基于AM3359的多通信方式用电采集控制终端的设计与应用

范继宁，刘 寅，谢小敏

（重庆市电力公司，重庆 401123）

基于AM3359的多通信方式用电采集控制终端的设计与应用

范继宁，刘 寅，谢小敏

（重庆市电力公司，重庆 401123）

基于ARM Cortex-A8的微控制器AM3359的智能控制终端是一种具有能够实现自组网、多种通信方式融合、良好的人机交互功能的用电信息采集系统终端。介绍了该系统的主要结构和设计方案，阐述了多通信方式的实现和精细化控制的原理和设计方法。应用证明，该终端可以应用在各种工矿企业、城市建筑和路灯系统中，性价比高，稳定可靠。

AM3359；用电信息采集；多通信方式；精细化控制

用电信息采集控制系统是一个微型系统，包括需求侧管理终端、采集监控模块、通信网路、显示单元等，而用电信息采集控制终端（以下简称“终端”）是该系统最重要的组成部分，终端的主要功能为企业用电信息的采集以及企业内部有序用电的精细化管理，可以在满足用电管理的同时，通过功能扩展支持对其他能源数据及状态的采集及管理，如：水、汽、油的流量、压力、温度等参数。具有接口可扩展、现场安装方便、操作和使用界面友好的特点，可根据现场实际需要，支持集中布置或分布式布置。

1 当前用电信息采集控制终端应用现状

当前需求侧管理系统多采用单一的电力负荷管理终端作为主要控制负荷、节约电能的装置。主要根据DL/T 698—2008、DL/T 614—2007等标准要求提供相应的功能，包括公变计量基本硬件、专变检测基本硬件等；采用现场控制的方式，支持1—8路开关量输入的采集功能，1—8路脉冲输出的控制功能；通过RS485作为通信方式，每路RS485支持32个测量表计，内部主要采用基于ARM9架构的AT91SAM9260作为主控芯片，存储容量为64 M的FLASH，数据可重复擦写3年时间。当前终端主要应用于专线用户，具有4轮控制功能。主要的不足是不能支持更多轮的精细化控制和精细化采集，无线通信和组网功能不足，只适合现场有线方式的使用，同时与企业生产和工作互动不足，不能很好体现企业工况，不能使企业生产者了解各工序的能耗情况。针对节能降耗的基本要求和方法，目前研制出了一种增加了企业能耗监控和精细化采集和控制的用电信息采集控制终端。

2 新型多通信控制终端的特点

2.1 新型终端应用体系架构

该终端与以往的电力负荷控制终端应用基本类似，分为2部分：一部分为用电信息控制终端,负责建立网络，终端基于嵌入式32位RISC处理器ARM平台上扩展方式实现。硬件采用AM3359处理器作为主要基础，软件采用嵌入式Linux作为操作系统。显示器采用7英寸以上的彩色触摸屏，支持各种主流通信方式；另一部分为实现精细化控制而采用的各种采集模块、控制模块、传感器等，采集各种传感器设备（压力传感器、电能表、液体流量计、霍尔传感器、频率计等）的用电信息，根据分站用电情况，计算出各分站子系统的用电信息，将电耗情况上报电网公司的主台软件系统。图1展示了终端系统的体系。根据现场条件，灵活选取合适的通信组件，支持集中式或分布式的组网方式。

图1 终端系统的体系结构

2.2 新型终端设计方案

终端采用的是AM3359作为主控芯片。系统硬件结构如图2所示。

图2 终端系统硬件结构

终端软件架构如图3，分为3个层次：操作系统层、平台层及应用层，实际上，平台层及应用层均属于操作系统的应用，它们运行于操作系统之上，利用操作系统提供各种服务。

所有的与硬件直接相关的工作全部放在操作系统内实现，平台层通过操作系统提供的API服务完成对设备的操作。在实际的实现中，将与业务相关的一些驱动或设备文件封装起来，形成一个业务库。

图3 系统软件架构

操作系统利用API为负控平台提供服务，负控平台通过将基础功能封装利用API为应用服务或以独立程序的方式利用进程间通信为应用层提供服务，这样各层间的界面将非常清晰，也避免高耦合的情况发生。由于各层以二进制方式提供，在接口不改变的情况下，某一层内部的修改不会影响到其他层的工作。

