任彬

摘 要：文章討論了電力行業(yè)里一個智能臺區(qū)范圍內(nèi)的通信組網(wǎng)方案。就目前比較成熟的幾種通信手段，文章著重分析了它們在臺區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)用的可能性和可行性。最后文章給出了一個實際產(chǎn)品設(shè)計，在這個產(chǎn)品設(shè)計里，多種通信手段都得到了實現(xiàn)，從而可以為臺區(qū)通信提供最有效的組網(wǎng)方案。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；電力載波；光纖；GPRS；Zigbee；RS485

引言

配電網(wǎng)最后一公里通信一直是電網(wǎng)通信領(lǐng)域研究的重點。作為電網(wǎng)的末端，配電臺區(qū)集合了電網(wǎng)的配電和用電兩大環(huán)節(jié)。可以這么說，研究配電臺區(qū)內(nèi)通信組網(wǎng)就是在研究配電網(wǎng)的通信組網(wǎng)。目前，通信組網(wǎng)可以分成有線通信和無線通信兩種：

有線通信包括網(wǎng)絡(luò)、RS485、電力載波、CAN總線等，通信介質(zhì)一般是雙絞線和光纖。網(wǎng)絡(luò)通信距離一般在百米范圍內(nèi)，主要是用于裝置對上通信，能采用網(wǎng)絡(luò)通信的地方，其通信環(huán)境一般不錯；RS485通信距離一般在幾百米范圍內(nèi)，速率低的話可以過千米，它可以對下通信，也可以對上通信，這是目前應(yīng)用比較多的通信手段；窄帶電力載波方式在用電信息采集系統(tǒng)環(huán)節(jié)得到了大量的應(yīng)用，是國網(wǎng)在低壓抄表環(huán)節(jié)對下通信的主要通信方式，由于智能臺區(qū)集合了電網(wǎng)的配電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)，所以該通信方式必將在智能臺區(qū)通信組網(wǎng)里得到大量應(yīng)用；CAN總線通信，通信距離可以到幾公里，不過，由于該通信在鏈路層稍微復雜一些，在臺區(qū)組網(wǎng)內(nèi)大面積用的可能性不高，只能作為主流通信方式的補充。

無線通信一般有GPRS、Zigbee通信、wifi、紅外、小無線RF等。GPRS通信主要用于數(shù)據(jù)遠傳，通信距離在幾十公里以上，可以選擇GPRS無線通信，該通信方式的一個主要劣勢就在于它需要借用移動或電信公司的通信信道，會產(chǎn)生通信流量費用，所以，局部幾公里范圍內(nèi)的通信組網(wǎng)一般不采用GPRS通信；Zigbee和wifi通信方式主要是工作在2.4G無線公共頻段，二者比較而言，wifi需要的功耗大，一般外接電源，ZigBee的傳輸速度不高（<250Kbps），但是功耗很低，使用電池供電一般能用3個月以上，在智能臺區(qū)這個應(yīng)用對象里，二者都能得到大量應(yīng)用，一般幾公里范圍內(nèi)的組網(wǎng)一般會選擇這兩種通信方式中的一種作為組網(wǎng)手段；紅外和小無線RF主要用于非接觸式裝置調(diào)試。

電力系統(tǒng)共分五大環(huán)節(jié)：發(fā)、輸、變、配、用。配電臺區(qū)是電網(wǎng)線路的供電末端，它集合了電網(wǎng)的配電和用電兩大環(huán)節(jié)，下文所述的智能臺區(qū)監(jiān)控裝置就是以整個臺區(qū)為監(jiān)控對象。首先，裝置要對臺區(qū)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)線路進行監(jiān)控，線路運行數(shù)據(jù)需要檢測，臺區(qū)內(nèi)線路運行質(zhì)量也需要管理；其次，它還要以通信組網(wǎng)的方式把臺區(qū)內(nèi)所有帶通信接口的設(shè)備或子系統(tǒng)連接起來，匯總、分析、存儲它們的數(shù)據(jù)；最后，它還要具備數(shù)據(jù)遠傳的能力，從而把本裝置所在的臺區(qū)作為一個組網(wǎng)節(jié)點，匯入到上一級更大的系統(tǒng)組網(wǎng)里。從這里可以得知，通信組網(wǎng)的方案設(shè)計是本智能臺區(qū)監(jiān)控終端設(shè)計里的核心環(huán)節(jié)。

1 方案設(shè)計

臺區(qū)監(jiān)控裝置支持如下通信方式：

以太網(wǎng)接口：2個，用于光纖以太網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳，以及臺區(qū)內(nèi)其他子系統(tǒng)接口，如：臺區(qū)安防子系統(tǒng)。

GPRS無線通信：1個，用于數(shù)據(jù)遠傳。

RS485接口：4個，接口數(shù)可擴，用于臺區(qū)內(nèi)485通信，以及和臺區(qū)內(nèi)其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，如：用電子系統(tǒng)、低壓保護子系統(tǒng)等。

低壓電力載波：1路，用于臺區(qū)內(nèi)集中抄表。

Zigbee無線通信：1路，可擴，用于臺區(qū)內(nèi)系統(tǒng)組網(wǎng)，譬如臺區(qū)防竊電子系統(tǒng)，臺區(qū)環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)等。

紅外接口：1路，用于非接觸式裝置調(diào)試，譬如掌上手持PDA工具調(diào)試。

2 硬件設(shè)計

智能臺區(qū)監(jiān)控終端硬件設(shè)計以 Cortex M3系列32位處理器作為CPU，其余芯片亦選用工業(yè)級芯片，通信回路都是各自隔離。具體如圖1。

3 軟件設(shè)計

整個裝置通信軟件采用分層的模塊化結(jié)構(gòu)，把軟件分成系統(tǒng)層、驅(qū)動層、數(shù)據(jù)庫層和規(guī)約應(yīng)用層四個部分。系統(tǒng)層主要是裝置嵌入式實時操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)；驅(qū)動層主要是與各個通信口對應(yīng)的驅(qū)動芯片或模塊相關(guān)的讀寫服務(wù)；數(shù)據(jù)庫層主要是包括各種規(guī)約和數(shù)據(jù)庫的接口定義以及讀寫服務(wù)；規(guī)約應(yīng)用層主要是對外各種不同規(guī)約的解析。各層間的相互關(guān)系如圖2。

圖2

4 結(jié)束語

文章主要就電力行業(yè)一個智能臺區(qū)范圍內(nèi)的通信組網(wǎng)進行了分析，并在隨后提出了一個智能臺區(qū)監(jiān)控終端的通信設(shè)計方案，該組網(wǎng)方案可有效管理臺區(qū)設(shè)備和運行狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場配置和工況指標智能調(diào)節(jié)現(xiàn)場運行設(shè)備，以達到臺區(qū)智能、經(jīng)濟、可靠運行。

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