李春海甄綱王曦賀子洋

（1.石家莊科林電氣股份有限公司 2.國網(wǎng)石家莊供電公司）

KE-6640多功能用電智能測試儀的設(shè)計和實現(xiàn)

李春海1甄綱2王曦2賀子洋2

（1.石家莊科林電氣股份有限公司 2.國網(wǎng)石家莊供電公司）

國家電網(wǎng)公司對用電信息采集系統(tǒng)的推廣普及，大大提高了以前人工對用電信息的采集、統(tǒng)計、分析的效率，但是隨著電能表、采集器和集中器的數(shù)量越來越多，集中器、電能表的故障也相應(yīng)增多，例如載波通信、GPRS無線通信和RS485通信等。KE-6640多功能用電智能測試儀適用于智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的現(xiàn)場管理、遠程調(diào)試、故障診斷等。本文詳述了KE-6640的開發(fā)思路與方法。

集中器；載波；GPRS；多功能用電智能測試儀

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用電區(qū)域不斷擴大，電能表、采集器和集中器的數(shù)量越來越多，集中器、電能表等用電設(shè)備的故障也相應(yīng)增多。目前各載波方案無法互聯(lián)互通，運維人員需要攜帶多種測設(shè)儀器和相關(guān)設(shè)備，如各種載波或微功率方案供應(yīng)商提供的掌機、抄控器分別進行運維。運維人員需要學(xué)習(xí)各種設(shè)備的操作方法，某些復(fù)雜情況下還需要采用筆記本電腦等工具，導(dǎo)致運維難度大和工作量大。臺區(qū)串?dāng)_、臺區(qū)歸屬問題一直是現(xiàn)場運維的難點，使用專門的臺區(qū)識別儀成本高、攜帶不方便。同時使用不同的儀器測試不同的設(shè)備，許多現(xiàn)場運維經(jīng)驗無法共享。KE-6640多功能用電智能測試儀提供了一種現(xiàn)場測試設(shè)備，功能接口豐富、齊全，體積小巧，攜帶方便，用來診斷、分析智能電表及用電信息采集終端現(xiàn)場各種問題，并可記錄輔助設(shè)備的測試結(jié)果，生成綜合測試報告［1］。

1 測試儀的硬件研發(fā)

KE-6640多功能用電智能測試儀采用模塊化的設(shè)計思想，分為主機和外置式模塊適配器兩部分。

1.1 主機

主機中包括CPU、存儲器、觸摸屏、鍵盤、通信接口、移動通信模塊、電源模塊、攝像頭。通信接口包括RS232接口、RS485接口、以太網(wǎng)接口、USB接口。通信模塊包括GPS模塊、移動通信模塊、藍牙模塊、紅外模塊、WiFi模塊和臺區(qū)識別分機模塊。測試儀主機可插臺區(qū)識別分機模塊，與市電的接線端子連接。如圖1所示。

圖1 測試儀主機結(jié)構(gòu)圖

1.2 外置式模塊適配器

測試儀中還包括與主機連接的外置式模塊適配器。外置式模塊適配器包括MCU和連接通信外置模塊的電路，具備通信外置模塊對應(yīng)的插孔和A、B、C、N接線端子；外置模塊包括集中器上的本地通信模塊和遠程通信模塊。

外置模塊適配器左側(cè)插槽為本地通信模塊，即載波或微功率模塊，可同時兼容2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的本地通信模塊；右側(cè)插槽為遠程通信模塊，即GPRS等模塊，亦可同時兼容2013版標(biāo)準(zhǔn)國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的遠程通信模塊。由于兩種標(biāo)準(zhǔn)的針引腳定義不同，硬件的設(shè)計難點就在于如何同時兼容兩種標(biāo)準(zhǔn)的模塊。

1.2.1 本地通信模塊

本地通信模塊2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為26針，2009版國網(wǎng)模塊為22針。由于外置式模塊適配器不負責(zé)測試網(wǎng)絡(luò)接口，2009版國網(wǎng)模塊的15～20針引腳可以不用。兩個標(biāo)準(zhǔn)中，第9針在2013版國網(wǎng)模塊為GND，2009版國網(wǎng)模塊為RST，將此針引腳設(shè)置為RST，并不影響2013版國網(wǎng)模塊的使用。

因此將外置式模塊適配器上本地通信模塊的插孔設(shè)置為26個插孔，管腳定義見下表［2-3］。

下表的設(shè)置可同時保證兩種標(biāo)準(zhǔn)的模塊正常使用。在外置式模塊適配器設(shè)置1個撥碼開關(guān)進行選擇控制，MCU讀取開關(guān)位置，可以知道按照哪種標(biāo)準(zhǔn)進行通信。

1.2.2 遠程通信模塊

2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)遠程模塊與2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)遠程模塊引腳數(shù)量，間距相同，但是針引腳定義差別較大，因此在開發(fā)設(shè)計中，使用相同的插孔接口，輔助模塊開關(guān)和通道選擇開關(guān)實現(xiàn)兼容設(shè)計。

