CN209299280U - 一种基于以太网的用采运维的远程通信系统 - Google Patents

Abstract

一种基于以太网的用采运维的远程通信系统，包括实体集中器、远程通信单元、实体主站、运维设备，其中：所述的远程通信单元包括集中器接口、远程通信接口、本地通信接口、监视模块、指示灯，所述的实体集中器通过所述的集中器接口与所述的远程通信单元进行通信，所述的远程通信单元通过所述的远程通信接口与所述的实体主站进行通信，所述的远程通信单元通过所述的本地通信接口与所述的运维设备进行通信。

Description

一种基于以太网的用采运维的远程通信系统

技术领域

本实用新型涉及用电信息采集系统的运维技术领域，具体涉及一种基于以太网的用采运维的远程通信系统。

背景技术

在国家电网公司“全采集，全覆盖，全面预付费”的政策指引下，用电信息采集系统(简称用采系统)自建设以来，全覆盖已经基本实现，但相较于用电信息采集系统建设的高效快速，用电信息采集系统的运维工作却是步履维艰，始终存在着这样那样的问题，这些问题得不到解决，采集成功率就得不到提高，全采集就是一纸空谈，用电信息采集建设的真正意义就大大缩水了。

现有远程通信单元的缺陷包括：

(1)现有远程通信模块采用串口或USB虚拟串口方式连接，与4G甚至及发展中的5G的远程通信速率不匹配；

(2)对应高速载波和宽频无线等本地用采通信方案，目前没有统一架构的运维调试接口和检测装置；

(3)运维调试时，需断开集中器和主站的连接，影响采集终端和用电信息采集后台的正常交互。

综上所述，现阶段的运维方式使得运维效率低下，不利于整个用电信息采集系统的运行和维护。

实用新型内容

为解决现有技术中远程通信单元在进行远程或本地调试时，需要断开集中器与主站之间连接的问题，本实用新型提供了一种基于以太网的用采运维系统的远程通信系统，以现有的用电信息采集终端(用电信息采集终端包括集中器、采集器)为基础，更新远程通信单元，在原有的通信信道上以不影响采集终端和用电信息采集后台的正常交互为前提，利用远程通信单元的无线接口为采集终端新建一个端口，然后运维设备可以通过无线通信方式连接到采集终端，对用电信息采集系统进行问题排查和维护。

一种基于以太网的用采运维的远程通信系统，包括实体集中器、远程通信单元、实体主站、运维设备，其中：所述的远程通信单元包括集中器接口、远程通信接口、本地通信接口、监视模块、指示灯，所述的实体集中器通过所述的集中器接口与所述的远程通信单元进行通信，所述的远程通信单元通过所述的远程通信接口与所述的实体主站进行通信，所述的远程通信单元通过所述的本地通信接口与所述的运维设备进行通信。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的监视模块包括对集中器侧通信模块、对主站侧通信模块、通信监视和日志存储模块、调试模块，对集中器侧通信模块的对外接口连接所述集中器接口，对主站侧通信模块的对外接口连接所述远程通信接口，调试模块的对外接口连接所述本地通信接口；所述集中器侧通信模块、对主站侧通信模块、调试模块的对内接口分别连接所述通信监视和日志存储模块的对应接口；

所述通信监视和日志存储模块用于监视其与实体集中器、其与实体主站、其与运维设备之间通信的信号强度以及监视网络注册状态和进行信息存储。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的通信监视和日志存储模块为双存储模块。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的集中器接口为以太网通信接口或串口或USB口。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的远程通信接口为GPRS通信接口或3G通信接口或4G通信接口。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的本地通信接口为无线通信接口，所述无线通信接口可以采用GPRS通信接口或WIFI接口或蓝牙接口或NFC接口。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的运维设备为一类嵌入式计算机系统设备，所述嵌入式计算机系统设备可以采用掌机或手机或PAD或手提电脑。

一种基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述调试模块可同时用于解析通信协议、用于与实体集中器通信、用于与实体主站通信、用于数据统计分析，在运维调试时可以断开所述远程通信单元和所述实体主站的连接，也可以保持所述远程通信单元和所述实体主站的连接；

所述调试模块与实体集中器、实体主站与所述调试模块之间的通信协议均为Q/GDW376.1；

所述调试模块向实体主站传送的数据包括电能量数据、非电能量数据；

电能量数据包括当前表底、按用户选定的巡测周期记录的表底或电量、月末峰谷平电量、累计总电量和最大需量；

非电能量数据包括电流、电压、有功功率、四象限无功功率、pt缺相、ct断线、失电失压事件信息、主站和集中器交互信息中需要记录的关键信息、主站下发档案信息、可配置定期获取调试的信息、定期自动获取信息。

