【正文】 統(tǒng) 系統(tǒng)的構(gòu)成 電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用電話線、 CAN 總線、以及 RS485 總線幾種通信信道。由于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)居民小區(qū)住戶的用電信息，因此，采用電話線撥號(hào)的方式能夠及時(shí)、方便地進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理，而參數(shù)信息在電話線上的順利傳輸是通過(guò) MODEM 的調(diào)制和解調(diào)功能完成的。為了節(jié)約 MODEM 資源，同時(shí)滿足系統(tǒng)集中器通信距離和通信速率的要求，集中器的設(shè) 計(jì)采用了 CAN 總線通信方式。在這種通信方式下，主集中器與從集中器都是 CAN 的節(jié)點(diǎn)，其中主集中器直接與 MODEM 相連，通過(guò) CAN 與各從集中器進(jìn)行通信。由于 CAN 總線的開(kāi)支較大，因此系統(tǒng)從集中器的下行信道便采用了 RS485 總線。 系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖 所示。電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 是一個(gè)三級(jí)分布式通信系統(tǒng)，主要由主站、集中器、采集單元、 通信信道、采集終端 等 六 部分組成： （ 1）主站 (Master station) 主站是指通過(guò)信道對(duì)集中器中的信息采集，并進(jìn)行處理和管理的設(shè)備。主站是公用配電變壓器遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的核心，完成低 壓配電變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和低壓用戶遠(yuǎn)程抄表后的信息分析與處理，完成監(jiān)測(cè)信息輸出、報(bào)警、控制等功能，管理系統(tǒng)設(shè)備，自動(dòng)生成各種運(yùn)行分析報(bào)表，記錄觀測(cè)與處理信息。系通過(guò)主站計(jì)算機(jī)操作，用電管理人員可以隨時(shí)獲取所需要的各種數(shù)據(jù)和信息。計(jì)算機(jī)主站是系統(tǒng)最主要的人機(jī)界面。 （ 2）集中器（ Concentrator） 集中器是 低壓電網(wǎng)電能管理系統(tǒng)的中心管理設(shè)備和控制設(shè)備，負(fù)責(zé)系統(tǒng)命令的傳送、數(shù)據(jù)通訊、網(wǎng)絡(luò)管理、事件記錄等功能。 在本系統(tǒng)中，集中器分為主集中器和從集中器。主、從集中器在結(jié)構(gòu)和功能上沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，均帶有RS485 總線以構(gòu)成底層通信系統(tǒng)，只是主集中器比從集中器多了 MODEM 通信功能。 26 （ 3）采集單元（ Acquisition unit） 采集單元是指用于實(shí)時(shí)采集臺(tái)區(qū)變壓器電能質(zhì)量參數(shù)（如電壓、電流、功率因數(shù)、變壓器油溫等）的設(shè)備。采集單元帶有 RS485 通信接口，集中器可隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和命令的發(fā)布。采集單元完成了對(duì)臺(tái)區(qū)變壓器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 圖 21 基于 CAN 總線的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 27 （ 4）采集模塊（ Acquisition module） 采集模塊是指用于采集單個(gè)用戶電能表電能量信息，并將它處理后通過(guò)信道將數(shù) 據(jù)傳送到系統(tǒng)上一級(jí)設(shè)備（中級(jí)器或集中器）的專用模塊。 在本系統(tǒng)中，采集模塊分為無(wú)功模塊和有功模塊，分別監(jiān)測(cè)臺(tái)區(qū)的總無(wú)功電量和總有功電量。 （ 5）采集終端（ Acquisition Terminal） 采集終端是指用于采集多個(gè)客戶電能表能量信息，并經(jīng)處理后通過(guò)信道將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)上一級(jí)（中級(jí)器或集中器）的設(shè)備。 在本系統(tǒng)中，采集終端安裝在居民區(qū)，通過(guò)導(dǎo)線連接若干個(gè)（ 1～ 16 個(gè)）居民用戶表（脈沖表），進(jìn)行脈沖數(shù)累加和存儲(chǔ)。采集終端的核心是單片機(jī)，具有一個(gè)與集中器相連接的RS485 通信接口。 （ 6） 通信信道 (Channel) 通信信道信號(hào)傳輸?shù)拿襟w，如無(wú)線電、電力線、電話線等。如圖 所示，以通信信道的不同，可將該系統(tǒng)分為上層星型通信網(wǎng)、中層 CAN 總線通信網(wǎng)和底層 RS485 總線通信網(wǎng)。 系統(tǒng)的通信傳輸 電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)三級(jí)分布式通信系統(tǒng)， 包括（ 1）主站與主集中器之間的 MODEM 通信；（ 2）主集中器與從集中器之間的 CAN 總線通信；（ 3）集中器與威勝全電子式多功能三相交流電能表之間的 RS485_A 總線通信或集中器與采集單元、采集模塊、采集終端之間的 RS485_B 總線通信 [2]。 上 層星型通信網(wǎng) 基于 VB 的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以安裝在電力局管理中心的系統(tǒng)工作站為中心，通過(guò) PSTN 電話網(wǎng)以分散的形式，與帶 MODEM 的集中器（在本論文中稱為主集中器）進(jìn)行通信。 中層 CAN 總線通信網(wǎng) 主集中器與從集中器通過(guò) CAN 總線相連，主從集中器在結(jié)構(gòu)和功能上沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，均帶有 RS485 總線以構(gòu)成底層通信系統(tǒng)，只是主集中器比從集中器多了 MODEM 通信功能。 CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)經(jīng)上電初始化后具有不同的節(jié)點(diǎn)地 28 址 ,并可動(dòng)態(tài)改變地址。主集中器收到上層的命令或數(shù)據(jù)后，先判斷此命令或數(shù)據(jù)是不是發(fā)給自己的 ，如果是，主集中器將命令或數(shù)據(jù)下傳給其本身的RS485 總線或進(jìn)行其它相關(guān)操作；如果不是，主集中器則把收到的命令或數(shù)據(jù)通過(guò) CAN 總線傳送給總線上的其它節(jié)點(diǎn) —— 從集中器。從集中器收到 CAN 總線的命令或數(shù)據(jù)后，再將其下傳到底層的 RS485 總線或進(jìn)行其它相關(guān)操作。 底層 RS485 總線通信網(wǎng) 底層 RS485 總線通信網(wǎng)由兩條獨(dú)立的總線構(gòu)成：即 RS485_A 總線和RS485_B 總線，以適應(yīng)不同的總線協(xié)議要求。 RS485_A 總線接口是為適應(yīng)威勝全電子式多功能三相交流電能表的數(shù)據(jù)通信協(xié)議而建立的通 信接口，連接在總線上的威勝電子表具有不同的地址，且地址可動(dòng)態(tài)改變。 RS485_B 總線接口實(shí)現(xiàn)了采集單元、采集模塊、采集終端的互連。采集單元、采集模塊和采集終端都有不同的地址，以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。 RS485_A 總線和 RS485_B 總線構(gòu)成了兩套獨(dú)立的主從式通信系統(tǒng)，通信的發(fā)起者和結(jié)束者都是主集中器或從集中器。通信時(shí)，集中器把收到的命令或數(shù)據(jù)（含地址信息）發(fā)送到總線上，總線上的 485 從機(jī)進(jìn)入通信中斷后，先進(jìn)行地址判別，若收到的地址信息與本機(jī)地址相同，則進(jìn)行相關(guān)的操作；若不相同，則退出中斷。 系統(tǒng)的工 作過(guò)程和 功能 從圖 已經(jīng)知道，系統(tǒng)主要由主站、電話線、集中器、 RS485 總線、采集器、帶 485 總線接口的電度表及脈沖電度表等幾個(gè)部分組成，系統(tǒng)初次上電時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行系統(tǒng)的配置狀態(tài)檢查：主站計(jì)算機(jī)發(fā)送點(diǎn)名命令，查詢從集中器（ CAN 節(jié)點(diǎn)）個(gè)數(shù)、采集模塊個(gè)數(shù)和采集終端個(gè)數(shù)，并根據(jù)集中器安置情況和采集終端安裝情況自動(dòng)生成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。然后，系統(tǒng)即可依據(jù)主站命令，進(jìn)入正常的監(jiān)測(cè)、管理狀態(tài)。 基于 VB 的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有配電變壓器運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量參數(shù)分析、低壓用戶用電參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)故障自檢、測(cè)量參 數(shù)分析、測(cè)量參數(shù)記錄、數(shù)據(jù)顯示與打印、曲線顯示與打印、系統(tǒng)保密、病毒防護(hù)、報(bào)表生成、歷史數(shù)據(jù)查詢、知識(shí)查詢、分時(shí)計(jì)費(fèi)、欠費(fèi)斷電等多種功能。 