CN106850639A - 用于标准电能表检定的协议转换系统及协议转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于标准电能表检定的协议转换系统及协议转换方法，系统包括总控模块、通道转换开关、协议转换模块和多个标准电能表；协议转换模块包括控制器；各标准电能表分别通过串口连接一个协议转换模块中的控制器；各协议转换模块中的控制器分别通过串口连接通道转换开关，进而与总控模块连接通信；总控模块与各标准电能表之间的指令和数据通信皆通过协议转换模块进行数据格式的转换，以适应各标准电能表的数据解析需求。利用本发明能够解决现有技术中需要根据不同厂家标准电能表配备不同数据解析硬件的问题，可大大降低硬件配置的成本，同时保证数据传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及标准电能表检定技术领域，特别是一种用于标准电能表检定的协议转换系统及协议转换方法。
背景技术
传统的电能表检定装置一般配备的是固定型号系列的标准功率电能表，上位控制计算机或总控系统与标准表的通讯协议也是固定的。对于高精度的标准电能表检定装置，比如0.01级标准装置，由于这类装置属于高精度产品，目前国际上主要生产厂家有Z、E、R三家生产，三家产品各有特点，通讯协议与控制方式也不一样。
0.01级标准电能表由于是最高等级的标准器，各个省级电能计量部门一般均会配备2到3家不同品牌型号的标准表以实现相互比对。但出于成本和应用方便性考虑，如果配备一家品牌的标准表就需要相应地配备一套标准装置，就会造成成本的增加，因此传统的一对一（即一种标准表对应一种通讯协议）的通讯方式已经不能满足当前市场和用户的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：通过设置协议转换模块，利用一种通讯协议实现各种标准电能表与检定总控模块之间的信号传输，无需标准电能表统一化从而降低设备配置成本，同时保证标准电能表检定的可靠性。
本发明采取的技术方案具体为：一种用于标准电能表检定的协议转换系统，包括总控模块、通道转换开关、协议转换模块和多个标准电能表；
协议转换模块包括控制器；各标准电能表分别通过串口连接一个协议转换模块中的控制器；各协议转换模块中的控制器分别通过串口连接通道转换开关，进而与总控模块连接通信；
总控模块通过协议转换模块向各标准电能表发送控制指令，各协议转换模块中的控制器将接收到的控制指令转换为相应标准电能表可识别的控制指令，并传输至相应的标准电能表；
各标准电能表根据接收到的控制指令，将反馈数据输出至相应的协议转换模块；各协议转换模块中的控制器将接收到的反馈数据转换为统一的数据格式发送给总控模块。
优选的，控制器分别通过RS232串口连接标准电能表和通道转换开关；进一步的，协议转换模块还包括MAX232转换单元；控制器的两个串口分别通过MAX232转换单元连接标准电能表和通道转换开关。
优选的，所述通道转换开关采用万转开关 万转开关即万能转换开关，其为现有产品，本发明采用的万转开关的接口数可根据要接入的标准电能表数量进行设置。在应用时，通过对万转开关手柄的操作可切换当前连接总控模块的标准电能表，从而对相应的电表进行校准。此外，通道转换开关也可采用现有的多路选择器，多路选择器的应用亦为现有技术。
所述协议转换模块中的控制器采用单片机（MCU）。如现有的80C51系列单片机等。也可采用其它种类的微型控制器芯片。
本发明系统在应用时，协议转换模块基于统一的通信协议进行与各标准电能表之间，和与总控模块之间的通信；可根据各种标准电能表的既有通信协议数据格式，对通信协议中指令转换规则进行完善，从而使得协议转换功能可支持市面上的各种标准电能表，应用扩展简便。
本发明还公开一种基于上述协议转换系统的协议转换方法，包括步骤：
S1，定义各标准电能表可识别的控制指令数据为第一数据格式，各标准电能表发出的反馈数据为第二数据格式，第一数据格式包括对应不同指令类型的指令头和指令参数，第二数据格式包括对应不同数据类型的指令头和目标参数；