本实用新型提供的一种基于以太网的用采运维系统的远程通信系统，通过调试模块与实体主站、调试模块与实体集中器之间进行通信，可支持实体主站在线情况下，同时进行远程调试、本地调试，相比红外、485接口速度大大提升；相比更改实体集中器本体，增加通信速度，扩展运维功能，改造成本更低。

附图说明

图1为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统的结构框图；

图2为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统的实施例；

图3为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统的独立数据存储模块的结构示意图；

图4为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中通信监视和存储模块的电路图；

图5为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中FLASH无效块检测的流程图；

图6为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中数据写入存储模块的流程图；

图7为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统的数据混合帧的结构图；

图8为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统的通信协议的流程图；

图9为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统的调试模块进行登录的流程图；

图10为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中调试模块响应主站的流程图；

图11为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中调试模块的心跳流程图；

图12为更新坏块表的流程图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于以太网的用采运维的远程通信系统，如图1所示的系统框图，包括实体集中器、远程通信单元、实体主站、运维设备，所述的远程通信单元包括集中器接口、远程通信接口、本地通信接口、监视模块、指示灯，所述的实体集中器通过所述的集中器接口与所述的远程通信单元进行通信，所述的远程通信单元通过所述的远程通信接口与所述的实体主站进行通信，所述的远程通信单元通过所述的本地通信接口与所述的运维设备进行通信。远程通信单元通过插针作为连接件与实体集中器连接，远程通信接口、本地通信接口都是插针的形式，国家电网对插针的具体形式和管脚定义有相应的标准。

所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其中：所述的监视模块包括对集中器侧通信模块、对主站侧通信模块、通信监视和日志存储模块、调试模块，对集中器侧通信模块的对外接口连接所述集中器接口，对主站侧通信模块的对外接口连接所述远程通信接口，调试模块的对外接口连接所述本地通信接口；所述集中器侧通信模块、对主站侧通信模块、调试模块的对内接口分别连接所述通信监视和日志存储模块的对应接口；

所述通信监视和日志存储模块用于监视其与实体集中器、其与实体主站、其与运维设备之间通信的信号强度以及监视网络注册状态和进行信息存储。

所述的通信监视和日志存储模块为双存储模块，在运维人员进行现场调试时，需要清除已经存储的信息，将对供电局产生不良影响，为此采取两个独立的通信监视和存储模块。在进行运维调试时，一个通信监视和存储模块保持原有数据，另一个通信监视和存储模块清空，用于存储运维调试信息；在正常运行时，进行并行存储，实现数据的备份，防止因一个通信监视和存储模块的损坏或者误操作引起数据丢失，提高系统可靠性。

图3为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中两个独立的通信监视和存储模块的电路原理框图；两个独立的通信监视和存储模块所存储的信息包括电能量数据和非电能量数据；电能量数据：如当前表底、按用户选定的巡测周期记录的表底或电量、月末峰谷平电量、累计总电量和最大需量等；非电能量数据包括电流、电压、有功功率、四象限无功功率、pt缺相、ct断线、失电失压等事件信息、主站和集中器交互信息中需要记录的关键信息、主站下发档案信息、可配置定期获取调试的信息(如定期获取网络拓扑)、定期自动获取信息；抄录的电能表表底数据和电量，能够作为电费结算依据，直接用于核算电费，计算母线电量平衡和线损分析的管理，并可用于用电市场的负荷预测，系统根据所抄录的事件信息，能够提供供电可靠统计(掉电记录)和电压合格率监测功能。

图4为本实用新型基于以太网的用采运维的远程通信系统中两个通信监视和存储模块的电路图，两个通信监视和存储模块均采用的是SAMSUNG公司的NAND型FLASHK9K8G08U0A，引脚功能表如表1所示：

表1通信监视和存储模块K9K8G08U0A引脚功能表

存储模块K9K8G08U0A的8位IO口为地址、命令和数据复用，在进行读写操作时，通过不断切换地址控制信号线ALE和命令控制信号线CLE来完成数据的存储。地址、命令和数据在WE和CE为低电平时写入IO口，在WE下降沿被所存。命令由CLE来锁存，地址由ALE来锁存。复位命令、状态读命令需要一个总线周期，读页、块擦除、页编程需要两个总线周期。