系統(tǒng)的特點(diǎn) 29 （ 1）系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中首次采用高性能 16 位單片機(jī)作為集中器，具有良好的系統(tǒng)性能。 （ 2）采集器可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，連接 1~16 戶居民的電能表。 （ 3）每個(gè)采集器均設(shè)有一路電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)終端。 （ 4）由于采用有線信道，為實(shí)現(xiàn)用戶電能表網(wǎng)絡(luò)化管理以及“一戶一表，抄表到戶”制度提供了高效、科學(xué)的手段，系統(tǒng)的誤碼率低于 10— 7。 （ 5）系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)采用模塊 化、多冗余設(shè)計(jì)，既可保證設(shè)備工作的可靠性，又能使系統(tǒng)易于擴(kuò)充和軟件升級(jí)。 （ 6）多種通信接口可滿足市話網(wǎng)、 CAN 總線、 RS485 專用線等多種通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，滿足電力管理部門對(duì)不同信道的要求。 （ 7）系統(tǒng)計(jì)費(fèi)、計(jì)時(shí)精度高，無(wú)脈沖丟失產(chǎn)生，對(duì)電能計(jì)量不會(huì)附加任何誤差。 （ 8）抄表速度可達(dá) 400 戶 /min。 （ 9）系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了后續(xù)發(fā)展要求，便于與臺(tái)區(qū)變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變電站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)融合，組建電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)綜合管理專家系統(tǒng) [2]。 系統(tǒng)軟件流程 電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)軟件采用 Visual Basic 開(kāi)發(fā)，軟件設(shè)計(jì)遵循模塊設(shè)計(jì)思想，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案，具有較好的模塊性、可移植性和修改性。 Visual Basic 繼承了 Basic 簡(jiǎn)便易學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有友好的可視化編程界面，編程方便效率高，并且支持一套出色的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，成為目前最流行的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用軟件變成工具之一 , 有利于在短時(shí)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的功能強(qiáng)大的并且易于操作的應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)的主站軟件流程 本系統(tǒng)主站采用的是模塊化的設(shè)計(jì)方法。模塊化就是把一個(gè)完整的程序分若干個(gè)小塊，其中每個(gè)小塊完成一個(gè)子功能，而把這小塊集合起來(lái)組成一個(gè)整 體，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大型系統(tǒng)，利用模塊化的思想設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，可以使程序容易設(shè)計(jì)、閱讀和理解，軟件結(jié)構(gòu)非常清晰?；谀K化的程序設(shè)計(jì)方法，本系統(tǒng)工作流程主要有系統(tǒng)工作流 30 程、系統(tǒng)點(diǎn)名流程、抄表命令流程、設(shè)置命令流程、廣播命令流程。 系統(tǒng)工作流程 系統(tǒng)主站的工作流程圖 LinkNum+1 初始化各參數(shù)；LinkNum=0 通過(guò) MODEM 撥某電話，連接表站 撥號(hào)成功否？ 開(kāi) 始 Y N 廣播凍結(jié)命令嗎？ 點(diǎn)名從集中器 /終端數(shù)命令？ 抄收凍結(jié)時(shí)刻總電量命令？ 設(shè)置表底數(shù)等參數(shù) 廣播凍結(jié)時(shí)間 查詢從集中器數(shù) /采集終端數(shù) 抄收凍 結(jié)時(shí)刻總電量 N N N Y Y Y 抄收電量等參數(shù) N N Y Y 發(fā)送命令 設(shè)置命令？ LinkNum=3? N 抄表命令？ Y 報(bào)錯(cuò)：命 令出錯(cuò) 報(bào)錯(cuò)：電話無(wú)法接通 返回主界面 31 系統(tǒng)初次上電時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行系統(tǒng)的配置狀態(tài)檢查：主站計(jì)算機(jī)發(fā)送點(diǎn)名命令，查詢從集中器（ CAN 節(jié)點(diǎn)）個(gè)數(shù)、以及采集終端個(gè)數(shù)，然后，系統(tǒng)即可依據(jù)主站命令，進(jìn)入正常的監(jiān)測(cè)、管理狀 態(tài)。系統(tǒng)主站的工作流程如上圖所示，其通信信道是主集中器上行信道 —— 公用電話線網(wǎng)絡(luò)。 主站計(jì)算機(jī)先通過(guò)MODEM 撥通某用戶電話，建立該用戶與表站（變壓器臺(tái)區(qū)）之間的連接。當(dāng)連接建立之后，主站即可發(fā)送命令，集中器則進(jìn)行命令的判斷，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理工作。主站命令主要可分為點(diǎn)名命令、抄表命令、設(shè)置命令（設(shè)置時(shí)區(qū)時(shí)段、設(shè)置時(shí)間參數(shù)、設(shè)置電表底數(shù)等）、廣播凍結(jié)命令等。 系統(tǒng)點(diǎn)名流程 系統(tǒng)點(diǎn)名命令一般在系統(tǒng)初次上電時(shí)才被執(zhí)行。電力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的 CAN節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為 1～ 110 個(gè)，因此系統(tǒng)主站必須事先知道該系統(tǒng)從 集中器的個(gè)數(shù)及其地址，以便主站計(jì)算機(jī)統(tǒng)攬全局，統(tǒng)一管理。類似的，采集終端下掛用戶電表，系統(tǒng)采集終端的個(gè)數(shù)也為 1～ 64 個(gè)，而每個(gè)采集終端最多可掛 16 個(gè)用戶電表。因此，系統(tǒng)主站必須也事先知道系統(tǒng)采集終端的個(gè)數(shù)及其地址，才可完成對(duì)具體用戶電表的抄收和設(shè)置等工作。系統(tǒng)主站發(fā)送的點(diǎn)名命令格式為： “ 0BBH ” +CANADD+ “ 0AAH ”+cmnd+Byteh+Bytel+adrh+adrl+chkxor+chksum “ 0BBH” —— 主站發(fā)送命令的起始碼，即命令頭。 CANADD—— 系統(tǒng)中 CAN 節(jié)點(diǎn)的地址。 cmnd—— 抄表命令號(hào)。 “ 0AAH” —— 主、從集中器之間，及從集中器與各表計(jì)之間進(jìn)行通信的命令起始碼。 Byteh、 Bytel—— 所要抄收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。其中 Byteh 為字節(jié)高 8 位， Bytel為低 8 位，所抄收的數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度＝ (Byteh*256+Bytel)個(gè)字節(jié)。 adrh、 adrl—— 分別表示抄收對(duì)象的表型和表號(hào)。 chkxor、 chksum—— 異或校驗(yàn)、和校驗(yàn)。 系統(tǒng)點(diǎn)名流程圖如下 : 32 抄表命令流程 抄表工作包括主站抄收采集模塊（即臺(tái)變有功表和無(wú)功表） 、采集單元、采集終端的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、分析、處理、和顯示等。 在抄表命令里，其中： ：總電量、上（本）月電量、上（本）月最大需量模式、時(shí)間參數(shù)、時(shí)區(qū)時(shí)段、瞬時(shí)值檢測(cè)、缺相檢測(cè)、末端電壓異常、停電記錄、實(shí)時(shí)電壓、昨天（前天）曲線等。 “抄表命令”格式與 返回主界面 系統(tǒng)點(diǎn)名流程 報(bào)錯(cuò)，表站無(wú)法接通 LinkNum=3？ 查詢從集中器以及采集終端個(gè) 數(shù) 點(diǎn)名完成否？ Y N Y 撥號(hào)成功否？ 撥號(hào)，連接表站 發(fā)送點(diǎn)名命令 開(kāi)始 LinkNum+1 初始化各參數(shù)； LinkNum=0 Y N N 33 節(jié)中系統(tǒng)點(diǎn)名命令格式相同，只是， cmnd 命令號(hào)不同，主、從集中器的工作也不同。抄表命令流程圖如圖 所示。 設(shè)置命令流程 采集終端等對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的命令。這些參數(shù)包括電表底數(shù)、時(shí)區(qū) 時(shí)段、時(shí)間參數(shù)、表號(hào)、電表密碼、欠費(fèi)斷電