王紹槐，李劍鳴，譚志新，劉睿芳

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司株洲供電分公司，湖南株洲412000)

0 引言

用電信息采集系統(tǒng)已經(jīng)成為電力部門營(yíng)銷管理的重要技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力用戶的全采集、全費(fèi)控[1-4]。系統(tǒng)上行通信主要采用無線公網(wǎng)，下行通信包括RS485、載波等[5-8]。在系統(tǒng)建設(shè)過程中，經(jīng)常遇到某些地下室臺(tái)區(qū)無公網(wǎng)信號(hào)覆蓋的問題，通常的處理辦法:①加裝信號(hào)放大器，但這種方法要求離集中器較近的地方有公網(wǎng)信號(hào)，否則將要敷設(shè)很長(zhǎng)的饋線；②延長(zhǎng)天線的饋線，這種方法同樣需要離集中器較近的地方有公網(wǎng)信號(hào)覆蓋；③將集中器移到地面，總表更換為載波表[9]，這種方法不能滿足對(duì)臺(tái)區(qū)總表電壓、電流、表碼、功率等高密度的采集。以上方案都存在較大的局限性。

本文改進(jìn)現(xiàn)有Ⅱ型采集器[10]，實(shí)現(xiàn)RS485與載波雙向主動(dòng)通信，構(gòu)建“RS485—載波—RS485”的組網(wǎng)模式，完成無公網(wǎng)信號(hào)覆蓋地下室臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)采集。

1 技術(shù)原理

1.1 Ⅱ型采集器改進(jìn)前的工作模式

當(dāng)前，市場(chǎng)上存在的Ⅱ型采集器是一種“RS485—載波”轉(zhuǎn)換裝置，但采集器的通信分為主從模式，載波為主動(dòng)端，RS485端為被動(dòng)端，如圖1所示。

圖1 Ⅱ型采集器結(jié)構(gòu)

采集器的通信分為:

1)等待狀態(tài)。載波端與485端均處于接收狀態(tài)，但不響應(yīng)485端輸入數(shù)據(jù)，只響應(yīng)載波端輸入數(shù)據(jù)。

2)通信狀態(tài)。載波端收到數(shù)據(jù)后，若數(shù)據(jù)合法，則向485端輸出，同時(shí)，等待485端應(yīng)答，若應(yīng)答超時(shí)，則放棄485等待，進(jìn)入采集器等待狀態(tài)。若收到485的應(yīng)答數(shù)據(jù)，則向載波輸出，輸出完成后進(jìn)入采集器等待狀態(tài)。

因此，采集器只能單方向由載波端主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，無法實(shí)現(xiàn)485端主動(dòng)傳輸。只能單個(gè)使用，無法成對(duì)使用，無法構(gòu)建“RS485—載波—RS485”組網(wǎng)模式。

1.2 Ⅱ型采集器改進(jìn)后的工作模式

修改采集器的工作模式，在載波端與485端都能主動(dòng)發(fā)起通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。

1)等待狀態(tài):載波端與485端均處于接收狀態(tài)，對(duì)載波端與485端的數(shù)據(jù)輸入，都能響應(yīng)。

2)載波數(shù)據(jù)輸入:當(dāng)載波端有數(shù)據(jù)輸入，485端無數(shù)據(jù)輸入，則在載波數(shù)據(jù)輸入完成，驗(yàn)證合法后，485轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，485輸出數(shù)據(jù)。

3)485數(shù)據(jù)輸入:當(dāng)載波端沒有數(shù)據(jù)輸入，485端有數(shù)據(jù)輸入，則在485數(shù)據(jù)輸入完成，驗(yàn)證合法后，載波轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，載波輸出數(shù)據(jù)。

4)載波與485端同時(shí)有數(shù)據(jù)輸入:載波輸入數(shù)據(jù)優(yōu)先，放棄485輸入數(shù)據(jù)，載波數(shù)據(jù)驗(yàn)證合法后，485端轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，485輸出數(shù)據(jù)。

方案的關(guān)鍵在于改變了采集器的工作模式，由原來載波端與485端的主從模式，改為對(duì)等模式，并規(guī)定兩端同時(shí)有數(shù)據(jù)輸入時(shí)的優(yōu)先級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了載波與RS485數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)，構(gòu)建“RS485—載波—RS485”的組網(wǎng)模式。當(dāng)兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的、采用RS485通信的設(shè)備，為避免敷設(shè)長(zhǎng)距離的通信電纜，可在兩端各安裝一個(gè)“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，兩端采用485通信，中間依靠電力線載波通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，如圖2所示。

圖2 “RS485—載波—RS485”組網(wǎng)模式

1.3 雙向轉(zhuǎn)換器的通信特性

“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以半雙工的通信方式實(shí)現(xiàn)485信號(hào)和載波信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)換，分為窄帶載波和高速載波(HPLC)兩款，以適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。兩款的主要技術(shù)參數(shù):

