一种多功能电能信息集中器及其通讯方法 【技术领域】
本发明涉及一种带配变监测功能的二合一集中器，符合最新的DL/T 698协议标准，可以使用以太网进行远程通讯，对三相低压电信息进行采集，并可以利用双通道(电力载波通道和无线通道)采集台片下所有电表的用电信息。
背景技术
根据《国家电网公司“十一五”电力营销发展规划》总体目标，营销现代化和计量标准化建设水平得到了快速提高，为提升市场响应快速化的水平，提高客户服务的质量，落实“精益化管理”的要求，逐步建立适应市场变化、快速反映客户需求的营销机制，必须实现电力用户用电信息的实时采集与监控，切实服务于营销管理和各项业务需求。用电信息采集系统，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地为“SG186”信息系统提供基础数据，从而为企业经营管理各环节的分析、决策提供支撑，提升企业集约化、精益化和标准化管理水平。
目前市场上有各种电力信息采集集中器，一般集中器常用的传输通道有窄带载波型、宽带载波型、无线型。但是每一种都有自己的缺点：窄带载波型衰减小，传输距离远，但是速率低，很难实现动态路由，因此也无法实现上述的抄表成功率要求；宽带载波速率高，可以实现动态路由，自动中继，但是传输衰减快，距离近，而且由于负载过大会造成孤岛效应，因此也无法实现上述的成功率要求；小区域无线型受环境影响大，遮挡、气候条件都会影响设备的传输距离，因此无法实现上述的成功率要求。
目前使用的电力载波通信和无线通信，在实际现场中受现场条件的影响。电力载波主要受时间的影响，由于负载的不确定性，在不同的时段内电网受到的干扰不一样，因此在不同的时候，电力载波通信效果不一样，有时候通，有时候不通；无线数据传输主要受地理环境的影响，遮挡、屏蔽会严重影响数据通信的效果，现场施工非常困难。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有电力信息采集终端的不足，提供一种符合DLT 698标准的多功能集中器及其通讯方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
多功能电能信息集中器，包括数据处理模块和通信MCU模块，所述通信MCU模块与数据处理模块通信，特点是：还包括宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块，所述宽带载波模块、高速窄带载波模块、2.4G无线模块和470M无线模块均与通信MCU模块通信连接。
进一步地，上述的多功能电能信息集中器，其中，所述通信MCU模块通过TTL电平的RS232以及SPI接口与数据处理模块相连，通信MCU模块与数据处理模块之间同时支持标准的DL/T 645和698.42协议；
所述宽带载波模块通过SPI接口或以太网口与通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述高速窄带载波模块通过TTL电平的RS232口或SPI口与通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述2.4G无线模块通过SPI口与通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式；
所述470M无线模块通过SPI口与通信MCU模块相连，数据传输采用全双工模式。
更进一步地，上述的多功能电能信息集中器，其中，所述数据处理模块采用型号为ARM 7的芯片，所述通信MCU模块采用型号为ARMCortex M3的芯片，所述宽带载波模块采用型号为INTELLON 5500x的芯片，所述高速窄带载波模块采用型号为MAX 2990的芯片，所述2.4G无线模块采用型号为MC13192的芯片，所述470M无线模块采用型号为CC1100E的芯片。
本发明多功能电能信息集中器的通讯方法，特点是：由数据处理模块处理采集到的数据，对若干个电能表输出的信号或若干个用电数据信号分别处理、存贮；数据处理模块处理的数据信息与通信MCU模块交换；所述通信MCU模块与宽带载波模块构成宽带载波通信通道，所述通信MCU模块与高速窄带载波模块构成高速窄带载波通信通道，所述通信MCU模块与2.4G无线模块构成2.4G无线通信通道，所述通信MCU模块与470M无线模块构成470M无线通信通道；所述宽带载波通信通道和高速窄带载波通信通道中的一种通道与所述2.4G无线通信通道和470M无线通信通道中的一种通道组合构成双通道，双通道中的任何一种被设置为主通道，另外一种被设置为备用通道；所述通信MCU模块首先通过主通道与采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回备用通道。
