任彬

摘 要：文章討論了電力行業(yè)里一個(gè)智能臺(tái)區(qū)范圍內(nèi)的通信組網(wǎng)方案。就目前比較成熟的幾種通信手段，文章著重分析了它們?cè)谂_(tái)區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)用的可能性和可行性。最后文章給出了一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在這個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)里，多種通信手段都得到了實(shí)現(xiàn)，從而可以為臺(tái)區(qū)通信提供最有效的組網(wǎng)方案。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；電力載波；光纖；GPRS；Zigbee；RS485

引言

配電網(wǎng)最后一公里通信一直是電網(wǎng)通信領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。作為電網(wǎng)的末端，配電臺(tái)區(qū)集合了電網(wǎng)的配電和用電兩大環(huán)節(jié)?？梢赃@么說，研究配電臺(tái)區(qū)內(nèi)通信組網(wǎng)就是在研究配電網(wǎng)的通信組網(wǎng)。目前，通信組網(wǎng)可以分成有線通信和無線通信兩種：

有線通信包括網(wǎng)絡(luò)、RS485、電力載波、CAN總線等，通信介質(zhì)一般是雙絞線和光纖。網(wǎng)絡(luò)通信距離一般在百米范圍內(nèi)，主要是用于裝置對(duì)上通信，能采用網(wǎng)絡(luò)通信的地方，其通信環(huán)境一般不錯(cuò)；RS485通信距離一般在幾百米范圍內(nèi)，速率低的話可以過千米，它可以對(duì)下通信，也可以對(duì)上通信，這是目前應(yīng)用比較多的通信手段；窄帶電力載波方式在用電信息采集系統(tǒng)環(huán)節(jié)得到了大量的應(yīng)用，是國(guó)網(wǎng)在低壓抄表環(huán)節(jié)對(duì)下通信的主要通信方式，由于智能臺(tái)區(qū)集合了電網(wǎng)的配電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)，所以該通信方式必將在智能臺(tái)區(qū)通信組網(wǎng)里得到大量應(yīng)用；CAN總線通信，通信距離可以到幾公里，不過，由于該通信在鏈路層稍微復(fù)雜一些，在臺(tái)區(qū)組網(wǎng)內(nèi)大面積用的可能性不高，只能作為主流通信方式的補(bǔ)充。

無線通信一般有GPRS、Zigbee通信、wifi、紅外、小無線RF等。GPRS通信主要用于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，通信距離在幾十公里以上，可以選擇GPRS無線通信，該通信方式的一個(gè)主要劣勢(shì)就在于它需要借用移動(dòng)或電信公司的通信信道，會(huì)產(chǎn)生通信流量費(fèi)用，所以，局部幾公里范圍內(nèi)的通信組網(wǎng)一般不采用GPRS通信；Zigbee和wifi通信方式主要是工作在2.4G無線公共頻段，二者比較而言，wifi需要的功耗大，一般外接電源，ZigBee的傳輸速度不高（<250Kbps），但是功耗很低，使用電池供電一般能用3個(gè)月以上，在智能臺(tái)區(qū)這個(gè)應(yīng)用對(duì)象里，二者都能得到大量應(yīng)用，一般幾公里范圍內(nèi)的組網(wǎng)一般會(huì)選擇這兩種通信方式中的一種作為組網(wǎng)手段；紅外和小無線RF主要用于非接觸式裝置調(diào)試。

電力系統(tǒng)共分五大環(huán)節(jié)：發(fā)、輸、變、配、用。配電臺(tái)區(qū)是電網(wǎng)線路的供電末端，它集合了電網(wǎng)的配電和用電兩大環(huán)節(jié)，下文所述的智能臺(tái)區(qū)監(jiān)控裝置就是以整個(gè)臺(tái)區(qū)為監(jiān)控對(duì)象。首先，裝置要對(duì)臺(tái)區(qū)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)線路進(jìn)行監(jiān)控，線路運(yùn)行數(shù)據(jù)需要檢測(cè)，臺(tái)區(qū)內(nèi)線路運(yùn)行質(zhì)量也需要管理；其次，它還要以通信組網(wǎng)的方式把臺(tái)區(qū)內(nèi)所有帶通信接口的設(shè)備或子系統(tǒng)連接起來，匯總、分析、存儲(chǔ)它們的數(shù)據(jù)；最后，它還要具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的能力，從而把本裝置所在的臺(tái)區(qū)作為一個(gè)組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，匯入到上一級(jí)更大的系統(tǒng)組網(wǎng)里。從這里可以得知，通信組網(wǎng)的方案設(shè)計(jì)是本智能臺(tái)區(qū)監(jiān)控終端設(shè)計(jì)里的核心環(huán)節(jié)。

1 方案設(shè)計(jì)

臺(tái)區(qū)監(jiān)控裝置支持如下通信方式：

以太網(wǎng)接口：2個(gè)，用于光纖以太網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳，以及臺(tái)區(qū)內(nèi)其他子系統(tǒng)接口，如：臺(tái)區(qū)安防子系統(tǒng)。

GPRS無線通信：1個(gè)，用于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

RS485接口：4個(gè)，接口數(shù)可擴(kuò)，用于臺(tái)區(qū)內(nèi)485通信，以及和臺(tái)區(qū)內(nèi)其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，如：用電子系統(tǒng)、低壓保護(hù)子系統(tǒng)等。

低壓電力載波：1路，用于臺(tái)區(qū)內(nèi)集中抄表。

Zigbee無線通信：1路，可擴(kuò)，用于臺(tái)區(qū)內(nèi)系統(tǒng)組網(wǎng)，譬如臺(tái)區(qū)防竊電子系統(tǒng)，臺(tái)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等。

紅外接口：1路，用于非接觸式裝置調(diào)試，譬如掌上手持PDA工具調(diào)試。

2 硬件設(shè)計(jì)

智能臺(tái)區(qū)監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)以 Cortex M3系列32位處理器作為CPU，其余芯片亦選用工業(yè)級(jí)芯片，通信回路都是各自隔離。具體如圖1。

3 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)裝置通信軟件采用分層的模塊化結(jié)構(gòu)，把軟件分成系統(tǒng)層、驅(qū)動(dòng)層、數(shù)據(jù)庫(kù)層和規(guī)約應(yīng)用層四個(gè)部分。系統(tǒng)層主要是裝置嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)；驅(qū)動(dòng)層主要是與各個(gè)通信口對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)芯片或模塊相關(guān)的讀寫服務(wù)；數(shù)據(jù)庫(kù)層主要是包括各種規(guī)約和數(shù)據(jù)庫(kù)的接口定義以及讀寫服務(wù)；規(guī)約應(yīng)用層主要是對(duì)外各種不同規(guī)約的解析。各層間的相互關(guān)系如圖2。

圖2

4 結(jié)束語

文章主要就電力行業(yè)一個(gè)智能臺(tái)區(qū)范圍內(nèi)的通信組網(wǎng)進(jìn)行了分析，并在隨后提出了一個(gè)智能臺(tái)區(qū)監(jiān)控終端的通信設(shè)計(jì)方案，該組網(wǎng)方案可有效管理臺(tái)區(qū)設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置和工況指標(biāo)智能調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備，以達(dá)到臺(tái)區(qū)智能、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

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