集中抄表裝置及其通信系統(tǒng)研究

【摘 要】在此次講述中我們專門針對對電能量采集及計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)對集中抄表裝置的功能要求，以及對開放系統(tǒng)之間相互操作性的管理要求，做出了對集中抄表裝置的軟硬件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的協(xié)議模型的研究。然后我們還做了一個(gè)適用于變電站的電能量自動采集系統(tǒng)解決的具體方案。

【關(guān)鍵詞】變電站；計(jì)費(fèi)自動化；集中抄表裝置；通信系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)對電力市場的有效管理和制度的實(shí)施，電能量采集及計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)是技術(shù)措施中必須要具備的。電能量采集和計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)是全面實(shí)現(xiàn)發(fā)、輸、配電網(wǎng)用戶電能量的自動采集、分析和計(jì)費(fèi)功能的自動化系統(tǒng)，集主站系統(tǒng)、集中抄表裝置、多功能費(fèi)率裝置于一體的計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)。

一、集中抄表裝置及通訊系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

集中抄表裝置在變電站電能量采集與計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)中起到的自動化計(jì)費(fèi)作用，變電站層的主站系統(tǒng)通過利用局域網(wǎng)或現(xiàn)場總線和集中抄表裝置的這些功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶的電能量進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算也就是計(jì)費(fèi)，對原始數(shù)據(jù)能夠自動化的進(jìn)行歸類存檔，對各種報(bào)表進(jìn)行顯示然后自動化打印，對所不能承受的供應(yīng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，還有就是分時(shí)段費(fèi)率的在線設(shè)置。

二、集中抄表裝置硬件系統(tǒng)

集中抄表裝置通訊系統(tǒng)能夠把下級各費(fèi)率之間的數(shù)據(jù)通過RS-485串行通信接口連接至上級主站系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。集中抄表裝置采用了自動采集各費(fèi)率裝置后就能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)地或按一定的抄表周期計(jì)算電能量，并能夠自動的按照通信規(guī)約規(guī)定的數(shù)據(jù)幀格式形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，等待主站系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)召喚電能量計(jì)量值，主站系統(tǒng)一旦發(fā)出信號，它就能夠自動的把各費(fèi)率裝置的分時(shí)段電能和總電能實(shí)時(shí)地或按預(yù)定的自動抄表日期發(fā)送到主站系統(tǒng)的管理計(jì)算機(jī)上，也就是說集中抄表裝置系統(tǒng)能夠進(jìn)行顯示、計(jì)費(fèi)和負(fù)荷控制，為變電站自動計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和綜合自動化提供所需的基本數(shù)據(jù)。

集中抄表裝置需要進(jìn)行兩個(gè)方面的聯(lián)絡(luò)，一方面是和多功能費(fèi)率裝置通信進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，另一方面要和主站系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通信進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。裝置主要是以單片機(jī)為核心進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，然后這樣就能夠進(jìn)行多機(jī)通信，集中抄表主要是利用其本身串行口對自身操作模式進(jìn)行的相互配合，實(shí)現(xiàn)同其他的多功能費(fèi)率裝置之間的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)用通用異步通信接口芯片進(jìn)行擴(kuò)展另一個(gè)串行通信接口，以標(biāo)準(zhǔn)串行通信方式實(shí)現(xiàn)同主站系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相互之間的數(shù)據(jù)交換。集中抄表通過通信接口芯片這樣一個(gè)平臺完成對電平和標(biāo)準(zhǔn)電平之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的平衡驅(qū)動和差分的情況，接受本系統(tǒng)和外部通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的的電氣隔離網(wǎng)絡(luò)，可編程邏輯陣簡化了通信接口和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對電話線的有效使用，也能夠有效的實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)方客戶的便捷管理。

三、集中抄表裝置軟件系統(tǒng)

在集中抄表裝置軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要采用的是自上而下的模塊化設(shè)計(jì)方法，這種方法主要是使得軟件結(jié)構(gòu)看起來簡單清晰，在修改上也提供了方便便，調(diào)試和擴(kuò)充都提供了最大的便已。集中抄表裝置軟件系統(tǒng)的模塊主要有：

（一）系統(tǒng)抄表裝置軟件系統(tǒng)的主程序

系統(tǒng)抄表的主程序模塊，主要是對各通用系統(tǒng)寄存器、特殊功能寄存器之間的儲存初始化，比如各系統(tǒng)儲存器工作單元的定義初始化、還有系統(tǒng)抄表各標(biāo)志單元和工作單元的初始化，對中斷矢量，串口、軟件定時(shí)器他們各自的運(yùn)作方式的設(shè)置設(shè)定等。同時(shí)主程序的這個(gè)模塊還能夠調(diào)用相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行對模塊的處理，對模塊之間上下通道的數(shù)據(jù)通信任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和協(xié)調(diào)，模塊還能夠?qū)Τ硐到y(tǒng)進(jìn)行時(shí)限控制，讓通信中常見的死鎖問題減少或不在發(fā)生。

