CN105788226A - 一种宽带载波并行抄表方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带载波并行抄表方法及系统，采用集中器向多个远端设备基于电力线载波方式获取远端设备上的计量数据，所述的远端设备为计量表；在集中器中启动抄表流程；抄表流程包括以下步骤：步骤1：集中器在T₁时段内统一向所有的N个计量表发送N条抄表指令，并在T₂时段内统一接收计量表的回复；记序数i＝2；步骤2：若集中器在T_i时段内未收到某一个或多个计量表的回复，则转到步骤3；若集中器收到所有计量表的回复，则本次抄表结束；步骤3：在T_i+1时段内重发针对未回复的计量表的抄表指令；在T_i+2时段内接收计量表的回复，令i＝i+2，并返回步骤2。该宽带载波并行抄表方法能显著提高抄表效率。

Description

一种宽带载波并行抄表方法及系统

技术领域

本发明涉及一种宽带载波并行抄表方法及系统。

背景技术

随着国家电网公司用电信息采集系统建设进入引领提升阶段，对数据量与数据采集频率的要求日益提高，采用传统的低压电力线窄带载波进行数据采集难于满足日益增加的数据采集需求，特别是用户数多，需求数据量大的台区，数据采集成功率难于保证，难以满足国家电网公司“全采集”的建设目标。

电力线载波(PowerLineCarrier，PLC)是电力系统特有的通信方式，电力线载波通信是利用高压电力线(35kV及以上电压等级)、中压电力线(10-35kV电压等级)或低压配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行信息传输的一种通信方式。该技术将载有信息的高频信号加载到电力线上，用电力线进行数据传输，再通过专用的电力解调器将高频信号从电力线上分离出来，传送到终端设备，电力线载波通信可分为窄带载波通信和宽带载波通信。窄带载波通信一般工作在3k～500kHz，传输速率一般从几kbps到500kbps，甚至可高达1Mbps；宽带载波通信一般工作在1.8M～250MHz，传输速率从几Mbps到几百Mbps，甚至可高达1Gbps。

由于PLC技术可以直接采用现有电网架构，无须额外部署冗余通信信道，而且通信线路都在电力企业的掌握之中，非常适合用于自动智能抄表。自动抄表系统(AutomaticMeterReadingSystem，AMR)是一种基于计算机、通信技术的数据采集、传输、处理的系统，主要是对公用事业仪表如电能表、水表、煤气表等计量表的自动读取。目前，我国的电力用户用电信息采集居民抄表系统包括：主站、集中器和计量表，其中，集中器下的抄表信道有80％以上是载波信道，采用宽带载波系统通信或者采用窄带载波系统通信。

参见图3，传统的串口窄带PLC的通讯方式为：集中器通过串口发送单条抄表报文给集中器模块，集中器模块向下行发送到PLC上去抄表，等待电表回应，有电表回应的话就等待电表的读数，读到后就去抄下一块表；如没有读到就等超时。由于串口和窄带PLC的特性，每次只能抄读一块表。与传统的窄带电力线载波技术相比，宽带电力线载波技术具有高速、抗噪音、自动路由，覆盖率高等诸多优点。但现有的基于宽带载波通信的抄表通信系统在抄表方法仍然承袭低压窄带载波通信系统，无法发挥宽带载波的优势。集中器与宽带载波模块之间采用“一问一答”式的串行工作方式，集中器发送一条指令后，需要等待收到回复再发送下一条指令。这种方式导致宽带载波系统的抄表效率仍然较低下，并且对宽带载波系统的通信资源造成了浪费。

因此，有必要设计一种新型的宽带载波并行抄表方法及系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种宽带载波并行抄表方法及系统，该宽带载波并行抄表方法及系统能显著提高抄表效率。

发明的技术解决方案如下：

一种宽带载波并行抄表方法，采用集中器向多个远端设备基于电力线载波方式获取远端设备上的计量数据，所述的远端设备为计量表；在集中器中启动抄表流程；

抄表流程包括以下步骤：

步骤1：集中器在T₁时段内统一向所有的N个计量表发送N条抄表指令，并在T₂时段内统一接收计量表的回复；记序数i＝2；

步骤2：若集中器在T_i时段内未收到某一个或多个计量表的回复(即仍有计量表没有回复)，则转到步骤3；若集中器收到所有计量表的回复，则本次抄表结束；

步骤3：在T_i＋1时段内重发针对未回复的计量表的抄表指令；在T_i+2时段内接收计量表的回复，令i＝i+2，并返回步骤2。

集中器上电后执行识别流程；

识别流程包括通过RESET引脚复位集中器模块的子流程和通过MME信令下发主节点地址的子流程(下发是指集中器向本地通信模块发送命令)；集中器所在的本地通信模块称为主节点。主节点地址用以标识某个集中器或者台区。

