探讨低压电力线载波通信在热量表远程抄表系统中的应用

2016-08-29贵阳学院机械工程学院

电子世界 2016年15期

关键词：抄表电力线采集器

贵阳学院机械工程学院　罗　毅

贵阳学院机械工程学院罗毅

针对热量表远程抄表系统中低压电力线载波通信技术的实际应用，首先对低压电力线载波通信技术及热量表进行简要介绍，然后提出以热量表为基础的远程抄表系统，最后对此通信技术的实际应用进行深入分析，旨在为远程抄表系统的进一步发展和优化提供可靠依据。

低压电力线载波通信；热量表远程抄表系统；应用

热量表远程抄表系统的应用和普及解决了传统人工抄表方式的诸多问题，是热力行业持续发展的必然趋势。通过对低压电力线载波通信技术的全面应用，可为远程抄表系统提供更多的优势，如无需重新布线、降低成本、连接便利等，具有很高的应用与推广价值。

1　低压电力线载波通信与热量表

1.1低压电力线载波通信技术

电力线载波通信技术（PLC，Power Line Communication）主要指的是充分运用现有的电力线以载波的方式对信号进行高速传输，是一种新型通信方式［1］。该技术在上世纪二十年代就被应用于10kV配电网络线路当中，同时也制定了相应的标准与规范。由于将电力线当作载波信号的主要传输媒介，所以此通信技术具备良好的稳定性与可靠性，是无需在线路敷设上花费大量成本的通信方式。在实际工作中合理运用这种通信技术，能大幅节省投资，无需架设专线，也无需对频谱进行占用，并且便于维护，线路相对简单，经济性高。针对低压配电网，可借助电力线完成用电数据传输，对数据进行及时采集与统计，是得到国际认可的最佳方案。如今，在低压范围中，PLC技术得到了飞速的发展，尤其是在远程抄表等方面，具备使用方便、快速便捷等明显优势。

1.2热量表

伴随国内供热收费标准的不断改革，热量表得到了大范围的应用。然而长期以来，小区物业针对用热统计始终都运用传统的人工抄表，这种统计和计量方式存在很多不便，如工作量巨大、误差大、人为差错多等，这对物业管理造成了极大的影响。基于这种实际情况，热量表设施应运而生，成为未来发展的必然趋势。与热量表相匹配的远程抄表则具备施工方便、资源消耗量低等优势。

热量表结构如图1所示，其主要由三大部分构成，分别为传感装置、单片机与显示器。热力企业在供应热水后，其会以很高的温度进入系统，再以低温状态流出，在这一过程当中，借助热量交换为所有用户提供足够的热量。温度传感器足共有两个，分别布置在上行管与上下管，发出代表温度差异的信号；流量传感装置布置在回流管，发出和流量成正比关系的信号；单片机主要用于传感信号采集，算出系统所获取的总热量值。

图1　热量表结构示意图

热量传输主要受到三个因素的影响，分别为流体质量、温度与比热容。从热量表的角度分析，其进口与出口焓值和时间成一定比例［2］。在我国，热量表通常运用焓差法对热量值进行计算，计算公式如下所示：q

2　以热量表为基础的远程抄表系统

目前，基于热量表的抄表方式主要有三种，分别为人工抄表、预付费以及远程自动抄表，在远程自动抄表中，以GPRS与低压电力线系统最为常用。热力部门借助此系统能准确读取不同用户的热量消耗数据，实现了抄表作业的系统化、自动化与远程化目标。对于系统结构而言，其可概括为四级设备与两级通道，具体结构如图2所示。

图2　以热量表为基础的远程抄表系统示意图

其中，四级设备是指若干个热量表、数据采集器、集中器与数据中心。热量表布置在最底层，由若干个表共同组成，主要完成信息记录。采集器为第二级设备，一个采集器能通信多台热量表，根据上一级设备发出的指令对数据实施采集与存储，同时将数据传输至上一层，可结合实际情况确定热量表的最佳数量。集中器为第三级设备，它可以实时下达抄表的指令，接收到采集器向上传输的所有数据，并对数据进行保存，以便于上层设备进行取用。数据中心为第四级设备，也是系统最上一层，其主要依靠系统的连接实现管理，完成核算及收缴等基本功能。两级通道是指上行与下行通道，集中器和数据中心间的通信通道是上行通道，而集中器与采集器间的通信通道是上行通道，主要借助PLC技术实现操作。

3　低压电力线载波通信在热量表远程抄表系统中的应用

3.1扩频通信

扩频通信（SSC，Spread Spectrum Communication）指的是在发射信号端对信号进行扩展，然后再实施传输，在接收信号段利用配套技术进行解扩与解调［3］。频带展宽主要使用编码等方式，扩展主要由独立码序列实现，和信息数据无直接关系，扩频的基本原理如图3所示。

图3　扩频通信原理示意图

扩频技术的核心理论为香农定理，常用的实现方法为将未进行扩频的信号和扩频函数进行相乘，进而获得扩频信号。扩频系统的扩频方法主要有四种，其一为跳频FH、跳时TH、线性跳频与直接序列扩频。对于PLC技术而言，线性跳频与直接序列扩频的应用较为广泛。扩频信号具有较强的抗干扰性，支持多址通信，自身具备很强的应用价值。扩频系统主要有两方面优势，其一为传输带宽比原始带宽大很多；其二为扩频函数直接决定了传输带宽。

3.2正交频分复用

正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division

Multiplexing）为多载波调制传输技术［4］。首先，对频谱进行分解，然后生成多个子载波，这些子载波对应的幅频响应当重叠或正交。该技术最明显的优势在于具有极高的传输速度，且抗码之间的干扰能力很强。技术思路为将数据转变成若干个正交状态的子载波，然后进行并行传输，这样不仅可以有效提升传输效率，还可以对干扰进行抑制。因此，该技术是将串行数据转变成低速传输的并行数据，尽管单个载波的实际传输效率并不是很高，但通过对多个信道的叠加，可以获取极高的传输效率。由此可见，该技术的合理运用可以实现数据的高速度传输，此外还能抑制干扰的产生和影响，然而其在技术实现方面存在一定差别，在电力线载波通信中的实际应用也有各自的特征与优势。对于频带限制强的系统当中，OFDM技术和编码技术的相互结合能获取最为可观的数据传输容量。而在高速系统当中，该技术可以发挥出抗干扰能力强等优势。