（二）系統(tǒng)抄表裝置中外部中斷服務(wù)程序模塊設(shè)計(jì)

對于外部中斷程序模塊，該模塊用于處理抄表裝置系統(tǒng)中中斷請求。當(dāng)出現(xiàn)接收緩沖器滿的信號或發(fā)送保持寄存器空的狀態(tài)會引起外部服務(wù)程序的中斷，這個(gè)時(shí)候中斷服務(wù)程序會發(fā)出請求響應(yīng)并自動做出措施服務(wù)。緩沖器滿引起的中斷狀況主要問題是看接收的數(shù)據(jù)是否正確，然后做出相應(yīng)的判斷。

禁止外部中斷，主流程續(xù)會根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議根據(jù)中斷服務(wù)程序模塊對所接收的文件數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并按中斷服務(wù)程序規(guī)定的應(yīng)答方式進(jìn)行響應(yīng)該幀報(bào)文進(jìn)行處理；對于發(fā)送保持寄存器空所造成引起的系統(tǒng)抄表中斷服務(wù)，中斷服務(wù)程序模塊會自動把上行發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)依次按通信規(guī)約規(guī)定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送出去，使數(shù)據(jù)進(jìn)行完好。然后系統(tǒng)抄表裝置中的外部中斷服務(wù)程序會對數(shù)據(jù)進(jìn)行總線的操作，中斷服務(wù)程序會占有數(shù)據(jù)總線和釋放數(shù)據(jù)總線，以免引起數(shù)據(jù)沖突。

（三）串行口發(fā)送中斷和接收中斷服務(wù)程序模塊

集中抄表裝置中串行口發(fā)送中斷和接受中斷服務(wù)，串行口發(fā)送中斷服務(wù)信號時(shí)主要是在下行數(shù)據(jù)發(fā)生中斷時(shí)，然后把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)依次按通信規(guī)約發(fā)送出去，自動對對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行差錯(cuò)控制。等待主流程緒中調(diào)用下行數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)處理子程序進(jìn)行處理。串行口接收中斷主要判斷接收的數(shù)據(jù)幀是否正確。若正確，則標(biāo)以相應(yīng)的標(biāo)志字，待進(jìn)入下行接收處理子程序時(shí)對接收到的報(bào)文進(jìn)行正確的處理，按一定的次序存入數(shù)據(jù)區(qū)，形成電能量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)對費(fèi)率裝置的地址編碼進(jìn)行累加，召喚下一費(fèi)率裝置的電能量。不正確的話，自動放棄子程序，不在進(jìn)行處理。

四、系統(tǒng)通信可靠性問題

電能量采集與計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)把電力推向市場而推行的商業(yè)化運(yùn)營管理，而系統(tǒng)通訊是把電力推向市場的技術(shù)保障之一。集中抄表裝置需要做到對電能量的系統(tǒng)通訊進(jìn)行自動采集，同時(shí)還要保證系統(tǒng)通訊中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)的可靠傳輸。系統(tǒng)通信關(guān)系到系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定的運(yùn)行這是系統(tǒng)可靠性的一個(gè)問題。通信系統(tǒng)的性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能問題。在實(shí)際中為了降低系統(tǒng)本身出現(xiàn)的不可靠性，一般都會不會把硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的太復(fù)雜，所以就會比較注重軟件設(shè)計(jì)中的措施，以確保做到集中抄表裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

五、結(jié)束語

電能量采集與計(jì)費(fèi)自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)把電力推向市場實(shí)現(xiàn)電力在市場中的運(yùn)作是必不可少的技術(shù)措施。針對電能量自動采集系統(tǒng)與系統(tǒng)相互操作性的要求，對集中抄表裝置的軟硬件實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)通信進(jìn)行了研究。電力系統(tǒng)作為整個(gè)社會的基礎(chǔ)建設(shè)，建立電力通訊系統(tǒng)高度的自動化、信息化是下一步要完善的任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳博睿，基于無線網(wǎng)絡(luò)的家庭安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]，信息通信，2013（05）

[2]孫鵬，積極穩(wěn)妥推進(jìn)城鎮(zhèn)化[J]，北方經(jīng)貿(mào)，2013（06）

[3]趙文明，佟少強(qiáng)，李長江，郭茂林.基于M-Bus總線的數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)[J]，化工自動化及儀表，2012（11）