2.3 新型终端功能特色

新型需求侧终端的主要特色是加入了更多适合企业用户生产特色的功能，可以实现目前在用终端不能实现的精细化采集与控制、企业综合能效管理、互动式的查询与人机交互功能等。

2.3.1 分散式采集与控制

所谓分散式采集与控制是通过多路通信方式，将分散在各远方的控制点通过映射方式灵活的在主站中加以配置。主站不需要对从设备进行管理；而主设备通过从设备的采集功能来实现分散式采集优点。如图4所示，对于本地的控制和采集节点来说，有1—2路RS485，这2个端口可以直接连接采集或控制设备，也可以通过控制和采集模块，来延伸和扩展控制的节点数。对于控制，终端最多可以实现64轮，每轮的物理位置可以是在主终端上，也可以是接在主终端的控制模块上，更可以在跟主终端对应的从终端上。而从终端是一个功能相对简单的小终端，通过小型无线电台、以太网以及470 MHz实现自组网功能。图4中云表示的就是从终端的组网方式是灵活和多样的。从终端可以与主终端距离相距较远，这样有利于大型企业不同生产部门间的能耗统计和负荷统计与控制。从终端下也连接了数量不等的控制采集模块，可以测量不同类型的表计数据，统一通过数据字典得到控制逻辑所需数据及参数，进行当地的闭环控制和遥控，完成告警、记录；通过平台提供的控制输出驱动实现对闸的控制输出；告警维护；通过扩展的规约实现对电、水、气、煤等不同能源量的统计和控制功能。

图4 分散式采集与控制

2.3.2 能耗统计与计算

能耗统计与计算功能主要是实现在线监测整个企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电及能耗数据，提供实时及历史数据统计、分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，建立企业能耗评估、管理体系，提高企业能源效率水平。

能效管理的主要内容如图5显示的框架。主要有5个部分组成：

图5 能耗管理主要功能

•能耗显示：在线监测整个企业的生产能耗动态信息（电、煤、水、油、气），现场运行管理人员可了解和掌握生产工序的实时能耗状况、能耗变化趋势等信息。

•能耗统计：终端将采集到的能耗数据与相对应的生产数据相结合（此数据需企业录入），进行技术经济指标、单位产品综合能耗、工序能耗的统计（以日、月为周期）。

•能耗对比：终端可按不同需要灵活设置对比参数，在不同时段（日、月为周期）、不同工序进行环比和同比，同时生成能耗图表。

•班组对比：终端可按不同需要灵活设置对比参数，在不同时段下（日、月为周期），针对不同工序的班组进行环比和同比，同时生成能耗图表。

•数据录入可以输入当前所选时间的生产信息（总产值、总产量、总增加值）。录入内容可以按照时间、总产量、总产值、总增加值选择列表。

2.3.3 人机交互与显示

根据终端平台的硬件资源，数据交互采用USB方式，在显示控制板上建立和主控板上一样的存储方式，显示的内容为主页面，分为：实时数据、历史数据、数据分析、参数配置、终端信息、系统管理、调试信息、控制状态等。设计时采用10英寸的可触摸的液晶显示器，与当前的负控终端相比，屏幕更大，交互更好。如图6所示。

图6 实时交互的查询测量信息

3 应用与展望

本系统终端可以实现普通电力负荷控制管理系统的基本功能，并通过模块化的设计方法实现功能扩展，可以合理统计和计算每个装置下用电负荷的信息，根据企业的生产特点和总负荷指标，智能判断和调节不同生产单位的供需能耗。系统实现了丰富、灵活的组网方式，具备过程可视化以及有序用电管理功能，为实现企业综合能效管理留下了丰富的接口，便于精细化管理。系统为有效实施用电监控、推行阶梯定价、开展负荷管理和线损分析提供了技术支撑，最终达到错峰用电、负荷预测和节约用电成本等目的。

Design of multy⁃communication mode power acquisition control terminal based on the AM3359

FAN Ji⁃ning,LIU Yin,XIE Xiao⁃min
（Chongqing Electric Power Company,Chongqing 401123,China）

This paper introduces a design based on ARM Cortex⁃A8 micro controller AM3359 intelligent control terminals,the terminal has can realize AD hoc network,a variety of commu⁃nication mode fusion,good interactive function.Detailed introduc⁃es the system of main structure,the system hardware and software design,this paper focuses on the realization of the more communi⁃cation mode and fine control principle and design method.Appli⁃cations show that the terminal can be used in various industrial and mining enterprises,energy consumption enterprise and urban architecture and street lamp system,the cost performance is high,stable and reliable.

AM3359;electricity information collection;mu⁃lti⁃commutations;fine control

TP273；TM764

B

1009-1831（2013）01-0048-03

2012-10-26