再进一步地，上述的多功能电能信息集中器的通讯方法，按以下步骤使用主通道和备用通道进行双通道通信：
(S101)集中器使用宽带载波通信通道与高速窄带载波通信通道中的一种通道以及2.4G无线通信通道与470M无线通信通道中的一种通道进行工作，任意一个通信通道均配置为主通道和备用通道；
(S102)集中器通过主通道发送一帧数据，等待确认；
(S103)集中器如果收到确认，那么传输成功，传输结束，否则转到(S104)；
(S104)如果集中器在指定时间内没有收到确认，那么集中器通过备用通道重发该数据，并且等待确认；
(S105)如果集中器收到确认，那么传输成功，传输结束；
(S106)如果集中器在指定时间内没有收到确认，那么传输失败。
再进一步地，上述的多功能电能信息集中器的通讯方法，按以下步骤进行自动电表对应、集中器自动发现与电表：
(S201)集中器需求抄收某块电表时，首先检查采集器与电表的对应表；
(S202)如果对应表中有相应的表项，那么取出相应的电表及采信器信息，对应过程结束，否则转到步骤(S203)；
(S203)集中器发送全网广播命令给所有的采集器，要求所有的采集器尝试抄表；
(S204)网络中所有的采集器都通过485口对电表进行一次试抄，如果电表在相应的采集器下，电表产生回应数据，采集器收到回应数据后，向集中器返回相应的数据；
(S205)集中器收到采集器返回的电表数据后，在表项中记录相应的电表与采集器的对应关系。
本发明技术方案突出地实质性特点和显著的进步主要体现在：
1)在一台设备上集成了配变实时监测和用电信息集中器的功能，集中器能够采集配变的电流、电压、相位，计算相应的功率因素、谐波等实时值，降低了设备的安装、维护成本；
2)集中器的通信方式同时支持载波和无线通信通道，载波可以是宽带载波或高速窄带载波中的一种，无线可以是2.4G或470M中的一种，可以配置指定载波或无线中的一种为主通道，另外一种为备用通道；使用完全不同性质的两个通道进行数据传输，发挥两个通道各自的优势，极大提高了抄表数据传输的鲁棒性、可靠性以及实时性；
3)集中器具有数据自动重发的功能，集中器自动发现电表与采集器的对应关系，提高了现场安装的效率以及可靠性，为大规模现场实施提供了技术基础。
【附图说明】
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明多功能集中器的结构框图；
图2a：数据处理模块的电路框图；
图2b：通信MCU模块的电路原理图；
图2c：宽带载波模块的电路原理图；
图2d：高速窄带载波模块的电路原理图；
图2e：2.4G无线模块的电路原理图；
图2f：470M无线模块的电路原理图；
图3：双通道数据传输过程的流程图；
图4：自动电表对应的流程图。
图中各附图标记的含义见下表：
附图标 记 含义 附图标 记 含义 附图标 记 含义 1 数据处理模块 2 通信MCU模块 3 宽带载波模块 4 高速窄带载波模 块 5 2.4G无线模块 6 470M无线模块
【具体实施方式】
设计一种能够同时使用双通道的用电信息集中器，利用高性能的嵌入式MCU，实时采集并计算三相低压电的电能信息，同时可以监测以太网口的数据包，对来自以太网口的电能采集指令作出响应，利用下行配置的双通道通讯模块，采集台片下的电表的数据。
如图1所示，符合DLT 698标准的多功能集中器，包括数据处理模块1、通信MCU模块2、宽带载波模块3、高速窄带载波模块4、2.4G无线模块5和470M无线模块6，通信MCU模块2与数据处理模块1之间采用国网型式规范规定的数据总线连接，用于宽带载波通信通道的宽带载波模块3与通信MCU模块2连接，用于高速窄带载波通信通道的高速窄带载波模块4与通信MCU模块2连接，用于2.4G无线通信通道的2.4G无线模块5与通信MCU模块2连接，用于470M无线通信通道的470M无线模块6与通信MCU模块2连接。
其中，通信MCU模块2通过TTL电平的RS232以及SPI接口与数据处理模块1相连，通信MCU模块2与数据处理模块1之间采用标准的DL/T 645和698.42协议；
宽带载波模块3通过SPI或以太网口与通信MCU模块2相连，数据传输采用全双工模式；
高速窄带载波模块4通过SPI或TTL电平的232口与通信MCU模块2相连，数据传输采用全双工模式；
2.4G无线模块5通过SPI口与通信MCU模块2相连，数据传输采用全双工模式；
470M无线模块6通过SPI口与通信MCU模块2相连，数据传输采用全双工模式。
