吳靖堯 吳玨珺 許崇杰

摘? ?要：基于目前電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息完整性，可靠性有了更高的要求，且目前電力終端的通訊手段的匱乏，采集信息通道單一等問題，主要介紹一種多模電力終端的設計。終端兼容GPRS/CDMA模塊，230 MHz模塊和以太網模塊多種通訊模塊的方式，根據(jù)比對各種通訊方式的性能，選擇當前情況下最穩(wěn)定，最可靠的通訊方式進行數(shù)據(jù)傳輸，以此來滿足電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集信息的完整性和可靠性高要求。該方案使終端具備多種通訊手段，在通訊條件較差的環(huán)境下，有一定的實用價值以及參考價值。

關鍵詞：多模;電力終端;以太網通訊;無線公網通信;230 MHz通信

中圖分類號：TP39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Study on Application and Design of Multimode for Power Terminal

WU Jing-yao1？覮，WU Jue-jun2，XU Chong-jie2

（1. Jiangmen Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Liability Company，Jiangmen，Guangdong 529000，China;

2. Holley Technology Co.，Ltd，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

Abstract：Based on the current power system on the integrity of data and information，reliability has a higher requirement，and the current lack of power terminal means of communication，the acquisition of information channels are single and other issues. This paper mainly introduces the design of a multimode for power terminal. The terminal is compatible with GPRS/CDMA module，230 MHz module and Ethernet module. According to the performance comparison of various communication modes，the most stable and reliable communication mode is selected to transmit data in order to meet the requirements of high integrity and reliability of data acquisition information in power system. The scheme makes the terminal have a variety of means of communication，and has certain practical value and reference value under the poor communication conditions.

Key words：multimode;power terminal;ethernet communication;wireless communication;230 MHz communication

隨著我國電力系統(tǒng)遠端主站系統(tǒng)低壓遠程抄表的日益推進，2020年將實現(xiàn)低壓全覆蓋，自動抄表電量覆蓋率達到95%以上的目標。從而對低壓遠程抄表系統(tǒng)運行維護技術要求越來越高。然而，目前低壓運維還處于一個比較低的水平，低壓集中器只能通過單一的GPRS/CDMA通信方式與遠端主站通信，數(shù)據(jù)采集完整率無法得到保證，往往無法在電量結算日前完整、準確的將用戶用電信息自動抄回，迫使供電局自動化抄表一直處于自動化抄表和人工現(xiàn)場抄表的雙軌工作制中，給供電局電量抄核收工作帶來了極大的不便。

因此為了遠端主站系統(tǒng)能夠準確、及時、完整的實現(xiàn)低壓用戶的自動化抄表，急需增加多種通訊方式與遠端主站通信。隨著通信技術的迅猛發(fā)展和產業(yè)化程度的提升，光纜通訊，485通訊，230 MHz通訊以及北斗通訊等作為GPRS/CDMA通迅方式的補充手段，已陸續(xù)進入研發(fā)試點中。本文主要介紹一種多模上行通信增強型電力終端設計和應用研究，該終端同時支持GPRS/CDMA通通訊（雙卡雙待模式），230 MHz通訊以及以太網通訊，可以自主選擇穩(wěn)定性高的通斷進行切換連接，大幅度提升終端在線率、數(shù)據(jù)采集率，提高低壓抄表的自動化程度和數(shù)據(jù)的完整率。

1? ?目前常用的通信方式及比較

1.1? ?以太網通信

以太網（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網規(guī)范，是當今現(xiàn)有局域網采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網通信是一種使用同軸電纜作為網絡媒體，采用載波多路訪問和沖突檢測機制的通信方式，數(shù)據(jù)傳輸速率達到1 Gbit/s，可滿足非持續(xù)性網絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。其?yōu)點在于通信網絡衰減極小，良好的防干擾性能，不會受到電氣化鐵道，強電以及雷電等的干擾，網絡帶寬容量較大，網速快于無線網。缺點在于現(xiàn)場架設相對困難，后期維護不變。根據(jù)目前電力終端點多，覆蓋面廣且分布分散的特點，并不適用該方式。

1.2? ?無線公網通信

無線公網是指中國電信，中國聯(lián)通，中國移動三大運營商建有的，面向公眾開放的通信系統(tǒng)和設備。無線公網通信是指使用三大運營商的網絡，利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。其優(yōu)點實時在線，無需布線，實施及維護方便。其缺點在于傳輸距離受三大運營商基站分布影響，對一些偏遠地區(qū)或者山區(qū)基站信號分布不到就無法通信?？煽啃暂^低，受影響天氣影響較大。

1.3? ?230 MHz無線通信

230 MHz頻段無線通信是工作在230 MHz頻段的無線寬帶通信方式。其優(yōu)點在于具有頻譜使用率低，干擾源少，傳播算好小，，覆蓋距離遠，天氣對信號傳播性影響小的特點，由于基站是自己建設，所以可針對終端位置，自己定義設置。后期維護成本上低于其他系統(tǒng)。其缺點在于前期建網投入大，大面積建設比較困難。

2? ?多模終端的設計

2.1? ?多模終端的預計實現(xiàn)功能

一種多模上行通信增強型智能集中器技術研究和試點應用將完成低壓集抄集中器多模通信，采集完整率100%等工作;通過電力現(xiàn)場作業(yè)人員實際的應用后，進行應用驗證和豐富提升，取得技術應用經驗，并進行推廣。