參看圖2，撥碼開關(guān)K1用于選擇模塊標(biāo)準(zhǔn)，MCU讀取PIO3_3腳的電平，可以判斷選擇哪種標(biāo)準(zhǔn)的模塊。確定模塊標(biāo)準(zhǔn)后，使用74LVC125作為通道選擇開關(guān)來選擇通道。圖2中給出了兩個通道選擇電路原理圖。設(shè)計例一，2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，20腳為STATE4，2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，19腳為STATE4。通過MCU的管腳MCU_ STATE4，可以選擇MCU的STATE4連接插孔接口的第20腳或第19腳；設(shè)計例二，2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，5腳為TXD，2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，10腳為TXD。通過MCU的管腳MCU_ RXD，可以選擇插孔接口的第5針腳或第10針腳作為MCU的TXD。其他定義不同的引腳同樣可以按照上述方式連接處理，這里不再詳細描述。

表 外置式模塊適配器左模塊針腳定義

2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的有效引腳為：1～6、12、3～20、27～30，2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的有效引腳為：1～5、7、9、 11、13、16、18～20、24～30，每個74LVC125可以選擇4個數(shù)字信號的通道，通過設(shè)置多個74LVC125，完成不同標(biāo)準(zhǔn)的管腳與MCU的連接［4］。

圖2 通道選擇電路原理圖

上面是針對數(shù)字信號提出的解決方法，對于電源來說，因為芯片功率有限，無法采用上述方法。解決上述問題的一種方案是使用撥碼開關(guān)，對電源的通斷進行控制。另外一種技術(shù)方案，是通過管腳選擇，關(guān)斷不需要的電源。如圖3所示，PIN5腳在2013版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中是串口的TXD，在2009版國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中是5V電源。將MCUTXD置為高電平，置MCU-VDD5V為低電平，此時PIN5為串口的TXD；將MCU-TXD置低電平，置MCUVDD5V為高電平，此時PIN5為5V電源。

2 測試儀的軟件功能

KE-6640多功能用電智能測試儀亦采用模塊化的開發(fā)思想，采用功能強大的Cotex-A8處理器，運行速率1.6GHz，內(nèi)存1G，F(xiàn)LASH 8G，可外擴32G TF卡，流暢運行Android系統(tǒng)，應(yīng)用Java語言進行開發(fā)。軟件系統(tǒng)分為如下幾個功能模塊。

2.1 電表檢測

具備紅外、載波、RS485等通信接口，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇相應(yīng)通信方式與電表通過DL/T645規(guī)約進行通信，并對電表進行功能測試。

圖3 電源的通斷控制

2.2 終端檢測

配置了功能強大的國網(wǎng)GDW1376.1主站軟件，可通過GPRS、以太網(wǎng)、RS232、紅外、RS485等通信方式與遵循GDW1376.1通信規(guī)約的各種終端進行通信，實現(xiàn)現(xiàn)場或遠程調(diào)試集中器、抄讀歷史數(shù)據(jù)、抄讀實時數(shù)據(jù)等功能。

2.3 故障診斷

可通過紅外、RS485、載波等方式與現(xiàn)場電能表進行通信，快速診斷電能表故障。

2.4 數(shù)據(jù)交互

可把歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel 數(shù)據(jù)表格，可通過Web Service接口或中間數(shù)據(jù)庫與主站系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。

2.5 臺區(qū)識別

可插入臺區(qū)識別模塊，通過“現(xiàn)場維護單元”檢查電表及終端的相序，實現(xiàn)臺區(qū)識別的功能。

2.6 條碼掃描

內(nèi)置500萬像素攝像頭，可現(xiàn)場拍照及條掃描碼。

2.7 GPS定位

內(nèi)置GPS定位功能，輸出經(jīng)緯度信息。

2.8 本地模塊檢測

與現(xiàn)場維護單元通過USB線連接，直接發(fā)送1376.2報文，檢測集中器本地通信模塊。

2.9 遠程模塊檢測

與現(xiàn)場維護單元通過USB線連接，按照1376.2規(guī)約操作集中器遠程通信模塊，檢測其是否故障。

2.10 換表管理

電表更換時，測試儀把新、舊電表表碼、電流、電壓、功率等信息抄讀并保存到數(shù)據(jù)庫，并現(xiàn)場拍照，生成文件保存。數(shù)據(jù)文件可通過U盤導(dǎo)出。

3 結(jié)束語

KE-6640多功能用電智能測試儀是我公司在多年電力行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合電力用戶最新現(xiàn)場需求設(shè)計的一款非常實用的產(chǎn)品。該產(chǎn)品適用于智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的現(xiàn)場管理、遠程調(diào)試、故障診斷，節(jié)約了人力、物力，直接和間接經(jīng)濟效益明顯。

［1］ 胡江溢，祝恩國，杜新綱，等.用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］. 電力系統(tǒng)自動化， 2014（2）： 131-135.

［2］ 劉宣，唐悅，等. Q/GDW 1375.2—2013電力用戶用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（第2部分）：集中器型式規(guī)范［S］.

［3］ 章欣，周宗發(fā)，等. Q/GDW 375.2—2009電力用戶用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（第2部分：集中器型式規(guī)范）［S］

.［4］ 汪激.微計算機檢測中高精度程控放大器及多通道選擇電路［J］. 電測與儀表， 1988（12）：6-7.

（2016-08-24）