在识别流程之后执行档案同步流程，档案同步流程用于通过MME报文下发档案。档案即表计档案，表计档案用来表示计量表计的配置参数，如测量点号，表计地址等。

档案同步流程中涉及被动方式触发和主动方式触发：

a)当集中器本地通讯模块重启或检测到不存在档案时，启用被动方式触发；

b)在集中器发生档案更新后，启用主动方式触发。

被动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Req与VS_BLACK_WHITE_LIST.Cnf来完成；

Req报文由集中器本地通信模块的载波模块分别发起，在监测到集中器本地通信模块的Req报文后，集中器需要进行分别响应，将计量表档案包含在Cnf报文中发送给本地通信模块；

主动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Ind与VS_BLACK_WHITE_LIST.Rsp来完成；如果档案发生变动，集中器需要向本地通信模块的3个MAC地址分别发送Ind报文，下发新的档案，直到3个MAC地址均通过Rsp报文进行了响应。集中器本地载波通讯模块集成3个载波芯片，分别对应于A、B、C三相。

抄表流程中使用MME指令来抄读某一计量表的数据项的操作；该指令的请求报文为VS_UART_CMD.Req；

集中器需要建立并维护采集器和计量表关系，使用VS_UART_CMD.Req，集中器需要将该MME指令的目标地址设置为某个计量表对应的采集器地址(不是本集中器的地址，而是该表计所属采集器的地址)；而本地通信模块只负责透传该MME。(该MME由集中器发给表计所属的采集器，集中器本地通讯模块负责透明转发该报文到采集器端的通讯模块)。因为可能存在多个集中器，每一个集中器对应多个计量表，因此为保障所有的计量表的数据都能采集到，需要维护计量表与集中器的关系。

0＜N≤2040，0＜T₁≤20s，5＜T₂≤200s，当i≥3时，T_i＝200s。

作为优选T₁＝20s，T₂＝200s，当i≥3时，T_i＝200s。

一种宽带载波并行抄表系统，包括集中器和多个远端设备；集中器采用本地的集中器通信模块与多个远端设备基于电力线宽带载波进行通信；采用前述的宽带载波并行抄表方法实现并行抄表。

集中器可以是多个，每一个集中器上带有多个远端设备。

所述的远端设备为电能表、水表或燃气表中的至少一种。

有益效果：

本发明提供了一种宽带载波并行抄表方法及系统，集中器和宽带载波模块使用网口通讯，可同时有多个抄表帧并行传输，使得集中器模块的并发抄表成为可能。在并行工作模式下集中器同时发送与接收多条指令，根据是否收到回复来决定是否重发指令，如图4所示。采用并行抄表方法可以大幅提高抄表效率，进而一定程度上避免宽带载波系统资源的浪费。

本发明通过并行处理的模式，充分减少等待时间，大幅节省集中器与载波模块之间的交互时间，提升抄表速度，提高数据采集的效率。具体的试点实验也能证明这一结论，详见实施例说明。

附图说明

图1为抄表系统架构图；

图2为并行抄表主流程图；

图3为串行抄表示意图；

图4为并行抄表示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：一种宽带载波并行抄表方法，采用集中器向多个远端设备基于电力线载波方式获取远端设备上的计量数据，所述的远端设备为计量表；在集中器中启动抄表流程；

抄表流程包括以下步骤：

步骤1：集中器在T₁时段内统一向所有的N个计量表发送N条抄表指令，并在T₂时段内统一接收计量表的回复；记序数i＝2；

步骤2：若集中器在T_i时段内未收到某一个或多个计量表的回复(即仍有计量表没有回复)，则转到步骤3；若集中器收到所有计量表的回复，则本次抄表结束；

步骤3：在T_i+1时段内重发针对未回复的计量表的抄表指令；在T_i+2时段内接收计量表的回复，令i＝i+2，并返回步骤2。

集中器上电后执行识别流程；

识别流程包括通过RESET引脚复位集中器模块的子流程和通过MME信令下发主节点地址的子流程(下发是指集中器向本地通信模块发送命令)；集中器所在的本地通信模块称为主节点。主节点地址用以标识某个集中器或者台区。

