（测试计量技术及仪器专业论文）基于gsm的电能量遥测系统——中心软件设计.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 广 配电网中的自动抄表系统是用电管理自动化的重要手段和组成部分。实现抄 l 表系统自动化可以提高电网配电管理的科学性，充分利用现有设备的能力，降低 了劳动强度。目前蜂窝移动无线网( g s m ) 几乎遍及全国，利用g s m 网络构建 抄表系统时，可以不必重建基站，而且传输数据可靠性高。结合g s m 网络的优 、 势，本文提出并研究设计了基于g s m 网络的电能量遥测系统。4 - 一 本文主要论述了“基于g s m 的电能量遥测系统”中心软件的设计与实现。 首先介绍了课题的背景，国内外有关自动化抄表系统的发展，着重介绍了自动化 抄表系统通信方案的现状及发展，对g s m 、短消息业务及其他课题涉及到的技 术做了简单介绍。接下来对“基于g s m 的电能量遥测系统”的总体功能，尤其 针对中心软件的功能进行了综合详细的阐述。其次对整个系统所需要的数据库结 构做了详细叙述，同时分析了中心软件中的主要功能模块的设计思想以及实现流 程。然后对系统测试做了简单描述，同时指出，短消息传输的可靠性是整个系统 的保证。接下来详细的介绍了大量有关短消息的测试、由试验数据得到的结论和 对系统所作的改进。最后在结构和性能上对整个系统做了总结，对将来的发展进 行了展望。 接个系统目前已经投入试运行，从实际应用效果来看，系统运行稳定、可靠， 达到了预期的效果。本系统的特点为，采用多线程、利用树状结构、数据表简单 不冗余、充分利用关系数据库、多线程间通过数据表传递信息，能快速、准确、 自动地完成各类电能表计量信息的采集处理和传输，运行可靠性高，具有良好的 发展潜力。、上 f 关键词：g s m 、短消息，数据良自动化抄表系统? 通讯协议、短消息测试 浙江大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t t h ea u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m ( a m r s ) i sa ni m p o r t a n tm e a n sa n d a p a r t m e n to ft h ee l e c t r i cd i s t r i b u t i o nn e t w o r k b yr e a l i z e da m r s ，e n h a n c i n gt h e d e p e n d a b i l i t yo fe l e c t r i cd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，u s i n gt h ee q u i p m e n t ss u f f i c i e n t l y , a n d d e b a s i n gw o r ki n t e n s i t y n o wg s m i sc o u n t r y w i d e ，e s t a b l i s h i n gt h er e a d i n gm e t e r s y s t e mw i t hg s mn e e dn o tr e c o n s t r u c tt h eb a s es t a t i o na n dh a sh i g hd e p e n d a b i l i t yo f s e n d i n gd a t a c o m b i n e dt h ea d v a n t a g eo fg s m ，a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m b a s e do nt h eg s mi sp m p o s e da sw e l la sd e s i g n e d t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fc e n t e rs o f t w a r eo fa u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g s y s t e mb a s e do nt h eg s m a r ed e s c r i b e dm a i m yi nt h i sp a p e r f i r s td e s c r i b e st h e b a c k g r o u n do ft h i st a s k ，t h ec u r r e n td e v e l o p i n gs t a t u so fa m r s ，t h ea c t u a l i t ya n d d e v e l o p m e n to fa m r sc o m m u n i c a t i o n ，a n di n t r o d u c e st h eg s m ，s h o r tm e s s a g e s e r v i c e ( s m s ) s i m p l ya n dd i s c u s s e so t h