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1、36935 5A 主编 第5章电力用户用电信息采集终端 5 1智能电能表5 2专变及公变采集终端5 3集中抄表采集终端5 4专变采集终端设计 5 1智能电能表 5 1 1智能电能表的功能5 1 2安全认证 5 1智能电能表 图5 1智能电能表a 实物图b 原理框图 5 1 1智能电能表的功能 1 数据存储2 冻结3 通信4 费控 1 数据存储 1 智能电能表至少应能存储上12个结算日的单向或双向总电能量和各费率电能量累计值 数据转存分界时刻为月末的24时 即下个月1日零时 或在每月的1日至28日内任意一日的任意整点时刻 2 智能电能表至少应能存储上12个结算日的单向或双向最大需量 各费率最大需
2、量及其出现的日期和时间数据 数据转存分界时刻为月末的24时 即下个月1日零时 或在每月的1日至28日内的整点时刻 3 在电能表电源断电的情况下 所有与结算有关的数据应至少保存10年 其他数据至少保存3年 2 冻结 1 定时冻结 按照约定的时刻及时间间隔冻结电能量数据 每个冻结量至少应保存12次 2 瞬时冻结 主站认为需要冻结当前数据时下发瞬时冻结命令 冻结当前的日历 时间 所有电能量和重要测量量的数据 瞬时冻结量应保存最后3次的数据 3 日冻结 冻结并存储每日00时00分的电能量 应可存储2个月的数据量 4 约定冻结 在新老两套费率 时段转换 阶梯电价转换或电力公司认为有特殊需要时 冻结转换时
3、刻的电能量以及其他重要数据 5 整点冻结 存储整点时刻或半点时刻的有功总电能 考虑节假日 集抄系统故障处理速度等因素 应可存储254个数据 3 通信 1 RS 485通信 2 红外通信 3 载波通信 4 公网通信 1 RS 485通信 1 RS 485接口与电能表内部电路实行电气隔离 并具有失效保护电路 2 RS 485接口的通信速率可设置 标准速率为1200bit s 2400bit s 4800bit s 9600bit s 默认值为2400bit s 2 红外通信 1 应具备调制型或接触式红外接口 默认配置调制型红外接口 2 调制型红外接口的默认通信速率为1200bit s 3 载波通信
4、 1 电能表可配置窄带或宽带载波通信模块 2 在载波通信时 电能表的计量性能 存储的计量数据和参数不受影响和改变 3 采用外置即插即用型载波通信模块的电能表 其载波通信接口应有失效保护电路 即在未接入 接入或更换通信模块时 不会对电能表自身的性能 运行参数以及正常计量造成影响 4 公网通信 1 电能表的无线通信接口模块应采用模块化设计 2 可主动向主站上报发生的重要事件 3 具有能将主站命令转发给所连接的其他智能装置 以及将其他智能装置的返回信息传送给主站的功能 4 无线GPRS CDMA等通信模块支持TCP与UDP两种通信方式 通信方式由主站设置 默认为TCP方式 5 公网通信底层协议应符合
5、DL T645 2007及其备案文件的要求 4 费控 1 费控功能的实现分为本地和远程两种方式 本地方式通过CPU卡 射频卡等固态介质实现 远程方式通过公网 载波等虚拟介质和远程售电系统实现 2 远程费控电能表是主站 售电系统借助虚拟介质进行充值及参数设置实现费控功能的 3 当剩余金额小于或等于设定的报警金额时 电能表以声 光或其他方式提醒用户 透支金额可实时记录 当透支金额高于设定的透支门限金额时 电能表发出断电信号 控制负荷开关中断供电 当电能表接收到有效的续交电费信息后 首先扣除透支金额 当剩余金额大于设定值时 方可通过远程或本地方式使电能表处于允许合闸状态 由人工本地恢复供电 5 1
