CN202904857U - 电力低压侧通信自适应采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电力低压侧通信自适应采集系统，包括采集服务器集群、采集器和若干计量设备，所述采集器与采集服务器集群连接形成上行通信方向，采集器与计量设备连接形成下行通信方向，所述采集器包括采集底板、主板、电源板和接口板，所述主板、电源板和接口板设置在采集底板上，电源板连接着采集底板、主板和接口板为其供电，所述主板连接着接口板；本实用新型能够实现增加更换设备主动注册，减少人工干预，大幅减少系统维护量；可减少传统抄表成功率低、响应周期长等问题；实现快速自组网，提高通信相应时间，增加抄表数据项；能适应各种通信方式，实现管理界面即点即显示。
Description
技术领域
本实用新型属于电力集中抄表领域，特别涉及一种电力低压侧通信自适应采集系统。
背景技术
目前，电力低压侧的电力用电信息采集主要有三种通信方式：一是RS485，所有复费率表和智能表都带有RS485通信模块，但由于RS485是一种差分、半双工总线，加上在安装的时候通常把RS485串连在一起，因此容易造成接触不良或短路，从而造成了通信失败；二是载波，其利用现有的电力线进行数据传输，虽然减少了施工环节，但电力线载波不稳定和易受干扰的问题多年来一直未得到很好的解决，这主要是受电力网络的阻抗特性及其衰减的影响制约着信号的传输距离，另外噪声的干扰也决定着数据传输的质量，因此目前在载波抄表应用中无论是窄带载波还是宽带载波，其抄表成功率很低，得不到广泛的推广；三是小无线，即免费频段433M，但易受其它设备和环境等干扰，后期维护较大，目前在抄表环节上，设备地址录入还需要人工完成，在抄表的时候，表地址必须先装载到集中器或采集器后方可对表进行通信，这就给设备安装调试和维护带来很大工作量，特别是在添加和删除计量设备时不仅需要同步更新集中器或采集器表地址，同时也需要同步修改主站数据库，这样既费时费力而且容易把参数入错，而由于RS485和载波均是半双工通信且波特率低等特点，造成了相应时间慢的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种能够实现增加更换设备主动注册，减少人工干预，大幅减少系统维护量；可减少传统抄表成功率低、响应周期长等问题；实现故障主动上报，提高集中抄表系统的实时故障处理能力；实现快速自组网，提高通信相应时间，增加抄表数据项；能适应各种通信方式，实现管理界面即点即显示的电力低压侧通信自适应采集系统。
本实用新型是这样实现的：一种电力低压侧通信自适应采集系统，包括采集服务器集群、采集器和若干计量设备，所述采集器与采集服务器集群连接形成上行通信方向，采集器与计量设备连接形成下行通信方向，所述采集器包括采集底板、主板、电源板和接口板，所述主板、电源板和接口板设置在采集底板上，电源板连接着采集底板、主板和接口板为其供电，所述主板连接着接口板。
所述采集服务器集群包括BS主站服务器、采集前置服务器和数据库服务器，所述采集器连接到采集前置服务器，采集前置服务器分别连接BS主站服务器和数据库服务器。
所述接口板上设有上行通信模块和下行通信模块，上行通信模块包括CDMA/GPRS模块、以太网模块和EPON光纤模块，下行通信模块包括2.4G无线模块、470M无线模块和RS485接口模块。
所述计量设备包括计量基表和接口板，接口板设置在计量基表上，接口板上设有2.4G无线模块和470M无线模块，计量基表上设有RS485接口模块，2.4G无线模块和470M无线模块通过TTL电平与计量基表连接。
本实用新型的优点在于：本实用新型提供一种可以实现采集器上行与下行通信方式自适应采集系统，该系统中的采集器采用模块化设计，把与计量通信部分设计成模块，可以自适应各种通信方式，包括上行（CDMA、GPRS、光纤）和下行（RS485、470M/2.4G小无线），这样采集器根据具体通信方式选择是上行通信还是下行通信，若是下行通信则采用各自的自组网技术进行计量设备的搜索，利用RS485的缩位寻址或小无线自组网技术，用集中式的系统架构进行远程抄表，能可靠的解决当前困扰抄表领域的难题；一是由于采用集中式架构，即在每一个集中表箱中使用一个带有自适应抄表装置的采集器，而采集器负责实时收集本表箱所有电表的数据，从而大大减少了传统式集中器与计量设备直接交互的数量，从而解决了当前抄表周期长的问题；二是由于采集器安装在铁柜表箱内且只对其箱内的计量设备进行通讯，减少了不必要的干扰，从而极大地提高了数据传输的可靠性；三是由于采集器采用自适应方法及无线自组网技术，可以自动获取电表的表地址，自动将表地址传送给抄表主站，该功能是目前电力抄表无法实现的也是最需要的，实现了在增表、移表、换表时主动注册，减少人工干预，同时提高了实时故障处理能力，因此该系统既能能够实现减少人力干预，又能实时判断计量设备故障情况，从而实现采集系统智能化。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统整体方框图；
图2是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的采集器方框图；
