 1 引言
電能信息采集與管理系統(tǒng)是近幾年全國各地電力公司都在研究和建設(shè)的熱點(diǎn)，電能信息采集終端是電能信息采集與管理系統(tǒng)的重要組成部分，也是電能信息采集與管理系統(tǒng)中數(shù)量最多的設(shè)備，它負(fù)責(zé)各信息采集點(diǎn)的電能信息的采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行或轉(zhuǎn)發(fā)主站下發(fā)的控制命令。電能信息采集終端按應(yīng)用場合可分為廠站采集終端、專變采集終端、公變采集終端和低壓集中抄表終端(包括低壓集中器、低壓采集器)等類型。這些不同類型的電能信息采集終端與主站之間通訊采用的通道是有一定區(qū)別的，廠站采集終端由于主要安裝在變電站或變電所中，其通訊條件較好，上行通訊通道主要采用網(wǎng)絡(luò)、專線或電話撥號，專變采集終端和公變采集終端由于較為分散，上行通訊通道主要采用GPRS/CDMA、230M無線電臺等， 低壓集中抄表終端考慮到成本因素，上行通訊通道主要采用電話撥號、GPRS/CDMA等。由此可見，電能信息采集終端與主站之間的通訊有很多是依靠第三方提供的通訊通道，如GPRS/CDMA、電話撥號等。利用第三方提供的通訊通道，電力公司可以免除通訊通道的運(yùn)行維護(hù)，減少運(yùn)維人員的配備，同時(shí)通訊通道的質(zhì)量又可以得到保證，因此在實(shí)際使用中上述除廠站采集終端由于有現(xiàn)成的電力專用通道可用外其余3種類型的終端采用第三方通訊通道的比例是相當(dāng)高的，各地電力公司對此也已經(jīng)達(dá)成一定的共識：除安全方面有特別要求外選用第三方的通訊通道是目前較好的選擇。
利用第三方的通訊通道，電力公司需要每月向通訊公司支付通信費(fèi)用，目前電力公司較多采用套餐的形式與通訊公司簽訂通信資費(fèi)協(xié)議，套餐是按照各個(gè)終端單獨(dú)收取的，因此終端數(shù)量越多，資費(fèi)也相應(yīng)增加?，F(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中有的地方需要安裝多臺終端，如果多臺終端共享一個(gè)上行通訊通道與主站通訊，那么通訊費(fèi)用將大幅度降低，同時(shí)只需一臺終端配置通訊模塊，其余終端不再需要配置通訊模塊，從而也大大減少了購置終端的費(fèi)用，未配置通訊模塊終端的功耗減小，因此可靠性也將得到加強(qiáng)。級聯(lián)方案就是為實(shí)現(xiàn)多臺終端共享上行通訊通道而提出的。
2 功能需求分析
級聯(lián)是終端通過彼此之間的本地接口相連，并借用其中一臺終端的遠(yuǎn)程信道與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的方式。參與級聯(lián)的終端可能是同一類型終端，也可能是不同類型終端(現(xiàn)場出現(xiàn)較多的是低壓集中器與公變采集器級聯(lián))，研究級聯(lián)方案應(yīng)是以最大限度地降低對參與級聯(lián)的終端功能和性能的影響為目標(biāo)。
(1) 實(shí)時(shí)性
主站對從終端發(fā)送的命令應(yīng)是優(yōu)先級最高的。這里對從終端發(fā)送的命令包括實(shí)時(shí)召測終端本身或外接電能表的電能數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)、遠(yuǎn)程拉合閘等。主終端在接收到這些命令時(shí)在判斷本地總線空閑的情況下優(yōu)先向從終端轉(zhuǎn)發(fā)該命令。同時(shí)從終端的應(yīng)答幀主終端也應(yīng)在判斷上行通信通道空閑的情況下優(yōu)先向主站轉(zhuǎn)發(fā)，從而保證了對主站命令實(shí)時(shí)響應(yīng)的要求。
(2) 及時(shí)性
除主站主動向從終端發(fā)送命令外平時(shí)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)大部分時(shí)間從終端是以主動上報(bào)數(shù)據(jù)的方式工作，主動上報(bào)的數(shù)據(jù)主要有兩類定時(shí)任務(wù)數(shù)據(jù)和異常告警。其中定時(shí)任務(wù)數(shù)據(jù)包括各類電能量數(shù)據(jù)、瞬時(shí)量數(shù)據(jù)等，它們是按照設(shè)定的時(shí)間間隔(如每15分鐘)定時(shí)向主站上送的;異常告警則是不定時(shí)發(fā)生，要求終端在最快時(shí)間內(nèi)讓主站知道現(xiàn)場發(fā)生的異常中。由于從終端本身不具備遠(yuǎn)程通訊通道，所以對這些數(shù)據(jù)要求實(shí)時(shí)向主站上報(bào)是不現(xiàn)實(shí)的，但在設(shè)計(jì)級聯(lián)方案也應(yīng)該有及時(shí)性的要求，一般在5分鐘內(nèi)完成上報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)可以滿足實(shí)際應(yīng)用對及時(shí)性的要求。
(3) 低壓集中器抄讀公變采集終端電量
