居民用戶智能抄表系統工程實施方案
2007/11/21 15:50:00
1 概述:
隨著國民經濟的飛速發展，我國電力工業已經步入了全新的全面快速發展的新時代。無論從大、中城市，還是小型城鎮以至于到農村，無論是工業、商業用電，還是城鎮居民照明用電到農民用電，自從新中國成立以來都發生了巨大的變化，目前我國的電力發展已經過了普及期，正朝著規范化、自動化的方向前進。
目前世界上發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.的飛速發展，網絡技術作為計算機技術和通信技術的融合，其發展速度更是一日千里，被稱為國際網的INTERNET網是目前最大的全球性的信息傳輸網絡，正以飛快的速度發展。INTERNET網的誕生和發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，我國信息產業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已被提上議事日程，我們欣喜地看到，隨著與國際INTERNET網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，改革和改造傳統管理體制勢在必行。我們欣喜地看到網絡技術即計算機技術和現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、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計信息和區域分布信息，這對于電力管理部門是十分不利的。針對這種情況，深圳友訊達科技發展有限公司開發出了CFDA無線專網抄表系統.
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，為用戶提供優質，快速的一條龍服務為原則，從產品的開發，生產，品質，服務和管理五個方面出發，將各用戶電表集中采集，并與整體工程實施統一規劃設計，全面綜合考慮，運用各種技術、經濟手段，使整個系統“安全，可靠，經濟，合理”。
3.設計思想
本著先進、實用、經濟的原則，力圖體現較完美的解決方案。以上CFDA系統的主要設計思想將在后面詳細加以介紹。
4.無線抄表系統方案建議：
4.1 CFDA概述： CFDA即 （Cellular Fixed-wireless Digital Access）微蜂窩式固定無線數據接入平臺。主要應用于遠程數據采集系統及小區安防報警系統，用無線的方式實現最后一公里內的分布信息點的數據接入。
CFDA采用一種基于低成本預算的神經網絡結構路由技術來解決無線傳輸區域覆蓋受限的問題。其最主要的特點是網絡的分布特征和網絡節點的神經元特性，并以微蜂窩的方式實現小區之間的無線頻率復用，實現大區域的無線接入組網。
CFDA 解決的主要問題是：小區內的個分布節點與中心節點的數據通信，具有典型SCADA 特征，小區之間蜂窩結構。
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。
4. 2 CFDA （Cellular Fixed-wireless Digital Access） 網絡結構
CFDA 網絡結構分為外網結構和內網結構進行描述，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米以內的接入點的集合，如某一小區內的所有分布在該地域范圍內的電表數據接入點的集合。
廣域網 （Marco Net ）：指在一定的地域內，由多個相臨或相近的微蜂窩（Cellular）構成的網絡集合，如某一城市統一實行抄表，該城市在規劃 時分成若干個小區，對該城市的網絡統稱為外網。
局域網 （Insider Net）：指在某一微蜂窩內形成的網絡結構。
微蜂窩接入中心（Cellular Access Center—CAC）：指一個微蜂窩內的中心接入點。
分布接入單元（DAU）：指一個微蜂窩內的分布數據接入點
CFDA 從設計的理念上講，是一個無線數據網絡的中間件，不提供微蜂窩接入中心到廣域網控制中心的上行通信方案，但詳細地規劃了組成蜂窩狀大型網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特征的大型蜂窩狀無線數據采集網絡。
CFDA 微蜂窩內的網絡結構為神經元網絡結構，整個網絡可自適應地構建多級層次型網絡結構。
4.3 CFDA系統的構成:
CFDA 是微蜂窩無線數據接入平臺，是一個無線數據通信中間件，其本身不是系統，但只需將CFDA嵌入到用戶系統，即可方便地形成用戶設計的無線網絡型應用系統。就CFDA通信中間件而言，CFDA由兩類節點－－－－微蜂窩接入中心CAC、分布接入單元DAU。
