吳敏，梁旭常，黃兆鵬，王華清，鐘嘉林

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山528000）

計(jì)量自動(dòng)化終端現(xiàn)場采集通信分析儀設(shè)計(jì)

吳敏，梁旭常，黃兆鵬，王華清，鐘嘉林

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山528000）

為解決現(xiàn)場計(jì)量自動(dòng)化終端現(xiàn)場運(yùn)行過程中通信問題無法有效判斷的難題，設(shè)計(jì)了計(jì)量自動(dòng)化終端現(xiàn)場通信分析儀。該通信儀可用于終端現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集通信過程中的異常判定和分析，有助于終端現(xiàn)場運(yùn)維人員快速定位缺陷，提高現(xiàn)場終端采集的完整率和準(zhǔn)確率。

計(jì)量自動(dòng)化終端；現(xiàn)場；采集通信分析；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)為集輸、配電網(wǎng)及低壓電網(wǎng)為一體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，可為自動(dòng)抄表、計(jì)量裝置異常分析、線損統(tǒng)計(jì)、優(yōu)質(zhì)服務(wù)、需求側(cè)管理和營銷決策提供技術(shù)支持。計(jì)量自動(dòng)化采集終端（以下簡稱“終端”）是負(fù)責(zé)各計(jì)量點(diǎn)電能信息的采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行或轉(zhuǎn)發(fā)主站下發(fā)的控制命令的設(shè)備，按應(yīng)用場所可分為廠站電能量采集終端、負(fù)荷管理終端和低壓集中抄表終端（包括集中器、采集終端）等類型，是計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)最為核心的基礎(chǔ)元件。計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在影響終端抄讀表計(jì)數(shù)據(jù)過程中，終端、表計(jì)的硬件故障現(xiàn)象明顯，缺陷定位比較清晰，但是終端、表計(jì)的RS485通信采集過程中的缺陷受專業(yè)和檢測手段的限制，難以定位和準(zhǔn)確分析，此類缺陷通常無法得到有效的分析和處理。針對(duì)上述問題，本文根據(jù)目前已有的通信分析設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)場終端采集通信過程中常見缺陷的分析，設(shè)計(jì)了一套計(jì)量自動(dòng)化終端現(xiàn)場采集通信分析儀。該分析儀小巧輕便，可直接用于現(xiàn)場通信異常的分析，為終端現(xiàn)場運(yùn)維人員提供了自動(dòng)化、智能的現(xiàn)場采集通信分析工具，有助于快速定位和處理缺陷，將缺陷的影響面控制到最小。

1 設(shè)計(jì)原理

圖2為終端采集電能表接線圖，終端與電能表進(jìn)行通信采用RS485標(biāo)準(zhǔn)串行電氣接口，使多點(diǎn)連接成為可能。目前計(jì)量自動(dòng)化終端與電能表RS485采集通信過程中經(jīng)常出現(xiàn)如下問題[1]：終端和電能表RS485端口易損壞、電能表RS485輸出端口信號(hào)弱、采集終端RS485端口信號(hào)接收能力差、RS-485總線上的負(fù)載（電能表）過多、RS-485總線布線長度過長、RS-485總線布線方式錯(cuò)誤、采集終端抄表參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。上述問題均導(dǎo)致終端無法穩(wěn)定、可靠地采集電能表數(shù)據(jù)，從而出現(xiàn)缺數(shù)，降低終端的數(shù)據(jù)采集完整率。但在現(xiàn)場長期的終端運(yùn)維過程中發(fā)現(xiàn)，終端采集通信的問題分析難度大，尤其是采集不穩(wěn)定的情況，由于缺陷無法隨時(shí)復(fù)現(xiàn)，現(xiàn)場基本無法定位缺陷原因[1]。

圖2 終端采集電能表接線圖

表1～表3是根據(jù)上述常見問題在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)測試的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，RS485總線線材長度過長、終端采集電能表數(shù)據(jù)過多、RS485端口輸出電平過低，均導(dǎo)致終端與電能表通信過程的可靠率降低。

表1 RS485總線線材長度與通信成功率的關(guān)系

表2 采集終端RS485端口帶負(fù)載能力測試數(shù)據(jù)

表3 不同 RS485端口輸出電平與終端抄表成功率關(guān)系

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合終端采集電能表的運(yùn)行原理，終端現(xiàn)場采集通信分析儀在設(shè)計(jì)上可將其功能總體分為兩大部分：一是直接檢測電能表RS485信號(hào)，從而分析電能表的數(shù)據(jù)傳輸是否存在異常；二是通過形成標(biāo)準(zhǔn)的電能表RS485輸出信號(hào)給終端，檢測終端的RS485數(shù)據(jù)采集是否存在異常。兩部分功能相結(jié)合，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集異常時(shí)，可準(zhǔn)確定位是終端還是電能表缺陷，同時(shí)分析具體的缺陷原因。