6、2安全认证 1 ESAM模块2 智能电能表信息交换安全认证 1 ESAM模块 对电能表进行参数设置 预存电费 信息返写和下发远程控制命令操作时 需通过严格的密码验证或ESAM EmbedSafeApplicationModule 模块等安全认证 以确保数据传输安全可靠 ESAM模块嵌在设备内 实现安全存储 数据加 解密 双向身份认证 存取权限控制 数据加密传输等安全控制功能 2 智能电能表信息交换安全认证 图5 2本地费控电能表信息交换过程 2 智能电能表信息交换安全认证 图5 3远程费控电能表信息交换过程 5 2专变及公变采集终端 5 2 1专变及公变采集终端简述5 2 2专变及公变采集终端
7、的功能5 2 3专变及公变采集终端的通信协议 5 2 1专变及公变采集终端简述 图5 4公变采集终端a 实物图b 组成框图 5 2 2专变及公变采集终端的功能 5 2 2专变及公变采集终端的功能 5 2 2专变及公变采集终端的功能 表5 1专变采集终端的功能配置 5 2 3专变及公变采集终端的通信协议 专变及公变采集终端与主站的通信协议应符合Q GDW130 2005的要求 专变及公变采集终端与电能表的通信协议应支持DL T645 1996 5 3集中抄表采集终端 5 3 1集中抄表终端简述5 3 2集中抄表终端的功能5 3 3集中抄表终端的通信协议 5 3 1集中抄表终端简述 1 集中器2
8、采集器3 手持抄表器 1 集中器 图5 5集中器a 实物图b 通信接口配置框图 2 采集器 图5 6采集器a 实物图b 通信接口配置框图 3 手持抄表器 手持抄表器的主要功能如下 1 设置功能 通过本地通信信道对集中器或采集器进行参数设置 2 抄收功能 通过本地通信信道抄收集中器 采集器或电能表的电能数据 3 导入功能 通过有线RS 232接口将现场设置的参数和抄收的用户电能数据导入主站数据库 3 手持抄表器 图5 7手持抄表器 5 3 2集中抄表终端的功能 5 3 2集中抄表终端的功能 表5 2集中抄表终端的功能配置 5 3 2集中抄表终端的功能 表5 2集中抄表终端的功能配置 5 3 3集
9、中抄表终端的通信协议 集中器与主站的通信协议应符合Q GDW376 1 2009的要求 集中器与本地通信模块的通信协议应支持Q GDW376 2 2009 电能表的载波模块与电能表的通信协议应符合DL T645 2007及其备案文件的要求 5 4专变采集终端设计 5 4 1概述5 4 2终端硬件设计5 4 3终端软件设计 5 4 1概述 基于GPRS的专变采集终端 下称终端 的主要功能是对专用配电变压器 下称专变 进行抄表和监测 并与主站监测计算机依照Q GDW130 2005电力负荷管理系统数据传输规约 下称负控规约 通过GPRS网络与主站进行数据交换 专变使用的三相三 四线制电子式多功能电
10、能表具备RS 485通信接口 数据传输遵循DL T645 1996规约 下称645规约 终端基于645规约抄读电能量 需量 需量发生时间 参数 实时数据等 并根据所获得的数据监测电能表及配变运行状况 5 4 2终端硬件设计 1 系统部分2 接口部分 5 4 2终端硬件设计 图5 8终端硬件结构框图 1 系统部分 1 CPU 2 存储器 1 CPU 选用PHILIPHS公司的LPC2220作为主CPU 该CPU基于ARM7TDMI32位内核 采用三级流水线以提高指令吞吐量 具备开放式结构总线 能与8位 16位 32位存储器接口 最大寻址空间为4GB 同时集成有通用输入 输出GPIO Genera
11、lPurposeI O UART PWM I2C SPI 定时器 A D转换等外设 终端主要的工作是通过RS 485接口抄读电能表 通过GPRS模块连接网络 通过单总线网络采集温度传感器 这些功能均依赖CPU的UART功能 终端的红外通信接口利用PWM模块实现 RTC芯片通过I2C总线连接 状态量监测以隔离电路配合GPIO实现 总之 LPC2220在满足终端功能要求的同时其资源也得到了充分利用 并且由于其最高运行速度达到60MHz 性能裕量适中 2 存储器 终端存储器硬件包括3部分 外扩RAM 外扩NORFLASH程序存储器和外扩NANDFLASH数据存储器 LPC2220内部集成了一定数量的