由于公變采集終端在設(shè)計(jì)上具備電能計(jì)量的功能，其電能計(jì)量誤差等級完全按照1級多功能電能表的要求，因此它們雖不能用于結(jié)算計(jì)費(fèi)，但用于線損考核是完全可以的，因此在公用變壓器若安裝公變采集終端則不用再安裝考核總表，公變采集終端除實(shí)現(xiàn)自身功能外還承擔(dān)考核總線的任務(wù)。另一方面，低壓集中器在設(shè)計(jì)上具備線損率的計(jì)算，從而減少主站的壓力，并在線損率超標(biāo)時(shí)主動向主站發(fā)送告警。低壓集中器為了計(jì)算線損率需要抄讀公變采集終端的電量數(shù)據(jù)。因此設(shè)計(jì)級聯(lián)方案應(yīng)妥善處理好共享遠(yuǎn)程通信通道和抄讀公變采集終端電量數(shù)據(jù)兩大功能的操作流程。
3 級聯(lián)方案
3.1 原理接線
參與級聯(lián)的終端采用485總線作為級聯(lián)本地接口，具有遠(yuǎn)程上傳通道的終端為主終端，借用主終端的遠(yuǎn)程上傳通道與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的終端為從終端，從終端不具備遠(yuǎn)程上傳的通道，或遠(yuǎn)程上傳通道不啟用。主終端和從終端可以是專變采集終端、公變采集終端或低壓集中器任何一種。考慮到現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用以及主終端的通訊壓力，1個(gè)主終端設(shè)計(jì)成最多可級聯(lián)4個(gè)從終端比較適當(dāng)。級聯(lián)方案原理見圖1。
圖1 級聯(lián)方案原理圖
3.2 共享遠(yuǎn)程通道方案
當(dāng)主站發(fā)起的請求命令幀的目標(biāo)地址是從終端時(shí)，主終端收到此命令后，判斷目標(biāo)地址不是主終端本身，立即將此命令轉(zhuǎn)發(fā)至級聯(lián)485總線。主終端設(shè)置參數(shù)中應(yīng)有下掛4個(gè)從終端邏輯地址。
主終端具備主動上報(bào)的功能，而從終端由于不具備遠(yuǎn)傳上行通道，主動上報(bào)功能受到限制。采用以下方式實(shí)現(xiàn)從終端主動上報(bào)功能：主終端在通訊空閑時(shí)，每間隔5分鐘主動向級聯(lián)的各從終端發(fā)起詢問請求。從終端給予響應(yīng)，返回應(yīng)答命令。主終端接收到從終端的正常應(yīng)答幀后，立即建立級聯(lián)通訊，等待接收該從終端的上報(bào)數(shù)據(jù)，并立即通過遠(yuǎn)傳上行通道轉(zhuǎn)發(fā)給主站。在第一次發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，發(fā)級聯(lián)傳輸控制命令，通知從終端繼續(xù)傳送后續(xù)數(shù)據(jù)。
同一個(gè)級聯(lián)系統(tǒng)中的低壓集中器和公變采集終端，可以通過專門定義的指令，來交換臺區(qū)總電量數(shù)據(jù)，用于低壓集中器進(jìn)行線損分析。該級聯(lián)系統(tǒng)中的主終端應(yīng)能夠識別這樣的抄讀指令，并進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)發(fā)工作，協(xié)助從終端完成信息交換。
為實(shí)現(xiàn)上述原理，需要如下幾種命令：
(1) 主終端輪詢(控制碼C=18H)及從終端應(yīng)答命令(控制碼C=98H)：從終端應(yīng)答命令幀中應(yīng)有標(biāo)志位說明從終端是否有數(shù)據(jù)需要上傳，以使主終端知道需要與哪些從終端建立共享遠(yuǎn)程通道的級聯(lián)數(shù)據(jù)通訊。
(2) 級聯(lián)傳輸控制命令(控制碼C=28H)：當(dāng)級聯(lián)傳輸用于從終端與主站通信時(shí)，主終端與從終端一旦建立級聯(lián)通訊后，從終端上報(bào)的數(shù)據(jù)必須受控，否則主終端慢速的上行(如：GPRS/CDMA)通道將阻塞。主終端接收從終端的上報(bào)數(shù)據(jù)，盡快通過上行通道轉(zhuǎn)發(fā)主站，發(fā)送完成后發(fā)級聯(lián)傳輸控制命令通知從終端, 從終端接收到該幀以后才允許上報(bào)后續(xù)幀。
3.3 低壓集中器抄讀公變采集終端日凍結(jié)電量方案
為了計(jì)算線損，低壓集中器需要從對應(yīng)公變采集終端抄讀日凍結(jié)電量。根據(jù)低壓集中器和對應(yīng)公變采集終端在級聯(lián)系統(tǒng)中的地位不同，操作流程有所區(qū)別：
(1) 低壓集中器是主終端，對應(yīng)公變采集終端是從終端
低壓集中器通過級聯(lián)通道發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令(控制碼C=17H)，要求從對應(yīng)公變采集終端抄讀日凍結(jié)電量，公變采集終端直接將日凍結(jié)電量數(shù)據(jù)包含在應(yīng)答幀(控制碼C=97H)中回復(fù)給低壓集中器。請求幀和應(yīng)答幀中均應(yīng)同時(shí)含有低壓集中器和公變采集終端地址。
