CDMA電力抄表系統(tǒng)解決方案
在電力抄表系統(tǒng)中，很多必須無人值守的設(shè)備或監(jiān)測點(diǎn)，不適合搭建有線通訊網(wǎng)絡(luò)。若采用光纖或電臺的方式實(shí)現(xiàn)無線通訊，不僅設(shè)備投入耗資巨大，而且不適應(yīng)移動(dòng)的需要。
隨著CDMA移動(dòng)通訊業(yè)務(wù)的產(chǎn)生和全面投入，無線移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊的應(yīng)用也越來越廣泛。高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線特點(diǎn)，配合按流量收費(fèi)的資費(fèi)方式，使CDMA通訊在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、道路交通、商務(wù)金融、移動(dòng)辦公、零售服務(wù)等行業(yè)中的應(yīng)用具有無可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢。采用CDMA無線通訊網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)IP通訊，既可獨(dú)立作為數(shù)傳通道，也可作為已經(jīng)架設(shè)光纖、數(shù)傳電臺等方式的輔助手段。
CDMA電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由電度表、帶CDMA通訊終端的采集器和服務(wù)器組成。采集器實(shí)時(shí)采集用戶的用電數(shù)據(jù)，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成用電統(tǒng)計(jì)分析,交費(fèi)單據(jù)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的人工抄表、電話線抄表相比，極大地提高了效率。
本系統(tǒng)提供豐富的接口，可與電業(yè)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)鏈接或進(jìn)行二次開發(fā)。
抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。
第二部分 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由帶系統(tǒng)軟件的主站、帶CDMA DTU傳輸終端的采集器、電度表組成。手持終端是本系統(tǒng)的補(bǔ)充，在系統(tǒng)出現(xiàn)意外時(shí)進(jìn)行人工抄表。
主站：運(yùn)行集中抄表系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)（服務(wù)器或PC機(jī)）稱為主站，主站通過CDMA網(wǎng)絡(luò)與采集器相連。主站要配置一個(gè)固定的IP地址和互聯(lián)網(wǎng)出口。
帶CDMA模塊的采集器：收集電表數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，它連接主站和電度表。
電度表：計(jì)量并顯示用戶的用電情況，將用電信息通過采集器傳輸?shù)紺DMA傳輸終端。
這三個(gè)主要的組成部份是相互關(guān)聯(lián)的主從關(guān)系。整個(gè)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
2.1大集團(tuán)用戶抄表系統(tǒng)
1、電表：A）三相有功無功多功能表，有功0.5級、無功2級，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約?；蛘呤褂茫築）三相有功復(fù)費(fèi)率表，有功1級，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約。
實(shí)現(xiàn)電能量（有功、無功）的計(jì)量和功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等參數(shù)的測量。
2、帶CDMA功能的采集器（內(nèi)置CDMA DTU）：
（1）帶一個(gè)與電能表通訊的RS-485接口，一個(gè)與主站系統(tǒng)通信的CDMA接口，三個(gè)用于報(bào)警監(jiān)測的開關(guān)量輸入口和三個(gè)用于遠(yuǎn)程控制的模擬量輸出口。
（2）支持部標(biāo)通信規(guī)約
（3）停電數(shù)據(jù)保護(hù)
（4）控制輸出（用于遠(yuǎn)程控制拉閘或其他功能）
（5）帶后備電源，停電后仍可抄表
3、系統(tǒng)功能
（1）設(shè)置電能表的參數(shù)，讀取各種計(jì)量和管理數(shù)據(jù)；
（2）抄表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢、備份、報(bào)表、圖表生成；
（3）廠站管理；
（4）自動(dòng)抄表、定時(shí)上報(bào)、實(shí)時(shí)查詢等；
（5）掉電數(shù)據(jù)保存；
（6）瞬時(shí)量數(shù)據(jù)的綜合處理；
（7）系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、存檔和向外輸出數(shù)據(jù)；
（8）歷史數(shù)據(jù)事件記錄功能；
（9）實(shí)時(shí)報(bào)警；
（10）根據(jù)線路上的表計(jì)關(guān)系計(jì)算線路損耗；
（11）可提供多路模擬量、開關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過壓告警、過流告警、過載告警、傾斜或移動(dòng)報(bào)警等其他功能；
（12）遠(yuǎn)程控制斷電功能；
（13）采集的參數(shù)豐富，如：
◆ 當(dāng)前、上月、正向有功、反向有功、無功四象限的總及尖、峰、平、谷四費(fèi)率電量；