定义总控模块发出的控制指令数据为第三数据格式，协议转换系统向总控模块发送的反馈数据为第四数据格式，第三数据格式包括对应不同指令类型的指令头和指令参数，第四数据格式包括对应不同数据类型的指令头和目标参数；
S2，建立各种标准电能表的第一数据格式与第三数据格式中指令头内容的对应关系表；建立各种电能表的第二数据格式与第四数据格式中指令头与目标参数的对应关系表；
S3，将总控模块控制指令转换为标准电能表可识别的指令，包括步骤：
S31，获取第三数据格式的总控模块控制指令数据，将指令中的指令头和目标参数分别提取出来；
S32，根据提取出的指令头，在第一数据格式与第三数据格式的对应关系表中进行查找，找到第一数据格式中指令类型相应的指令头；
S33，将找出的第一数据格式指令头与S31提取出的目标参数进行组合，形成第一数据格式的控制指令数据，发送给标准电能表；
S4，将标准电能表发出的反馈数据传输至总控模块，包括步骤：
S41，获取第二数据格式的标准电能表反馈数据指令，将指令中的指令头和目标参数分别提取出来；
S42，根据提取出的指令头，在第二数据格式与第四数据格式的对应关系表中进行查找，找到第四数据格式中数据类型相应的指令头；
S43，将找出的第四数据格式指令头与S41提取出的目标参数进行组合，形成第四数据格式的控制指令数据，发送给总控模块。
利用上述协议转换方法，通过对对应关系表中的对应关系数据进行完善，本发明可实现对市场上所有标准电能表的协议转换，从而利用一种协议转换模块实现所有厂家标准电能表与总控模块之间的通信。软件的维护成本远远小于多种硬件配置的成本。
进一步的，本发明协议转换方法中，第一数据格式、第二数据格式、第三数据格式和第四数据格式还分别包括结束符。各数据格式的总体格式为指令头+参数+结束符。
有益效果
本发明通过协议转换装置实现不同厂家标准电能表与总控模块之间的通信。系统中，协议转换装置基于相同的通信协议进行工作，协议转换模块为相同的硬件模块，能够解决现有技术中需要根据不同厂家标准电能表配备不同数据解析硬件的问题，可大大降低硬件配置的成本，同时保证数据传输的可靠性。
附图说明
图1所示为本发明协议转换系统结构示意图；
图2所示为本发明协议转换系统应用结构示意图；
图3所示为本发明协议转换方法流程示意图；
图4所示为本发明协议转换模块运行程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
参考图1所示，本发明用于标准电能表检定的协议转换系统，包括总控模块、通道转换开关、协议转换模块和多个标准电能表；
协议转换模块包括控制器；各标准电能表分别通过串口连接一个协议转换模块中的控制器；各协议转换模块中的控制器分别通过串口连接通道转换开关，进而与总控模块连接通信；
总控模块通过协议转换模块向各标准电能表发送控制指令，各协议转换模块中的控制器将接收到的控制指令转换为相应标准电能表可识别的控制指令，并传输至相应的标准电能表；
各标准电能表根据接收到的控制指令，将反馈数据输出至相应的协议转换模块；各协议转换模块中的控制器将接收到的反馈数据转换为统一的数据格式发送给总控模块。
本发明基于上述协议转换系统的协议转换方法，包括步骤：
S1，定义各标准电能表可识别的控制指令数据为第一数据格式，各标准电能表发出的反馈数据为第二数据格式，第一数据格式包括对应不同指令类型的指令头和指令参数，第二数据格式包括对应不同数据类型的指令头和目标参数；
定义总控模块发出的控制指令数据为第三数据格式，协议转换系统向总控模块发送的反馈数据为第四数据格式，第三数据格式包括对应不同指令类型的指令头和指令参数，第四数据格式包括对应不同数据类型的指令头和目标参数；
S2，建立各种标准电能表的第一数据格式与第三数据格式中指令头内容的对应关系表；建立各种电能表的第二数据格式与第四数据格式中指令头与目标参数的对应关系表；
S3，将总控模块控制指令转换为标准电能表可识别的指令，包括步骤：
S31，获取第三数据格式的总控模块控制指令数据，将指令中的指令头和目标参数分别提取出来；
S32，根据提取出的指令头，在第一数据格式与第三数据格式的对应关系表中进行查找，找到第一数据格式中指令类型相应的指令头；
S33，将找出的第一数据格式指令头与S31提取出的目标参数进行组合，形成第一数据格式的控制指令数据，发送给标准电能表；