在识别流程之后执行档案同步流程，档案同步流程用于通过MME报文下发档案。档案即表计档案，表计档案用来表示计量表计的配置参数，如测量点号，表计地址等。

档案同步流程中涉及被动方式触发和主动方式触发：

a)当集中器本地通讯模块重启或检测到不存在档案时，启用被动方式触发；

b)在集中器发生档案更新后，启用主动方式触发。

被动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Req与VS_BLACK_WHITE_LIST.Cnf来完成；

Req报文由集中器本地通信模块的载波模块分别发起，在监测到集中器本地通信模块的Req报文后，集中器需要进行分别响应，将计量表档案包含在Cnf报文中发送给本地通信模块；

主动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Ind与VS_BLACK_WHITE_LIST.Rsp来完成；如果档案发生变动，集中器需要向本地通信模块的3个MAC地址分别发送Ind报文，下发新的档案，直到3个MAC地址均通过Rsp报文进行了响应。集中器本地载波通讯模块集成3个载波芯片，分别对应于A、B、C三相。

抄表流程中使用MME指令来抄读某一计量表的数据项的操作；该指令的请求报文为VS_UART_CMD.Req；

集中器需要建立并维护采集器和计量表关系，使用VS_UART_CMD.Req，集中器需要将该MME指令的目标地址设置为某个计量表对应的采集器地址(不是本集中器的地址，而是该表计所属采集器的地址)；而本地通信模块只负责透传该MME。(该MME由集中器发给表计所属的采集器，集中器本地通讯模块负责透明转发该报文到采集器端的通讯模块)。因为可能存在多个集中器，每一个集中器对应多个计量表，因此为保障所有的计量表的数据都能采集到，需要维护计量表与集中器的关系。

参数设置如下：T₁＝20s，T₂＝200s，当i≥3时，T_i＝200s。

一种宽带载波并行抄表系统，包括集中器和多个远端设备；集中器采用本地的集中器通信模块与多个远端设备基于电力线宽带载波进行通信；采用前述的宽带载波并行抄表方法实现并行抄表。

所述的远端设备为电能表、水表或燃气表中的至少一种。

以电能表(简称电表)的数据采集为例，载波抄表应用场景如图1所示。

目前国内的电力线载波抄表现场主要有三种设备需要搭载或集成PLC通信功能，分别为：载波电表、I型采集器与II型采集器以及集中器。其中I型采集器与II型采集器有可能作为中继设备，在载波组网中出现。采集器依据功能可分为I型采集器和II型采集器。I型采集器抄收和保存电能表数据，并根据集中器的命令将储存的数据上传给集中器。II型采集器直接转发集中器与电能表之间的命令和数据。

在并行抄表方式下，首先需要通过主站下发或集中器面板输入主节点地址和电表档案。主节点地址是长度为12位的BCD码，通过该地址能够唯一标识该集中器所属的台区。该地址需要集中器能够正确显示在面板上，方便现场人员查看。电表档案通常由主站下发给集中器，给出本台区的电表名单。

并行抄表方案的通信协议采用以太网二层的MAC数据帧，包括目的地址、源地址、数据帧类型和数据帧有效载荷域。集中器与载波模块采用特殊的MAC数据帧格式MME进行交互。该MME的数据帧类型域为专用数据帧类型0xE188。

在本方案中，每个载波模块有标识自己唯一性的MAC地址。对于不同的设备，其MAC地址会有不同的特性：

本地集中器模块：集成了3颗路由芯片，因此有3个MAC地址。

载波电表中的模块：如果模块与电表UART通信正常，该地址为电表表号的反序，即如果电表表号为123456789012，其对应的模块MAC地址为12：90：78：56：34：12；否则采用PIB(参数信息块，ParameterInformationBlock)中的地址进行注册。

I型采集器中的通信模块和II型采集器：如果I/II型采集器未连接任何电表，或者连接了电表但未搜到电表的情况下，使用PIB中的MAC地址进行注册；如果搜到电表，则以该搜到电表的表号的反序作为MAC地址进行注册。

在并行工作模式下的集中器软件需要两个线程分别处理收发操作集中器与宽带载波模块的交互一个线程处理接收，一个线程处理发送，集中器可以同时发送与接收多条指令，根据是否收到回复来决定是否重发指令，如图3所示。

