CDMA网，这种方式成本高，安全性高、稳定可靠。 由于CDMA通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用CDMA DTU模块和该主机进行通信。 (三) 产品特性 系统采用CDMA无线透明数据传输终端（DTU）。DTU产品基于中国电信的CDMA网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达171Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。 1. 支持800MHz CDMA1x网络。 2. 接口： RS232、RS485、TTL。 3. 系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率80Kbps。4. 支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系统。 5. 透明数据传输：DTU内嵌TCP/IP协议，为用户的数据设备提供透明传输通道； 6. 自动拨号连接：DTU可配置上电自动拨号上网、连接网络，同时支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接； 7. 短信息备用数据通道：在CDMA网络无法连接时可启用短信作为备用数据传输通道； 8. 短信息远程维护功能； 9. 实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能； 10. 提供主副IP及动态域名解析； 11. 心跳报告时间间隔用户可设定； 12. 数据通信帧长度用户可设定； 13. 支持VPN安全功能。 14. 安装灵活、使用方便、可靠。(四) 安全措施 由于系统的专用性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 1. VPDN（Virtual Private Dial-Network）专网模式：利用UIM卡的唯一性，划定用户可接入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国中国电信分配的专门的VPDN服务进行无线网络接入，在网络侧对UIM卡和VPDN进行绑定，只有属于指定行业的UIM卡才能访问专用VPDN。普通手机号的CDMA终端无法呼叫专门的VPDN。 2. 对于特定用户，可通过数据中心给每个移动终端分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的移动终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。 3. 安全的防火墙过滤，设置防火墙软件保障系统安全。 五、 相关设备参考(一) ZC6400A 高性能 CDMA 无线数传DTU厂商：北京市卓创技术有限公司ZC6400A CDMA DTU是北京市卓创技术有限公司研发生产的CDMA无线数据通信产品，CDMA DTU产品是以CDMA网络为通信平台，提供标准的RS-232/485/TTL接口，按照工业标准设计，可直接与RTU、PLC、智能仪表、单片机控制器等各种下位机设备连接。采用透明通讯方式，可以使非IP系统设备通过串口轻松实现CDMA网络和Internet接入，在原有设备不升级换代的情况下就能实现现场数据网络化管理。该设备采用的安全、透明的传输机制，能适用于各行业用户的数据传输业务，特别适用于间断性的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，尤其适用于M2M领域的应用及应用系统的开发。采用卓创无线DTU设备，工程师能够快速组建SCADA系统，即使是不具备太多网络通信知识的技术人员也能够借助组态软件实现项目需求。该设备还可提供命令状态下的TCP/UDP传输方式，用户采用命令方式只需对下位机进行少量简单的软件编程开发就可实现串口设备的Internet联网，该模式为用户提供了一种更为灵活的串口设备接入互联网的方法。ZC6400A CDMA DTU系列产品功能强大，稳定性高，可广泛用于电力监控、远程抄表、石油管道监控、工业控制、环保数据采集、气象数据采集、水文监控、水利监控、地震监控、路灯监控、公用事业、城市供水、交通信息发布等行业和领域。无线数据通信系列产品具有使用成本低、准确性高、对环境适应性好、易于安装、易于维护等特点，能够为用户提供高速、永远在线、可靠的数据传输服务和虚拟专用数据通信网络服务。