如圖3所示，終端現(xiàn)場采集通信分析儀由RS485輸入電路、RS485輸出電路、波形采樣、數(shù)據(jù)分析、信號(hào)合成、電源管理、顯示模塊、按鍵控制、數(shù)據(jù)輸入/輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、主控制電路等部分組成。對(duì)應(yīng)功能一：通過將電能表RS-485總線的信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和高速采樣，結(jié)合電能表的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議產(chǎn)生RS485信號(hào)波形，在主控制電路內(nèi)進(jìn)行信號(hào)分析。對(duì)應(yīng)功能二：分析儀內(nèi)配置的虛擬電能表可按照實(shí)際的電能表進(jìn)行通信參數(shù)和采集方案設(shè)置，現(xiàn)場測試時(shí)可將虛擬電能表按照現(xiàn)場已有表計(jì)的采集情況進(jìn)行配置，產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將實(shí)際的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過主控制電路進(jìn)行比對(duì)和異常分析，分析終端和電能表采集通信過程中存在的異常。其設(shè)計(jì)圖中每個(gè)部分的具體功能如下：

(1)RS485輸入電路：將來自RS-485總線的信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

(2)RS485輸出電路：輸出虛擬電能表產(chǎn)生的RS485信號(hào)。

(3)波形采樣：對(duì)RS485信號(hào)進(jìn)行高速采樣。

(4)數(shù)據(jù)分析：對(duì)RS485信號(hào)按照DL/T645-1997電能表通信協(xié)議進(jìn)行協(xié)議分析，根據(jù)傳輸協(xié)議及現(xiàn)場測試結(jié)果產(chǎn)生RS485信號(hào)波形。

(5)虛擬電能表：按DL/T 614-2007標(biāo)準(zhǔn)（多功能電能表）設(shè)計(jì)，除了采樣電路外，包含了一只真實(shí)電能表所擁有的所有電路和功能，通信協(xié)議遵守DL/T 645-1997（多功能電能表通信協(xié)議），可按照實(shí)際表計(jì)進(jìn)行通信參數(shù)和采集方案設(shè)置，且在其基礎(chǔ)上對(duì)其RS485信號(hào)幅值、通信速率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

(6)電源管理：管理整個(gè)儀器各個(gè)功能電路的供電。

(7)顯示模塊：顯示信號(hào)波形、信號(hào)測量、信號(hào)分析結(jié)果等信息。

圖3 現(xiàn)場采集通信分析儀設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

(8)按鍵控制：完成用戶操作及設(shè)置工作。

(9)數(shù)據(jù)輸入及輸出：儀器和外部設(shè)備（計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等）的接口電路。

(10)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：測試數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等信息存儲(chǔ)電路。

(11)主控制電路：由CPU（單片機(jī)）、DSP（數(shù)字處理器）及外圍電路組成，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。

3 終端現(xiàn)場采集通信分析儀功能

本文根據(jù)目前已有的通信分析設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)場終端采集通信過程中常見缺陷的分析，設(shè)計(jì)了一套計(jì)量自動(dòng)化終端現(xiàn)場采集通信分析儀。該分析儀采用便攜式設(shè)計(jì)，方便現(xiàn)場攜帶，內(nèi)嵌DL/T 645-1997多功能電能表通信協(xié)議，其具體功能包括：

(1)實(shí)現(xiàn)電能表的RS485端口測試：根據(jù)DL/T 645協(xié)議對(duì)采集終端進(jìn)行抄讀，快速判斷被測電表及RS485端口是否工作正常。

(2)實(shí)現(xiàn)終端的RS485端口測試，根據(jù)DL/T 645協(xié)議相應(yīng)數(shù)據(jù)采集終端的抄讀命令，快速判斷被測數(shù)據(jù)采集終端及RS485端口是否工作正常。

(3)可接入RS485總線上的任一位置，測試該點(diǎn)RS485信號(hào)的幅值等參數(shù)，并對(duì)該位置所采集的RS485信號(hào)進(jìn)行分析，根據(jù)測試及分析結(jié)果給出測試數(shù)據(jù)和缺陷初步分析結(jié)果。

該通信儀可用于終端現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集通信過程中的異常判定和分析，有助于終端現(xiàn)場運(yùn)維人員快速定位缺陷，提高現(xiàn)場終端采集的完整率和準(zhǔn)確率。

[1]韓麗紅.多功能電能表RS485通信接口常見問題分析[J].西北電力技術(shù)，2005(5)：41-43.

Design and implementation of field acquisition communication analyzer onmeasurement automation terminal

WU Min,LIANG Xu-chang,HUANG Zhao-peng,WANG Hua-qing,ZHONG Jia-lin

To solve the problem ofmeasurement automation terminal can't be effectively judged,a acquisition communication analyzer was designed.The defect of communication process could be analyzed and judged by the analyzer.It washelpful for themaintenance person to quickly locate the defect,and the full rate and accuracy rate of electric energy data were improved.

measurement automation terminal;field;acquisition communication analyzer;design;implementation

TM 933

A

1002-087 X(2014)10-1946-03

2014-03-18

吳敏(1980—)，女，江西省人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娔苡?jì)量。