宋　芳

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南　鄭州　450000）

?

一種通用型電力線載波抄控器設(shè)計(jì)

宋芳

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450000）

摘要：目前正在進(jìn)行的電能信息采集系統(tǒng)建設(shè)，在集中器與電能表（或采集器）之間通信信道的選擇上，多采用電力線載波。這是因?yàn)椴捎秒娏€載波通信，無需重新布線，極大地降低了前期投入和施工成本。在調(diào)試和維護(hù)以電力線載波作為信道的電能信息采集時(shí)，抄控器是必不可少的常用工具。文章依據(jù)國網(wǎng)電能信息采集系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程實(shí)踐提出的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)一種通用型的電力線載波抄控器。

關(guān)鍵詞：電能信息采集；電力線載波；抄控器

國內(nèi)電力線載波技術(shù)的方案廠家眾多，在調(diào)試和維護(hù)不同方案廠家的電能信息采集系統(tǒng)時(shí)，往往需要使用不同廠家的抄控器，購買不同廠家的抄控器占用不少資金，而且工程人員在現(xiàn)場攜帶工具不方便，不同的抄控器使用方法又有區(qū)別。國家電網(wǎng)在2013年發(fā)布了電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的系列規(guī)范，對電能信息采集系統(tǒng)中的各種設(shè)備都有明確的定義和標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)設(shè)備廠商為現(xiàn)場提供的設(shè)備都是經(jīng)過檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)的。參照這些標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一種通用的載波抄控器，使其能夠適應(yīng)不同的載波方案，為工程人員的調(diào)試和維護(hù)工作提供強(qiáng)有力的工具技術(shù)支持。

1　抄控器的總體設(shè)計(jì)

在電能信息采集系統(tǒng)中，單相表通信單元是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，不同載波方案廠家生產(chǎn)的模塊，其外型尺寸、引腳定義、接口電平、通信協(xié)議等都符合國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一致性要求，且該模塊在現(xiàn)場用量最大。設(shè)計(jì)一款抄控器，使其在插上不同廠家的單相表通信單元后，能夠?qū)崿F(xiàn)串口數(shù)據(jù)和載波數(shù)據(jù)的通信轉(zhuǎn)換，就可以作為一種通用型的電力線載波抄控器。該抄控器的功能框圖如圖1所示。

圖1　抄控器功能框圖

2　抄控器的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1電源模塊設(shè)計(jì)（見圖2）

圖2　抄控器電源模塊原理

考慮到成本和可靠性，以及抄控器對電源功率的需求在3W左右即可滿足，決定采用變壓器方案。抄控器的輸入電壓為市電AC220V，經(jīng)過變壓器T1降壓后為AC11V，然后進(jìn)入整流橋U1，U1的輸出是脈動的直流電壓，在輸出端并接濾波電容C2和C1，大容量的C1濾除直流中的低頻成份，小容量的C2濾除直流電壓中的高頻成份，經(jīng)過濾波后的直流電壓+12V供給單相表通信單元，作為單相表通信單元的工作電壓。同時(shí)，+12V電壓經(jīng)過U2線性降壓穩(wěn)壓為+3.3V，輸出端并接儲能電容C3和濾波電容C4，給設(shè)備中的低壓集成電路提供電源。外部輸入的市電AC220V，連接到單相表通信單元適配座的強(qiáng)電引腳，為電力線載波信號耦合提供信道。

2.2單相表通信單元適配座設(shè)計(jì)（見圖3）

圖3　單相表通信單元適配座原理

單相表通信單元在抄控器上使用時(shí)，在結(jié)構(gòu)滿足可靠插接要求的前提下，必須將TXD，RXD，+12V，GND引腳通過適配座連接到抄控器上，其他信號引腳可以不連線。單相表通信單元的適配座采用板載式雙排插座，弱電接口使用高度8.5mm的2×6插座，強(qiáng)電接口使用高度8.5mm的2×4插座，為增加強(qiáng)電接口L，N之間的安全間距，強(qiáng)電接口插座的3，4，5，6腳設(shè)計(jì)為空腳，做抽針處理，電路板上不做焊盤設(shè)計(jì)。

