1 计量自动化系统概述
计量自动化系统（图1）是集现代通信技术（无线网络、有线网络）、计算机数码技术（数据库、服务器）、电力计量技术和与营销系统相结合的用电信息数据采集与分析计算处理系统。系统主要由电能量采集装置（变电站采集终端、配变管理终端、负荷管理终端、集中器）、通信网络（电力载波、GPRS/CDMA无线通信、光纤网络等）和服务器组成，然后电能采集终端将采集电表的实时信息，通过通信网络把数据上传到数据库，经过计算服务器的分析、计算，在主站前台页面直接显示出来。工作人员可以直接查询到现场电表的相关数据，可以大大减少抄表人员到现场抄表的工作量，而且还能减少抄表错误的风险。
图1 终端与后台通讯的基本构架
2 GPRS无线通信的原理和特点
2.1 原理
GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线服务技术的简称。它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS在原GSM网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网络，向用户提供WAP浏览（浏览因特网页面）、E-mail等功能，推动了移动数据业务的初次飞跃发展，实现了移动通信技术和数据通信技术（尤其是Internet技术）的完美结合。
2.2 特点
（1）高速数据传输。GPRS通信的传输速率达到115kbps，比GSM传输大10倍，还可以快速稳定地传送大容量的数据文件。
（2）永远在线。几乎不需要任何时间就可以对数据的访问建立新的链接接随时随地访问网络，保持联系。
（3）仅按数据流量计费。根据传输的数据量（如数据交换时）来计算费用，而不是按连接网络的时长计算费用。也就是说，只要没有数据交换，即使一直连接网络也不会产生作何费用。做个“打电话”的比方，在使用GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多，就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。总之，它真正体现了实用实收的原则。
（4）GPRS技术的引进，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，朝未来的全IP网络平台发展。
3 GPRS无线通信在计量自动化系统的应用和特点
3.1 GPRS无线通信在计量自动化系统的应用
计量自动化系统要求采集终端上传上月、正向有功、反向有功、无功四象限的总及尖、峰、平、谷四费率电量；正向、反向、有功、无功的最大需量及最大需量发生时间、有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率因数、失压累计次数、失压累计时间、集抄器停电起止时间等数据，还有开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过压告警、过流告警、过载告警等信息，则需要稳定快速度的传输方法，使用GPRS无线通信符合以上以求。首先，计量自动化系统主站采用运营商（中国移动或中国联通）提供的光纤专线，通过路由器设置固定指向IP地址，使主站服务器与GPRS网络相连，现场采集的数据向主站传输，从而进行数据通信。由于光纤专线可提供极高的带宽和速率，当现场电表或终端数据采集数据量增加，主站不用扩充通道即可满足需求，可满足大容量数据采集传输的要求。安全方面，主站服务器必须安装防火墙和隔离器，通过GPRS上传的数据必须通过认证，才能上传到主站服务器并进行数据处理，确保信息安全。反之，主站数据也可以通过GPRS网络，将指令下发到现场终端进行监控。
现场采集终端主要有3种，分别为配变管理终端、负荷管理终端、集中器。采集终端通过GPRS无线网络与主站服务器进行数据通讯工作。采集终端内部封装了拨号协议以及TCP/IP通信协议并且具有UINX操作系统，从硬件上它可看作是采集装置与GPRS通信模块的结合，具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。GPRS采集终端主要包括RS232、RS485等都属于串行通信方式，而且GPRS采集终端在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式。也就是说，GPRS采集终端为了不需要改变原有的数据通信内容，直接将RS485采集回来的电表数据转换成TCP/IP数据包进行GPRS网络传输。因此，GPRS采集终端可以和各种使用串口通信的智能电表进行通信连接，而且不需要对智能电表进行改造。GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS采集终端永久在线，因此典型的GPRS采集终端在硬件设计上都支持永久在线功能，这就要求采集终端包含了上电自动拨号、采用15分钟心跳包保持永久在线（当长时间没有任务数据与主站通信时，移动GPRS网络将断开采集终端与主站的连接，心跳包就是采集终端与主站服务器在网络被断开之前发送一个命令包，以保持主站网络连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重新拨号等特点。整个工作模式就是用户的用电负荷数据由智能电表通过RS485接口经485通信线连接到配有GPRS通信模块的电能量采集装置，通过电能量采集装置内置系统对数据进行处理、TCP/IP协议封装后发送到GPRS网络，GPRS网络的数据又通过运营商的光纤专线传送至计量自动化系统数据库并通过服务器进行数据处理，便可通过主站前台页面查询相关数据，还可将主站发送的遥控指令传给电能量采集装置，对用户用电进行监控操作。