S4，将标准电能表发出的反馈数据传输至总控模块，包括步骤：
S41，获取第二数据格式的标准电能表反馈数据指令，将指令中的指令头和目标参数分别提取出来；
S42，根据提取出的指令头，在第二数据格式与第四数据格式的对应关系表中进行查找，找到第四数据格式中数据类型相应的指令头；
S43，将找出的第四数据格式指令头与S41提取出的目标参数进行组合，形成第四数据格式的控制指令数据，发送给总控模块。
利用上述协议转换方法，通过对对应关系表中的对应关系数据进行完善，本发明可实现对市场上所有标准电能表的协议转换，从而利用一种协议转换模块实现所有厂家标准电能表与总控模块之间的通信。软件的维护成本远远小于多种硬件配置的成本。
进一步的，本发明协议转换方法中，第一数据格式、第二数据格式、第三数据格式和第四数据格式还分别包括结束符。各数据格式的总体格式为指令头+参数+结束符。
实施例1
如图1所示，本实施例中，控制器分别通过RS232串口连接标准电能表和通道转换开关；进一步的，协议转换模块还包括MAX232转换单元；控制器的两个串口分别通过MAX232转换单元连接标准电能表和通道转换开关。
通道转换开关采用万转开关。万转开关即万能转换开关，其为现有产品，本发明采用的万转开关的接口数可根据要接入的标准电能表数量进行设置。在应用时，通过对万转开关手柄的操作可切换当前连接总控模块的标准电能表，从而对相应的电表进行校准。此外，通道转换开关也可采用现有的多路选择器，多路选择器的应用亦为现有技术。
协议转换模块中的控制器采用单片机（MCU）。如现有的80C51系列单片机等。
总控模块PC可为现有电能表校准系统中用于发出校准指令和接收校准反馈数据，以及进行各种计算的控制器计算机，其其它功能实现不作为本发明的发明点。本发明仅对总控模块PC与标准电能表之间的协议转换统一进行研究。
本发明系统在应用时，协议转换模块基于统一的通信协议进行与各标准电能表之间，和与总控模块之间的通信；可根据各种标准电能表的既有通信协议数据格式，对通信协议中指令转换规则（即各数据格式对应关系表）进行完善，从而使得协议转换功能可支持市面上的各种标准电能表，应用扩展简便。
实施例2
如图1所示，协议转换系统包括总控模块（PC）、万转开关、协议转换模块和标准电能表，RD33 和COM3003分别表示两种厂家的标准电能表，两种标准表的通讯协议不一样，本实施例通过协议转换模块来转换成统一的通信协议，以实现数据交互。协议转换模块中的控制器采用单片机。
万转开关是一个物理转换开关，能够在同一时间中只允许有一种标准电能表接入。
以RD33和COM3003标准表为例：
工作中只有一种标准电能表和PC通讯。两种标准表的通讯口选择是通过一个万转开关来实现的。
如图3所示为本发明协议转换方法主程序流程示意图，步骤为：
首先初始化单片机的数据存储器和串口等，建立单片机和标准电能表以及PC电脑之间通讯的物理连接；
初始化标准电能表的电压、电流档位在最大值；以防止有过压过流的情况发生；
单片机通过串口1接收总控模块PC发送的数据，然后通过查找对应关系表，转换成RD33和COM3003能够识别的特定命令；例如设置标准电能表电压档位、电流档位、接线方式、读取标准表状态；
标准电能表返回的数据通过串口2返回给单片机，单片机将各种不同种类的标准电能表的数据，转换成统一的格式，发送给PC。返回数据包括：电压、电流、相位、频率等的测量值和实际的接线方式。
如图4所示，为本发明协议转换模块流程示意图，开始时，单片机接收PC发送的指令，收到指令后，单片机遵循协议转换模块对应的通讯协议取指令头，然后查找第一数据格式与第三数据格式的对应关系表，取对应的转换后指令头，取指令参数，然后合成新的指令头+指令参数+结束符，向目标端口输送数据。新的指令合成前，若指令参数与目标参数格式也存在不同，也将这些不同完善在对应关系表中，转换时，将指令参数的格式转换为目标参数，再进行新指令的合成。
以德国ZREA公司的0.01级标准电能表COM3003为例：标准表返回给通讯转换装置的电压、电流、功率等信息有ZERA公司特殊的协议定义，其中的一些指令举例如下：
| "UL1=" | A相电压 |