e rt e c h n i q u e ss y s t e mu s e d n e x td i s c u s s e si n d e t a i lt h ew h o l es y s t e mf u n c t i o ne s p e c i a l l yt h ew o r k s t a t i o nf u n c t i o n t h e nd e s c r i b e s t h ew h o l ed a t a b a s es t r u c t u r ei nd e t a i l ，t h ed e s i g nt h o u g h ta n dt h ef l o wc h a r to fm a i n f u n c t i o n a n dt h e na i m sa tt h et e s t ss t e pi nt h es y s t e m ，p o i n t so u tt h ec r e d i b i l i t yo f s e n d i n gs h o r tm e s s a g ei st h ek e yo ft h ew h o l es y s t e m e s p e c i a l l yo nt h es h o r t m e s s a g es e r v i c e ，al o to ft e s t sh a v eb e e nd o n e ，d r a w ss o m ec o n c l u s i o n sf r o mt h e s e t e s td a t aa n di m p r o v e st h es y s t e mp e r f o r m a n c e a tl a s tt h em a i nr e s e a r c hc o n c l u s i o n s a b o u tt h ew h o l es y s t e ms t r u c t u r ea n dc a p a b i l i t ya r es u m m a r i z e d t h ep r o s p e c to f f t l , n h e rr e s e a r c hw o r ki sa l s op r o p o s e d t h ew h o l es y s t e mh a v eb e e nt e s tu s i n g ，f r o mt h ea c t u a la p p l i c a t i o nr e s u l t ，t h e s y s t e mc a l lr u ns t a b l ya n dr e l i a b l y , r e a c ht ot h ee f f e c ta n t i c i p a t i v e i t sc h a r a c t e r i s t i c i s ，m u l t i t h r e a d ，t r e es t r u c t u r e ，s i m p l yd a t a b a s e ，al o to f r e l a t i o nd a t a b a s e ，t r a n s f e r r i n g m e s s a g e sb yd a t a b a s eb e t w e e nt h r e a d sa n da c c o m p l i s ha l lk i n do fe l e c t r i c a lc o l l e c t i o n ， d e a l i n gw i t ha n ds e n d i n gf a s t ，e x a c ta n d a u t o m a t i c i th a sg r e a tp o t e n t i a l k e y w o r d s ： g s 。，s h o r tm e s s a g es e r v i c e ( s m s ) ，d a t a b a s e a m r s ， c o m m u n c a t i o np r o t o c o l ，s m st e s t 、 2 浙江大学硕十学位论文第一章绪论 1 1 课题开发背景 第一章绪论 长期以来，人工抄表方式是用纸和笔抄表记录，现场对电表的档案数据一 无所知，而要从一大堆纸中找到某一用户，即费时又不方便，并且占用了大量 的人力，效率低。采用普通方式电脑管理后，数据要逐条录入电脑，时间长， 出错率高。随着社会的发展，费时费力的人工抄表方式将被逐渐淘汰。同时政 府要求供电部门做到抄表到户、一户一表，人工分时抄表的方式根本无法满足 现代电力生产技术对数据的真实性、一致性、快捷性和实时性的要求。随着现 代通信、计算机技术的发展，提出了电力系统远程自动抄表系统a m r s ( a u t o m a t i c m e t e rr e a d i n gs y s t e m ) 。 远程自动抄袭系统：不需要人员到达现场，使用计算机技术、通信技术、 网络技术和微电子技术相结合，通过一定的网络设备建立通讯联系，具有高度 集成性，集软件、硬件为一体，对各种范围内电力用户实时用电量信息以及各 种故障信息数据自动正确采集、传输、统计及综合分析的系统【2 1 。