4.3.1 CFDA系統在應用中的網絡結構示意圖:
★ 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據收發電臺由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:控制中心即可根據其系統結構的特征進行編程。
F:CFDA 最長的路由級數為三級路由，
G: CFDA 采用的是類似于神經網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 每次傳送的數據量≤128字節。
4.3.2.1 集中器（CAC）技術指標:
• 頻率范圍：483～486MHz
• 調制方式：FSK 曼徹斯特編碼
• 頻率穩定度：±5ppm
• 發射輸出功率：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%
• 環境溫度：-20℃～+55℃
• 低功耗：接收時電流<18mA，發射時電流≤35mA
• 串口波特率：2400bps，8bit數據位，偶校驗，1位停止位。
• 數據傳送字節數：1次可傳輸128字節以上的數據幀
• 首次建立中繼路由時間快，約7分鐘/區，每區約256個點。
• 單表抄收時間： ≤6S/表。
• 系統路由最大路徑：3級
• 信道數：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，高穩定性。
• 工作頻率采用國際上通用ISM數傳頻率。
• 內置硬件和軟件看門狗，克服CPU死機現象。
• 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。
• 微功率發射,具收發狀態指示。
• 高抗干擾能力和低誤碼率,傳輸性能優良。
• 全路由表方式、路由建立算法先進。
• 256字節的數據緩沖區，大容量FLASH存貯器。
• 高可靠性，體積小，重量輕。
4.3.2,2數據分布接入單元的設計(采集器)DAU
數據接入單元（采集器）DAU，分為外接式和嵌入式，外接式主要是指數據的形成部分已是一個完整的形成體，并具有標準的數據接口，如帶485接口的電表等，該種數據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一的數據接入終端。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
•調制方式：FSK 曼徹斯特編碼
•頻率穩定度：±5ppm
•發射輸出功率：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%
•環境溫度：-20℃～+55℃
•低功耗：接收時電流<18mA，發射時電流≤35mA
•串口波特率：1200bps，8bit數據位，偶校驗，1位停止位。
•數據傳送字節數：1次至少傳輸128字節以上的數據<
隨著國民經濟的飛速發展，我國電力工業已經步入了全新的全面快速發展的新時代。無論從大、中城市，還是小型城鎮以至于到農村，無論是工業、商業用電，還是城鎮居民照明用電到農民用電，自從新中國成立以來都發生了巨大的變化，目前我國的電力發展已經過了普及期，正朝著規范化、自動化的方向前進。
目前世界上發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.的飛速發展，網絡技術作為計算機技術和通信技術的融合，其發展速度更是一日千里，被稱為國際網的INTERNET網是目前最大的全球性的信息傳輸網絡，正以飛快的速度發展。INTERNET網的誕生和發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，我國信息產業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已被提上議事日程，我們欣喜地看到，隨著與國際INTERNET網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，改革和改造傳統管理體制勢在必行。我們欣喜地看到網絡技術即計算機技術和現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、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計信息和區域分布信息，這對于電力管理部門是十分不利的。針對這種情況，深圳友訊達科技發展有限公司開發出了CFDA無線專網抄表系統.