| "UL2=" | B相电压 |
| "UL3=" | C相电压 |
| "IL1=" | A相电流 |
| "IL2=" | B相电流 |
| "IL3=" | C相电流 |
| "FU1=" | A相电压相位 |
| "FU2=" | B相电压相位 |
| "FU3=" | C相电压相位 |
| "FI1=" | A相电流相位 |
| "FI2=" | B相电流相位 |
| "FI3=" | C相电流相位 |
| "P1=" | A相有功 |
| "P2=" | B相有功 |
| "P3=" | C相有功 |
| "Q1=" | A相无功 |
| "Q2=" | B相无功 |
| "Q3=" | C相无功 |
| "EP=" | 总有功 |
| "EQ=" | 总无功 |
| "F=" | 频率 |
协议转换模块接收到这些参数的相关指令后，根据接收到的指令头，判断当前接收到的是哪一类型的数据；然后将等号后面的数据加上新的指令头后，再将转换后的指令发送出去。对应转换后的协议及表示含义如下：
| "U1:" | A相电压 |
| "U2:" | B相电压 |
| "U3:" | C相电压 |
| "Ia:" | A相电流 |
| "Ib:" | B相电流 |
| "Ic:" | C相电流 |
| "FUa:" | A相电压相位 |
| "FUb:" | B相电压相位 |
| "FUc:" | C相电压相位 |
| "FIa:" | A相电流相位 |
| "FIb:" | B相电流相位 |
| "FIc:" | C相电流相位 |
| "P1:" | A相有功 |
| "P2:" | B相有功 |
| "P3:" | C相有功 |
| "Q1:" | A相无功 |
| "Q2:" | B相无功 |
| "Q3:" | C相无功 |
| "EP:" | 总有功 |
| "EQ:" | 总无功 |
| "F:" | 实际频率 |
若要想控制COM3003的接线方式，则需要给其发送能识别的接线方式命令。通讯协议转换模块认知的接线方式控制命令如下：
| TYPE:0 | P1 | 单相有功 |
| TYPE:1 | P4 | 三相四线有功 |
| TYPE:2 | P3_2 | 三相三线有功 |
| TYPE:3 | Q4_3 | 三相四线跨线无功90度三元件无功 |
| TYPE:4 | Q3_60 | 三相三线移相60度无功；60度两元件无功 |
| TYPE:5 | Q3_90 | 三相三线跨线无功90度两元件无功 |
| TYPE:6 | Q4_R | 三相四线真无功 |
| TYPE:7 | Q3_R | 三相三线真无功 |
| TYPE:8 | P3_3 | 三相三线有功；UAUBUC按三相四线输出UB对地不为0 |
| TYPE:9 | Q3_3 | 三相三线无功输出按三相三线输出UB接U0 |
| TYPE:: | WIRE_Q3_CT | 接线方式三相三线人工中心点无功 |
| TYPE:; | WIRE_Q1 | 单相方式无功 |
对应的COM3003能够是别的接线方式控制命令如下：
| {"2WA\r"} | 单相有功 |
| {"4WA\r"} | 三相四线有功 |
| {"3WA\r"} | 三相三线有功 |
| {"4WRC\r"} | 三相四线跨线无功90度三元件无功 |
| {"3WRCB\r"} | 三相三线移相60度无功；60度两元件无功 |
| {"3WRCA\r"} | 三相三线跨线无功90度两元件无功 |
| {"4WR\r"} | 三相四线真无功 |
| {"3WR\r"} | 三相三线真无功 |
| {"2WR\r"} | 单相方式无功 |
实施例3