具有抄收速度 快、计算精度高、抄表同时性好、可直接与营业计算机联网等突出的优点。采 用自动抄表系统可以降低抄表人员的劳动强度、降低人为因素造成的抄表误差， 并能迅速的统计实时线损。 根据电能表的发展趋势，实现自动抄表主要有两种方式：一是通过电能表 本身来解决，即采用i c 卡或电卡式等形式的电能表，用户在售电机上买电后将 卡插入自己的表中即可用电，预先将使用的电量记录在售电机内，实现先买电 后使用；另一种就是利用自动抄表系统来解决，估计在相当长的时期内，世界 上大多数国家会以后者的发展为主【3 】。 1 2 国内外远程自动抄表的现状 1 2 1 国外远程自动抄表系统概况 国外对自动抄表系统的发展高度重视，纷纷进行研究门。发。在8 0 年代术期 浙江火学硕士学位论文第一章绪论 国外的有关杂志有过一些这个方面的试验报道，只是还没有达到完全实用阶段。 到了9 0 年代初，就有了这个方面的实际应用。美国电世界1 9 9 4 年1 0 月号 摘要介绍了c h a r t w e l l 公司对北美( 美国和加拿大) 2 2 个电力公司和3 1 个产品 供应商的调查结果，在1 9 9 4 年初，该地区装设了3 1 4 0 6 3 块具有自动抄表功能 的电能表，年底计划发展到1 0 4 8 0 0 0 块。其中g e o r g i a 电力公司在1 9 9 3 年内已 经装设了5 0 0 0 0 个车载无线电自动抄表单元；b o s t o n e d i s o n 公司已经装设了 1 7 0 0 0 个固定式和车载无线自动抄表单元；加拿大的q u e b e c 水电局也已经安装 了6 4 0 0 0 个自动抄表单元【4 1 。 目前不少国家已经进入了实用化阶段，其中以以色列和美国研制的系统性 能，质量为好，但由于价格昂贵，不太适应中国国情。 1 2 2 国内自动抄表系统发展现状 我国远程自动抄表系统的起步比国外晚，随着微机技术在电力系统应用的 日益成熟，于2 0 世纪8 0 年代初，我国亦开始研究远程自动抄表系统。尤其是 近年来，国内远程自动抄表技术发展迅速【5 】。 在国内低压居民用户自动抄表技术和产品开发方面，经过有关科研、生产、 使用单位的4 、5 年的共同艰苦努力，已基本达到了实用化水平，并形成了多种 自动化抄表方式并存的格局。主站系统结构已从单机、双机系统发展到网络式 的主站系统结构，操作系统也已从d o s 发展到w i n d o w “9 5 9 8 n t ，系统功能上 也从单纯的抄表功能发展到具有实时线损统计、用电考核、远程控制、计费及 银行联网等功能，有的系统还具有可以通过实时用电统计监测用户偷电行为的 功能，上行通信信道也从单一的电话拨号方式发展到多种通信方式( 电话、无 线电、专线等) 混和应用的局面。下行通信信道也从4 8 5 总线方式发展到载波 方式，终端采集和传输产品也呈现了多样化的局面，产品包括总线采集器，集中 器、载波采集器集中器、电表载波模块、单表集中器等多种类型口】。 对于自动抄表及用电的在线监测，国内越来越多的人士意识到它的重要性， 并且已经有不少单位进行研究丌发。但目前f 在使用的任何一种自动抄表方式 都因其自身存在的缺点，导致没有仟何一种系统r 旨有绝对的i j 场优势。对于电 j 行业，越米越多的用户希望采j 制安全、准确、稳定、l i j 靠安装简便、容易 浙江人学硕士学位论文 第一章绪论 维护的抄表系统。 集中抄表系统有很多种模式，但使用量较大的主要集中在专线方式( 以4 8 5 总线为代表) 、无线传输方式( 以车载抄表为代表) 、租借信道方式( 以有线 电视网络为代表) 、电力线载波方式等。在以电力线载波为传输信道或媒介的 模式中，又分为窄带调频方式、扩频通信方式、超窄频通信方式等。在所有这 些通信传输方式中，因电力线普及最广、人为破坏因素较少等因素，使得电力 载波通信的使用目前最为广泛【6 1 。 1 3 自动抄表系统中通信方案的现状与发展 我国的电能计量方式采取一户一表制，这决定了抄表系统主要具有如下两 个特点：其一，系统数据采集点多，成千上万，数据量大；其二，系统是一个 覆盖面很广的通信网络( 采集点具有分散性) 。目前的远程抄表系统的通信信道 主要包括用电管理中心与集中器的通信信道和集中器与采集器的通信信道。一 般来说，几乎所有的a m r s 系统的整体上都采用分布式体系结构【”。这种体系 结构分上下两层：上层( 用电管理中心与集中器之间) 数据的采集采用星型结 构；底层( 集中器与采集器之间) 数据的采集采用总线型结构。如图1 1 所示。 集中4 雇屡通信阿 耍一 蜒巾器 图1 1 垫巾精 浙江大学硕士学位论文第一章绪沦 1 3 1 星型通信方案 星型通信系统式以安装在供电局管理中心的系统工作站为中心点，以发散的 形式分别通过通信信道与分散于各个区域的集中器连接，形成l 对n 的连接方 式f 。这种方式，信道的通信数据量较大，要求有一定的传输速率和带宽。根据 信道的介质可分成光纤、电话线和无线三种模式。 1 3 1 1 光纤通信网 光纤通信具有很多优点，如频带宽、传输速率高、传输距离远以及高抗干 扰性等特点，非常适合上层通信网的要求。但是实现星型连接的节点造价高， 安装费用也比较高，在目前的a m r s 系统中无法适用【7 1 。 1 3 1 2 电话线网 由于电话线在城镇的迅速普及，利用现有的电话网进行数据通信是个经济 有效的方案。