集中器与宽带载波模块的交互流程如图2所示。其步骤为：

1.集中器在上电初始化后按序执行“识别流程”与“档案同步流程”。

2.“识别流程”，首先是通过RESET引脚复位集中器模块的子流程；其次是通过MME下发主节点地址的子流程。

3.“档案同步流程”通过相应的MME报文下发档案。

最后循环执行“抄表流程”。只有当出现新增的触发事件时，才会退出“抄表流程”重新开始“识别流程”和“档案同步流程”。

档案同步流程说明：

“档案同步流程”可能在两种情况下触发：被动方式触发与主动方式触发。

a)当本地通讯模块重启或检测到不存在档案时，会启用被动方式触发。

b)在集中器发生档案更新后，会启用主动方式触发。

被动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Req与VS_BLACK_WHITE_LIST.Cnf来完成。Req报文由本地通信模块的载波模块分别发起，在监测到本地通信模块的Req报文后，集中器需要进行分别响应，将电表档案包含在Cnf报文中发送给本地通信模块。

主动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Ind与VS_BLACK_WHITE_LIST.Rsp来完成。如果档案发生变动，集中器需要向本地通信模块的3个MAC地址分别发送Ind报文，下发新的档案，直到3个MAC地址均通过Rsp报文进行了响应。

由于Cnf报文与Ind报文一次最多支持208个电表的下发，因此如果档案的数量超过208个对象，则集中器需要进行多次MME报文交互，具体方法为：

在被动方式下，监测Req报文的FirstIndex域，该域指定了本地通信模块已经收到的档案个数+1，集中器需要将余下的档案内容通过Cnf报文回给本地通信模块。如果档案没有全部下发(还有剩余档案需要在下一个MME中下发)，则Cnf报文中OtherMME域应置为0x01，如果已经下发全部，则该域置为0。

在主动方式下，集中器发送的第一个Ind报文的FirstMME域应置为0x01。如果档案没有全部下发(还有剩余档案需要在下一个MME中下发)，则Ind报文中OtherMME域应置为0x01，如果已经下发全部，则该域置为0。发完Ind报文后，监测接收到的Rsp报文的OpResult域，如果失败，则需要重发Ind报文，否则发下一条Ind报文或完成操作。

抄表流程

“抄表流程”使用特定的MME指令来进行抄读某一电表数据项的操作。该指令的请求报文有两种MME格式：VS_UART_CMD.Req和VS_UART_CMD_VERSION1.Req。集中器软件根据自身抄表需求决定使用哪种报文。根据集中器软件自身是否维护采集器和电表的关系，可以分为以下两类：

需要建立并维护采集器和电表关系：使用VS_UART_CMD.Req，集中器软件需要将该MME的目标地址设置为某个电表对应的采集器地址。而本地通信模块只负责透传该MME。所以，集中器软件需要负责确保目的地址是正确的，否则会导致抄表失败。

不需要维护采集器和电表关系：集中器软件不关心采集器和电表的关系，则必须使用VS_UART_CMD_VERSION1.Req。集中器软件可以简单地将该MME的目标地址设置为广播地址即可(或任意地址)。而集中器模块将会分析该MME报文，并将正确的采集器地址填入后再转发出去。集中器模块负责确保目的地址正确。并行抄表必须要维护该关系；串行抄表可以不需要维护该关系。

并行工作模式特别适合且只能在网口模式下采用。集中器的工作较串行工作模式复杂，维护的数据较多，但能极大提高宽带PLC智能抄表的性能。进行并行抄表的前提是集中器获取并维护采集器和485电表的对应关系，从而集中器可以对不同采集器下的不同电表进行并行抄表。具体流程如下。

1.完成“档案同步流程”。

2.等待远程模块组网结束：建议等待5-10分钟。

3.获取采集器和485电表的对应关系(可选，载波电表模式可忽略该步骤)。获取对应关系方法在下文描述。

4.对所有获取到对应采集器的电表进行并行抄表。对载波电表而言，可以看作“一个采集器+一个电表”的模式。并行的粒度为“采集器”而非“电表”，即集中器软件可以同时对属于不同采集器下的电表进行并行抄表。并行抄表，实际上是说对不同采集器下的电表并行发送抄表命令，然后等待电表回应。

5.对未获取对应采集器的电表进行串行的广播抄表，广播方式是指报文发送时，通过设置“广播标志位”域为1和“目的地址”为0xFFF来指定该报文是广播报文，接收站点接收到广播报文时，必须进行处理。该步骤既可以抄读电表，同时又建立起采集器和电表的关系。是对单播抄表的补充。

集中器可以通过两种方式来获取采集器与电表关系。

方式1：集中器软件自行建立。集中器可以通过广播抄表的方式从零开始获取本台区采集器与电表关系，即监测广播抄表后得到的VS_UART_CMD.Cnf报文，将报文的源MAC地址与载荷(645报文)中的表号存储下来，该源MAC地址即为该表号对应的采集器地址。