◆ 正向、反向、有功、無功的最大需量及最大需量發(fā)生時(shí)間；
◆ 有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、功率因數(shù)；
◆ 感想失壓累計(jì)次數(shù)、失壓累計(jì)時(shí)間、集抄器停電起止時(shí)間等；
◆ 單位時(shí)間負(fù)荷曲線、三相電流曲線、三相電壓曲線、有功功率曲線、無功功率曲線、功率因數(shù)曲線。
4、技術(shù)指標(biāo)：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接255塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實(shí)際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；
（2）通信距離：
采集器與電表：采用RS-485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用CDMA網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；
（3）通信成功率:
主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%；
（4）完全符合IEC1107標(biāo)準(zhǔn)及國電公司DL/T645《多功能電能表通訊規(guī)約》；
（5）工作電源：交流220V±20%，50Hz；
（6）通信速率：1200bps～33.6kbps；
（7）采集器功耗：≤1.5W
（8）工作環(huán)境條件：溫度：-10℃～50℃，相對濕度：≤90%；
（9）耐壓強(qiáng)度：2KV；絕緣電阻：2M歐姆；
（10）電表數(shù)據(jù)抄收率、可靠性和讀數(shù)準(zhǔn)確率達(dá)到100%。
2.2系統(tǒng)軟件
CDMA自動(dòng)抄表系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它遵循DL/T645部標(biāo)通訊規(guī)約，并有擴(kuò)展性。
抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。
系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)有：
(一)安全可靠：安全性由三方面構(gòu)成：第一，ORACLE數(shù)據(jù)庫是大型的、多用戶的數(shù)據(jù)庫，它的安全性高，允許多用戶同時(shí)使用同一數(shù)據(jù)庫而不會(huì)破壞完整性，用它來做抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎可以保證數(shù)據(jù)的安全；第二，系統(tǒng)對用戶實(shí)現(xiàn)分級授權(quán)管理功能，通過檢查使用者的名字和授權(quán)密碼，賦予使用者相應(yīng)的操作權(quán)，借鑒銀行系統(tǒng)的密碼管理模式限制無關(guān)人員改變數(shù)據(jù)庫和硬件設(shè)置。第三，防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能，防備系統(tǒng)受到人為的惡意攻擊，數(shù)據(jù)備份功能確保在硬件系統(tǒng)故障時(shí)，也能隨時(shí)在新的硬件設(shè)備上數(shù)據(jù)無丟失地啟動(dòng)抄表系統(tǒng)。
(二)完善的系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了進(jìn)入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，收費(fèi)，設(shè)置硬件，改變運(yùn)行參數(shù)操作等及操作者，操作時(shí)間，凡是改變數(shù)據(jù)庫的操作都被記錄下來。
(三)抄表速度快：抄表快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，抄表時(shí)PC機(jī)只讀采集器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用1200波特率，傳輸速度快，并對每個(gè)數(shù)據(jù)塊都有效驗(yàn)碼，保證了傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
(四)廣播對時(shí)功能：該功能使得系統(tǒng)中的所有電能表的時(shí)間基準(zhǔn)與PC機(jī)保持一致，對時(shí)成功后，由電池供電的電能表內(nèi)部時(shí)鐘，不再需要PC機(jī)的干預(yù)。因此，只要保證在對時(shí)時(shí)刻，PC機(jī)的時(shí)間是正確的，以后在運(yùn)行的過程中，改變PC機(jī)的時(shí)鐘并不會(huì)影響電能表的時(shí)間。
(五)自動(dòng)抄表功能：按照設(shè)置的抄表開始時(shí)間和抄表間隔，到預(yù)定的抄表時(shí)刻，系統(tǒng)便會(huì)依次撥號去抄采集器或電表內(nèi)的數(shù)據(jù)。對于抄不上數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)抄或人工發(fā)命令補(bǔ)抄。
(六)電量凍結(jié)功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當(dāng)?shù)目偙恚Y(jié)合抄凍結(jié)數(shù)據(jù)功能，就可得某一特定的時(shí)刻的總表讀數(shù)，各分表的讀數(shù)（由此得到讀數(shù)和），就可以計(jì)算出某部分電路的電能損耗，為確定電費(fèi)提供依據(jù)。