1)窄帶載波特性。調(diào)制方式OFDM，載波工作頻率390±33 kHz，數(shù)據(jù)速率4.8～20 kbps。

2)寬帶載波特性。調(diào)制方式OFDM，默認(rèn)工作頻段2.4～5.6 MHz，可支持0.7～2.9 MHz、2～12 MHz，數(shù)據(jù)速率300 kbps～5 Mbps，在同一個(gè)電氣網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)轉(zhuǎn)換器時(shí)，不需要人工去配置網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，可自動(dòng)組網(wǎng)。

3)485通信特性。通信速率可支持1 200 bps、2 400 bps、4 800 bps、9600 bps四種，默認(rèn)9 600 bps，偶校驗(yàn)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接口設(shè)備自適應(yīng)，不做規(guī)約解析，數(shù)據(jù)透明轉(zhuǎn)發(fā)。

2 應(yīng)用場(chǎng)景

“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以直接與現(xiàn)有485接口設(shè)備連接，無需更換現(xiàn)有設(shè)備，安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。

2.1 地下室無公網(wǎng)信號(hào)覆蓋臺(tái)區(qū)總表數(shù)據(jù)采集

對(duì)于地下室無公網(wǎng)信號(hào)覆蓋的臺(tái)區(qū)，將集中器安裝到地面有信號(hào)的位置，居民戶表采用載波通信，數(shù)據(jù)采集不受影響。由于臺(tái)區(qū)總表靠近變壓器安裝，且在地下室，總表與集中器之間需要敷設(shè)很長(zhǎng)的485線，此時(shí)可在集中器與臺(tái)區(qū)總表處各安裝一個(gè)“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，無需敷設(shè)485通信線，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)總表數(shù)據(jù)的透明采集，如圖3所示。

基于頻分復(fù)用原理，在居民抄表為窄帶載波臺(tái)區(qū)，選用高速載波轉(zhuǎn)換器。在居民抄表為高速載波臺(tái)區(qū)，選用窄帶載波轉(zhuǎn)換器，避免相互干擾。

圖3 地下室無信號(hào)公變臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)采集

2.2 專變光伏表

部分工業(yè)用戶自備光伏發(fā)電，光伏表靠光伏設(shè)備安裝，一般在頂樓，專變終端在配電房，兩者相距較遠(yuǎn)，難以敷設(shè)485通信線，可采用加裝“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的方式，如圖4所示。

圖4 專變光伏表數(shù)據(jù)采集

專變采集終端的抄表命令從485接口發(fā)出，經(jīng)轉(zhuǎn)換器送到220 V電力線，再經(jīng)過表端轉(zhuǎn)換器的485輸出，進(jìn)入光伏表，在終端與表之間無需敷設(shè)485通信線。

2.3 居民光伏表

近來，對(duì)上網(wǎng)電源的表計(jì)要求采集更多的用電信息，包括電壓、電流、功率24點(diǎn)曲線等，居民光伏表屬于上網(wǎng)表計(jì)，在采集系統(tǒng)中作為居民戶表看待，目前只采集表碼與特殊時(shí)間點(diǎn)電壓、電流。部分已經(jīng)進(jìn)行HPLC改造的臺(tái)區(qū)，可以滿足24點(diǎn)曲線采集，但對(duì)于大部分窄帶載波臺(tái)區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)?？捎眉友b“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的方式，如圖5所示。

在光伏表與集中器各加裝一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，將光伏表配置到485端口，集中器將會(huì)以臺(tái)區(qū)總表曲線的模式采集光伏表的各種曲線。若臺(tái)區(qū)包含小水電用戶，也可采用這種方式。

圖5 居民光伏表數(shù)據(jù)采集

2.4 電梯電子廣告屏

電梯內(nèi)電子廣告屏數(shù)據(jù)的更新一般由人工現(xiàn)場(chǎng)更新或通過GPRS公網(wǎng)傳輸，若采用“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，則可利用采集系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程更新，無GPRS運(yùn)行費(fèi)用，如圖6所示。

圖6 電梯電子廣告屏數(shù)據(jù)傳輸

廣告屏數(shù)據(jù)由用電信息采集主站發(fā)送到采集終端，采集終端經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出到220 V電力線，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器變換為485接口，輸入電梯電子廣告屏。

3 結(jié)論

“RS485—載波”雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了RS485、載波雙向主動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，從而構(gòu)建“RS485—載波—RS485”的組網(wǎng)模式，將有線的485通信，轉(zhuǎn)換為電力線載波通信，只要電力線能到達(dá)的地方，都可使用，不受環(huán)境限制，無需敷設(shè)通信電纜，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，施工方便。終端設(shè)備無需改造，數(shù)據(jù)透明傳輸，適應(yīng)性強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。