论文基于用电信息采集系统的时钟授时方案，该文是信息采集方面专升本论文范文跟授时和采集系统和用电相关毕业论文范文.
一、引言
用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统.通过对配电变压器和终端用户的用电数据进行采集和分析,实现用电监控、推行阶梯定价、负荷管理、线损分析,最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电）、负荷预测和节约用电成本等目的[1-2].随着国网公司“三集五大”工作的展开,用电信息采集系统基本上覆盖了城市配电网上全部的公变、专变及居民用户,做到了全覆盖、全采集,实现了自动抄表,负荷监控,用电检查等功能[3-5].
随着功能应用的加深,一些问题也陆陆续续的浮现了出来,例如有些地方抄表成功率低,抄表不稳定,GPRS 通信不上,设备时钟超差等.这些问题之中,尤其是设备时钟超差,影响范围广,跨越时间长,一直是用电信息采集系统中的一个难点[6].
在用电信息采集系统中,采集终端（如集中器,专变终端等）通过RS485 总线、电力线载波、微功率无线等通信方式,从各种电能表中采集数据,需要采集的数据包括日冻结电能示值、电压、电流等.这些数据采集到以后,采集终端需要按照一定的格式将数据进行存储处理（一般是按照时间来存储）,然后等待主站来读取或者以主动上报的方式上传到主站服务器,最后主站服务器根据数据时标,将数据分类存储并向用户展示出来.
在这个过程中,需要各层采集设备分别具备一个准确的时钟源,并且保持时钟源同步.现场的采集设备安装调试后,各层设备的时钟源是准确的、同步的,但是运行一段时间后,逐渐发现各层设备的时钟源之间,产生了很大的时钟超差,甚至有些设备的时钟源完全错乱,这给现场的采集功能以及深化应用带来了很大的困扰[7].
根据现场故障设备的分析情况,发现存在时钟源故障的设备占了很大一部分,这些设备的种类有集中器、专变终端、电能表等.对现场运行的低压采集台区进行抽检,一个100只电能表容量的采集台区,存在时钟源故障的电能表数量在4-5 只.这些时钟源故障的设备,严重的影响到整个台区的采集成功率以及基于采集成功率的其他深化应用.
目前对于存在时钟超差故障的台区,只能通过日常数据采集的情况来分析,当连续一段时间采集成功率下降后,到现场人工排查设备,将存在时钟超差的设备筛选出来,现场对设备校时或者直接更换设备.这种解决方案在发现故障设备上严重存在滞后性,且准确率低；处理故障设备时,更是费时、费力.随着故障设备逐年增多,这种解决方案越来越不能满足现场使用需求.
本文在介绍用电信息采集系统的同时,重点对系统中设备时钟超差的成因进行分析,旨在不用额外改造系统设备的前提下,找出一种基于系统自身的时钟授时方案,为解决现场时钟超差问题提供参考.
二、用电信息采集系统
用电信息采集系统在物理架构上可分为主站、通信信道、采集设备3 个层次,其结构框图如图1 所示：
（1）系统主站主要由营销系统服务器（包括数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器）、前置采集服务器（包括前置服务器、工作站、GPS 时钟、安全防护设备）以及相关的网络设备组成.
（2）通信信道是指系统主站与终端之间的远程通信信道,主要包括光纤专网、GPRS/CDMA 无线公网、230MHz 无线专网、中压电力线载波专网等.
（3）采集设备是指安装在信息采集点的采集终端设备,主要包括专用变压器采集终端、集中抄表终端（包括集中器、采集器）、电能表等[8-10].
三、时钟超差问题分析
图2 是一个典型时钟电路的结构框图,当市电供电时,由系统电源对时钟芯片供电；当市电掉电后,由时钟电池对时钟芯片供电,如果时钟电池无电压或者电压低于正常值,时钟芯片里面的时钟就会错乱.
分析现场返修的时钟源故障终端,发现这些终端的时钟电池电压都非常低,说明时钟电池已无法正常对时钟芯片供电.对终端进行相关实验,分析终端在常温、高温情况下时钟芯片、时钟电池电路的相关性能参数,以确定电池欠压是自身的原因损坏还是因为设计不合理导致的损坏.相关实验结果如表1 所示：
按照10 年自放电率为10%,即3.6V-3.0V 的电池容量按照741mAh×90%等于667mAh 计算,放电电流按照测试的最大电流值8.4uA 计算,在持续高温条件下可以维持（电池电压降至3.0V）时钟芯片正常工作667mAh/8.4uA等于79400h等于9.06年（持续70℃高温条件）.而实际上,返修的终端在现场运行时间不足3 年.
