CN102064604A - 多功能电能信息集中器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多功能电能信息集中器，包括数据处理模块和通信MCU模块，所述通信MCU模块包括上行通信MCU模块和下行通信MCU模块，它们分别与所述数据处理模块通信，所述上行通信MCU模块连接有以太网通讯模块和公共无线网络模块，构成了从其他设备传送信息到集中器的上行通信信道；所述下行通信MCU模块连接有宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块，构成了从集中器发送信息到其他设备的下行通信信道。所述集中器的工作方法，由多个所述集中器互联构成电能计量表采集网，每个集中器通过交流采集模块采集相应的电能计量表的电量信息，并分别通过上、下行通信MCU模块通信。
Description
技术领域
本发明涉及供电信息采集处理技术领域，具体是一种多功能电能信息集中器及其工作方法。
背景技术
根据国家电网要求首先要感知用户，然后才能和用户互动。感知用户就是要获得用户的各种信息，使得信息流在用户和供电公司能够顺畅地流动。在信息流畅通的基础上，才能对业务流的改进提出合理化建议。因此，首先应该全面获取大用户内部和外部的各种用电相关信息，然后分析大用户的用电特性和规律，展开供电公司和大用户的信息互动，满足智能用电的需求。
目前供电公司对大用户的内部用电相关信息掌握得很少，无法准确评估用户在用电过程中出现的各类情况(如电网电压波动对用户的影响等)，也无法为大用户经济、安全运行提出明确的建议。对大用户内部用电信息、设备运行信息、生产规律和发展趋势信息进行全面的采集，可以为大用户用电服务的个性化、多样化、便捷化、互动化提供基础信息，为电网调度、配网规划、电能质量、网络线损、供电可靠性等业务管理提供必要的信息支撑。
目前针对大用户用电信息采集主要负控系统中的关口集中器，现阶段只能捕捉用户总电量信息，这类设备的常用传输下行传输接口通常是大用户的总电费计量关口，上行传输通道一般采用GSM无线公网信道，根本无法满足上述要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有电力信息采集终端的不足，从感知客户，实现互动的要求出发提供一种符合国网标准的多功能电能信息集中器及其工作方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种多功能电能信息集中器，包括数据处理模块和通信MCU模块，所述通信MCU模块包括上行通信MCU模块和下行通信MCU模块，它们分别与所述数据处理模块通信；所述上行通信MCU模块连接有以太网通讯模块和公共无线网络模块(gprs/cdma等模块)，构成了从其他设备传送信息到集中器的上行通信信道；所述下行通信MCU模块连接有宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块，构成了从集中器发送信息到其他设备的下行通信信道；
所述通信MCU模块通过TTL电平的RS232或SPI接口与数据处理模块相连；通信MCU模块与数据处理模块之间的通信协议符合DL/T 645和DL/T 698.42；
所述宽带载波模块通过SPI接口或以太网口，与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述高速窄带载波模块通过TTL电平的RS232口或SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述2.4G无线模块通过SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述470M无线模块通过SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式。
一种上述的多功能电能信息集中器的工作方法，由多个所述集中器互联构成电能计量表采集网，每个集中器通过交流采集模块采集相应的电能计量表的电量信息，并分别通过上、下行通信MCU模块通信；
所述下行通信MCU模块与宽带载波模块构成宽带载波通信通道，下行通信MCU模块与高速窄带载波模块构成高速窄带载波通信通道，下行通信MCU模块与2.4G无线模块构成2.4G无线通信通道，下行通信MCU模块与470M无线模块构成470M无线通信通道；
所述宽带载波通信通道和高速窄带载波通信通道中的任一种通道，与所述2.4G无线通信通道和470M无线通信通道中的任一种通道组合构成双通道；该双通道中的任何一种设置为主通道，另一种设置为备用通道；