(2) 低壓集中器是從終端，對應(yīng)公變采集終端是主終端
低壓集中器等待公變采集終端的級聯(lián)傳輸控制指令(控制碼C=18H或28H)。低壓集中器接收到級聯(lián)傳輸控制指令后，通過級聯(lián)通道向公變采集終端發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令(控制碼C=17H)，要求從對應(yīng)公變采集終端抄讀日凍結(jié)電量。公變采集終端直接將日凍結(jié)電量數(shù)據(jù)包含在應(yīng)答幀(控制碼C=97H)中回復(fù)給低壓低壓集中器。
(3) 低壓集中器和對應(yīng)公變采集終端都不是主終端
低壓集中器等待主終端的級聯(lián)傳輸控制指令(控制碼C=28H)。低壓集中器接收到級聯(lián)傳輸控制指令后，通過級聯(lián)通道向公變采集終端發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令(控制碼C=17H)，要求從對應(yīng)公變采集終端抄讀日凍結(jié)電量。公變采集終端直接將日凍結(jié)電量數(shù)據(jù)包含在應(yīng)答幀(控制碼C=97H)中回復(fù)給低壓低壓集中器(與此同時(shí)，主終端也接收到了該條數(shù)據(jù)請求指令)。低壓集中器接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)，并退出此次級聯(lián)輪詢流程(與此同時(shí)，主終端也接收到了該條數(shù)據(jù)請求指令，主終端識別該數(shù)據(jù)請求指令后，認(rèn)為該低壓集中器已經(jīng)交回了級聯(lián)485總線的控制權(quán)，開始準(zhǔn)備輪詢下一臺從終端，或轉(zhuǎn)發(fā)主站來的命令)。詳細(xì)流程圖如圖2所示。
流程圖說明如下：
(1) 主終端在發(fā)送控制碼C=28H的傳輸控制命令通知從低壓集中器開始采表之后，應(yīng)有超時(shí)判斷機(jī)制，超時(shí)時(shí)間默認(rèn)設(shè)置為5秒。此時(shí)若有主站給從終端的命令到達(dá)主終端，主終端應(yīng)該等待該超時(shí)之后，再進(jìn)行命令的轉(zhuǎn)發(fā)。
圖2 級聯(lián)方案流程圖(低壓集中器和對應(yīng)公變采集終端都不是主終端)
(2) 在從低壓集中器與其對應(yīng)的公變采集終端的流程之中，主終端通過級聯(lián)485總線可以實(shí)時(shí)收到所有的命令、數(shù)據(jù)幀，此時(shí)主終端應(yīng)該作為監(jiān)控設(shè)備，監(jiān)控從終端的485總線使用情況。每當(dāng)收到一個(gè)正確幀之后，就把超時(shí)計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)算超時(shí);在公變采集終端應(yīng)答低壓集中器之后，認(rèn)為低壓集中器已經(jīng)交回485總線的控制權(quán)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)開始進(jìn)行對下一臺從終端的輪詢工作。
(3) 流程圖矩形框內(nèi)的內(nèi)容是一個(gè)循環(huán)執(zhí)行的過程，從低壓集中器只有在上報(bào)完所有數(shù)據(jù)，或沒有上報(bào)數(shù)據(jù)的情況下，接收到28H控制命令后，才會發(fā)送17H命令進(jìn)行采表的。
(4) 從低壓集中器假如接收不到97H應(yīng)答幀，應(yīng)等待下一次輪詢時(shí)再發(fā)出抄表命令，相當(dāng)于補(bǔ)抄(只能在當(dāng)天之內(nèi)執(zhí)行，因?yàn)榉祷貛械碾娔芰繑?shù)據(jù)域只有當(dāng)天的日數(shù)據(jù))。
4 小結(jié)
電能信息采集終端通過級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信通道的共享，在電能信息采集與管理系統(tǒng)建設(shè)中有很重要的實(shí)用價(jià)值。但由于級聯(lián)在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中往往涉及很多種情形，參與級聯(lián)的終端有可能不是同一個(gè)生產(chǎn)商的產(chǎn)品，也有可能不是同一類型的產(chǎn)品，加上級聯(lián)本身流程有一定的復(fù)雜性，所以要將級聯(lián)功能很好地應(yīng)用于現(xiàn)場是有一定難度的。為此需要專門研制一套級聯(lián)功能方案的測試軟件，對具有級聯(lián)的各種終端進(jìn)行一致性自動測試，只有通過一致性測試的終端才能彼此級聯(lián)在一起，只有這樣才能避免終端因?yàn)榧壜?lián)導(dǎo)致產(chǎn)生副作用，也只有這樣才能在電能信息采集與管理系統(tǒng)建設(shè)中真正發(fā)揮級聯(lián)功能的作用。
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