经过实验分析,确定是时钟电池自身原因导致了损坏,从而影响了对终端时钟芯片的供电,当终端掉电后,时钟源就会错乱.在这种情况下,从根本上解决时钟源故障,更换时钟电池似乎是唯一的选择.但是现场采集终端设备安装量大,覆盖面广,更换成本高等一系列限制因素,使得这一措施几乎不可能实现[11].
四、时钟授时方案研究
发生时钟源故障的采集设备包括采集终端和电能表,其中电能表时钟源故障,可以通过采集终端对电能表校时,从而将故障的电能表时钟恢复,这个过程已有相应的技术协议,本文不再赘述.本文重点研究如何在不更换时钟电池的情况下,采集终端如何及时发现自身时钟源故障及自动纠正错误的时钟.
从图1 的用电信息采集系统框图中可以看到,采集终端通过通信信道层与主站连接,理论上可以从主站上获取时钟,但是现场绝大部分的采集终端,由于使用的通信协议的限制,无法主动从主站获取时钟,这就使得采集终端即使发现自身时钟源故障,也无法及时纠正.然而通信信道层中的GPRS网络,给我们提供了新的思路.GPRS 网络的使用,必然会用到移动网络基站,而采集终端上面的GPRS 模块,可以从移动网络基站上获取时钟,这就为获取正确时钟源提供了支持.现场的采集终端,95% 以上都是使用的GPRS 网络,因此下文的时钟授时方案,也是基于GPRS 网络的授时,整个方案分为异常时钟源检测和异常时钟源恢复两个方面[12-15].
4.1 采集终端异常时钟源检测
从前文的分析中可以得知,采集终端的时钟源故障,主要是因为采集终端掉电后,时钟电池无法正常为时钟芯片供电,从而导致时钟芯片中的时钟错乱.因此采集终端的时钟检测,主要集中在采集终端掉电、上电的这一过程中.具体流程如图3 所示：
（1）采集终端掉电时,读取时钟芯片中的时钟,并将时钟记录为T1；
（2）采集终端上电后,读取时钟芯片中的时钟,并将时钟记录为T2.判断时钟T2 的格式是否合法,例如年月日时分秒数字是否在正常时间范围内,星期几是否正确.如果时钟T2 格式非法,就可以断定采集终端时钟源故障,直接进入采集终端异常时钟恢复流程；如果时钟T2 合法,继续进行下面的判断流程；
（3）判断系统时钟T1 和T2 的值,如果T2 小于T1,或者T2-T1 的值大于实际停电间隔,也说明采集终端时钟源故障,进入采集终端异常时钟恢复流程.
4.2 采集终端异常时钟恢复
采集终端检测到时钟源故障后,通过终端自身的GPRS模块,利用AT 命令,从移动网络基站,获取正确的时钟,并将该时钟写入自身的时钟芯片中.直到采集终端再次掉电,否则采集终端里面的时钟会一直保持正确.即使终端再次掉电,上电后采集终端依然可以重复这个异常时钟检测、恢复流程,保证采集终端内部的时钟源正确.具体流程见图4 所示：
五、现场验证分析
在现场运行的采集终端中,寻找一台时钟电池欠压的终端进行验证.升级时钟授时功能之前,对该采集终端掉电,再上电后读取采集终端的时钟,发现时钟每次都是一个随机的错误值.实验结果见表2 所示：
升级时钟授时功能后,对该采集终端掉电,再上电后读取采集终端的时钟,实验结果见表3 所示：
通过实验对比发现,时钟授时功能,能够有效的解决采集终端在运行过程中因为时钟欠压导致的时钟源故障问题.
六、 结语
文中提出了一种基于用电信息采集系统的时钟授时方案,该方案无需额外改造现场设备,因此大大减少了现场设备升级的工作量,同时能够自动识别时钟超差台区,自动完成时钟校时,全程无需人工干预,是一种理想的解决现场设备时钟超差问题的方案.H
归纳上文,本文论述了适合不知如何写授时和采集系统和用电方面的信息采集专业大学硕士和本科毕业论文以及关于信息采集论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
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