图3是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的计量设备方框图；
图4是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的采集器工作流程图；
图5是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的计量设备通信模块工作流程图；
图6是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的计量设备通信模块管脚定义示意图。
具体实施方式
请参阅图1，是本实用新型一种电力低压侧通信自适应采集系统的整体方框图，一种电力低压侧通信自适应采集系统，包括采集服务器集群、采集器和三个计量设备，所述采集器与采集服务器集群连接形成上行通信方向，采集器与计量设备连接形成下行通信方向，所述采集服务器集群包括BS主站服务器、采集前置服务器和数据库服务器，所述采集器连接到采集前置服务器，采集前置服务器分别连接BS主站服务器和数据库服务器，采集器负责监听计量设备运行状态、注册表维护、计量设备添加和删除，同时也负责自动抄表和数据透传；计量设备负责绑定计量设备通信地址并将计量设备相关信息注册到采集器，同时维护计量设备与采集器链路连接的有效性，采集器可连接多个计量设备，计量设备只能与一个采集器进行注册及通讯。
请参阅图2，是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的采集器方框图，所述采集器包括采集底板、主板、电源板和接口板，所述主板、电源板和接口板设置在采集底板上，电源板连接着采集底板、主板和接口板为其供电，所述主板连接着接口板，所述接口板上设有上行通信模块和下行通信模块，上行通信模块包括CDMA/GPRS模块、以太网模块和EPON光纤模块，下行通信模块包括2.4G无线模块、470M无线模块和RS485接口模块。
请参阅图3，是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的计量设备方框图，所述计量设备包括计量基表和接口板，接口板设置在计量基表上，接口板上设有2.4G无线模块和470M无线模块，计量基表上设有RS485接口模块，2.4G无线模块和470M无线模块通过TTL电平与计量基表连接。
请参阅图4，是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的采集器工作流程图，采集器具体流程为：1、采集器上电后，启动应用层接口、数据（通信）监听、路由表定时器等任务；2、系统内同时生成路由信息表，并保留每个计量设备的唯一地址和上次通讯时间戳；3、通信监听任务将把注册、心跳、验证以及透传数据应答帧分别处理，同时增加计量设备信息和更新已注册设备的时间戳；4、每个注册成功计量设备至少每隔1分钟内发生心跳，采集器中的路由表定时任务会在设定时间内查询计量设备是否超时，如果有超时会发3次验证消息，如无验证消息则删除路由表信息，并上传应用层；5、采集器接收到应用层的透传命令，将优先处理发送指令。
请参阅图5，是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的计量设备通信模块工作流程图；计量设备通信模块具体流程为：1、计量设备复位或上电时先检测电压是否正常，等待电压正常后方可继续以下工作，防止因电压不稳定而误操作；2、系统参数初始化，如串口、定时器、SPI、无线模块等初始化，使其处在工作状态；3、获取计量设备地址，首先试通过T645-2007协议获取地址，若无法获取则再试T645-1997协议获取地址，若均无法获取，则等待采集器通知，并由采集器进行地址分配；4、随机间隔时间生成器，主要用于注册及心跳报文发送防冲突而进行的间隔算法，避免多台计量设备注册过程中冲突问题；5、根据随机间隔时间生成器产生的有效时间进行计量设备注册，供采集器发现或维护计量设备，若无法注册，则需采用随机间隔算法进行反复注册，直到成功为止；6、根据随机间隔时间生成器产生的有效时间进行心跳握手，保存采集器和计量设备链路时效性。
请参阅图6，是本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的计量设备通信模块管脚定义示意图，计量设备通信模块管脚定义如下表所示：
| 电表接口管脚编号 | 模块对应管脚编号 | 信号类别 | 信号名称 | 信号方向 （针对模块） | 说 明 |
| 20 | 9 | 预留 | RESERVE | 预留 | |
| 19 | 10 | 预留 | RESERVE | 预留 | |
| 18 | 11 | 预留 | RESERVE | 预留 | |
| 17 | 12 | 信号 | /RST | I | 复位输入（低电平有效） |
| 16 | 13 | 信号 | RXD | I | 通信模块接收电表CPU信号引脚（5V TTL电平） |
| 15 | 14 | 预留 | RESERVE | 预留 | |