利用电话线通信，只需在数据集中器和管理中心主机各加装调制 解调器即可，其通信速率可达2 4 k b p s 、9 6 k b p s 甚至5 6 k b p s f 引。主机对集中器的 呼叫可以通过拨号由交换机自动完成，也可租用专线，但费用高。租用电话线 的方式进行数据通信时，线路连接( 包括呼叫应答等) 时间较长，通常需几秒 到几十秒。这使得管理中心无法对用户实时监控，而且当集中器数目n 较多时， 租用电话线路多，其费用也很可观，因此不适应大容量系统。 1 3 1 3 无线通信网 利用无线电波进行无线通信，对于范围广、布局分散的集中器进行数据通 信，是一种较好的选择。其特点是传输频带较宽，通信容量较大( 可达几千台) ， 通信距离长( 一般几十公里，还可通过中继站延伸到更远) 。但其主要缺点是需 申请频点使用权，如果频点选择不合理，相邻的两个信道会产生相互干扰。一 般情况 + 小型无线电台的通信速率较低，常用6 0 0 0 b p s 或l2 0 0 b p s ，f l 设衙安 装成本l ：。 ，所以这种通信方的使，h 场台有一定的限制，多片j 于大用户的电力 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 负荷的无线电监控及用电管理系统中7 1 。 1 3 2 总线型通信方案 总线型通信系统式为了克服星型连接的不足而采用的，这种方式以一条串 行总线连接各分散的采集器或电度表，实现各节点的互联。这种方式下，信道 上节点较多，传输速率不很高( 与通信介质有关) ，传输距离短，不超过2 0 0 0 m ， 因此一般用于底层电能数据的采集。常用的模式有低压电力线载波通信、r s 一 4 8 5 网和仪表总线等。 1 3 2 1r s 一4 8 5 网 e t a r s - - 4 8 5 是c c i t t 标准化v 1 1 x 2 7 兼容的平衡式电气特性标准。该 标准采用集成电路，在一对平衡的互联电缆上传送差分信号，在接收端用差分 接收器进行信号判决。这种接口具有抑制共模干扰的能力，因此抗干扰性能很 好，信号发送频率最高可达1 0 m h z 。在使用双绞线，信号速率小于1 0 0 k b p s 时， 传输距离可达1 2 0 0 m 。r s - - 4 8 5 接口在一个通道上可进行半双工通信，所以只 需两根线便可双向通信，并可方便的构成一点对多点或多点之间的相互通信网 络，一般使用双绞线作为网络总线【8 1 。总线上挂接的节点个数因选用的接v i 驱动 芯片而异，最多可接1 2 8 个节点。 1 3 2 2 低压电力线载波通信 利用低压电力线作为a m r 系统的底层数据通信信道运行成本低，是非常 经济的方案。低压电力线载波通信网的系统结构同r s - - 4 8 5 系统结构，采用总 线结构。在同一变压器区域下，一个集中器采集若干个采集器或电度表的数据， 构成一个总线型网。但是，利用低压电力线作为传输信道还存在许多问题。首 先，电力线上的干扰非常大，特别是在用户线上。其次，不同地方的线路特征 可能完全不同，使用线路的种类及线路上的负荷情况都会对高频信号在电力线 一卜的传输特性产l 很大的影i i 叭刚此提高通信的抗干扰能力、增强通信的隐 蔽性以及高信噪比是低压电力线载波通信的发展方向降l 。0 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 2 3 仪表总线 底层电能数据的采集，除了采用低压电力线载波通信和r s - - 4 8 5 网外，还 有采用新的仪表总线的，如美国德州仪器公司的t s s 7 2 2 1 a 。它采用欧洲新型总 线结构，具有极性可互换，总线拓扑结构可任意，传输距离远等特点。目前这 种通信方式主要应用国外，国内应用较少【7 1 。 1 3 3 新型的抄表方案 1 3 3 1 基于三网合一的抄表系统 美国1 9 9 3 年9 月宣布了“信息高速公路计划”，把通信广播电视、电信业 务和多媒体传输等多种信息服务纳入计算机网络，打破传统的信息传递模式和 行业界限，统一规划建立一个宽频带、大容量、高速率的共用信息网络( 即三 网合一) 就变得尤为重要【7 】。基于三网合一的a m p , 系统的整体结构采用星型结 构，它是以安装在供电局管理中心的系统工作站为中心点，以发散的形式通过 三合一网与分散于各户的抄表器连接，形成l 对n 的连接形式。 1 3 3 2 基于电网的抄表系统 近年来，信号处理技术、通信技术的进步，使低压电力载波通信得到了迅 速发展。再加上智能化小区的建设，家庭智能化网络h o m e n e t 的兴起和电力 部门用电、配电管理实现智能化、自动化和科学化管理的需求等都为载波通信 提供了广阔的发展市场f 8 】o 1 3 3 3 基于移动无线网络的抄表系统 目前蜂窝移动无线网( g s m ) 覆盖面几乎遍及全国，因此构建这种抄表系 统时，完全可利用现成的g s m 无线网络而不必重新建设新的基站。基于移动无 线网络的抄表系统必须存管胖c h 0 和集中器中加装无线通信模块j 1 ：这种无线 通信模块结构f i ； l l il ，控制容动，所以利用它的r s - - 2 3 2 标准的接i 皑容易和单 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 片机连接在一起，构造出一个可利用标准h a y s ea t 命令集驱动控制的、具有 无线收发功能的集中器【7 1 。