所述的集中器接口为以太网通信接口或串口或USB口。

所述的远程通信接口为GPRS通信接口或3G通信接口或4G通信接口。

所述的本地通信接口为无线通信接口，所述无线通信接口可以采用GPRS通信接口或WIFI接口或蓝牙接口或NFC接口。

所述指示灯包括电源指示灯、无线网络链路状态指示灯、数据通信指示灯、以太网状态指示灯、WIFI状态指示灯。电源指示灯，红色，灯亮表示远程通信单元上电，灯灭表示远程通信单元失电。无线网络链路状态指示灯，绿色，闪烁表示公网有数据交换。数据通信指示灯，红绿两色，红灯闪烁表示远程通信单元接收数据，绿灯闪烁表示远程通信单元发送数据。以太网状态指示灯，绿色，常亮表示与以太网口成功建立连接，闪烁表示以太网口上有数据交换。WIFI状态指示灯，红色，常亮表示WIFI开启等待连接，闪烁表示WIFI口上有数据交换

见图2，本实施例中集中器接口为以太网通信接口，远程通信接口为GPRS通信接口，本地通信接口为GPRS、WIFI通信接口。

所述的运维设备为一类嵌入式计算机系统设备，所述嵌入式计算机系统设备可以采用掌机或手机或PAD或手提电脑。

所述通信监视和存储模块在出厂和使用过程中可能会产生无效块，如果对无效块进行读写擦操作，在检测其编程或擦除是否结束时，FLASH反馈的状态信息就会出错，使得程序进入死循环，造成数据的丢失。为保证数据的完整性和有效性，在对FLASH读写操作前对FLASH进行无效块检查，首先建立无效块信息表，并判断此块是否为有效块，然后再对FLASH进行读写操作。见图5所示FLASH无效块检测流程图，进行无效块检测的过程如下：

(1)进行程序初始化设置；

(2)判断第一页和第二页的第2048个字节是否为0XFF(0XFF代表的意思是此块有效，即为好块)，如果不是，返回步骤(1)；如果是，进入步骤(3)；

(3)进行块擦除，块擦除结束后进入步骤(4)；

(4)判断块擦除是否成功(图中I/O(0)＝0指的是块擦除成功)，若擦除不成功，则判断此块为无效块，并在此无效块的第一页和第二页的第2048个字节写入0X00，表示此块无效，接着块地址递增，进行下一块的擦除，整个过程如此循环，直到检测完最后一块为止。

图5中显示若擦除不成功就更换坏块表，更换坏块表的流程见图12：坏块管理的方法就是建立一张坏块表，表中的每一位对应一个特定的块，其中用1表示好块，0表示坏块，用1个无符号16位的数组BBT来组建坏块表，如果出现擦除不成功的情况，就把此块作为坏块处理，进行坏块标记并更新坏块表。

所述的通信监视和存储模块进行信息存储时，数据写入所述双存储模块的流程如图6所示：上电复位后，各个存储模块进行程序初始化，然后存储模块的控制单元判断各个存储模块的FIFO半满信号，当半满信号有效时，进行块擦除，然后读取FIFO数据写入各存储模块，也就是对FLASH进行页编程，当写完这块后，存储模块地址递增，进行下一块的数据存储流程，直到写完最后一块或者系统停止写入。(上述FIFO数据是写入上述双存储模块，另外，数据写入的顺序“存储模块地址递增”指的是存储模块中各“单元块”的地址)

所述的通信监视和存储模块进行信息存储时，采用了混合帧设计，将电能数据量和非电能数据量进行混合编帧，编帧后的数据当做同种数据流进行存储，简化控制，提高系统的效率以及可靠性，具体如下：

在数据进行存储之前，分别对电能数据量和非电能数据量进行相应的编码，在电能数据量和非电能数据量起始位之前加不同的帧起始标志，在每包数据之后加帧结束标志和帧计数来进行区分，通过运维设备软件或集中器软件分析解包去掉各自的帧标志和帧计数来提取分离出电能数据量和非电能数据量加以处理。具体操作是在电能数据量的帧头和帧尾分别加标志OX04和OX6F，非电能数据量的帧头和帧尾分别加标志OXAA和OX55，具体的数据混合帧结构图如图7所示，在数据进行存储之前，通过判断电能数据量FIFO和非电能数据量FIFO的半满信号，将解码出的电能数据量和非电能数据量分别读出，再通过控制单元在数据的相应位置加上帧头标志码、帧尾标志码和帧计数标志，然后将数据分别通过外部FIFO进行缓存，控制单元通过判断FIFO半满信号进行数据的存储，即页编程操作。

