寬帶載波通信模塊現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

徐揚(yáng) 付瑤 張捷

[摘? ? 要]計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)是采集電網(wǎng)主網(wǎng)、配網(wǎng)用電數(shù)據(jù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)通信環(huán)境復(fù)雜多變，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維出現(xiàn)的問(wèn)題頗多，對(duì)通信過(guò)程的檢測(cè)顯得尤為重要。將計(jì)量自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)通信檢測(cè)結(jié)合起來(lái)，有助于提升電力業(yè)務(wù)效率。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)寬帶載波通信模塊檢查方法進(jìn)行研究，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障原因，減少人工逐項(xiàng)排查帶來(lái)的時(shí)間浪費(fèi)和根據(jù)客觀(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷通信模塊造成資源浪費(fèi)提供解決思路。

[關(guān)鍵詞]寬帶載波;通信模塊;HPLC;現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TN913.6;TP273.5 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–0–02

On-site Detection Method of Broadband Carrier Communication Module

Xu Yang， Fu Yao， Zhang Jie

[Abstract]The metering automation system is a data collection system for the main grid and distribution network. The on-site communication environment for data collection is complex and changeable. There are many problems in on-site operation and maintenance. The detection of the communication process is particularly important. Combining metering automation with on-site communication detection will help improve the efficiency of power business. This article researches on the inspection method of the on-site broadband carrier communication module， and provides solutions for finding the cause of the failure in time， reducing the time waste caused by manual item-by-item investigation， and judging the waste of resources caused by the communication module based on objective experience.

[Keywords]broadband carrier; communication module; HPLC; on-site detection

隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，電力用戶(hù)幾何式增多、計(jì)量設(shè)備更新迭代加速、模塊故障和運(yùn)行環(huán)境惡劣等因素均導(dǎo)致終端故障增多，造成終端離線(xiàn)、采集失敗，采集成功率下降等，對(duì)供電企業(yè)的考核指標(biāo)和采集數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用有直接影響。因此，現(xiàn)場(chǎng)高效精準(zhǔn)的運(yùn)維工作對(duì)供電企業(yè)尤為重要。研究現(xiàn)場(chǎng)通信模塊檢測(cè)方法，能有效解決計(jì)量終端運(yùn)維過(guò)程中工作效率低下、人工參與量大、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等實(shí)際問(wèn)題，以此緩解整個(gè)供電局系統(tǒng)的運(yùn)維壓力，減少系統(tǒng)維護(hù)的費(fèi)用與經(jīng)營(yíng)成本問(wèn)題，為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)保障與社會(huì)效益，具有區(qū)域推廣使用的價(jià)值。本文通過(guò)研究寬帶載波通信方式，針對(duì)寬帶載波通信模塊現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法進(jìn)行探討。

1 計(jì)量自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)概述

1.1 計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)采集結(jié)構(gòu)

計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)由主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“主站”）、遠(yuǎn)程通信的傳輸通信信道、現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)計(jì)量終端和電能表計(jì)三部分組成。現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量終端采集電力用戶(hù)用電數(shù)據(jù)后通過(guò)多種通信方式傳輸?shù)接?jì)量系統(tǒng)主站，主站對(duì)電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理并監(jiān)測(cè)。主站主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊、運(yùn)維監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和采集處理平臺(tái)組成，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中儲(chǔ)存、處理與應(yīng)用，通過(guò)網(wǎng)省綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)與南網(wǎng)電能量數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。各地市供電局側(cè)由廠(chǎng)站終端、負(fù)控終端、配變終端和集中器與電表構(gòu)成前置采集子模塊，通過(guò)MSTP傳輸網(wǎng)與備用通道與主站進(jìn)行通信;由關(guān)口遙測(cè)系統(tǒng)廠(chǎng)站終端構(gòu)成的關(guān)口采集前置字模塊通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站進(jìn)行通信。