12、RAM FLASH 使用内部存储器的好处是访问速度相对较快 成本低廉 但其容量受限制 不同型号芯片的内部存储器容量不同 甚至地址空间也不同 使得软件设计需要更多地考虑可移植性问题 因此设计中不使用片内存储器 终端外扩256KBSRAM芯片IS61LV25616AL 作为程序的运行空间 采用高性能静态存储器 一来减少CPU总线延迟 提高性能 二来静态存储器相对于动态存储器DRAM功耗低很多 终端外扩1MBNORFLASHSST39VF800A 作为程序存储器 外扩32MBNANDFLASHK9F5608 用于存储应用中需要保存的大量用户数据 2 接口部分 1 GPRS模块接口电路 2 RS 48
13、5接口电路 2 接口部分 图5 9GPRS模块与CPU接口电路 1 GPRS模块接口电路 使用中兴公司的ME3000GPRS通信模块 该模块通过TTL电平的UART与CPU接口 电路如图5 9所示 UIM RST UIM DAT UIM CLK UIM VDD是模块与SIM卡的接口线 RESET是模块复位引脚 由CPU的MTMS引脚通过晶体管放大驱动 实现对GPRS模块复位 RTS DTR分别是模块的UART控制信号 因为设计中使用两线模式 TXD RXD 与CPU通信 故将它们均直接拉低 ON OFF是模块上 下电控制引脚 由CPU的MP引脚通过晶体管放大驱动 需要在该引脚施加一定宽度的高
14、低电平信号控制GPRS的上 下电 2 RS 485接口电路 图5 10RS 485接口电路 5 4 3终端软件设计 1 C OS II及其在LPC2220系统上的移植2 应用程序结构3 通信软件4 负控规约解析 1 C OS II及其在LPC2220系统上的移植 图5 11移植框架示意图 2 应用程序结构 1 数据 2 任务 2 应用程序结构 图5 12应用程序结构 1 数据 1 收发缓冲区 2 临时数据暂存区 3 用户参数区 4 标志位系统 1 收发缓冲区 GPRS 调试口 红外口数据缓冲区统称为收发缓冲区 一般为先进先出 FirstInFirstOut FIFO 结构 采用环形队列实现 开
15、辟在系统RAM中 通信调度任务负责操作这些缓冲区 每个缓冲区均由收 发两个子缓冲区组成 2 临时数据暂存区 它也被开辟在系统RAM中 存储一些临时数据或中间变量 如电能表抄读数据 温度采集数据 当前累计值等 这些数据会根据用户设置进行冻结 冻结过程由负控规约解析2任务执行 临时数据暂存区在程序开始运行时被创建 可将其实现为多个结构体 采集任务完成一次采集后对其更新 3 用户参数区 它用于保存负控规约全部的设置参数 这些参数控制着终端的运行 运行时 用户参数区存在于RAM中 并以结构体的形式被访问 参数区数据更新时其最新状态被保存到FLASH中 并在终端启动时再次载入到RAM 4 标志位系统 它
16、是一个全局标志位的集合 实现某些任务间通信功能 2 任务 1 UART1数据采集任务 2 负控规约解析2任务 3 系统及部分规约功能处理任务 4 负控规约解析1任务 下称解析1任务 5 通信调度任务 1 UART1数据采集任务 它的作用是通过UART1口采集数据 采集对象包括电能表 温度传感器 以电子开关切换的方式实现UART1硬件复用 软件流程为混合采集方式 即电能表按数据块方式采集 在采集电能表数据块间隔内采集温度传感器 这样做的好处是温度采集时间分辨率较高 缺点是需要频繁进行UART复用切换 每次切换后进行短时延时 造成整个采集过程拖长 2 负控规约解析2任务 它实现按负控规约冻结数据的功能 负控规约中规定了对数据按时 日 月 抄表日等时间段冻结 冻结规则由用户参数控制 被冻结的数据来自临时数据暂存区 冻结结果保存在FLASH文件系统中 3 系统及部分规约功能处理任务 它的流程分为两部分 一是系统功能部分 如喂狗 指示灯状态控制 这些操作与其他任务相对独立 只涉及对少量全局标志位系统的访问 二是实现负控规约的部分功能 如状态量变位处理 终端停 上电处理 心跳包处理等 这些操作需要