2.2? ?硬件設計

2.2.1? ?電力終端基礎設計

硬件采用ATMEL公司的AT91SAM9G25? ARM9芯片作為主控芯片。配置包括內存：KMT47H32M16HR-25E、 NandFlash： MT29F1G08 ABAEWP、時鐘：RX8025T、Fram：FM25CL64、計量芯片：ADE7878ACPZ、160x160液晶顯示等主要器件。原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)平臺采用Linux2.6.39。

使用Linux完全開發(fā)源代碼的系統(tǒng)平臺，開發(fā)系統(tǒng)中用到的底層驅動程序，包括交流采樣、SPI、IIC總線及器件的驅動、串口通訊驅動、GPRS/CDMA等多種模塊驅動程序。

電力終端通過一路485和230 MHz模塊建立連接，交互AT報文，通過串口通訊和無線公網模塊建立連接，交互AT報文。原理框圖如圖2所示。

2.3? ?軟件設計

2.3.1? ?無線公網模塊撥號流程軟件設計

電力終端采用外部協(xié)議棧撥號上線。當電力終端上電后通過AT指令AT+CPIN判斷卡槽內是否插入SIM卡，然后執(zhí)行CMUX建立虛擬通道，通過AT命令AT$MYSYSINFO，確認SIM卡制式后，設選擇對應制式的通信參數(shù)進行撥號，如果終端內部沒有配置對應制式的通信參數(shù)則終止撥號，斷電關閉模塊。在撥號過程中，如果在設定時間內模塊無響應或則模塊回復ERR，則撤銷本次撥號命令，重新開始撥號。當撥號次數(shù)大于限定次數(shù)，則復位無線公網模塊。此時如果模塊內插有兩張SIM卡，下發(fā)AT命令AT$MYSIMAPP，切換到另一張卡模式。進入新卡的撥號流程。如只有一張卡則重復以上撥號流程。當數(shù)次撥號失敗后，終端對改模塊進行斷電關閉處理。避免對無效的模塊或者無效的SIM卡連續(xù)撥號，空耗終端的內部資源消耗。等待一定的時間后，再去嘗試撥號流程。外部協(xié)議棧撥號如圖3所示。

2.3.2? ?230 MHz模塊通信開發(fā)設計

230無線系統(tǒng)采用扁平化的全IP網絡架構，組網靈活。無需SIM卡，無需撥號。

本次電力終端為了增加模塊的兼容性，保持模塊撥號流程的一致性。采用和無線公網模塊一致的外部協(xié)議撥號流程，通過AT命令對230MHz模塊進行控制撥號連接。

230 MHz模塊需要按《中國南方電網公司遠程模塊接口協(xié)議》設計，符合電力終端和模之間的接口，功能要求，以及AT指令集。當230 MHz模塊無法連接到230無線系統(tǒng)時，模塊在流程中任意步驟應答回復錯誤，電力終端隨即開始重新?lián)芴?。當撥號次?shù)大于限定值，則斷電關閉模塊。外部協(xié)議棧撥號如圖3所示。

2.3.3? ?無線公網通信與230 MHz通信切換軟件設計

電力終端啟動后，通過串口探測，判斷是否接入230模塊以及無線公網模塊。然后分別對230模塊以及無線公網模塊下發(fā)AT命令進行撥號連接。如果只有一種模塊撥號成功的情況，則使用該模塊作為通信主通道和遠端主站進行通信。如果兩種模塊同時連接成功的情況，則進入信號判斷比對流程。終端會比較兩個模塊的信號強度，選擇其中信號較強的通道，作為通信的主通道。同時關閉信號較差的通道。

電力終端每經過T個時間通訊后，進入周期性信號判斷流程，判斷當前主通道信號強度是否高于X閾值。如果信號高于X值，電力終端繼續(xù)以該通道作為主通道進行通訊。如果信號低于X值，則重新打開備用通道模塊，進行撥號連接。如果備用通道模塊撥號成功，電力終端重新進入信號判斷比對流程，再次選擇信號較強的通道作為主通道。如果撥號失敗，則繼續(xù)以原主通道作為主通道進行通訊。通信切換流程如圖4所示。

2.3.4? ?以太網通信設計

通過硬件引腳檢測電力終端是否插入以太網線。判斷以太網物理連接正常后，判斷終端是否配置有以太網通訊參數(shù)。根據(jù)以太網的參數(shù)信息去連接主站。當終端同時配置無線通信參數(shù)和以太網通信參數(shù)時，以太網和無線網網絡之間可采用雙通道同時在線方式。

電力終端可以同時登陸兩個主站。當終端主動傳遞數(shù)據(jù)時，同時對兩個通道一起上傳，兩個主站都能收到相同的數(shù)據(jù)。如其中一個遠端主站通過其中一個通道控制終端或者抄讀終端內數(shù)據(jù)時，電力終端只使用單通道向對應的遠端主站發(fā)送數(shù)據(jù)。

4? ?結? ?論

介紹了設計電力終端上行雙模/多模通信模式，通信模式支持4G、230 MHz、LAN、光纖中的兩種或多種通信方式;通信模塊符合南網的技術規(guī)范，根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)實環(huán)境選擇最適的通訊方式，電力終端一旦檢測到當前采用的通信方式不穩(wěn)定時，則自動切換至其它通信方式。因此，能夠保證電力終端100%在線，電力終端和遠端主站的采集完整率100%，大幅降低低壓集抄現(xiàn)場工作量，提高低壓集抄工作效率，保證低壓集抄工作準確性。

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