智能台区范围里的通信组网设计

任彬

摘 要：文章讨论了电力行业里一个智能台区范围内的通信组网方案。就目前比较成熟的几种通信手段，文章着重分析了它们在台区范围内应用的可能性和可行性。最后文章给出了一个实际产品设计，在这个产品设计里，多种通信手段都得到了实现，从而可以为台区通信提供最有效的组网方案。

关键词：以太网；电力载波；光纤；GPRS；Zigbee；RS485

引言

配电网最后一公里通信一直是电网通信领域研究的重点。作为电网的末端，配电台区集合了电网的配电和用电两大环节。可以这么说，研究配电台区内通信组网就是在研究配电网的通信组网。目前，通信组网可以分成有线通信和无线通信两种：

有线通信包括网络、RS485、电力载波、CAN总线等，通信介质一般是双绞线和光纤。网络通信距离一般在百米范围内，主要是用于装置对上通信，能采用网络通信的地方，其通信环境一般不错；RS485通信距离一般在几百米范围内，速率低的话可以过千米，它可以对下通信，也可以对上通信，这是目前应用比较多的通信手段；窄带电力载波方式在用电信息采集系统环节得到了大量的应用，是国网在低压抄表环节对下通信的主要通信方式，由于智能台区集合了电网的配电环节和用电环节，所以该通信方式必将在智能台区通信组网里得到大量应用；CAN总线通信，通信距离可以到几公里，不过，由于该通信在链路层稍微复杂一些，在台区组网内大面积用的可能性不高，只能作为主流通信方式的补充。

无线通信一般有GPRS、Zigbee通信、wifi、红外、小无线RF等。GPRS通信主要用于数据远传，通信距离在几十公里以上，可以选择GPRS无线通信，该通信方式的一个主要劣势就在于它需要借用移动或电信公司的通信信道，会产生通信流量费用，所以，局部几公里范围内的通信组网一般不采用GPRS通信；Zigbee和wifi通信方式主要是工作在2.4G无线公共频段，二者比较而言，wifi需要的功耗大，一般外接电源，ZigBee的传输速度不高（<250Kbps），但是功耗很低，使用电池供电一般能用3个月以上，在智能台区这个应用对象里，二者都能得到大量应用，一般几公里范围内的组网一般会选择这两种通信方式中的一种作为组网手段；红外和小无线RF主要用于非接触式装置调试。

电力系统共分五大环节：发、输、变、配、用。配电台区是电网线路的供电末端，它集合了电网的配电和用电两大环节，下文所述的智能台区监控装置就是以整个台区为监控对象。首先，装置要对台区变压器一次侧和二次侧线路进行监控，线路运行数据需要检测，台区内线路运行质量也需要管理；其次，它还要以通信组网的方式把台区内所有带通信接口的设备或子系统连接起来，汇总、分析、存储它们的数据；最后，它还要具备数据远传的能力，从而把本装置所在的台区作为一个组网节点，汇入到上一级更大的系统组网里。从这里可以得知，通信组网的方案设计是本智能台区监控终端设计里的核心环节。

1 方案设计

台区监控装置支持如下通信方式：

以太网接口：2个，用于光纤以太网数据上传，以及台区内其他子系统接口，如：台区安防子系统。

GPRS无线通信：1个，用于数据远传。

RS485接口：4个，接口数可扩，用于台区内485通信，以及和台区内其他子系统数据接口，如：用电子系统、低压保护子系统等。

低压电力载波：1路，用于台区内集中抄表。

Zigbee无线通信：1路，可扩，用于台区内系统组网，譬如台区防窃电子系统，台区环境监测子系统等。

红外接口：1路，用于非接触式装置调试，譬如掌上手持PDA工具调试。

2 硬件设计

智能台区监控终端硬件设计以 Cortex M3系列32位处理器作为CPU，其余芯片亦选用工业级芯片，通信回路都是各自隔离。具体如图1。

3 软件设计

整个装置通信软件采用分层的模块化结构，把软件分成系统层、驱动层、数据库层和规约应用层四个部分。系统层主要是装置嵌入式实时操作系统提供的各种服务；驱动层主要是与各个通信口对应的驅动芯片或模块相关的读写服务；数据库层主要是包括各种规约和数据库的接口定义以及读写服务；规约应用层主要是对外各种不同规约的解析。各层间的相互关系如图2。

图2

4 结束语

文章主要就电力行业一个智能台区范围内的通信组网进行了分析，并在随后提出了一个智能台区监控终端的通信设计方案，该组网方案可有效管理台区设备和运行状态，根据现场配置和工况指标智能调节现场运行设备，以达到台区智能、经济、可靠运行。

参考文献

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