RS485—载波双向数据转换器的开发与应用

王绍槐，李剑鸣，谭志新，刘睿芳

(国网湖南省电力有限公司株洲供电分公司，湖南株洲412000)

0 引言

用电信息采集系统已经成为电力部门营销管理的重要技术平台，实现了对电力用户的全采集、全费控[1-4]。系统上行通信主要采用无线公网，下行通信包括RS485、载波等[5-8]。在系统建设过程中，经常遇到某些地下室台区无公网信号覆盖的问题，通常的处理办法:①加装信号放大器，但这种方法要求离集中器较近的地方有公网信号，否则将要敷设很长的馈线；②延长天线的馈线，这种方法同样需要离集中器较近的地方有公网信号覆盖；③将集中器移到地面，总表更换为载波表[9]，这种方法不能满足对台区总表电压、电流、表码、功率等高密度的采集。以上方案都存在较大的局限性。

本文改进现有Ⅱ型采集器[10]，实现RS485与载波双向主动通信，构建“RS485—载波—RS485”的组网模式，完成无公网信号覆盖地下室台区的数据采集。

1 技术原理

1.1 Ⅱ型采集器改进前的工作模式

当前，市场上存在的Ⅱ型采集器是一种“RS485—载波”转换装置，但采集器的通信分为主从模式，载波为主动端，RS485端为被动端，如图1所示。

图1 Ⅱ型采集器结构

采集器的通信分为:

1)等待状态。载波端与485端均处于接收状态，但不响应485端输入数据，只响应载波端输入数据。

2)通信状态。载波端收到数据后，若数据合法，则向485端输出，同时，等待485端应答，若应答超时，则放弃485等待，进入采集器等待状态。若收到485的应答数据，则向载波输出，输出完成后进入采集器等待状态。

因此，采集器只能单方向由载波端主动传输数据，无法实现485端主动传输。只能单个使用，无法成对使用，无法构建“RS485—载波—RS485”组网模式。

1.2 Ⅱ型采集器改进后的工作模式

修改采集器的工作模式，在载波端与485端都能主动发起通信，实现数据的双向转发。

1)等待状态:载波端与485端均处于接收状态，对载波端与485端的数据输入，都能响应。

2)载波数据输入:当载波端有数据输入，485端无数据输入，则在载波数据输入完成，验证合法后，485转为发送状态，485输出数据。

3)485数据输入:当载波端没有数据输入，485端有数据输入，则在485数据输入完成，验证合法后，载波转为发送状态，载波输出数据。

4)载波与485端同时有数据输入:载波输入数据优先，放弃485输入数据，载波数据验证合法后，485端转为发送状态，485输出数据。

方案的关键在于改变了采集器的工作模式，由原来载波端与485端的主从模式，改为对等模式，并规定两端同时有数据输入时的优先级，从而实现了载波与RS485数据的双向转发，构建“RS485—载波—RS485”的组网模式。当两个距离较远的、采用RS485通信的设备，为避免敷设长距离的通信电缆，可在两端各安装一个“RS485—载波”双向数据转换器，两端采用485通信，中间依靠电力线载波通信，实现数据的透明传输，如图2所示。

图2 “RS485—载波—RS485”组网模式

1.3 双向转换器的通信特性

“RS485—载波”双向数据转换器以半双工的通信方式实现485信号和载波信号的双向转换，分为窄带载波和高速载波(HPLC)两款，以适应不同的现场环境。两款的主要技术参数:

1)窄带载波特性。调制方式OFDM，载波工作频率390±33 kHz，数据速率4.8～20 kbps。

2)宽带载波特性。调制方式OFDM，默认工作频段2.4～5.6 MHz，可支持0.7～2.9 MHz、2～12 MHz，数据速率300 kbps～5 Mbps，在同一个电气网络中有多个转换器时，不需要人工去配置网络ID号，可自动组网。

3)485通信特性。通信速率可支持1 200 bps、2 400 bps、4 800 bps、9600 bps四种，默认9 600 bps，偶校验，可根据现场接口设备自适应，不做规约解析，数据透明转发。

2 应用场景

“RS485—载波”双向数据转换器可以直接与现有485接口设备连接，无需更换现有设备，安装简单、维护方便。

2.1 地下室无公网信号覆盖台区总表数据采集

对于地下室无公网信号覆盖的台区，将集中器安装到地面有信号的位置，居民户表采用载波通信，数据采集不受影响。由于台区总表靠近变压器安装，且在地下室，总表与集中器之间需要敷设很长的485线，此时可在集中器与台区总表处各安装一个“RS485—载波”双向数据转发器，无需敷设485通信线，实现台区总表数据的透明采集，如图3所示。

基于频分复用原理，在居民抄表为窄带载波台区，选用高速载波转换器。在居民抄表为高速载波台区，选用窄带载波转换器，避免相互干扰。

图3 地下室无信号公变台区数据采集

2.2 专变光伏表

部分工业用户自备光伏发电，光伏表靠光伏设备安装，一般在顶楼，专变终端在配电房，两者相距较远，难以敷设485通信线，可采用加装“RS485—载波”双向数据转换器的方式，如图4所示。

图4 专变光伏表数据采集

专变采集终端的抄表命令从485接口发出，经转换器送到220 V电力线，再经过表端转换器的485输出，进入光伏表，在终端与表之间无需敷设485通信线。

2.3 居民光伏表

近来，对上网电源的表计要求采集更多的用电信息，包括电压、电流、功率24点曲线等，居民光伏表属于上网表计，在采集系统中作为居民户表看待，目前只采集表码与特殊时间点电压、电流。部分已经进行HPLC改造的台区，可以满足24点曲线采集，但对于大部分窄带载波台区，无法实现。可用加装“RS485—载波”双向数据转换器的方式，如图5所示。

在光伏表与集中器各加装一个数据转换装置，将光伏表配置到485端口，集中器将会以台区总表曲线的模式采集光伏表的各种曲线。若台区包含小水电用户，也可采用这种方式。

图5 居民光伏表数据采集

2.4 电梯电子广告屏

电梯内电子广告屏数据的更新一般由人工现场更新或通过GPRS公网传输，若采用“RS485—载波”双向数据转换器，则可利用采集系统进行远程更新，无GPRS运行费用，如图6所示。

图6 电梯电子广告屏数据传输

广告屏数据由用电信息采集主站发送到采集终端，采集终端经转换器输出到220 V电力线，再经转换器变换为485接口，输入电梯电子广告屏。

3 结论

“RS485—载波”双向数据转换器实现了RS485、载波双向主动数据传输，从而构建“RS485—载波—RS485”的组网模式，将有线的485通信，转换为电力线载波通信，只要电力线能到达的地方，都可使用，不受环境限制，无需敷设通信电缆，信号传输稳定，施工方便。终端设备无需改造，数据透明传输，适应性强，具有广阔的应用前景。