图2a示意了集中器数据处理模块的电路框图，硬件部分按功能划分为6大部分：1)主控单元；2)电源板；3)GPRS/CDMA远程通信板；4)计量单元；5)下行通讯；6)人机接口。数据处理模块1采用型号为ARM 7的芯片；
图2b示意了通信MCU模块的电路原理，通信MCU模块2采用型号为ARM Cortex M3的芯片。
图2c示意了宽带载波模块的电路原理，宽带载波模块3采用型号为INTELLON 5500x的芯片。
图2d示意了高速窄带载波模块的电路原理，高速窄带载波模块4采用型号为MAX 2990的芯片。
图2e示意了2.4G无线模块的电路原理，2.4G无线模块5采用型号为MC13192的芯片。
图2f示意了470M无线模块的电路原理，470M无线模块6采用型号为CC1100E的芯片。
集中器具有配变监测功能，能够采集配变的电流、电压、相位，计算相应的功率因素、谐波等实时值，其具体功能符合DL/T 698.41；集中器具有相对独立的通信模块，数据处理与通信模块之间采用TTL电平的RS232和SPI标准接口连接；集中器的通信模块具有独立的MCU实现通信管理；集中器与采集器之间采用双通道方式进行数据传输；集中器具有数据自动重发的功能；集中器具有自动电表发现功能，能够自动发现指定电表与采集器的连接关系。
集中器的通信方式同时支持载波和无线通信通道；载波可以是宽带载波或高速窄带载波中的一种；无线可以是2.4G、470M或是433中的一种；可配置指定载波或无线中的一种为主通道，另外一种为备用通道。
上述多功能电能信息集中器具体应用时，由数据处理模块1处理采集到的数据，对若干个电能表输出的信号或若干个用电数据信号分别处理、存贮；数据处理模块1处理的数据信息与通信MCU模块2交换；通信MCU模块2与宽带载波模块3构成宽带载波通信通道，通信MCU模块2与高速窄带载波模块4构成高速窄带载波通信通道，通信MCU模块2与2.4G无线模块5构成2.4G无线通信通道，通信MCU模块2与470M无线模块6构成470M无线通信通道；宽带载波通信通道和高速窄带载波通信通道中的一种通道与所述2.4G无线通信通道和470M无线通信通道中的一种通道组合构成双通道，双通道中的任何一种被设置为主通道，另外一种被设置为备用通道；通信MCU模块首先通过主通道与采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回备用通道。
满意实现：(一)使用载波通道和无线通道两个通道进行数据传输；(二)自动电表对应、集中器自动发现与电表；
其中，(一)使用载波通道和无线通道进行数据传输，如图3所示：
(S101)集中器使用宽带载波通信通道与高速窄带载波通信通道中的一种通道以及2.4G无线通信通道与470M无线通信通道中的一种通道进行工作，任意一个通信通道均配置为主通道和备用通道；
(S102)集中器通过主通道发送一帧数据，等待确认；
(S103)集中器如果收到确认，那么传输成功，传输结束，否则转到(S104)；
(S104)如果集中器在指定时间内没有收到确认，那么集中器通过备用通道重发该数据，并且等待确认；
(S105)如果集中器收到确认，那么传输成功，传输结束；
(S106)如果集中器在指定时间内没有收到确认，那么传输失败。
(二)自动电表对应、集中器自动发现与电表，如图4所示：
(S201)集中器需求抄收某块电表时，首先检查采集器与电表的对应表；
(S202)如果对应表中有相应的表项，那么取出相应的电表及采信器信息，对应过程结束，否则转到步骤(S203)；
(S203)集中器发送全网广播命令给所有的采集器，要求所有的采集器尝试抄表；
(S204)网络中所有的采集器都通过485口对电表进行一次试抄，如果电表在相应的采集器下，电表产生回应数据，采集器收到回应数据后，向集中器返回相应的数据；
(S205)集中器收到采集器返回的电表数据后，在表项中记录相应的电表与采集器的对应关系。
本发明集中器采用宽带电力线载波、窄带电力线载波、470M无线、2.4G无线技术中的两种技术，构成双通道，数据发送时，如果一个通道发送不成功，自动切换到另外一个通道发送。自动电表对应，主台系统无需向集中器下发采集器与电表的对应信息，主台系统只需向集中器下发属于该集中器的电表的通讯地址，集中器能够自动发现与电表对应的采集器，并且在后续的数据传输过程中直接与该采集器通讯。
综上可见，本发明满意实现：1)使用完全不同性质的两个通道进行数据传输，发挥两个通道各自的优势，极大提高了抄表数据传输的鲁棒性、可靠性以及实时性；2)集中器自动发现电表与采集器的对应关系，提高了现场安装的效率以及可靠性，为大规模现场实施提供了技术基础。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。