· 产品特点：RS232串口速率高达115200 bps三线标准或九线标准支持UDP/TCP网络协议CDMA数据通信变底层的串口协议为广泛使用的TCP/IP协议掉线自动重新拨号功能通过超级终端类似于AT指令方式或设置程序灵活设置通信参数设备之间透明传输/非通明传输支持静态IP、域名、SMS找IP等多种主机发现方式供电：+5V耗电：待发射状态约120mA；发射状态约300mA；范围200mA 480mA工作温度： -35 +70· 产品参数指标硬件16位120MHz的MCU50K数据缓存看门狗时钟RS232/RS485串口10M Ethernet串口通讯参数奇偶校验：无数据位：8起始位：1流控：RTS/CTS（流控可选）速率：RS232可达50bps460.8bpsLANEthernet 10Mbps内建2000V电磁隔离保护串口策略策略1：缓存超时+数据缓存超长策略2：SLIP封装串口数据包此外还可以定制策略软件系统内置操作系统：Linux网络协议栈：TCP、UDP、IP、DHCP、ICMP串口信号RS-232信号TxD，RxD，GND；或者RS-232 DTE信号TxD，RxD，RTS，CTS，DTR，DSR，DCD，GND或者RS-422信号TxD+，TxD-，RxD+，RxD-，GND或者RS-485信号Data+，Data-，GND所有信号提供15KV ESD保护技术规格接口：RS232/RS485串口、天线接口协议：TCP/UDP/IP/ICMP/PPP/PAD/DNS电源：DC 5V尺寸：113mm×68mm×25mm(二) LZ953I CDMA DTU厂商：厦门蓝斯通信有限公司LZ953I CDMA DTU（Data Transmit Unit，数据传输单元）内嵌TCP/IP协议栈，基于现有的GPRS网络，可以方便的实现远程无线的透明数据传输， 同时还支持数据采集功能，具有覆盖范围广（能使用CDMA电话的地方就可以使用）、组网方便灵活、运行维护成本低等诸多优点。广泛应用于电力、水利、环保、交通、气象、煤矿、石油等行业。其提供的是RS485/RS232/TTL接口，适用于接口形式为RS485/RS232接口的用户设备。功能特性l 透明数据传输与协议转换l 支持虚拟数据专用网（VPDN）l 支持CSD电路数据交换方式l 具有六路IO功能（可以任意设置为开关量输入，开关量输出，10BITS ADC） l 支持数据中心动态域名和IP地址访问l 在全透明方式下可同时向多达5个中心发送数据l 支持DTU休眠，可以电话、短信、数据流多种唤醒模式，节省流量l 具有实时时钟，可按需定时上下线节省流量l 短消息数据备用通道l 支持本地和在线远程升级及维护l 多重软硬件可靠设计，使设备安全运行l EMC抗干扰设计技术规格处理器及存储器接口32位 工业级处理器 天线接口 50/SMA（阴头）2Mbits SRAM & 4Mbit Flash UIM卡 3V/5V自动检测供电 数据接口：RS232 DB9接口标准电源：+12VDC/500mA 串行数据速率 110115,200bits/s最大电流：120MA其他参数工作电压：DC 5VDC 35V物理尺寸：92.7x61.3x26 mm工作环境温度 -25 ºC +65ºC储存温度 -40 ºC +85ºC相对湿度 95%(无凝结)(三) CHL044-1c电表数据采集器厂商：北京华德公司CHL044-1c电表数据采集器适用于大、中、小用户计量点电能量数据的自动采集和处理。采用最新型结构设计，功能完善，不仅可以接收测量表计的脉冲输出，也可通过RS485接口直接接收电能表的各种数据，并可实现当地的数据处理以及向计费主站传递电能量和其它信息等功能。CHL044-1c电表数据采集器采用液晶显示、轻触式按键，可实现当地查询和设置。电表数据采集系统结构示意图：功能特点1.  通讯单元模块化设计，可以灵活更换为GPRS、PSTN（有线市话）、CDMA等通讯方式，支持带电热插拔，更换模块不影响采集器的正常抄表及运行。 2. 采集器的电源、抄表接口、通讯接口均有完善的抗静电措施和防雷击保护电路，并且具有抗电源冲击的性能。 3. 采集器的外壳、尾盖以及通讯单元能够分别加装封印，对于计量实现分级管理和考核提供了帮助。 4. 采集器尾盖打开和关闭，均作为事件记录，也可以作为事件报警及时通知主台，同时也是采集器当地参数设入及修改的闭锁装置，对于采集器的运行和维护提供了充分的记录，增加了运行的可靠性。 5. 采集器具有电源状态指示、无线信号场强指示、当前连接状态显示、SIM卡是否正确插入指示等，便于运行维护人员使用。 技术指标使用环境条件温度：-25+55湿度：相对湿度10%100%（包括凝露），绝对湿度小于29g/m3大气压：BB2级，66108kPa工作电源采集器工作电源采用自适应宽电源设计，适应AC80V-AC265V采集器具备双电源自动切换，装置在任何一路停电时，不影响采集器正常工作。数据保持和时钟硬时钟、参数保存和历史数据的保存都可以在断电的情况下维持3个月以上，在5年内后备电池（或其他保电部件）不需要更换。采集器时钟误差0.5s/24h。数据存储容量采集器数据存储容量4MB字节；可以存储16块电子表一个月以上的数据。 远方抄表：作为采集器的抄表通信接口，RS485接口具备承受8KV静电和4KV绝缘耐压能力。冻结数据：抄表数据可实现15分钟，30分钟，60分钟的间隔存储。抄表规约配置：北京电力公司DL/T645-1997多功能电表通信规约