(七)電費(fèi)管理功能：收電費(fèi)前，統(tǒng)一抄錄一次電費(fèi)數(shù)據(jù)。當(dāng)確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)反映最近的電表讀數(shù)后，利用程序中的功能自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)月用電量和電費(fèi)。交納電費(fèi)時(shí)，只需輸入用戶號，當(dāng)月用電量和電費(fèi)由程序填寫。每筆電費(fèi)都有詳細(xì)記錄，便于對帳。
(八)設(shè)備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警、傾斜或移動(dòng)報(bào)警等；控制：對欠費(fèi)用戶進(jìn)行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，在停電48--72小時(shí)內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合聯(lián)通公司的短信平臺，在告警時(shí)，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)的管理人員。
本系統(tǒng)適應(yīng)范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區(qū)管理，網(wǎng)絡(luò)版的軟件可用于供電公司實(shí)現(xiàn)一座城市或地區(qū)的用電管理。
以下是系統(tǒng)軟件的主要功能模塊：
第三部分 系統(tǒng)安全
在系統(tǒng)安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)對用戶實(shí)現(xiàn)分級授權(quán)管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外，對CDMA網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術(shù)解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。
3. 1 IP 過濾技術(shù)
由于監(jiān)控中心服務(wù)于CDMA子網(wǎng)用戶，所有訪問客戶的IP必為CDMA子網(wǎng)內(nèi)的IP ，即所有的用戶必須通過VPDN才可能訪問該服務(wù)器。因此，我們在系統(tǒng)中采用了IP過濾技術(shù)，對所有接受的數(shù)據(jù)包進(jìn)行過濾，拋棄掉所有的非法IP數(shù)據(jù)報(bào)。這一過程就好像將系統(tǒng)置身于CMNET的防火墻保護(hù)之下，所有的非法用戶只有先穿過了VPDN的安全防護(hù)才有可能訪問到本系統(tǒng)，但對于安全措施非常強(qiáng)大的VPDN網(wǎng)絡(luò)來說，這將是非常的困難。
3. 2 身分授權(quán)和密碼認(rèn)證體系
采用IP過濾技術(shù)盡管可以防止一些非VPDN網(wǎng)段用戶的侵襲，但由于系統(tǒng)處于CDMA子網(wǎng)以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護(hù)，對于那些利用IP偽裝技術(shù)的非法用戶則無法識別。
由于該系統(tǒng)是專業(yè)化的服務(wù)系統(tǒng)，訪問客戶是預(yù)先確定的，利用這一特點(diǎn)，我們在系統(tǒng)中采用了用戶ID和密碼驗(yàn)證技術(shù)，系統(tǒng)中存儲(chǔ)了有所客戶端的MAC地址以及密碼，對通過了IP過濾的數(shù)據(jù)包，再驗(yàn)證其ID號和密碼。對于該系統(tǒng)以外的非法用戶，獲取合法的MAC地址和密碼將十分困難，所以這一步極大可能地增加了系統(tǒng)的安全性。
圖5 數(shù)據(jù)安全技術(shù)解決方案示意圖
3. 3 數(shù)據(jù)安全加密通道
系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的SSL數(shù)據(jù)安全通訊協(xié)議在客戶端和服務(wù)器端建立加密數(shù)據(jù)通道，保證私有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕幌到y(tǒng)在應(yīng)用層植入高可靠性的加密算法，使得數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)時(shí)都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產(chǎn)生“報(bào)文摘要”已實(shí)現(xiàn)對所有發(fā)送報(bào)文的數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的完整性，防止數(shù)據(jù)被篡改。
3. 4 訪問過程跟蹤
系統(tǒng)對所有的訪問過程進(jìn)行日志記錄，包括用戶身份、IP、時(shí)間、數(shù)字簽名、操作事項(xiàng)等信息，向系統(tǒng)管理人員提供了詳細(xì)、完整、有效的操作證明。
第四部分 方案配置
軟件配置：采集服務(wù)(組態(tài)軟件2次開發(fā))
硬件配置：CDMA DTU數(shù)傳模塊、電能表(支持接口)
操作系統(tǒng)：WIN2000/2003/XP、NT的操作系統(tǒng)
服務(wù)器配置：根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求配備。
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：服務(wù)器群組10／100M本地以太網(wǎng) （建議自組網(wǎng)）
遠(yuǎn)程異地服務(wù)需要接入Internet .
CDMA 網(wǎng)絡(luò)（建議任何模式下都建立 APN，避免接入公網(wǎng)）
工作站網(wǎng)絡(luò)，視實(shí)際系統(tǒng)需求，可利用原有網(wǎng)絡(luò)，或者接入服務(wù)器群組網(wǎng)；遠(yuǎn)程工作站需要接入Internet.
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