數(shù)據(jù)采集通信通道分為遠(yuǎn)程和本地兩部分（也稱(chēng)為上行通信通道和下行通信通道），遠(yuǎn)程通信是指計(jì)量設(shè)備和主站之間的通信，主要有230 MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)、GPRS無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)、CDMA無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)、光纖專(zhuān)網(wǎng)、PSTN和中壓電力載波等，其中采用較多的是GPRS和230 MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)兩種方式。本地通信有低壓窄帶載波、低壓寬帶載波、RS-485總線(xiàn)和微功率無(wú)線(xiàn)等方式，其中負(fù)控與配變的本地通信一般采用RS-485方式;低壓集抄主要采用電力線(xiàn)載波或電力線(xiàn)載波與RS-485混合組網(wǎng)的形式。計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中采用多種通信技術(shù)，不僅能實(shí)時(shí)采集用戶(hù)用電量信息，而且可滿(mǎn)足不同的應(yīng)用環(huán)境，采集信息非常全面，精確度也非常高，使電能數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確快速的傳送給主站。

根據(jù)目前實(shí)際工作中的現(xiàn)場(chǎng)使用情況，將這些通信方式與計(jì)量系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)終端之間的關(guān)系進(jìn)行對(duì)應(yīng)，通信方式架構(gòu)如圖1所示。

1.2 現(xiàn)狀與問(wèn)題

計(jì)量運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維中，靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)終端通信采集異常進(jìn)行基本判斷，選擇直接更換通信模塊或SIM卡等簡(jiǎn)單輪換測(cè)試的方法處理終端離線(xiàn)、在線(xiàn)無(wú)數(shù)據(jù)、在線(xiàn)缺數(shù)等問(wèn)題，工作效率不高;對(duì)拆回的通信模塊上電復(fù)檢比較麻煩，需與表計(jì)、終端同時(shí)上電做檢測(cè)，并錄入相應(yīng)的檔案資料，且還受到組網(wǎng)、兼容性等問(wèn)題影響，不僅增加工作量也會(huì)影響對(duì)通信模塊故障的判斷。部分基層計(jì)量運(yùn)維人員不對(duì)拆回通信模塊上電復(fù)檢，僅憑現(xiàn)場(chǎng)判斷和工作經(jīng)驗(yàn)，會(huì)造成部分通信模塊的資源浪費(fèi)，如現(xiàn)場(chǎng)接觸不好、線(xiàn)路阻抗、電磁干擾、表計(jì)的通信模塊與集中器HPLC通信模塊的不兼容等，對(duì)通信模塊故障判斷的準(zhǔn)確率不高。

2 低壓寬帶載波通信

2.1 寬帶電力線(xiàn)載波技術(shù)

隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略發(fā)展，電力線(xiàn)載波通信技術(shù)（PLC）作為電力系統(tǒng)特有的高效可靠的通信傳輸方式，在智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)傳輸?shù)确矫嬷衅鹬絹?lái)越重要作用。電力載波通信技術(shù)利用配電網(wǎng)線(xiàn)路作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，調(diào)頻、頻率可達(dá)到幾百千比特率至幾兆比特每秒，傳輸帶寬為2k～4 kHz，采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing，OFDM）信號(hào)調(diào)制方式。相較于窄帶載波方案而言，寬帶載波具有帶寬較大、抗擾能力強(qiáng)、通信速率高的特點(diǎn)，在相同時(shí)間能可采集更多的電能表數(shù)據(jù)。技術(shù)原理是發(fā)送器首先將數(shù)據(jù)信息調(diào)制到一個(gè)高頻載波上，然后利用功率放大后，通過(guò)耦合電路耦合到電力線(xiàn)上，經(jīng)過(guò)不同等級(jí)的電力線(xiàn)傳輸，接收信息的調(diào)制解調(diào)器再通過(guò)濾波后將高頻信號(hào)從電流中分離出來(lái)還原成數(shù)字信號(hào)。

2.2 寬帶電力線(xiàn)載波通信模塊

與窄帶載波通信技術(shù)相比，寬帶電力線(xiàn)載波通信模塊有“分鐘組網(wǎng)，秒級(jí)抄表”的運(yùn)行效果，寬帶載波遠(yuǎn)程集抄方案能有效地提高用電信息采集系統(tǒng)的采集成功率，還能降低采集耗時(shí)。同時(shí)，寬帶載波在用電信息采集系統(tǒng)中還支持互聯(lián)互通，可實(shí)現(xiàn)安全、高效和可靠的抄表功能，每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)平均抄讀時(shí)間小于1s。相較于窄帶載波方案而言，寬帶載波具有帶寬較大、抗擾能力強(qiáng)、通信速率高的特點(diǎn)，在相同時(shí)間能可采集更多的電能表數(shù)據(jù)。