所述的调试模块可以同时用于解析通信协议、用于模拟主站、用于模拟集中器、用于数据统计分析，在运维调试时可以断开所述远程通信单元和所述实体主站的连接，也可以保持所述远程通信单元和所述实体主站的连接；

调试模块所模拟主站与实体集中器，实体主站与调试模块所模拟集中器之间的通信协议均为Q/GDW376.1；

调试模块解析通信协议的过程如图8所示，具体如下：

①查找帧结构，之后进入步骤②；

②根据帧结构划分数据域，之后进入步骤③；

③根据划分出的数据域解析出控制域和AFN，之后进入步骤④；AFN表示数据帧类型；

④根据控制域和AFN查找对应的报文格式，之后进入步骤⑤；

⑤根据报文格式解析出数据单元标识，之后进入步骤⑥；

⑥查找具体数据单元的数据代表的意义。

示例报文：

示例报文1：68 32 00 32 00 68 4B 02 37 0D 00 F2 0C 7F 00 00 02 00 10 16

示例报文2：68 4A 00 4A 00 68 88 02 37 0D 00 F2 0C 6F 00 00 02 00 54 3801 16 A1 15 96 16

帧结构如表2所示。

表2 376.1通信协议帧结构

起始字符(68H)	↑
		长度L	固定长度
长度L	的报文头
		起始字符(68H)	↓
控制域C	控制域
		地址域A	地址域
链路用户数据	链路用户数据(应用层)
		校验和CS	帧校验和
结束字符(16H)

根据帧结构划分数据域，如表3所示：

表3根据帧结构划分的数据域

调试模块模拟主站的过程如下：

调试模块所模拟的主站根据运维设备发送的调试指令抄录实体集中器的抄表数据，实体集中器使用指定的IP地址和端口构造socket侦听，调试模块所模拟的主站创建线程并启动线程，当模拟主站发起连接时，实体集中器响应模拟主站连接，收取模拟主站的报文，将报文从缓存中读取，若模拟主站消息还未发送结束，实体集中器继续接收模拟主站消息，期间，如果该连接被断开，实体集中器会重新开始侦听；最后，实体集中器关闭当前侦听，释放信道；

调试模块模拟集中器的过程如下：

调试模块所模拟的集中器根据运维设备发送的调试指令通过上行信道与实体主站通信，按照实体主站指令抄收用户的表计数据，并向实体主站发回数据，模拟集中器与实体主站之间通过心跳来保持连接，当心跳报文超时的时候，模拟集中器自动发起连接；

模拟集中器向实体主站传送的数据包括电能量数据、非电能量数据；

电能量数据包括当前表底、按用户选定的巡测周期记录的表底或电量、月末峰谷平电量、累计总电量和最大需量；

非电能量数据包括电流、电压、有功功率、四象限无功功率、pt缺相、ct断线、失电失压事件信息、主站和集中器交互信息中需要记录的关键信息、主站下发档案信息、可配置定期获取调试的信息(如定期获取网络拓扑)、定期自动获取信息。

所述的调试模块所模拟的集中器的登录过程如图9，步骤如下：

调试模块所模拟的集中器与实体主站建立连接后，调试模块所模拟的集中器将构造登录报文发送给实体主站进行终端的登录，同时指明实体主站应答的报文的回调函数，开启新的线程，模拟集中器向实体主站发送登录报文，当发送成功后，开始侦听来自实体主站的应答；当模拟集中器收到实体主站的应答报文后，进行后续操作，即调用回调函数来处理实体主站的应答报文，同时使用报文构造器解析实体主站的应答报文，且记录报文日志；

实体主站指电力公司的数据中心系统，电力公司的数据中心系统要求准实时，要求数据一致性、准确性、稳定性。为此通过模拟主站进行与实体集中器之间的通信测试，以保障电力公司的数据中心系统不受影响。

所述模拟集中器响应实体主站的过程如图10，步骤如下：

模拟集中器收到实体主站报文后，触发收到实体主站报文事件，使用报文构造器解析报文并记录日志，根据实体主站请求报文生成应答报文并记录日志，然后将应答报文发送给实体主站。

模拟集中器心跳进程如下步骤：

模拟集中器与实体主站建立连接后，在无数据交互的情况下，模拟集中器定时向实体主站发送心跳报文，如果连续发送三次心跳报文，均未收到实体主站的回复，则模拟集中器认为超时，认为与实体主站断开连接，此时模拟集中器重新向实体主站发送建立连接请求，重新建立连接；如果模拟集中器收到心跳报文，认为模拟集中器与实体主站通信正常，之后建立正常通信；