用电管理中心与各个集中器都装有无线通信模块，它 们之间的通信通过拨号接入g s m 网，以短消息s m s 的模式进行上传数据，下 达命令。这是一种很有潜力的抄表方案，其特点是不需要重新组网，方案无需变 更就可以推广到不同地域使用。 1 4g s m 数据业务、短信通讯的简介 1 4 1g s m 网络及数据通讯业务概述 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 意为全球移动通信系统。 自1 9 9 1 年第一个g s m 系统运营开始，1 0 0 多个国家的2 0 0 0 多万g s m 用户已经有 了世界范围的漫游覆盖、各种操作环境下出色的话音质量及许多增值业务【3 “。 随着技术的发展，为激烈的市场竞争中保持优势，保持所占据的市场份额，越来 越多的g s m 网络运营商在增值业务部分挖掘潜力，充分利用资源，向用户提供更 为广泛、灵活、方便的服务【3 “。 移动数据通信是在数据通信基础上发展起来的一种通信方式。以往的数据 通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端或计算机之间的通信，而移动数据 通信是通过无线电波来传送数据的，因而有可能实现移动状态下的数据通信。作 为数据通信网络媒介，实现了跨省市区全国性的数据双向实时通信。狭义地说， 移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网 互连，把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。 1 4 2 短信业务概述及特点 g s m ( 全球移动通信网) 是近年来发展迅速的数字式移动通信网络，g s m 短消 息是移动通信部门利用g s m 网络在提供电路交换的各种电信业务和承载业务之 外提供的基于数据分组交换的一项增值业务。其简便快捷的性能和相对低廉的收 费赢得了j j 人用户n 勺青蛾，同时也为远褓舱控提供了一种新的技术手段i ”i g s m 的熟消息是通过信令信道传输信息，其为g s m 通信网所特有，它小川拨 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 号建立连接，可直接把要发的信息加e 信宿地址先发到短消息服务中心s m s c ， 再由s m s c 在适当的时刻转发给最终的信宿。短消息业务与话音传输及传真一样 同为g s m 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行 传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每个短消息的信息量限制为1 4 0 个八位组( 7 比特编码，i ( 5 0 个字符) 1 3 3 。 短消息是g s m 中唯一不要求建立端一端业务路径的业务，即使移动台已处 于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。短消息中心具有短消息的存储功 能，在终端设备关机时，可以保持消息不丢失【3 4 】。利用其双向传输的性能，司 方便地实现对各类电气设备的远程控制和信息采集，即实现遥控和遥测。许多通 信设备厂商为此用途开发生产了多种类型的调制解调模块，可供系统集成使用。 g s m 国内已形成两大全覆盖网络，利用s m s 短消息业务传送数据信息国外已 开始大量使用，而国内刚刚起步，具有很大的发展空间1 3 “。 g s m 短信息数字通信平台是利用g s m 短消息进行远程无线通信的设备。其最 大的特点是利用了我国覆盖面最广、功能最强、用户最多的g s m 数字蜂窝移动通 信网。g s m 短信息作为通信方式，具有通讯成本低，不受通信线路及地区限制等 特点，并可进行中、英文两种短信息的通信，使用方便、灵活，通讯快捷。此外 g s m 通信还具有保密性高、可靠性高、抗干扰能力强、开发性强，具有良好的兼 容性、可同时提供其它信息服务通话服务等特点，保证了数据传输的准确性和稳 定性。并提供双方完备的通信协议，使用户在此通信平台上的开发简单易行。g s m 技术成熟、先进的各种技术不断推出，如：g p r s 、w a p 等，因此构筑在g s m 网上 的远程抄表系统必然能与移动通信技术的发展相同步，在技术上有较强的生命力 。 但短信作为报警传输通道也有自身的缺陷，由于短信需要在短信中心存储 转发，因此实时性较弱。另外，由于短信的传送占用的是控制信道，因此无线容 量有限。在业务量较高时，可能会因为短信中心的处理能力有限及无线信道阻塞 而影响信息的及时传送和出现业务失败的情况。短信之所以被延迟发送，是因为 短信已经被传输到平台上，而短信平台不能一下子处理，只能是先将信息储存， 然后依次发出。由此吾出，短信平台的处理能力是影响短信业务的重要因素，需 要通过没蒋扩弈、鼓与g s m 刚络i 萄合作址立独立的短信f 心【。