所述下行通信MCU模块首先通过主通道与采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回备用通道。
本发明技术方案进步主要体现在：
1)在一台设备上集成了原有负控终端和用电信息集中器的功能，集中器能够采集用户总计量关口的电流、电压、相位，计算相应的功率因素、谐波等实时值，并且具备集中各类现场传感器的各种用电实时数据(如：分类电量信息、故障信息、电能质量信息等)及重点设备状态，从总体上降低了设备的安装、维护成本；
2)集中终端的通信方式同时支持有线和无线通信通道，有线可以是以太网或CAN总线中的一种，无线可以是2.4G或470M中的一种，可以配置指定有线或无线中的一种为主通道，另外一种为备用通道；使用完全不同性质的两个通道进行数据传输，发挥两个通道各自的优势，极大提高了抄表数据传输的鲁棒性、可靠性以及实时性；
3)集中终端具有数据自动重发的功能，集中终端自动发现通用传输模块与各类现场传感器的对应关系，提高了现场安装的效率以及可靠性，为大规模现场实施提供了技术基础。
本技术方案符合《国家电网公司“十一五”电力营销发展规划》要求，可以使用以太网及GSM无线网络进行远程通讯，对大用户内部各类用电信息进行采集，并可以利用多通道(以太网、CAN总线、2.4G无线、470M无线)采集所有现场传感器的数据信息。
附图说明
图1：本发明多功能集中器的结构原理框图；
图2：数据处理模块的电路框图；
图3：双通道数据传输过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本技术方案作进一步说明。本技术方案设计一种能够同时使用双通道的用电信息集中器，利用高性能的嵌入式MCU，实时采集并计算三相低压电的电能信息，同时可以监测以太网口的数据包，对来自以太网口的电能采集指令作出响应，利用下行配置的双通道通讯模块，采集台片下的电表的数据。
一种多功能电能信息集中器，包括数据处理模块和通信MCU模块，所述通信MCU模块包括上行通信MCU模块和下行通信MCU模块，它们分别与所述数据处理模块通信；所述上行通信MCU模块连接有以太网通讯模块和公共无线网络模块，构成了从其他设备传送信息到集中器的上行通信信道；所述下行通信MCU模块连接有宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块，构成了从集中器发送信息到其他设备的下行通信信道；
所述通信MCU模块通过TTL电平的RS232或SPI接口与数据处理模块相连；通信MCU模块与数据处理模块之间的通信协议符合DL/T 645和DL/T 698.42；
所述宽带载波模块通过SPI接口或以太网口，与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述高速窄带载波模块通过TTL电平的RS232口或SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述2.4G无线模块通过SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述470M无线模块通过SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式。
所述数据处理模块包括MCU、存储单元、时钟电路、交流采集模块和接口模块，所述MCU与交流采集模块、时钟电路、接口模块以及存储单元连接；
所述接口模块包括以太网接口电路、USB接口电路、RS232接口电路、红外通讯接口电路、RS485接口电路、级联RS485接口电路、SD卡接口电路、人机接口电路和光电隔离电路；
所述太网接口电路用于连接上位工控机；
所述USB接口电路用于连接U盘；
所述RS232接口电路用于连接程序调试计算机；
所述红外通讯接口电路用于连接PDA；
所述RS485接口电路用于连接电能计量表，进行抄表；
所述级联RS485接口电路用于连接配变电压器和其它集中器；
所述SD卡接口电路用于连接SD卡；
所述人机接口电路包括显示模块和输入键盘模块；
所述光电隔离电路用于连接开关量输入、温度以及其他模拟量输入和继电器输出；
所述交流采集模块包括计量单元，所述交流量出入连接计量单元。
所述数据处理模块是以ARM 7芯片为核心的电路，所述通信MCU模块是以ARM Cortex M3芯片为核心的电路，所述宽带载波模块是以INTELLON 5500x芯片为核心的电路，所述高速窄带载波模块是以MAX 2990芯片为核心的电路，所述2.4G无线模块是以MC13192芯片为核心的电路，所述470M无线模块是以CC1100E芯片为核心的电路。