在采集系統(tǒng)里，載波通信模塊分為本地通信模塊和智能表模塊，本地通信模塊節(jié)點(diǎn)位于路由的最源頭，其地址被稱(chēng)為源地址，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)維護(hù);智能表模塊節(jié)點(diǎn)位于路由的最末端，其地址成為目的地址，負(fù)責(zé)信息中轉(zhuǎn)應(yīng)答。寬帶載波通信模塊可通過(guò)電力線(xiàn)進(jìn)行組網(wǎng)通信，一個(gè)主模塊可以管理多個(gè)從模塊進(jìn)行采集與控制等指令下達(dá)的操作，從模塊有能發(fā)起信息主動(dòng)上送等操作，實(shí)現(xiàn)雙向通信;主節(jié)點(diǎn)可根據(jù)實(shí)時(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)通信鏈路做出動(dòng)態(tài)調(diào)整和最優(yōu)選擇，提高通信成功率;在距離比較遠(yuǎn)或受到嚴(yán)重干擾的通信線(xiàn)路中，可從模塊間通過(guò)路由代理協(xié)調(diào)器（Proxy Co-ordinator，PCO）為中繼代理完成接力通信，無(wú)須人工干預(yù)。

2.3 通信模塊檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方式

通過(guò)把終端寬帶載波本地模塊的弱電接口管腳和強(qiáng)電接口管腳，分別匯總連接至弱電的功能管腳轉(zhuǎn)接接口和載波通信接口，再連接至終端本地模塊的串口信號(hào)（5VTTL電平）。將載波信號(hào)耦合模塊通過(guò)低壓射頻信號(hào)連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實(shí)現(xiàn)了組網(wǎng)抄表功能的測(cè)試。

以模擬本地模塊與遠(yuǎn)程模塊的組網(wǎng)通信方式，通過(guò)把寬帶載波本地模塊的弱電接口管腳和強(qiáng)電接口管腳，分別匯總連接至弱電的功能管腳轉(zhuǎn)接接口和載波通信接口，再連接至終端本地模塊的串口信號(hào)。將載波信號(hào)耦合模塊通過(guò)低壓射頻信號(hào)連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)抄表功能的測(cè)試。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)模擬發(fā)送一段報(bào)文的方式，檢測(cè)模塊的收、發(fā)報(bào)文情況。

2.4 通信模塊檢測(cè)工作過(guò)程

（1）對(duì)CCO模塊上電調(diào)試，判斷CCO是否能正常工作。

（2）對(duì)STA模塊進(jìn)行上電調(diào)試，判斷STA能否正常工作。

（3）對(duì)CCO和STA之間通信進(jìn)行診斷，通過(guò)射頻信號(hào)線(xiàn)連接，模擬集中器和電表命令，下發(fā)數(shù)據(jù)及參數(shù)初始化、設(shè)置主節(jié)點(diǎn)地址、添加表檔案、抄讀電表數(shù)據(jù)，調(diào)試通信質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)載波模塊調(diào)試，確定不同版本規(guī)約抄讀軟硬件版本信息等，能更好地幫助現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維作業(yè)人員驗(yàn)明調(diào)試區(qū)域的功能是否完好，通信規(guī)約以及軟硬件版本等參數(shù)也能清晰可詢(xún)。

（4）使用載波信號(hào)耦合模塊，以低壓射頻信號(hào)連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實(shí)現(xiàn)本地模塊和電表模塊的組網(wǎng)抄表能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

研究寬帶載波測(cè)試方法，可為設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)本地模塊、電表模塊，以及遠(yuǎn)程模塊的測(cè)試的便攜式設(shè)備提供思路，利用技術(shù)手段輔助基層運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)對(duì)表計(jì)寬帶載波模塊、計(jì)量終端寬帶載波模塊、上行GPRS模塊進(jìn)行初步檢測(cè)，排查常見(jiàn)故障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障原因，有效解決計(jì)量終端運(yùn)維過(guò)程中工作效率低下、人工參與量大、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等實(shí)際問(wèn)題，以此緩解整個(gè)供電局系統(tǒng)的運(yùn)維壓力，減少系統(tǒng)維護(hù)的費(fèi)用與經(jīng)營(yíng)成本問(wèn)題，為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)保障與社會(huì)效益，具有區(qū)域推廣使用的價(jià)值。

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