| 14 | 15 | 电源 | VDD | 通信模块数字部分电源，由电表提供。电压：直流5V±5%，电流：50mA。 | |
| 13 | 16 | 信号 | TXD | O | 通信模块给电表CPU发送信号引脚（5V TTL电平） |
| 12、11 | 17、18 | 电源 | VSS | 通信地 | |
| 10、9 | 19、20 | 预留 | RESERVE | 预留 |
本实用新型电力低压侧通信自适应采集系统的工作原理为：以电力采集器与采集服务器集群通信信号流向作为上行方向，以电力采集器与表计通讯方向作为下行方向；电力低压侧通信自适应采集系统实现采集器设备全IP化的管理方式，根据需要只要更换模块就能很好进行上行通信的自适应；采集设备全IP化优点是网络传输效率高、支持网络复用，扩展性好、易于部署；电力采集器对于上行方向的通讯有四种通讯方式，GPRS、CDMA、以太网、和EPON光纤模块，对于下行方向的通讯方式包括2.4G/470M小无线通讯和RS485总线通讯方式；电力采集器下行通讯时候能首先通过2.4G或470M方式进行自动查找周围范围内的计量设备，实现电表箱范围内计量设备自组网，并能够取得组网范围内的所有计量设备的地址（计量表计地址），无需人工干预的进行计量设备地址的自动比对，并把结果上传至采集服务器；电力采集器根据时间范围自动对组网范围内的计量表计进行总尖峰平谷的计数抄表，并保存在采集器中，同时能实时接收采集服务器发送的控制和采集信号并进行快速处理，由于实现IP化，因此可实现管理界面即点即显示的优点。
电力低压侧通信自适应采集系统的采集器，用高速32位嵌入式微处理器和嵌入式Linux操作系统，通过高集成模块化设计后可根据现场需要进行通讯模块的更换，实现通讯自适应目的；采集器主要由采集底板、主板、电源板、接口板组成，电源线通过采集底板连接到电源板上，电源板提供3路工作电源：一路是3.3V供主板使用，一路是5V供采集底板和通信模块使用，另外一路12V供通信模块使用；网络线通过采集底板连接到通信模块上，与主站进行数据通信；RS485通过采集底板进行隔离后连接到主板上，RS485总线与计量设备进行连接；通信模块通过采集底板的接口连接到主板上，采用TTL电平，通信模块分为上行通信和下行通信，其中上行通信有CDMA、GPRS、以太网和EPON光纤四种选择，与主站进行数据通信，而下行通信有2.4G、470M无线两种选择，与计量设备进行连接。
电力低压侧通信自适应采集系统计量设备，基于普通国网标准电表（通称基表），本身带有RS485通讯接口，具有外置通讯模块接口，该接口与自主设计的2.4G/470M通讯模块相连，因此计量设备主要由计量基表、通信模块两部分组成；电源线连接到计量基表的电源模块上，电源模块提供3路工作电源，一路5V供给基表的计量部分，一路5V供给基表主板和通信模块，同时该电源通过隔离产生5V供给RS485模块，另外一路12V供给通信模块；通信模块采用TTL电平与计量基表进行连接，有2.4G和470M无线两种选择。
Claims (4)
1.一种电力低压侧通信自适应采集系统，包括采集服务器集群、采集器和若干计量设备，其特征在于：所述采集器与采集服务器集群连接形成上行通信方向，采集器与计量设备连接形成下行通信方向，所述采集器包括采集底板、主板、电源板和接口板，所述主板、电源板和接口板设置在采集底板上，电源板连接着采集底板、主板和接口板为其供电，所述主板连接着接口板。
2.根据权利要求1 所述的电力低压侧通信自适应采集系统，其特征在于：所述采集服务器集群包括BS主站服务器、采集前置服务器和数据库服务器，所述采集器连接到采集前置服务器，采集前置服务器分别连接BS主站服务器和数据库服务器。
3.根据权利要求1或2所述的电力低压侧通信自适应采集系统，其特征在于：所述接口板上设有上行通信模块和下行通信模块，上行通信模块包括CDMA/GPRS模块、以太网模块和EPON光纤模块，下行通信模块包括2.4G无线模块、470M无线模块和RS485接口模块。
4.根据权利要求1所述的电力低压侧通信自适应采集系统，其特征在于：所述计量设备包括计量基表和接口板，接口板设置在计量基表上，接口板上设有2.4G无线模块和470M无线模块，计量基表上设有RS485接口模块，2.4G无线模块和470M无线模块通过TTL电平与计量基表连接。
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| CN 201220552390 CN202904857U (zh) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 电力低压侧通信自适应采集系统 |
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| CN 201220552390 CN202904857U (zh) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 电力低压侧通信自适应采集系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130424 Termination date: 20131026 |