2.3外部接口模塊設(shè)計(jì)（見圖4）

圖4　抄控器外部接口模塊原理

抄控器在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)，需要連接電腦發(fā)送抄控命令到電力線載波，與電腦連接的接口為RS232接口。單相表通信單元提供的外部接口為TTL接口，因此需要設(shè)計(jì)接口轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)抄控器與電腦對接。如圖4所示，使用集成電路U3（MAX3232）完成收發(fā)的TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片具有兩路轉(zhuǎn)換通道，選擇其中的一路（本設(shè)計(jì)選擇第二路），將T2IN與單相表通信單元的發(fā)送引腳DCE-TXD連接，將R2OUT與單相表通信單元的接收引腳DCE-RXD連接。T2OUT和R2IN引腳為RS232電平，在MAX323芯片的232電平一側(cè)，為了適應(yīng)工程現(xiàn)場的不同情況，抄控器設(shè)計(jì)有一公（J2）一母（J1）2個(gè)DB9接口，工程人員可以根據(jù)情況，選擇不同接口與電腦連接。圖4中的電容C6，C7，C8，C9是0.1uF的倍壓電容，為電平轉(zhuǎn)換提供電壓，電容C5是芯片的退耦電容，提高通信的可靠性。電阻R1，R2串聯(lián)在RS232的接收和發(fā)送線上，可以有效地抑制通信線上的干擾信號，對MAX232芯片起到保護(hù)作用。

2.4聲光指示模塊設(shè)計(jì)

為方便現(xiàn)場人員使用，抄控器設(shè)計(jì)有蜂鳴器和指示燈。通過指示燈的閃爍和蜂鳴器的鳴叫，能夠清晰的判斷抄控器的工作狀態(tài)。原理如圖5所示，發(fā)光二極管D4，D5，D6為紅色，LS1為蜂鳴器。當(dāng)抄控器上電后，電源指示燈D6亮。沒有數(shù)據(jù)通信時(shí)，D4，D5滅，蜂鳴器不鳴叫。當(dāng)有數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，蜂鳴器鳴叫，同時(shí)可以通過指示燈來判斷數(shù)據(jù)的通信過程：抄控器接收載波上的數(shù)據(jù)時(shí)，指示燈D4閃爍；抄控器向載波上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，指示燈D5閃爍。圖5中集成電路U6（74HC1G08GW）為單與門芯片，用來完成收發(fā)邏輯電平轉(zhuǎn)換輸出，輸出后的電平信號送到三極管Q1的基極，Q1驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。

圖5　抄控器聲光接口模塊原理

2.5安全設(shè)計(jì)

工程應(yīng)用現(xiàn)場的電網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，因此在AC220的輸入端設(shè)計(jì)有保護(hù)電路，如圖2所示，保險(xiǎn)管F1在后級出現(xiàn)短路過流故障時(shí)，可以切斷電源，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大；壓敏電阻RV1，在線路上出現(xiàn)雷擊浪涌強(qiáng)干擾信號時(shí)，可以將外部電壓嵌位在安全電壓上，保護(hù)抄控器免受損壞；安規(guī)電容CX1跨接在L，N之間，濾除電力線上的高頻干擾，保護(hù)變壓器和后級的弱電部分。

2.6外殼設(shè)計(jì)

作為調(diào)試工具的抄控器，從便于攜帶和安全出發(fā)，外殼采用ABS防火防紫外線塑料，外套一層橡膠防護(hù)套，密封防水，防震，體積小巧。

3　結(jié)語

根據(jù)電能信息采集系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并從工程實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)出的通用型的載波抄控器能夠兼容目前主流的載波方案廠家，為電能信息采集系統(tǒng)的載波信道調(diào)試，提供了方便而實(shí)用的工具，受到工程使用人員的好評，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［參考文獻(xiàn)］

［1］陳鳳，鄭文剛，申長軍，等.低壓電力線載波通信技術(shù)及應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009（22）：84-85.

［2］張靜，杭鑫，孫環(huán)宇.低壓配電網(wǎng)中電力線載波通信及其組網(wǎng)方式［J］.中國電力教育，2010（19）：134-135.

［3］楊茹.基于ARM的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2013.

［4］張曉東.低壓電力線載波抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

［5］馬亞彬，林向陽，錢波，等.集中抄表終端通道檢測裝置的研制［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2015（16）：99-100.

Design of an Universal Power Line Carrier Copy Controller

Song Fang
(Henan Industrial and Trade Vocational College，Zhengzhou450000, China)

Abstract：At present is carrying on the electric energy information acquisition system construction, in the concentrator and electric energy meter (or collector) communication channel between the choice, the use of power line carrier. This is because the use of power line carrier communication, no need to re wiring, greatly reducing the upfront investment and construction costs. In the debugging and maintenance of power line carrier as a channel of power information acquisition, the copy control is essential to adjust the common tool. In this paper, based on the relevant standards of the State Grid electric power information collection system, and combining with the actual demand of engineering practice, this paper designs a kind of universal power line carrier.

Key words：electric energy information collection; power line carrier; copy control device

作者簡介：宋芳（1981-），女，河南南陽，碩士，講師；研究方向：電子技術(shù)，檢測技術(shù)。