如图1所示，本集中器，包括数据处理模块、通信MCU模块、宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块；通信MCU模块与数据处理模块1之间采用国网型式规范规定的数据总线连接；宽带载波模块与通信MCU模块连接，高速窄带载波模块与通信MCU模块连接，2.4G无线模块与通信MCU模块连接，470M无线模块与通信MCU模块连接。
其中，通信MCU模块通过TTL电平的RS232以及SPI接口与数据处理模块1相连，上、下行通信MCU模块与数据处理模块之间采用标准的DL/T 645或698.42协议；
图2示意了本集中器数据处理模块的电路框图，硬件部分按功能划分为6大部分：主控单元；电源板；GPRS/CDMA远程通信板；计量单元；下行通讯；人机接口。
数据处理模块是以ARM7芯片为核心。上、下行通信MCU模块均是以ARM Cortex M3芯片为核心的电路。宽带载波模块是以INTELLON 5500x芯片为核心的电路。高速窄带载波模块是以MAX 2990芯片为核心的电路。2.4G无线模块是以MC13192芯片为核心的电路。470M无线模块是以CC1100E芯片为核心的电路。
一种上述的多功能电能信息集中器的工作方法，由多个所述集中器互联构成电能计量表采集网，每个集中器通过交流采集模块采集相应的电能计量表的电量信息，并分别通过上、下行通信MCU模块通信；
所述下行通信MCU模块与宽带载波模块构成宽带载波通信通道，下行通信MCU模块与高速窄带载波模块构成高速窄带载波通信通道，下行通信MCU模块与2.4G无线模块构成2.4G无线通信通道，下行通信MCU模块与470M无线模块构成470M无线通信通道；
所述宽带载波通信通道和高速窄带载波通信通道中的任一种通道，与所述2.4G无线通信通道和470M无线通信通道中的任一种通道组合构成双通道；该双通道中的任何一种设置为主通道，另一种设置为备用通道；
(如图3所示)所述下行通信MCU模块首先通过主通道与采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回备用通道。
所述下行通信MCU模块的通信方法的步骤包括：
(S101)集中器使用宽带载波通信通道与高速窄带载波通信通道中的一种通道以及2.4G无线通信通道与470M无线通信通道中的一种通道进行工作，任意一个通信通道均配置为主通道和备用通道；
(S102)集中器下连次级区域集中器构成覆盖大用户内部的通信网络；
(S103)计量单元自动收缩并加入所述通信网络；
(S104)加入到所述通信网络后的计量单元，集中器自动为其分配网络地址；
(S105)计量单元主动上报功能属性等设备信息；
(S106)计量单元自动定时根据配置情况上报采集的实时用电数据；
(S107)主站需要时，通过集中器下发召测命令给计量单元，计量单元回应数据。
通过本技术方案，本集中器具有配变监测功能，能够采集配变的电流、电压、相位，计算相应的功率因素、谐波等实时值，其具体功能符合DL/T 698.41；集中器具有相对独立的通信模块，数据处理与通信模块之间采用TTL电平的RS232和SPI标准接口连接；集中器的通信模块具有独立的MCU实现通信管理；集中器与采集器之间采用双通道方式进行数据传输；集中器具有数据自动重发的功能；集中器具有自动电表发现功能，能够自动发现指定电表与采集器的连接关系。
集中器的通信方式同时支持载波和无线通信通道；载波可以是宽带载波或高速窄带载波中的一种；无线可以是2.4G、470M或是433中的一种；可以配置指定载波或无线中的一种为主通道，另外一种为备用通道。
本发明集中器采用宽带电力线载波、窄带电力线载波、470M无线、2.4G无线技术中的两种技术，构成双通道，数据发送时，如果一个通道发送不成功，自动切换到另外一个通道发送。自动电表对应，主台系统无需向集中器下发采集器与电表的对应信息，主台系统只需向集中器下发属于该集中器的电表的通讯地址，集中器能够自动发现与电表对应的采集器，并且在后续的数据传输过程中直接与该采集器通讯。
综上可见，本发明满意实现：1)使用完全不同性质的两个通道进行数据传输，发挥两个通道各自的优势，极大提高了抄表数据传输的鲁棒性、可靠性以及实时性；2)集中器自动发现电表与采集器的对应关系，提高了现场安装的效率以及可靠性，为大规模现场实施提供了技术基础。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种多功能电能信息集中器，包括数据处理模块和通信MCU模块，所述通信MCU模块包括上行通信MCU模块和下行通信MCU模块，它们分别与所述数据处理模块通信，其特征是所述上行通信MCU模块连接有以太网通讯模块和公共无线网络模块，构成了从其他设备传送信息到集中器的上行通信信道；所述下行通信MCU模块连接有宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块，构成了从集中器发送信息到其他设备的下行通信信道；