， 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 开发课题的技术介绍 整个系统的中心软件设计基fw i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，以d e l p h i 5 0 为软件 开发平台，s q ls e r v e r 为后台数据库。 选用w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统主要的因素是考虑到周围大环境，整个系统所 针对的用户。对于电力局管理人员，希望能通过简单的操作实现需要的功能，能 在熟悉的环境下使用该系统。同时2 0 0 0 所特有的易使用性、易兼容性、易管理 性等特性，使系统的开发及将来投入使用都能具有良好的环境。而且 w i n d o w s 2 0 0 0 比起w i n d o w s 9 8 来稳定性更强，甚至优于目前市场上出现的 w i n d o w sx p 。 决定一个软件开发工具效率的因素归结为以下五点： 1 _ 可视化开发环境的性能 2 编译器的速度和已编译代码的效率 3 编程语言的功能及其复杂性 4 数据库结构的灵活性和可扩展性 5 框架对设计和使用模式的扩充 对于可视化环境，d e l p h i 的窗体设计器的于从不同在于，d e l p h i 是建立在 一个真正面向对象的框架结构基础上的。对于编译器的速度及己编译代码的效率 而言，也许p a s c a l 编译器最著名的特点就是速度快，而d e l p h i 正是建立在这种编 译器的基础之上的。对于编译语言的功能及其复杂性，d e l p 1 i 很好的把握了复杂 性和功能性的平衡。同时d e l p h i 保留了大家认为是所有工具中最灵活的数据库 结构。框架对于设计和使用模式的扩充是一项经常被其他软件忽略的重要功能， v c l 是d e l p h i 最重要的组成部分，在设计时操纵组件、创建组件、使用0 0 ( 面 向对象) 技术继承其他组件的行为，这些能力都是决定d e l p h i 效率韵关键因素b ”。 综合以上，我们选择了d e l p h i 做为开发系统的软件工具。 m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 扩展了m i c r o s o f ts q ls e r v e r7 0 版的性能、可 靠性、质量和易用性。m i c r o s o f ts q l s e r v e r 2 0 0 0 增加了几种新的功能，由此成 为大觇模联机事务处理f o l t p ) 、数据仓库和电子商务应片j 程序的优秀数据库、 王 台m 絷个系统的丌发n q 操怍系统选扦丁w i n d o 、，s ，| f | js q l ；e r 、c r 是针划。w i n d o x 、s 丌发i l q 数据库产品，因此 ：数掘库方面选择了s q ls e r v e l 。 浙江大学硕十学位论文第一章绪论 1 6 课题的提出及意义 本课题的名称为“基于g s m 网络的电能量遥测系统”。正是基于自动抄表 系统的发展以及目前g s m 移动网络普及及其覆盖面而提出的。该系统由安装在 电力局用电管理中心的主站与安装在各个用户线路上的终端组成。监控中心的管 理机和监控机通过标准的g s m 模块接入g s m 网，利用短消息业务传递抄表命 令。同时将终端上送的数据存入后台数据库。该数据库的数据可被用电计划部门 等用于进行各种平衡分析、线损分析和各种电量分析统计，另外，还可以方便的 共享给电力局的其他部门，用于各种查询、分析及其他目的。终端通过4 8 5 总线 与多功能电表相连，通过标准g s m 移动终端模块与g s m 网络相连，利用短消 息将电量值上送。 原有的电能力遥测系统是通过串口一调试解调器一电话网的方式进行数据 传输，而且每条记录都单独发送，因此传输速率低，影响了整个系统的性能。在 目前“基于g s m 网络的电能力遥测系统”中，对原有的系统传输模式做了很大 的改变，直接通过了g s m 网络进行数据传输，因为它的可靠性及稳定性，使系 统的性能及可扩展性都得到了很大的提高。 在本课题中，本人主要负责上层主站中心软件开发。目前该课题的开发已 完成，整个系统已投入试运行，总结该系统的特点如下： 1 采用多线程。当串口处发现有数据上送时，系统将开启一个线程用于接 收，而接收完毕后，线程自动关闭。每个串口接收数据的线程均独立。同时对接 收到的短信的处理也另起了一个线程。多线程的使用，使各功能可以在后台独立 完成，而不影响前台的用户界面。 2 采用树状结构。对象信息的浏览，系统中采用将其基本信息以树状结构 展开，采用该结构可以使对象之间的从属关系更明确，而只将对象的基本信息罗 列，是为了使界面更友好，通过简单的点击动作即可查看对象的具体信息。 3 数据库表简洁不冗余，充分利用关系数据库。由于表计不同的规约需要 采集不同的数据，在数据表中通过字段复用，使之简洁不冗余。 4 多线程间通过数据表传递信息。对于需要长时问等待的通信，接收短消 息线 火州更新数据蝎内棚j t 。l 录的f 矗窟，丽_ 1 二线程通过j 芷时器实时a 渤使线 程i 列通信能充分利用当前资源，通信方式更简便。 浙大人学硕士学伊论文第二章系统总体功能规划 第二章系统总体功能规划 2 1 系统总体设计 如图2 1 所示。本系统由位于电力局的主站( 包括前置控制机、多个工作 站和数据库服务器) 和位于大用户的终端两部分组成。