基于GPRS和PLC的远程抄表系统研究

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摘 要 通过对人工抄表的现状研究，提出了基于gprs和plc的远程抄表系统。系统中包括上位机监控、无线通信和下位机数据采集及控制部分。其中下位机PLC负责采集电量参数及实现相应的控制，上位机采用的是组态王软件开发的监控界面，实时在线的监控电量参数及PLC的工作状态等。上位机与下位机的无线通信采用的是GPRS技术。实践证明，该系统实现简单，通讯可靠，而且具有很好的扩展性。

【关键词】远程抄表；GPRS；PLC；上位机

1 前言

近年来，随着城市变配电改造工程的深入和电力企业改革的不断深化，变配电管理的现代化建设已成为电力系统改革的重点和热点之一。由于人工抄、读变配电系统参数时存在时效、准确性等方面的缺陷，很难满足配电自动化和用电管理现代化的要求。因此，利用计算机技术、通信技术和智能控制理论来建设变配电测控系统就显得尤其重要。本文设计了基于GPRS和PLC的远程抄表系统，节约了成本和时间，增加了效率，有较好的应用前景。

2 硬件电路设计

系统框图如图2.1所示，本系统可分为：下位机采集及控制部分、上位机监控部分、GPRS无线通信部分。

2.1 下位机的采集及控制

下位机（变配电监测终端）由采集模块、控制输出电路以及人机接口等组成。基本工作原理是：利用SIEMENS PLC作为下位机，实时采集变配电系统的各类电力参数，包括：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数以及三相不平衡率等。然后，将所采集的信号进行分析与处理并给出相应的调整策略。根据系统要求，一方面将计算、分析的数据进行存储以备查询或下次调用，同时通过GPRS无线通信将数据传输给上位机进行监控；另一方面，PLC还实时接收上位机发送的信息，以便及时调整系统给定值或执行其它操作指令。

2.1.1 采集部分

配电室电量参数的采集设备应用的是杭州盈图科技有限公司的HD194E-2SY 系列的多功能电力仪表，它是一种用于电力质量监测的理想设备。该仪表同时对电网中电流、电压、频率、有功功率、无功功率、视在功率、电能、功率因数等进行测量外，还具有对所测试的电量转换成4路模拟量输出或 2路脉冲量输出功能。此设备把采集到的配电室电量参数，转换成模拟量输出给PLC，然后PLC通过GPRS通信传送给上位机进行显示。

2.1.2 控制部分

CRT触摸屏显示器用于PLC的参数设置、数据修改、数据显示及查询等。PLC控制部分还加了工作及故障状态显示装置。

2.2 GPRS通信

现有的通信手段很多，如有线通信、无线扩频通信、载波通信等。由于地理位置、可靠性等的限制均不能很好满足系统的要求。光纤通信虽然是目前最好的通信方法，但由于其高昂的造价限制了它的应用，而且不适应配电网经常更换的需要。因此，通信问题已成为目前制约变配电自动化发展的瓶颈。而且变配电设备数量庞大、布局分散，所处地理位置复杂、数据传输频繁、要求通信实时性高、突发性强、但每次传输的数据流量并不大。

而无线通信技术的发展正好解决了这个问题。无线通信方式则显得非常灵活，具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。在工业领域，GPRS 技术是发展最快、应用最为广泛的一种无线通信技术。它所依托的网络稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度快，甚至对地处偏远的变配电点也能实现监控，而且能够满足变配电监控系统对通信速度的要求，达到实时监控的目的。此外利用GPRS组网，具有建设速度快、工期短，质量高的特点。因此，建立基于GPRS服务平台的变配电测控系统无论在技术方面，还是在经济方面都是可行的。

系统中应用的GPRS模块是宏电公司开发的H7000系列的H7710 DTU，此产品为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。具备RS232/422/485或TTL电平接口，高性能、工业级，外置式，适用于使用环境恶劣的各种工业监控、交通管理、气象等应用场合。

3 软件系统

3.1 下位机软件

下位机实现以下功能：

实时数据采集功能：可整点或定时记录变配电变压器的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、三相线圈温度等数据。

实时监测功能：实时监测变配电系统电参量的变化情况，记录并统计各种参数最大值、最小值出现的时间，计算平均值，超标时间以及累计数据等，可形成24小时负荷曲线记录过程。

数据报表及存储功能：可以按日、月统计各种数据，日统计数据和月统计数据均保存在寄存器中。日统计数据可连续保存30天，月统计数据可连续保存4个月。

数据通信与报警功能：提供与上位机通信接口，借助GPRS网络平台，定时上传各种测量和统计数据，提供远方参数设置功能。在发生故障和异常工况时，形成上报的故障事项信息和异常报警信息机制，及时上报主站工作人员并显示可能的故障部件以及必要的解决措施。

本系统采用西门子 s7 -200 作为系统的下位机，西门子提供了 PLC Modbus RTU 通信协议库，并为其开发了指令库，包括主站指令库和从站指令库，这样极大地简化了 Modbus RTU 通信的开发，便于快速应用。 Modbus RTU 从站指令库使 s7-200 可以作为Modbus RTU 中的从站设备联接到网络中，实现 Modbus 主从站设备的通信。

西门子Modbus从站协议库包括两条指令： MBUS_INIT 指令和 MBUS_SLAVE 指令，其中MBUS_INIT指令用于启用和初始化或禁止 Modbus 通讯；MBUS_SLAVE 指令用于为 Modbus主设备发出的请求服务。本设计将上位机作为主站，现场PLC作为从站，从站指令的参数设置如图所3.1所示。其中，波特率为 9600，Addr用来设定从站地址。

3.2 上位机软件

上位机监控软件选用北京亚控公司组态王6.52实现。该软件的特点是选择与之配套设备类型丰富，接口兼容性好。主要功能为实时的、动态的显示现场设备的运行状态、各类电参量实际值、有故障发生或不正常设备运行时及时报警提示并给出可能的故障部位和原因分析。

上位机操作方式包括两种：手动操作和自动操作。一般情况下均工作在自动控制状态下，手动操作仅作为备用或在作特殊调试功能处使用。为了便于分析故障原因，本软件在设计时增加了实时数据库和历史数据库等功能，分别以数据和图形方式保存。此外，为方便管理，还在软件的设计时增加了领导与工程师的操作权限与操作优先级。

4 结束语

本文根据人工抄表存在时效及准确性的问题，进行了基于GPRS和PLC的远程抄表系统研究。主要从硬件电路的组成、软件协议和实现的功能等方面进行了分析和设计。本文的设计不仅能够对电量进行远程抄表，当改变硬件电路中的采集模块和修改软件当中的部分程序，也能对水表和煤气表等进行远程抄表。可见此项研究实用性强，能够增加一定的经济效益。

参考文献

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[3]李洁，卜旭芳，赵爽. LabVIEW 在水源地远程监控系统中的应用.人民长江，2011，42（23）：27-29，90

作者简介

周小凤（1982-），女，内蒙古赤峰市，讲师，硕士研究生，从事仪器仪表方面的研究。

作者单位

包头职业技术学院 内蒙古自治区包头市 014030