用電信息采集系統(tǒng)中多源異構(gòu)通信協(xié)議設(shè)計(jì)

摘 要： 數(shù)據(jù)采集終端中上下行數(shù)據(jù)通信遵循的通信協(xié)議不同，導(dǎo)致主站接收數(shù)據(jù)與電能表采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量不同，也無法保證產(chǎn)品的復(fù)用性。現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議對(duì)終端不同功能模塊數(shù)據(jù)統(tǒng)一通信的支持還不完善，導(dǎo)致終端的數(shù)據(jù)采集耗時(shí)較長(zhǎng)。因此需要設(shè)計(jì)一種支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，保證終端的各功能模塊能夠快速、統(tǒng)一的進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，有效提高數(shù)據(jù)采集效率。對(duì)現(xiàn)有的面向?qū)ο笸ㄐ臘LT698.45協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，在各個(gè)功能模塊中增加了相應(yīng)的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同功能模塊中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的支持。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中使用多源異構(gòu)通信協(xié)議的終端在功能和性能上明顯優(yōu)于面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議，將多源異構(gòu)協(xié)議應(yīng)用到終端產(chǎn)品中可以增強(qiáng)終端的各項(xiàng)功能支持，同時(shí)顯著提高數(shù)據(jù)采集效率。

關(guān)鍵詞： 多源異構(gòu)通信協(xié)議； 用電信息采集； 面向?qū)ο髤f(xié)議； 數(shù)據(jù)采集； 復(fù)用性； 電能表

中圖分類號(hào)： TN98?34； TP321.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）02?0145?03

Abstract： The up and down data communication of the data acquisition terminal follows different communication protocols. As a result， the quality of the data received by the main station is different from that of the data collected by electric energy meter， and the reusability of the product cannot be ensured. The current object?oriented protocol cannot well support the unified communication of data from various modules of the terminal， which results in more time for data acquisition of the terminal. Therefore， it is necessary to design a communication protocol supporting multi?source heterogeneous data to ensure all the modules of the terminal can communicate quickly and uniformly， so as to improve the efficiency of data acquisition effectively. The current object?oriented communication protocol DLT698.45 is extended. The corresponding properties and methods are added in all functional modules to realize the support of multi?source heterogeneous data communication. In the test experiment， the terminal using multi?source heterogeneous communication protocol has an obvious function and performance advantage in comparison with the one using object?oriented communication protocol. Applying the multi?source heterogeneous protocol to terminal products can enhance the function support of the terminal and significantly improve the data acquisition efficiency.

Keywords： multi?source heterogeneous communication protocol； electricity utilization information acquisition； object?oriented protocol； data acquisition； reusability； electric energy meter

0 引 言

用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，用于對(duì)所有用戶的用電信息進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)和處理等。常用的用電信息采集系統(tǒng)中終端多為模組化終端，將不同功能整合為模塊集成到一個(gè)終端中，如控制模塊、RS 485模塊、遙信脈沖采集模塊、通信模塊、載波模塊等。終端上下行采用不同的通信協(xié)議，主站與終端通信遵循采集Q/GDW 376.1[1]，IEC62056或DLT698.45[2]通信協(xié)議，而終端與電能表通信遵循DL/T645或DLT698.45協(xié)議。每個(gè)功能模塊內(nèi)部單獨(dú)定義內(nèi)部的通信協(xié)議通常僅供模塊內(nèi)部使用，而每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)和數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，終端需要進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換即對(duì)數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)內(nèi)容的變換和重組，導(dǎo)致主站的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。同時(shí)終端的上下行協(xié)議不統(tǒng)一也導(dǎo)致產(chǎn)品的復(fù)用性和規(guī)范性無法得到保障。

傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采集終端上下行協(xié)議統(tǒng)一的方法是擴(kuò)展現(xiàn)有的面向業(yè)務(wù)型的協(xié)議，增加各項(xiàng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)定義。然而每次增加數(shù)據(jù)項(xiàng)均要對(duì)主站、終端和電能表的程序升級(jí)，導(dǎo)致系統(tǒng)的維護(hù)效率較低。如文獻(xiàn)[3?5]在用電信息系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的各類通信協(xié)議。隨后有人嘗試引進(jìn)國(guó)際信息采集通信標(biāo)準(zhǔn)IEC62056[6]，但該標(biāo)準(zhǔn)并不完全適合國(guó)內(nèi)的使用環(huán)境。文獻(xiàn)[7]通過對(duì)現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議的研究和分析，指出自主研發(fā)統(tǒng)一化、面向?qū)ο蟮膮f(xié)議更符合國(guó)內(nèi)用電信息采集的實(shí)際情況。文獻(xiàn)[8?9]設(shè)計(jì)了一種基于面向?qū)ο蠡ゲ僮骷夹g(shù)的用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議；文獻(xiàn)[10]使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了基于農(nóng)村電網(wǎng)的用電信息采集系統(tǒng)。目前國(guó)家能源局已經(jīng)發(fā)布了電能信息采集與管理系統(tǒng)中的面向?qū)ο蟮幕ゲ僮餍詳?shù)據(jù)交換協(xié)議[2]。但是現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議在支持終端上下行協(xié)議的統(tǒng)一方面并不完善，導(dǎo)致終端的數(shù)據(jù)采集耗時(shí)較長(zhǎng)。endprint

在模組化終端中上下行協(xié)議需要將不同功能模塊的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。本文主要工作是在用電信息系統(tǒng)中對(duì)現(xiàn)有的面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。多源異構(gòu)通信協(xié)議的應(yīng)用可以避免因協(xié)議頻繁修訂而造成的軟件采集系統(tǒng)軟件頻繁更新，降低用電信息采集系統(tǒng)的維護(hù)成本，可有效提高數(shù)據(jù)的采集效率。

1 用電信息系統(tǒng)多源異構(gòu)通信協(xié)議總體設(shè)計(jì)

多源異構(gòu)通信協(xié)議屬于應(yīng)用層協(xié)議，設(shè)計(jì)目的是完善和優(yōu)化業(yè)務(wù)功能。多源異構(gòu)通信協(xié)議的開發(fā)采用面向?qū)ο蟮姆椒?，遵循面向?qū)ο蟮幕ゲ僮餍詳?shù)據(jù)交換協(xié)議規(guī)范，對(duì)現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，在滿足業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上提高業(yè)務(wù)執(zhí)行效率，同時(shí)可以方便各功能模塊的復(fù)用、修改和擴(kuò)展。

多源異構(gòu)通信協(xié)議適用于模組化終端各功能模塊的通信，功能模塊通常包括交采模塊、載波模塊、RS 485模塊、通信模塊和遙脈模塊等。交采模塊提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)，包含電壓、電流、功率、諧波、需量、相角等。載波模塊和RS 485模塊通過不同接口和介質(zhì)抄讀不同的電表數(shù)據(jù)，而遙脈模塊主要采集遙信和脈沖信號(hào)。通信模塊滿足主站跟集中器進(jìn)行通信，現(xiàn)有的通信協(xié)議主推DLT698.45面向?qū)ο髤f(xié)議，協(xié)議內(nèi)容包含集中器本體的數(shù)據(jù)和事件，集中器采集的測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)和事件，測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)和事件的格式按照DLT698.45面向?qū)ο髤f(xié)議進(jìn)行傳播。

多源異構(gòu)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)辦法是在現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，在每個(gè)模塊中增加一些屬性，使得只要增加數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)即可增加功能，其他模塊也可以同樣繼承該數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，即可完成功能增加，而不需要在每個(gè)協(xié)議中均增加類似Q/GDW 376.1協(xié)議的FN數(shù)據(jù)項(xiàng)，可以有效地避免代碼處理工作量的增長(zhǎng)。

2 多源異構(gòu)通信協(xié)議模塊實(shí)現(xiàn)

多源異構(gòu)通信協(xié)議對(duì)面向?qū)ο髤f(xié)議的主要擴(kuò)展如表1所示。RS 485模塊包括門節(jié)點(diǎn)輸入接口和告警輸出接口兩路接口，RS 485接口用來采集電能表數(shù)據(jù)，門節(jié)點(diǎn)輸入用來采集門節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，告警輸出是在終端對(duì)用戶發(fā)出跳合閘控制命令之前發(fā)出告警信息。RS 485模塊需要對(duì)F224和F223進(jìn)行擴(kuò)展。

