基于网络技术的电力载波抄表系统

第25卷第2期

2006年6月

计　算　技　术　与　自　动　化ComputingTechnologyandAutomation

Vol125,No12

　Jun.2006

文章编号:1003-6199(2006)02-0052-03

基于网络技术的电力载波抄表系统

赵建军,侯彦东,张苗辉

(河南大学先进控制与智能信息处理研究所计算机与信息工程学院,河南开封　475001)

摘　要:把网络技术应用于电力载波抄表中,利用通信网络管理、令牌总线型网络结构、“中继”和微处　　

理器建立动态路由表,实现最佳路由选择,在不增加原系统硬件投资的前提下,有效提高了载波抄表系统的可靠性和实时性。

关键词:网络技术;电力载波;自动抄表;令牌总线型网络中图分类号:TM73　　　　　　文献标识码:A

TheMeterReadingSysteminPowerLineCarrierWave

BasedontheNetTZHAOJian2(Processing,

College,HenanUniversity,Kaifeng　475001,China)

　　Abstract:Thisupwithanideathatwemayputthenetworktechnologyintothepowerlinecarrierwaveautomat2

icmeterreading.Itcanimprovethereliabilityandthereal-timeunderthepreconditionofnoincreasethehardwarecostofthesystem,byusingnetworkcommunicationmanagement,tokenbusnetworkstructure,relaying,andselectingthebestroutethroughbuildingroutelistintheMCU.

Keywords:networktechnology;powerlinecarrier;automaticmeterreading;tokenbusnetwork

1　引言

在电力载波抄表系统中,由于线路质量和用电器的干

扰等原因使得系统的抄收率始终不能达到100%。为此,很多公司在提高系统的抄收率上投入了大量的人力和财力,用于研发新的方法和技术。从目前情况来看,采用的方法一是加大载波的发送功率,提高通信的信噪比;二是采用扩频技术[4],解决频率单一的问题;还有采用过零技术[6]来减少负荷的干扰等,以提高抄收率。由于低压配电网是一个自由拓扑的总线网络且直接面向用户[3],负荷情况复杂、节点多、干扰及线路长等,所以信号会产生反射、谐振等现象,使得信号的衰减变得极其复杂。因此要做到整个低压配电网络的每两个节点都能直接通讯,是很困难的。为此,利用通信网络管理、令牌总线型网络结构、“中继”和计算机建立动态路由表,实现最佳路由选择来提高系统的可靠性和实时性。这样只要能够保证一个终端和网络中的另外任何一个终端可靠通讯,那么就可以保证整个网络的连通性,这样就可以得到网络系统中任何一个终端用户的信息。

2　系统结构

载波抄表系统结构仍与原来相同[1],由集中器和各用户载波终端组成,其结构如图1所示。

常规载波抄表系统中由集中器直接抄收各用户终端的数据,距集中器近的终端数据传输一般没有问题,而距集中器较远且负荷较重干扰较大时,抄收的成功率就较低。采用令牌总线型网络原理[2]结构如图2。令牌在网络中流动,如果某一终端联系不上,则令牌会自动转向下一终端继续循环。

令牌由集中器开始,在网络中流动。集中器是网络的管理节点,它可以使用单片机也可以用工控机。采集命令可以由集中器设定每间隔一段时间发出,也可以通过人机接口由人来发布。在中继的过程中,利用终端的计算机建立路由表,实现最佳路由选择,以确定最佳下一站做为中继站,继续和集中器所要求联络的终端联络。集中器对网络中运行的终端进行控制,终端在收到集中器抄收命令后把用户信息提供给集中器。为能区别串行连接的单机,每个单机配有自己特定的地址号。网络中各用户之间的通讯联

收稿日期:2005-10-15

基金项目:河南大学科技攻关(05YBGG003)

),男,河南确山人,教授,研究方向:电力系统自动化及计算机应用(E-mail:zjj@http://wendang.chazidian.com)。作者简介:赵建军(1956—

第25卷第2期赵建军等:基于网络技术的电力载波抄表系统53

络以查询方式进行,各终端用户在线路上检测到本机地址之后就转入通讯程序进行信息交换

。

图1　

载波抄表系统框图

图2　令牌总线型网络原理结构图

3　网络管理

,。网络管理的任务是确定网络的连接状况,虽然网络中预设的单机用户是固定的,但网络中用户的数目有时会有增减,管理器通过查询方式自动检测网络中单机用户的连接情况。方法是发送用户地址后在限定时间内等待用户回答,有应答,网络管理器(可由集中器来实现)分配时登记该用户,无应答则认为该预设用户未连接到网络。

。,则。

5　关于“中继”