方式2(可选)：从本地通信模块获取。如果集中器确认已经进行过至少一轮广播抄表后，集中器本地模块会维护抄读成功的电表与对应采集器的关系。这样，集中器软件可随时通过VS_PM_COLLECTOR_RELATION这个MME来从本地通信模块中获取该关系。由于该关系可能存在动态变化的可能，在每轮单播抄表任务前发送请求报文获取关系并及时更新。

当单播抄表无法抄读成功时，可重发几次，如果还是失败，可能存在几种可能：

对应的采集器处于未上线状态：可以获取上线模块信息来进一步确认；或者可以等下一轮次抄表。

采集器与电表关系发生变化：可以通过方式2查询该电表对应的采集器地址是否已经更新。如果未变化，也可以进行广播抄表。

由于采集器和电表的对应关系相对稳定，集中器可以考虑保存到文件，以便下次重启时读取该文件中的对应关系，从而快速建立关系。

MME是Homeplug标准的术语，管理消息表项(ManagementMessageEntry)

实施试点说明：

通过实施本发明方案，在多个配电台区进行试点，均取得了良好效果。如福建省泉州市某台区，300只电表，原窄带PLC抄表成功率低于30％，使用宽带并行抄表成功率达到100％，并且抄表时间缩短为1分钟以内。如河北唐山市某测试点，一个台区下248只电表，原窄带PLC抄表成功率低于20％，换用宽带PLC后成功率达到100％。而使用本发明提供的并行抄表方法后，抄表时间由串行的5分钟缩短到1分钟以内。

Claims (10)

1.一种宽带载波并行抄表方法，采用集中器向多个远端设备基于电力线载波方式获取远端设备上的计量数据，所述的远端设备为计量表；在集中器中启动抄表流程；

其特征在于，抄表流程包括以下步骤：

步骤1：集中器在T₁时段内统一向所有的N个计量表发送N条抄表指令，并在T₂时段内统一接收计量表的回复；记序数i＝2；

步骤2：若集中器在T_i时段内未收到某一个或多个计量表的回复，则转到步骤3；若集中器收到所有计量表的回复，则本次抄表结束；

步骤3：在T_i+1时段内重发针对未回复的计量表的抄表指令；在T_i+2时段内接收计量表的回复，令i＝i+2，并返回步骤2。

2.根据权利要求1所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，集中器上电后执行识别流程；

识别流程包括通过RESET引脚复位集中器模块的子流程和通过MME信令下发主节点地址的子流程；集中器所在的本地通信模块称为主节点。

3.根据权利要求2所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，在识别流程之后执行档案同步流程，档案同步流程用于通过MME报文下发档案。

4.根据权利要求3所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，档案同步流程中涉及被动方式触发和主动方式触发：

a)当集中器本地通讯模块重启或检测到不存在档案时，启用被动方式触发；

b)在集中器发生档案更新后，启用主动方式触发。

5.根据权利要求4所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，被动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Req与VS_BLACK_WHITE_LIST.Cnf来完成；

Req报文由集中器本地通信模块的载波模块分别发起，在监测到集中器本地通信模块的Req报文后，集中器需要进行分别响应，将计量表档案包含在Cnf报文中发送给本地通信模块；

主动方式通过VS_BLACK_WHITE_LIST.Ind与VS_BLACK_WHITE_LIST.Rsp来完成；如果档案发生变动，集中器需要向本地通信模块的3个MAC地址分别发送Ind报文，下发新的档案，直到3个MAC地址均通过Rsp报文进行了响应。

6.根据权利要求1所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，抄表流程中使用MME指令来抄读某一计量表的数据项的操作；该指令的请求报文为VS_UART_CMD.Req；

集中器需要建立并维护采集器和计量表关系，使用VS_UART_CMD.Req，集中器需要将该MME指令的目标地址设置为某个计量表对应的采集器地址；而本地通信模块只负责透传该MME。

7.根据权利要求1所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，0＜N≤2040，0＜T₁≤20s，5＜T₂≤200s，当i≥3时，T_i＝200s。

8.根据权利要求7所述的宽带载波并行抄表方法，其特征在于，T₁＝20s，T₂＝200s，当i≥3时，T_i＝200s。

9.一种宽带载波并行抄表系统，包括集中器和多个远端设备；集中器采用本地的集中器通信模块与多个远端设备基于电力线宽带载波进行通信；其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的宽带载波并行抄表方法实现并行抄表。

10.根据权利要求9所述的宽带载波并行抄表系统，其特征在于，所述的远端设备为电能表、水表或燃气表中的至少一种。