遙信脈沖模塊包括2路遙信輸入接口和2路電能表脈沖輸入接口，遙信輸入和脈沖輸入都是0?1狀態(tài)。該模塊需要對(duì)F222和F20A擴(kuò)展，F(xiàn)20A的屬性3提供脈沖個(gè)數(shù)和相關(guān)時(shí)標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為電能量計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐。

通信模塊包括遠(yuǎn)程通信和本地通信，遠(yuǎn)程通信模塊用于主站與終端通信，采用GSM，GPRS，CDMA等方式，需對(duì)其F221對(duì)象擴(kuò)展。本地通信模塊采用電力線載波通信方式或民用無線電專用頻段通信方式，用于與采集器、以及與電表之間通信，需對(duì)其F209擴(kuò)展。

控制模塊主要是轉(zhuǎn)發(fā)處理顯示模塊對(duì)用戶的跳閘合閘等控制命令，從而配合完成終端的控制功能，需對(duì)F220，F(xiàn)205和F203的擴(kuò)展。

3 多源異構(gòu)通信協(xié)議分析

本文設(shè)計(jì)的多源異構(gòu)通信協(xié)議已經(jīng)在最新的模組化終端中實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。在功能方面，多源異構(gòu)協(xié)議除了具有傳統(tǒng)的面向?qū)ο髤f(xié)議所支持的數(shù)據(jù)采集和面向?qū)ο蠊δ芡猓€支持模組化功能。多源異構(gòu)協(xié)議的設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)的面向?qū)ο髤f(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，模組化功能是多源異構(gòu)協(xié)議設(shè)計(jì)中考慮的一項(xiàng)核心功能。多源異構(gòu)通信協(xié)議解決了模組化終端模塊之間的兼容性問題，提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理單元，極大程度上方便了對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，避免了重復(fù)工作，同時(shí)也降低了出錯(cuò)概率。

以實(shí)際使用新終端的兩個(gè)臺(tái)區(qū)為例，臺(tái)區(qū)1包含132塊電表，臺(tái)區(qū)2包含138塊電表。在2017年5月15日—22日期間，分別測(cè)試使用不同協(xié)議的終端對(duì)兩個(gè)臺(tái)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集所耗費(fèi)的時(shí)間。

臺(tái)區(qū)1的采集耗時(shí)如圖1所示，使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端每日的數(shù)據(jù)采集時(shí)間顯著高于使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端。測(cè)試結(jié)果表明，在整個(gè)測(cè)試周期內(nèi)使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的平均耗費(fèi)時(shí)間是11.5 min，而使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端的平均數(shù)據(jù)采集耗時(shí)為7.4 min。

臺(tái)區(qū)2的采集耗時(shí)如圖2所示，使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端每日的數(shù)據(jù)采集時(shí)間高于使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端，且兩類終端每天數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集時(shí)間的變化趨勢(shì)也并不相同。

測(cè)試結(jié)果表明，在整個(gè)測(cè)試周期內(nèi)使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的平均耗費(fèi)時(shí)間是9.6 min，而使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端的平均數(shù)據(jù)采集耗時(shí)為7.9 min。

從上述結(jié)果可以看出，使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端的數(shù)據(jù)采集時(shí)間在不同臺(tái)區(qū)之間波動(dòng)較大，而使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端的采集時(shí)間波動(dòng)較小。因此，使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端不僅可以降低數(shù)據(jù)采集時(shí)間，還可以提高數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

用電信息系統(tǒng)中終端在上下行數(shù)據(jù)傳輸過程中需要處理不同功能模塊的不同數(shù)據(jù)，面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的支持不足。本文設(shè)計(jì)的多源異構(gòu)通信協(xié)議對(duì)現(xiàn)有的面向?qū)ο笸ㄐ臘LT698.45協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，在各個(gè)功能模塊中增加了相應(yīng)的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同功能模塊中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的支持。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中使用多源異構(gòu)通信協(xié)議的終端在功能和性能上明顯優(yōu)于面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議。

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