模拟集中器与实体主站正常通信的过程如图11所示：

首先模拟集中器向实体主站发送连接请求，模拟集中器收到实体主站对连接请求做出响应信息后，模拟集中器向实体主站发送登录报文，模拟集中器收到实体主站对模拟集中器的登录请求作出的响应以及请求模拟集中器数据的信息后，模拟集中器对实体主站做出应答，随后发送心跳报文，模拟集中器不能收到实体主站的回复时，模拟集中器判断是否超时：若超时，模拟集中器重新向实体主站发送建立连接请求；若不超时，模拟集中器判断是否收到实体主站回复的心跳报文：若未收到，模拟集中器继续等待，若收到，模拟集中器退出登录，实体主站退出。

模拟集中器进行数据统计分析，一方面进行数据研判，另一方面进行数据分析；

模拟集中器进行进行数据研判的过程如下：将异常数据进行过滤，异常数据包括，停上电时间无法匹配、上电时间早于停电时间，停电时间过短(小于3分钟)、停电时间超长(大于2天)、停电时间为空或者乱码，对于异常数据，模拟集中器不进行主动上报；

模拟集中器进行数据分析的过程如下：计算抄表成功率、抄表效率、抄表成功率波动，并将该分析结果下发给运维设备。

在运维调试时，模拟集中器可以断开远程通信单元与实体主站的连接，也可以保持远程通信单元与实体主站的连接。

基于以太网的用采运维的远程通信系统的通信连接方法，包括以下步骤：

步骤1：远程通信单元进入初始化状态，通过GPRS或3G或4G与主站建立一个无线网络net1；

步骤2：远程通信单元开启无线热点；

步骤3：设置远程通信单元开启的无线热点，网络名称net2、加密方式、密码；

步骤4：运维设备开启WIFI功能，找到网络名称net2；

步骤5：在运维设备中输入网络名称net2的密码，连接到远程通信单元建立的无线热点。

另一种基于以太网的用采运维的远程通信系统的通信连接方法，运维设备具备无线AP功能，包括以下步骤：

步骤1：远程通信单元进入初始化状态，通过GPRS或3G或4G与主站建立一个无线网络net1；

步骤2：运维设备开启无线热点；

步骤3：设置运维设备开启的无线热点，网络名称net3、加密方式、密码；

步骤4：远程通信单元开启WIFI功能，找到网络名称net3；

步骤5：在远程通信单元中输入网络名称net3的密码，连接到运维设备建立的无线热点。

本实用新型的基于以太网的用采运维系统的远程通信系统，通过调试模块与实体主站、实体集中器的通信，可支持实体主站在线情况下，同时进行远程调试、本地调试，相比红外、485接口速度大大提升；相比更改实体集中器本体，增加通信速度，扩展运维功能，改造成本更低。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于以太网的用采运维的远程通信系统，包括实体集中器、远程通信单元、实体主站、运维设备，其特征在于：所述的远程通信单元包括集中器接口、远程通信接口、本地通信接口、监视模块、指示灯，所述的实体集中器通过所述的集中器接口与所述的远程通信单元进行通信，所述的远程通信单元通过所述的远程通信接口与所述的实体主站进行通信，所述的远程通信单元通过所述的本地通信接口与所述的运维设备进行通信。

2.如权利要求1所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其特征在于：所述的监视模块包括对集中器侧通信模块、对主站侧通信模块、通信监视和日志存储模块、调试模块，对集中器侧通信模块的对外接口连接所述集中器接口，对主站侧通信模块的对外接口连接所述远程通信接口，调试模块的对外接口连接所述本地通信接口；所述集中器侧通信模块、对主站侧通信模块、调试模块的对内接口分别连接所述通信监视和日志存储模块的对应接口；

所述通信监视和日志存储模块用于监视其与实体集中器、其与实体主站、其与运维设备之间通信的信号强度以及监视网络注册状态和进行信息存储。

3.如权利要求2所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其特征在于：所述的通信监视和日志存储模块为双存储模块。

4.如权利要求3所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其特征在于：所述的集中器接口为以太网通信接口或串口或USB口。

5.如权利要求3所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其特征在于：所述的远程通信接口为GPRS通信接口或3G通信接口或4G通信接口。

6.如权利要求3所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其特征在于：所述的本地通信接口为无线通信接口，所述无线通信接口可以采用GPRS通信接口或WIFI接口或蓝牙接口或NFC接口。

7.如权利要求3所述的基于以太网的用采运维的远程通信系统，其特征在于：所述的运维设备为一类嵌入式计算机系统设备，所述嵌入式计算机系统设备可以采用掌机或手机或PAD或手提电脑。