集中器和各终端必须设定相同的帧格式和波特率,初

始化约定所有的从机处于监听地址的状态。系统由集中器开启后启动,在初始化和路由表建立结束之后,集中器要抄收某终端用户的信息,则先发该终端的地址,进行呼叫,虽然网络系统中其它从机都能收到此呼叫信号但只有与呼叫地址一致的从机才能作出响应并将自己的机号(地址帧)回传。集中器若联系到该终端则可以直接发命令要求该终端发送数据,在该终端得到令牌之后即把用户信息传送给集中器,结束本次任务。如果集中器不能直接联系到所要求的终端,则集中器开始检索其路由表,选取最佳路由进行中继。中继站在接到令牌之后就开始和集中器所要求通讯的终端进行联络,如果直接联系到该终端则把集中器的抄收命令传达给该终端。如果此中继站仍联系不到目的终端则进行第2级中继,一级中继站检测其路由表选取下一通讯站为第2级中继站继续呼叫目的终端,这样依次循环直到联系到目的终端为止。

4　动态路由表的建立与最佳路由选择

系统由集中器开启后启动,由集中器开始先建立路由表,然后由各终端依次开始建立自己的路由表。完成一次后等待更新时间,然后从集中器开始到各终端机依次更新其路由表。在达到规定的最大更新次数时,集中器及所有终端路由表清零,重新开始建立自己的路由表。路由表建立的过程就是在终端计算机的内存空间里开辟一个存储区,用于记录本机和其他终端的联络情况。最佳路由选择就是在相同条件下,(相同条件指在相同的联络次数下)比较,本机与其他终端通讯成功的次数。选择通讯成功次数最大的终端为最佳路由作为通讯的下一站进行中继,以保证通讯的成功率。如表1为5号机路由表在某一时刻的状态。

表1　5号机路由表

580H81H82H83H84H85H

6　系统实现

在应用中用户终端的计算机采用MCS-51系列单片

机,工作在异步串行方式2或3,利用MCS-51单片机多机通信技术实现串行主从式通讯规约的约定。主机和各从机设定相同的帧格式和波特率,初始化约定所有从机的SM2=1即处于监听地址的状态。从机地址帧约定前8位为地址,第9位TB8为1代表此帧为地址,所有从机收到信息后根据此位的状态来触发从机的中断服务程序,在中断服务程序中进行地址比较来判断主机是否呼叫自己,如果呼叫自己则使SM2=0以准备接收主机发出的数据,并向主机回送自己的地址作为应答信号,否则不作任何处理。地址帧格式如图3所示。

1号2号3号4号6号7号

566946

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54计算技术与自动化2006年6月

图3　地址帧格式

由于网络中单机用户采用串行连接,共用一条通信总

线,为避免冲突,网络通讯采用令牌总线型结构和主从控制方式。集中器决定通信的启动与终止,通过分配总线使用权的方法来实现通讯。某单机请求通讯时必须等到管理器将令牌即总线使用权分配给它后才能收发数据,通讯过程虽显稍慢,但对于信息传递不太多的系统是合适的。通讯时用可编程的第九位即(D8)来区分数据和地址的基础上增设了第八位即(D7)来标示令牌,用令牌总线方式来实现单片机通信系统网中任意两点之间的通信。令牌帧的定义如图4所示

:

机给出相应的信号被叫者即将自己的SM2位置1恢复常态。当其完成任务后或控制时间到时释放对总线的控制权,并改变令牌帧的逻辑号发送到下一通信站。可见传递令牌及呼叫过程是一点发送多点接收,由软件控制通信工作。而数据传递时是点对点发送和接收。这样就可以方便的实现“主—从—主—从”的变换。令牌就是主机权信号,得到令牌的从机就转化为主机,获得对总线的控制权成为主机后就可以传送数据,也可以发送命令给其它单片机,也可以查询其它通信站。这样,就可以方便的实现“中继”,同时可以进行网络管理。

7　结束语

该技术应用在低成本载波芯片LM1893组成的载波抄表系统中,取得了很好的效果。对全载波终端,因功率较小(约1W),原来在负荷高峰时集中器只能抄收到同一幢楼终端的数据,台区数据的抄收主要在每天0点到5点之间完成。使用网络技术后,任何时刻台区内所有终端的数据均,,。不足的是在负,图4　D8=18位和第9位都为1。令牌在网络中流动,某一从机通过地址比较获得令牌后即获得对总线的控制权成为主机,可以进行数据发送。获得总线控制权的从机既可以发送数据给其它单片机也可以查询其它通信站。如果要发送则先要发送接收者的地址帧(第8位为0第9位为1)进行呼叫,虽然网络系统中其它从机都能收到此呼叫信号,但只有与呼叫地址一致的从机才能作出响应,并将自己的机号(地址帧)回传。此后,主叫方可以正式发送数据。在发送数据帧时各数据帧的第9位都为0,其它从机收到数据帧时,由于其SM2位已被置位而数据帧的第9位为0不产生中断请求。所以,对这些数据帧不作任何响应。而被呼叫者由于其SM2位已被清除所以可以向CPU提出中断服务请求,能够接收数据直到传送完毕结束时主

参考文献

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