主站系统在p c 机上，基 于w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，在d e l p h i 5 0 平台上开发，以s q l s e r v e r 为后台数据 库。 图2 1 终端系统通过r s - - 4 8 5 串口通信同大用户的电能表进行通信，上抄电量、 功率等数据，通过红外通信口同p d a 进行通信，上传电量、功率等给p d a ；另 一方面，通过g s m 网络以短消息的通信方式，同位于电力局的主站通信。位于 电力局的e 站系统一方面通过g s m 网络以短消息方式或点对点数据业务，与位 于犬辟j 。| ：j 终端系统通信，+ 实观i 二税设臀终端系统各种参数_ f 卜抄f l l 罐、；苦鼓， 或者发起即时抄电量的动作；另方面，用已有的m i s 数据_ 卓( s q ls e r v e r ) 作 1 1 浙火人学硕士学位论文 第二章系统总体功能规划 为后台数据库，将上送的各值，包括电量、终端表计参数、异常事件均入库，方 便今后用电计划部门利用其中的数据进行各种平衡分析、线损分析和各种电量分 析统计，还可共享给电力局的其他部门，便于查询、分析。 2 2 终端功能 终端系统硬件如图2 2 所示，通过r s - - 4 8 5 通信口同大用户的电能表进行 通信，上抄电量、功率等数据：一方面通过红外通信口同p d a 进行通信，上传 电量、功率等数据给p d a ；另一方面，通过g s m 网络以短消息方式，同位于电 力局的主站通信。同时终端软件会对表计有巡检的功能，发现有异常事件，也会 以短消息方式上送。 图2 2 2 2 1 终端参数设置( 掉电保护数据) 电力局主站通过g s m 网络，以短消息的通信方式或者点对点数据业务方 式，设置终端参数。终端软件提供一定的安全性，首先会对于呼叫的电话号码进 行校验，若不是原有参数内的四个号码之一( 已设有参数的终端) ，则抛弃。其 次，校验参数内的密码与终端同有f i 己的密码，主站下传参数时带有终端密码， 并不赴为了设置终端的密码，j 恐为t 摊商i 安伞性，终端在接q 2 5 i 1 j 盎站? 他的参 1 2 浙大大学硕十学位论文 第二章系统总体功能规划 数时，会先校对密码，相匹配后，才开始设置，否则抛弃。同时终端密码是可修 改的，在主站处修改了密码后，必须连同旧密码一起下传，终端匹配了旧密码后， 就设置新的密码。再次，参数帧最后的校验码，终端接收到数据后，在程序中会 实现把所有字节重新异或，得到一个校验码，与主站下传的校验码进行匹配。 终端收到的具体参数包括： 1 大用户( 终端) 编码 2 主站g s m 模块电话号码l # 3 主站g s m 模块电话号码2 # 4 主站g s m 模块电话号码3 # 5 主站g s m 模块电话号码4 # 6 r s - - 4 8 5 通信口可挂表计数目 7 定时抄电量的时间间隔、生效时间( 小时) 8 定时抄定义量的时间间隔、生效时间( 分) ，上送时间间隔、生效时间( 小时) 9 定义量的类型选择：+ ( 一) 有功功率、+ ( 一) 无功功率、a 相电压、b 相电压、c 相电压、a 相电流、b 相电流、c 相电流正有功总电量、反 有功总电景、正无功总电量、反无功总电量 2 2 2 本终端的各表计参数设置( 掉电包护数据) 表计收到的具体参数包括： 1 表计编码 2 表计地址 3 通信协议( 部规约、省规约) 4 报警、恢复限值 a 负荷严重超载报警限 b 负荷超载报警限 c 1 )a 相失压报警限 2 )b 相失压报警限 3 1c 棚失乐报警限 d 1 )a 柑过小报警限 负荷严重超载恢复限 负荷超载恢复限 a 相失压恢复限 b 相失压恢复限 c 相失n i 恢复限 a 棚过肚l 狄复限 浙人大学硕士学位论文第一二章系统总体功能规划 2 1b 相过压报警限 3 1c 相过压报警限 e 无功倒送报警限 f 表计异常报警限 b 相过压恢复限 c 相过压恢复限 无功倒送恢复限 1 )正有功总电量报警限 2 1反有功总电量报警限 3 1正无功总电量报警限 4 1反无功总电量报警限 正有功总电量恢复限 反有功总电量恢复限 正有功总电量恢复限 反无功总电量恢复限 2 2 3 用电异常事件处理( 掉电保护数据) 终端不间断监视现场用电的异常情况，一旦发现，立刻保护现场( 冻结电 量等数据即抄下当时的电量等数据) ，将归一量( 归一量指：正有功总电量、 反有功总电量、正无功总电量、反无功总电量、正向有功功率、反向有功功率、 正向无功功率、反向无功功率、m b c 相电压有效值、a b ，c 相电流有效值以及 事件发生时间( 年月e l 时分秒) ) 同异常情况一起传给主站。主站进一步将现 场用电异常信息传给用电检查和相关的维护人员( 采用g s m 短消息通信方式) ， 以便于用电事故的快速、准确的处理。现场用电异常情况包括： a 负荷严重超载事件 根据有功功率进行判断。当有功功率大于负荷严重超载报警限时，延长二次 巡检依然大于负荷严重超载报警限，则产生负荷严重超载事件。当有功功率小于 负荷严重超载恢复限时，延长二次巡检依然小于负荷严重超载恢复限，则产生负 荷严重超载结束事件。 当产生负荷严重超载事件时，冻结归一量。 当产生负荷严重超载结束事件时，冻结归一量。 8 、负荷超载事件 根据有功功率进行判断。