一种通用型电力线载波抄控器设计

宋　芳

（河南工业贸易职业学院，河南　郑州　450000）



一种通用型电力线载波抄控器设计

宋芳

（河南工业贸易职业学院，河南郑州450000）

摘要：目前正在进行的电能信息采集系统建设，在集中器与电能表（或采集器）之间通信信道的选择上，多采用电力线载波。这是因为采用电力线载波通信，无需重新布线，极大地降低了前期投入和施工成本。在调试和维护以电力线载波作为信道的电能信息采集时，抄控器是必不可少的常用工具。文章依据国网电能信息采集系统的相关标准，结合工程实践提出的实际需求，设计一种通用型的电力线载波抄控器。

关键词：电能信息采集；电力线载波；抄控器

国内电力线载波技术的方案厂家众多，在调试和维护不同方案厂家的电能信息采集系统时，往往需要使用不同厂家的抄控器，购买不同厂家的抄控器占用不少资金，而且工程人员在现场携带工具不方便，不同的抄控器使用方法又有区别。国家电网在2013年发布了电力用户用电信息采集系统的系列规范，对电能信息采集系统中的各种设备都有明确的定义和标准，各个设备厂商为现场提供的设备都是经过检验符合标准的。参照这些标准，设计一种通用的载波抄控器，使其能够适应不同的载波方案，为工程人员的调试和维护工作提供强有力的工具技术支持。

1　抄控器的总体设计

在电能信息采集系统中，单相表通信单元是一个标准模块，不同载波方案厂家生产的模块，其外型尺寸、引脚定义、接口电平、通信协议等都符合国网标准的一致性要求，且该模块在现场用量最大。设计一款抄控器，使其在插上不同厂家的单相表通信单元后，能够实现串口数据和载波数据的通信转换，就可以作为一种通用型的电力线载波抄控器。该抄控器的功能框图如图1所示。

图1　抄控器功能框图

2　抄控器的详细设计

2.1电源模块设计（见图2）

图2　抄控器电源模块原理

考虑到成本和可靠性，以及抄控器对电源功率的需求在3W左右即可满足，决定采用变压器方案。抄控器的输入电压为市电AC220V，经过变压器T1降压后为AC11V，然后进入整流桥U1，U1的输出是脉动的直流电压，在输出端并接滤波电容C2和C1，大容量的C1滤除直流中的低频成份，小容量的C2滤除直流电压中的高频成份，经过滤波后的直流电压+12V供给单相表通信单元，作为单相表通信单元的工作电压。同时，+12V电压经过U2线性降压稳压为+3.3V，输出端并接储能电容C3和滤波电容C4，给设备中的低压集成电路提供电源。外部输入的市电AC220V，连接到单相表通信单元适配座的强电引脚，为电力线载波信号耦合提供信道。

2.2单相表通信单元适配座设计（见图3）

图3　单相表通信单元适配座原理

单相表通信单元在抄控器上使用时，在结构满足可靠插接要求的前提下，必须将TXD，RXD，+12V，GND引脚通过适配座连接到抄控器上，其他信号引脚可以不连线。单相表通信单元的适配座采用板载式双排插座，弱电接口使用高度8.5mm的2×6插座，强电接口使用高度8.5mm的2×4插座，为增加强电接口L，N之间的安全间距，强电接口插座的3，4，5，6脚设计为空脚，做抽针处理，电路板上不做焊盘设计。

2.3外部接口模块设计（见图4）

图4　抄控器外部接口模块原理

抄控器在现场应用时，需要连接电脑发送抄控命令到电力线载波，与电脑连接的接口为RS232接口。单相表通信单元提供的外部接口为TTL接口，因此需要设计接口转换电路，实现抄控器与电脑对接。如图4所示，使用集成电路U3（MAX3232）完成收发的TTL电平到RS232电平的转换。MAX232芯片具有两路转换通道，选择其中的一路（本设计选择第二路），将T2IN与单相表通信单元的发送引脚DCE-TXD连接，将R2OUT与单相表通信单元的接收引脚DCE-RXD连接。T2OUT和R2IN引脚为RS232电平，在MAX323芯片的232电平一侧，为了适应工程现场的不同情况，抄控器设计有一公（J2）一母（J1）2个DB9接口，工程人员可以根据情况，选择不同接口与电脑连接。图4中的电容C6，C7，C8，C9是0.1uF的倍压电容，为电平转换提供电压，电容C5是芯片的退耦电容，提高通信的可靠性。电阻R1，R2串联在RS232的接收和发送线上，可以有效地抑制通信线上的干扰信号，对MAX232芯片起到保护作用。

2.4声光指示模块设计

为方便现场人员使用，抄控器设计有蜂鸣器和指示灯。通过指示灯的闪烁和蜂鸣器的鸣叫，能够清晰的判断抄控器的工作状态。原理如图5所示，发光二极管D4，D5，D6为红色，LS1为蜂鸣器。当抄控器上电后，电源指示灯D6亮。没有数据通信时，D4，D5灭，蜂鸣器不鸣叫。当有数据收发时，蜂鸣器鸣叫，同时可以通过指示灯来判断数据的通信过程：抄控器接收载波上的数据时，指示灯D4闪烁；抄控器向载波上发送数据时，指示灯D5闪烁。图5中集成电路U6（74HC1G08GW）为单与门芯片，用来完成收发逻辑电平转换输出，输出后的电平信号送到三极管Q1的基极，Q1驱动蜂鸣器发声。

图5　抄控器声光接口模块原理

2.5安全设计

工程应用现场的电网环境比较复杂，因此在AC220的输入端设计有保护电路，如图2所示，保险管F1在后级出现短路过流故障时，可以切断电源，避免故障进一步扩大；压敏电阻RV1，在线路上出现雷击浪涌强干扰信号时，可以将外部电压嵌位在安全电压上，保护抄控器免受损坏；安规电容CX1跨接在L，N之间，滤除电力线上的高频干扰，保护变压器和后级的弱电部分。

2.6外壳设计

作为调试工具的抄控器，从便于携带和安全出发，外壳采用ABS防火防紫外线塑料，外套一层橡胶防护套，密封防水，防震，体积小巧。

3　结语

根据电能信息采集系统标准，并从工程实际出发，设计出的通用型的载波抄控器能够兼容目前主流的载波方案厂家，为电能信息采集系统的载波信道调试，提供了方便而实用的工具，受到工程使用人员的好评，取得了良好的经济效益和社会效益。

［参考文献］

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［5］马亚彬，林向阳，钱波，等.集中抄表终端通道检测装置的研制［J］.现代电子技术，2015（16）：99-100.

Design of an Universal Power Line Carrier Copy Controller

Song Fang
(Henan Industrial and Trade Vocational College，Zhengzhou450000, China)

Abstract：At present is carrying on the electric energy information acquisition system construction, in the concentrator and electric energy meter (or collector) communication channel between the choice, the use of power line carrier. This is because the use of power line carrier communication, no need to re wiring, greatly reducing the upfront investment and construction costs. In the debugging and maintenance of power line carrier as a channel of power information acquisition, the copy control is essential to adjust the common tool. In this paper, based on the relevant standards of the State Grid electric power information collection system, and combining with the actual demand of engineering practice, this paper designs a kind of universal power line carrier.

Key words：electric energy information collection; power line carrier; copy control device

作者简介：宋芳（1981-），女，河南南阳，硕士，讲师；研究方向：电子技术，检测技术。