参考图2所示为本发明协议转换系统的应用结构示意图，即电能表校准系统结构示意图，其中，被校表接入各标准电能表（标准表1、2…N）。应用时，通过上位控制计算机或键盘的控制，启动电能表校准系统及其中的协议转换系统的操作。本系统中的电源采用程控精密电源，使其能够提供被校表和标准电能表工作所需电压和电流；标准电能表与协议转换模块的通讯端口连接，以实现通信协议的格式转换。同时参照现有电能表校准技术，标准电能表将功率标准电能脉冲送入误差计算单元，误差计算单元同时采集被校表脉冲并计算出误差，利用电能比较法算出的误差在本地显示并通过高速工业CAN总线上传到总控模块，总控模块在表位数据监视界面对数据进行监视、管理并上传到上位控制计算机进行处理；总控模块可设置为主要完成按键处理、计算机数据处理、标准表数据处理（电压、电流、功率、相位、频率等）、GPS数据处理、表位误差数据采集、多功能表485通信、电压和电流输出控制、各种功能试验控制、温湿度数据采集、功耗数据采集等关于电能表检测相关的多项工作。同时把采集到的数据送至上位控制计算机进行处理。用户可以通过人机交互单元进行相关的设置与数据读出，数据输出结果被保存至计算机内，也能通过数据处理打印模块进行数据打印。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于标准电能表检定的协议转换系统，其特征是，包括总控模块、通道转换开关、协议转换模块和多个标准电能表；
协议转换模块包括控制器；各标准电能表分别通过串口连接一个协议转换模块中的控制器；各协议转换模块中的控制器分别通过串口连接通道转换开关，进而与总控模块连接通信；
总控模块通过协议转换模块向各标准电能表发送控制指令，各协议转换模块中的控制器将接收到的控制指令转换为相应标准电能表可识别的控制指令，并传输至相应的标准电能表；
各标准电能表根据接收到的控制指令，将反馈数据输出至相应的协议转换模块；各协议转换模块中的控制器将接收到的反馈数据转换为统一的数据格式发送给总控模块。
2.根据权利要求1所述的用于标准电能表检定的协议转换系统，其特征是，控制器分别通过RS232串口连接标准电能表和通道转换开关。
3.根据权利要求2所述的用于标准电能表检定的协议转换系统，其特征是，协议转换模块还包括MAX232转换单元；控制器的两个串口分别通过MAX232转换单元连接标准电能表和通道转换开关。
4.根据权利要求1所述的用于标准电能表检定的协议转换系统，其特征是，所述通道转换开关采用万转开关。
5.根据权利要求1所述的用于标准电能表检定的协议转换系统，其特征是，所述协议转换模块中的控制器采用单片机。
6.基于权利要求1至5所述协议转换系统的协议转换方法，其特征是，包括步骤：
S1，定义各标准电能表可识别的控制指令数据为第一数据格式，各标准电能表发出的反馈数据为第二数据格式，第一数据格式包括对应不同指令类型的指令头和指令参数，第二数据格式包括对应不同数据类型的指令头和目标参数；
定义总控模块发出的控制指令数据为第三数据格式，协议转换系统向总控模块发送的反馈数据为第四数据格式，第三数据格式包括对应不同指令类型的指令头和指令参数，第四数据格式包括对应不同数据类型的指令头和目标参数；
S2，建立各种标准电能表的第一数据格式与第三数据格式中指令头内容的对应关系表；建立各种电能表的第二数据格式与第四数据格式中指令头与目标参数的对应关系表；
S3，将总控模块控制指令转换为标准电能表可识别的指令，包括步骤：
S31，获取第三数据格式的总控模块控制指令数据，将指令中的指令头和目标参数分别提取出来；
S32，根据提取出的指令头，在第一数据格式与第三数据格式的对应关系表中进行查找，找到第一数据格式中指令类型相应的指令头；
S33，将找出的第一数据格式指令头与S31提取出的目标参数进行组合，形成第一数据格式的控制指令数据，发送给标准电能表；
S4，将标准电能表发出的反馈数据传输至总控模块，包括步骤：
S41，获取第二数据格式的标准电能表反馈数据指令，将指令中的指令头和目标参数分别提取出来；
S42，根据提取出的指令头，在第二数据格式与第四数据格式的对应关系表中进行查找，找到第四数据格式中数据类型相应的指令头；
S43，将找出的第四数据格式指令头与S41提取出的目标参数进行组合，形成第四数据格式的控制指令数据，发送给总控模块。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，第一数据格式、第二数据格式、第三数据格式和第四数据格式还分别包括结束符。
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