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，為用戶提供優質，快速的一條龍服務為原則，從產品的開發，生產，品質，服務和管理五個方面出發，將各用戶電表集中采集，并與整體工程實施統一規劃設計，全面綜合考慮，運用各種技術、經濟手段，使整個系統“安全，可靠，經濟，合理”。
3.設計思想
本著先進、實用、經濟的原則，力圖體現較完美的解決方案。以上CFDA系統的主要設計思想將在后面詳細加以介紹。
4.無線抄表系統方案建議：
4.1 CFDA概述： CFDA即 （Cellular Fixed-wireless Digital Access）微蜂窩式固定無線數據接入平臺。主要應用于遠程數據采集系統及小區安防報警系統，用無線的方式實現最后一公里內的分布信息點的數據接入。
CFDA采用一種基于低成本預算的神經網絡結構路由技術來解決無線傳輸區域覆蓋受限的問題。其最主要的特點是網絡的分布特征和網絡節點的神經元特性，并以微蜂窩的方式實現小區之間的無線頻率復用，實現大區域的無線接入組網。
CFDA 解決的主要問題是：小區內的個分布節點與中心節點的數據通信，具有典型SCADA 特征，小區之間蜂窩結構。
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。
4. 2 CFDA （Cellular Fixed-wireless Digital Access） 網絡結構
CFDA 網絡結構分為外網結構和內網結構進行描述，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米以內的接入點的集合，如某一小區內的所有分布在該地域范圍內的電表數據接入點的集合。
廣域網 （Marco Net ）：指在一定的地域內，由多個相臨或相近的微蜂窩（Cellular）構成的網絡集合，如某一城市統一實行抄表，該城市在規劃 時分成若干個小區，對該城市的網絡統稱為外網。
局域網 （Insider Net）：指在某一微蜂窩內形成的網絡結構。
微蜂窩接入中心（Cellular Access Center—CAC）：指一個微蜂窩內的中心接入點。
分布接入單元（DAU）：指一個微蜂窩內的分布數據接入點
CFDA 從設計的理念上講，是一個無線數據網絡的中間件，不提供微蜂窩接入中心到廣域網控制中心的上行通信方案，但詳細地規劃了組成蜂窩狀大型網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特征的大型蜂窩狀無線數據采集網絡。
CFDA 微蜂窩內的網絡結構為神經元網絡結構，整個網絡可自適應地構建多級層次型網絡結構。
4.3 CFDA系統的構成:
CFDA 是微蜂窩無線數據接入平臺，是一個無線數據通信中間件，其本身不是系統，但只需將CFDA嵌入到用戶系統，即可方便地形成用戶設計的無線網絡型應用系統。就CFDA通信中間件而言，CFDA由兩類節點－－－－微蜂窩接入中心CAC、分布接入單元DAU。
4.3.1 CFDA系統在應用中的網絡結構示意圖:
★ 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據收發電臺由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:控制中心即可根據其系統結構的特征進行編程。
F:CFDA 最長的路由級數為三級路由，
G: CFDA 采用的是類似于神經網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 每次傳送的數據量≤128字節。
4.3.2.1 集中器（CAC）技術指標:
• 頻率范圍：483～486MHz
• 調制方式：FSK 曼徹斯特編碼
• 頻率穩定度：±5ppm
• 發射輸出功率：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%
• 環境溫度：-20℃～+55℃
• 低功耗：接收時電流<18mA，發射時電流≤35mA
• 串口波特率：2400bps，8bit數據位，偶校驗，1位停止位。
• 數據傳送字節數：1次可傳輸128字節以上的數據幀
• 首次建立中繼路由時間快，約7分鐘/區，每區約256個點。
• 單表抄收時間： ≤6S/表。
• 系統路由最大路徑：3級
• 信道數：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，高穩定性。
• 工作頻率采用國際上通用ISM數傳頻率。
• 內置硬件和軟件看門狗，克服CPU死機現象。
• 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。
• 微功率發射,具收發狀態指示。
• 高抗干擾能力和低誤碼率,傳輸性能優良。
• 全路由表方式、路由建立算法先進。
• 256字節的數據緩沖區，大容量FLASH存貯器。
• 高可靠性，體積小，重量輕。
4.3.2,2數據分布接入單元的設計(采集器)DAU
數據接入單元（采集器）DAU，分為外接式和嵌入式，外接式主要是指數據的形成部分已是一個完整的形成體，并具有標準的數據接口，如帶485接口的電表等，該種數據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一的數據接入終端。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
•調制方式：FSK 曼徹斯特編碼
•頻率穩定度：±5ppm
•發射輸出功率：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%
•環境溫度：-20℃～+55℃
•低功耗：接收時電流<18mA，發射時電流≤35mA
•串口波特率：1200bps，8bit數據位，偶校驗，1位停止位。
•數據傳送字節數：1次至少傳輸128字節以上的數據<
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