当有功功率大于负荷超载报警限时，延长二次巡 检依然大于负荷超载报警限，则产生负荷超载事件。当有功功率小于负荷超载恢 复限时延氏二次巡检依然小于负荷超载恢复限，则产生t l 荷超载结束事件。 当产生负倚超载事件时，冻结归量。 1 4 浙大大学硕士学位论文第二章系统总体功能规划 当产生负荷超载结束事件时，冻结归一量。 c i 、a 相失压事件 根据a 相电压进行判断。当a 相电压小于a 相电压报警限时，延长二次巡 检依然小于a 相电压报警限，则产生a 相失压事件。当a 相电压大于a 相电压恢 复限时，延长二次巡检依然小于a 相电压恢复限，则产生a 相失压结束事件。 当产生a 相失压事件时，冻结归一量。 当产生a 相失压结束事件时，冻结归一量。 c 2 、b 相失压事件 根据b 相电压进行判断。当b 相电压小于b 相电压报警限时，延长二次巡 检依然小于b 相电压报警限，则产生b 相失压事件。当b 相电压大于b 相电压恢 复限时，延长二次巡检依然小于b 相电压恢复限，则产生b 相失压结束事件。 当产生b 相失压事件时，冻结归一量。 当产生b 相失压结束事件时，冻结归一量。 c 3 、c 相失压事件 根据c 相电压进行判断。当c 相电压小于c 相电压报警限时，延长二次巡 检依然小于c 相电压报警限，则产生c 相失压事件。当c 相电压大于c 相电压恢 复限时，延长二次巡检依然小于c 相电压恢复限，则产生c 相失压结束事件。 当产生c 相失压事件时，冻结归一量。 当产生c 相失压结束事件时，冻结归一量。 d 1 、a 相过压事件 根据a 相电压进行判断。当a 相电压大于a 相电压报警限时，延长二次巡 检依然大于a 相电压报警限，则产生a 相过压事件。当a 相电压小于a 相电压恢 复限时，延长二次巡检依然小于a 相电压恢复限，则产生a 相过压结束事件。 当产生a 相过压事件时，冻结归一量。 当产生a 相过压结束事件时，冻结归一量。 d 2 、b 相过压事件 根据b 相电压进行判断。当b 相电压大于b 相电压报警限时，延长= 次巡 枪依然大于b 相电压报警限，则产生b 相过压事件。当b 相电压小于b 相电压恢 i 郧艮时，延长：次巡羚依然小j j 相i 乜从1 次复 ：k 则一、。牛i 州j j t , l o i f 水j 件。 浙大大学硕士学位论文 第二章系统总体功能规划 当产生b 相过压事件时，冻结归一量。 当产生b 相过压结束事件时，冻结归一量。 d 3 、c 相过压事件 根据c 相电压进行判断。当c 相电压大于c 相电压报警限时，延长二次巡 检依然大于c 相电压报警限，则产生c 相过压事件。当c 相电压小于c 相电压恢 复限时，延长二次巡检依然小于c 相电压恢复限，则产生c 相过压结束事件。 当产生c 相过压事件时，冻结归一量。 当产生c 相过压结束事件时，冻结归一量。 e 、无功倒送事件 根据有功功率和无功功率方向相反进行判断。并且，当无功功率大于报警 限时，延长二次巡检依然大于报警限，则产生无功倒送事件。当无功功率小于恢 复限时，延长二次巡检依然小于恢复限；或有功功率和无功功率方向相同，则产 生无功倒送结束事件。 当产生无功倒送事件时，冻结归一量。 当产生无功倒送结束事件时，冻结归一量。 f 、示度被改事件 根据正有功总电量、反有功总电量、正无功总电量，反无功总电量变小进 行判断。 当示度被改事件时，冻结归一量同时上报主站上次归一量。 g 、表计异常事件 根据正有功总电量、反有功总电量、正无功总电量，反无功总电量变化异 常进行判断。当大于报警限时，延长二次巡检依然大于报警限，则产生表计异常 事件。当小于恢复限时，延长二次巡检依然小于恢复限，则产生表计异常结束事 件。 当产生表计异常事件时，冻结归一量。 当产生表计异常结束事件时，冻结归一量。 h 、电池电压低事件 根据表计中读出进行判断。 “j 广l l 乜池1 乜压f 氏驰f ”，；、j ；东 i9 二f 一 茬， 1 6 浙大大学硕士学位论文第二章系统总体功能规划 i 、费率被改事件 电力局的主站通过g s m 网络以短消息通信方式设置终端参数时，终端从表 计中读出费率保存，作为比较基准。当费率改变时，产生费率被改事件。 当产生费率被改事件时，冻结归一量、基准费率( 原表计费率) 和当前费 率。 j 、结算日被改事件 终端从表计中读出结算日， 时，产生结算日被改事件。 当产生结算日被改事件时， k 、终端停电、上电事件 终端保存结算日作为比较基准。当结算日改变 冻结归一量和结算日( 原、新) 。 当产生终端停电事件时，冻结停电时间。终端上电时，冻结归一量。 l 、封印开启事件 通过传感器输入开关量变化，产生封印开启事件。 当产生封印开启事件时，冻结归一量。 2 2 4 定时上传电量、定义量和结算日电量( 掉电保护数 据) 终端依据抄电量的时间间隔、及生效时间( 小时) ，抄表计电量( 正有功总 电量、正有功峰电量、正有功平电量、正有功谷电量、正有功尖电量，反有功总 电量、反有功峰电量、反有功平电量、反有功谷电量、反有功尖电量，正无功总 电量，反无功总电量、正向总最大需量及发生时间，反向总最大需量及发生时间) ， 并且立刻上传给主站。 终端依据表计内的自动抄表日的时间，抄表计结算日电量( 正有功总电量、 正有功峰电量、正有功平电量、正有功谷电量、正有功尖电量，反有功总电量、 反有功峰电量、反有功平电量、反有功谷电量、反有功尖电量，正无功总电量，