3.2 GPRS无线电力远程采集的特点
（1）建设周期短，成本低。GPRS无线网络可为计量自动化系统提供简单高效的通信传输手段。运营商的GPRS网络已经建设得相当成熟，只需配置有GPRS通信模块的采集终端就能利用GPRS网络，无需自建通信网络，建设成本接近于0，只需要一张SIM卡就能实现与主站的通信。
（2）实时性强。由于GPRS具有一直附在网络的特性，系统一直连在网络上，采集终端采集到的所有数据可以实时传送到主站服务器，无需等待，满足系统要求。
（3）方便控制。主站通过GPRS通信还可以下发命令到电表，进行相关操作。
（4）使用范围广。GPRS网络已经建设得相当成熟，信号覆盖范围非常大，只有无线GPRS网络信号的地方，都可以满足数据上传的要求，特别山区或农村地方。（5）费用低。采用包月收费方式，降低电力公司运维成本。
（6）便于维护。当无法通信时只需更换新的SIM卡并将旧的SIM卡进行销户。
（7）传输数据速度快。计量自动化系统要求传输数据速度必须达到10Kbps以上，即每次传输单个电表采集到的数据量必须在10Kbps之内，而理论上GPRS网络传送速度最可以达到171.2kbit/s，而且稳定在40Kbps的速度左右，完全能满足系统传输需求。
4 SIM卡批量测试阵列装置的应用及特点
4.1 背景
目前，配变管理终端、负荷管理终端、集中器与主站的远程通信主要通过无线GPRS无线通信技术实现数据传输。而各大通信运营商的SIM卡无疑成为无线通信的关键。每年供电局向中国移动和中国联通等通信运营商购买卡数量就多达25000张，而每年由于运营商工作人员的原因：（1）SIM卡未开通成功；（2）写入错误数据到开通的SIM卡，导致SIM卡无法正常传输数据；（3）SIM卡存在卡体质量缺陷，导致终端在线情况不稳定。这些因素会导致以下结果：（1）终端无法连接网络；（2）终端只附在网络，无法连接主站；（3）数据上传不稳定，无法监测数据。
为了解决以上所述采集终端上线问题，必须到现场重新更换终端内的SIM卡，这无疑占用大量的人力和物力，使得现场终端运维工作人员做重复工作，工作效率低下，使得企业经济效益无法提高。SIM卡批量测试阵列装置的出现使得同时大批量测试SIM卡与计量自动化系统通信功能，解决每次一个采集终端只能测试一张SIM卡，测试效率极其低下的问题。
4.2 工作原理
SIM卡批量测试阵列装置由多个测试电路板和连接接口构成（测试电路板上都安装了GPRS通信装置，每个电路板可插一张测试SIM卡），将其安装在低座上。测试电路板的连接接口与底座上设置的数据接口一一连接，用于连接软件进行数据测试。开始测试时，将待测试的SIM卡安装好，然后连接软件，通过电脑软件对SIM卡测试装置设置相应的参数。在设置参数时，遇到相同运营商的SIM卡时，需要设置的APN和IP地址都是一样的，可以通过软件对需要预设参数的电路板批量设置相当的参数，使得设置参数的时间大大减少，测试时间也大大节省。在设置好电路板参数之后，连接SIM卡测试装置和计量自动化系统的数据通信，并进行数据传输测试，观察测试数据，最后通过主站显示的测试数据判断SIM卡质量和是否能够开通成功连接到主站。由于SIM卡测试装置有着多个测试电路板，从而通过数据接口设置多个组数的参数，使测试电路板同时进行多个SIM卡测试，达到批量测试的效果。
4.3 特点
（1）SIM卡测试阵列装置能够采用多种手段发送传输不同类型的数据信息。
（2）装置物理设备兼容多种类型的SIM卡，并且测试SIM卡卡槽支持热插拨，确保能够测试不同大小的SIM卡。
（3）测试阵列装置各个测试电路板的连接接口都能够独立运行，配合PC测试软件，可以在不同类型的测试应用界面，并可以独立控制各个连接接口的运行设备，可以提高少量SIM卡的测试速度。
（4）通过在测试装置设置对应的通信参数，利用装置可以直接测试SIM卡质量和是否能够开通成功连接到主站。
（5）装置由多个测试电路板组成，允许同时大批量SIM卡进行并行测试，结果直接显示，简单快速。
（7）装置本身功率不同，可以长期运行测试。
（8）设备个小轻便，而且无需安装软件，连接电脑直接使用，方便简单；物理设备与大多通用串口控制软件兼容，可以根据需求升级软件，增加更多的功能。
5 结语
目前，GPRS无线通信是计量自动化终端与计量自动化系统主站实现通信的主要手段，通过GPRS无线通信传输终端的数据和监测现场用电情况，比起其他有线通讯方式有着不可比拟的优越性，节省了人力、物力、建设周期，大大提高了计量自动化数据监控的工作效率。无论是南网，还是国网，凡是采用SIM卡实现无线通信的计量终端都必须直面SIM卡性能和质量所带来的运维成本问题。SIM卡批量测试阵列装置的使用，使得测试速度极大地提高，把控好SIM卡的质量，极大地压缩了计量终端的运维成本，提高了工作效率。
参考文献
[1]刘昱．基于无线通信技术的配电综合监测系统[J]．电力设备，2008，（11）．
[2].杨宏业，张跃，吕芳．自动抄表系统中通信方案的现状与展望[J]．电测与仪表，2001，38（8）.
（作者供职于江门明浩集团广东顺畅科技有限公司）