所述通信MCU模块通过TTL电平的RS232或SPI接口与数据处理模块相连；通信MCU模块与数据处理模块之间的通信协议符合DL/T 645和DL/T 698.42；
所述宽带载波模块通过SPI接口或以太网口，与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述高速窄带载波模块通过TTL电平的RS232口或SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述2.4G无线模块通过SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述470M无线模块通过SPI口与下行通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式。
2.根据权利要求1所述的多功能电能信息集中器，其特征是所述数据处理模块包括MCU、存储单元、时钟电路、交流采集模块和接口模块，所述MCU与交流采集模块、时钟电路、接口模块以及存储单元连接；
所述接口模块包括以太网接口电路、USB接口电路、RS232接口电路、红外通讯接口电路、RS485接口电路、级联RS485接口电路、SD卡接口电路、人机接口电路和光电隔离电路；
所述太网接口电路用于连接上位工控机；
所述USB接口电路用于连接U盘；
所述RS232接口电路用于连接程序调试计算机；
所述红外通讯接口电路用于连接PDA；
所述RS485接口电路用于连接电能计量表，进行抄表；
所述级联RS485接口电路用于连接配变电压器和其它集中器；
所述SD卡接口电路用于连接SD卡；
所述人机接口电路包括显示模块和输入键盘模块；
所述光电隔离电路用于连接开关量输入、温度以及其他模拟量输入和继电器输出；
所述交流采集模块包括计量单元，所述交流量出入连接计量单元。
3.根据权利要求1或2所述的多功能电能信息集中器，其特征在于：所述数据处理模块是以ARM 7芯片为核心的电路，所述通信MCU模块是以ARM Cortex M3芯片为核心的电路，所述宽带载波模块是以INTELLON 5500x芯片为核心的电路，所述高速窄带载波模块是以MAX 2990芯片为核心的电路，所述2.4G无线模块是以MC13192芯片为核心的电路，所述470M无线模块是以CC1100E芯片为核心的电路。
4.一种权利要求1所述的多功能电能信息集中器的工作方法，其特征在于：由多个所述集中器互联构成电能计量表采集网，每个集中器通过交流采集模块采集相应的电能计量表的电量信息，并分别通过上、下行通信MCU模块通信；
所述下行通信MCU模块与宽带载波模块构成宽带载波通信通道，下行通信MCU模块与高速窄带载波模块构成高速窄带载波通信通道，下行通信MCU模块与2.4G无线模块构成2.4G无线通信通道，下行通信MCU模块与470M无线模块构成470M无线通信通道；
所述宽带载波通信通道和高速窄带载波通信通道中的任一种通道，与所述2.4G无线通信通道和470M无线通信通道中的任一种通道组合构成双通道；该双通道中的任何一种设置为主通道，另一种设置为备用通道；
所述下行通信MCU模块首先通过主通道与采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回备用通道。
5.一种权利要求4所述的多功能电能信息集中器的工作方法，其特征在于：所述下行通信MCU模块的通信方法的步骤包括：
(S101)集中器使用宽带载波通信通道与高速窄带载波通信通道中的一种通道以及2.4G无线通信通道与470M无线通信通道中的一种通道进行工作，任意一个通信通道均配置为主通道和备用通道；
(S102)集中器下连次级区域集中器构成覆盖大用户内部的通信网络；
(S103)计量单元自动收缩并加入所述通信网络；
(S104)加入到所述通信网络后的计量单元，集中器自动为其分配网络地址；
(S105)计量单元主动上报功能属性等设备信息；
(S106)计量单元自动定时根据配置情况上报采集的实时用电数据；
(S107)主站需要时，通过集中器下发召测命令给计量单元，计量单元回应数据。
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