用电信息采集系统综合测试仪的设计研究

陈华浩

摘要：基于传统电力客户用电信息采集系统运维、应用过程中测试手段、工具存在的不足，本文提出研制一种综合测试仪器，即用电信息采集系统综合测试仪。它可以现场测试与采集系统相关的所有测试项目，具有操作简单、功能强大，可扩展性强的特点。该设备制作完成后可以解决信息采集系统现场测试手段不足的问题，可快速有效地对智能电表和采集器等仪器进行测试、提高信息采集系统的运行可靠性。

关键词：信息采集 测试仪 研究

1、现状分析

目前国家电网要求用电信息采集系统近几年内全覆盖，部分地区的用电信息采集系统建设已进入扫尾阶段。但在实际工作中，采集成功率较低。当前采集系统运行维护过程中，缺少有效检测的设备和手段是提高采集成功率的瓶颈。

采集系统现场设备通常包括智能电表、采集器和集中器。在住宅楼的表箱内，安装有一个采集器和多个智能电表。所有电表都通过RS485总线与采集器相连接，由采集器采集所有电表上的数据，工作人员只需将数据采集装置连接在采集器上，就可以在现场获得表箱内的所有电表的数据。某一区域内的所有采集器都可以通过有线通信网络或无线通信网络与集中器相连接，并可将数据发送至集中器上，由集中器汇集区域内的所有电表数据并进行分析处理。集中器可通过通信网络将指令发送给采集器，由采集器完成相关的数据采集工作并将数据传送给集中器，集中器再将采集的数据传送给主站，从而实现远程抄表的功能。

当前采用系统运行维护工作中，由于缺少有效的检测判别工具，导致现场处理时误判，多次现场处理不能解决问题，主要体现在以下几个方面。

（1）主站与集中器远程通讯不上或主站提示集中器不在线，而现场查看集中器已经在线，难以清楚问题原因。

（2）在处理用户电表数据抄收不到，或者抄收不稳定等情况时，现场排查非常繁琐。遇到一些采用抄控器在采集器侧可以抄到电表数据，而集中器一直未抄到等特殊情况时，无法准确判断出原因，排除故障。

（3）现场运维人员、集抄厂家和载波厂家对现场问题处理各有自己方面的侧重点，很多时候现场处理有一方不在场时，问题就难以分析清楚。

现有的方式是工作人员先从集中器获取大量电表的读数，然后到现场逐一核对。由于电表数量多，从集中器获取电表读数的时间和现场读取电表的时间存在时间差，两个读数之间也存在差异。如果两个读数相差不大，工作人员就认为电表正常。只有在两个读数相差较大的时候，才认为电表存在故障。如此一来，如果电表存在误差而且误差不大，电表故障就无法检测出来，会影响抄表系统的准确性。

2故障问题分析

A 集中器的可靠性设计先天不足，特别是电源设计不够健壮，特别是GPRS/CDMA、以太网、低压电力线载波通讯等大功率运行时，比较容易出现电源故障，通讯故障等情况；

B 电源的器件选择上，如PTC的选择如果不合适，会导致高温下、大负载通讯或者是低电压下的热敏误动作，导致系统电源错误。设计中电容余量小，考虑到电容低温下的ESR值，容量变小等因素，极易导致故障产生。

C RS485电源设计，如果电气隔离做的不够，系统容易被雷击或外界干扰损坏，导致系统崩溃；RS485的A/B口上没有串联PTC，并联TVS，没有进行高压过流保护设计，容易损坏RS485接口，造成通讯失败。RS485接口A/B的上下拉电阻偏大，导致驱动功率不够，影响RS485通讯。

D 电源设计中，电源纹波较大，干扰通讯接收和发射，导致通讯错误。

E 通讯中软件上容错不够，如GPRS假连接、路由死机等，会造成系统长时间通讯故障；

F 元器件的选型，特别是电源上器件的选型，如电容，质量及性能达不到要求，会导致性

能参数变化，电源异常，从而影响系统功能；

G 测试中不够充分，测试方案不合理，未能有效了、模拟现场运行情况，造成极限环境运行时产生故障；

H 制造中如果没有有效进行质控，造成制造缺陷故障，影响现场带病运行，产生故障；

3研究内容

为避免上述已有技术中存在的不足之处，研制一种用电信息采集系统综合测试仪，以快速有效地对智能电表、采集器和集中器等设备进行测试、提高信息采集系统的运行可靠性。

3.1技术方案

用电信息采集系统综合测试仪，是一种智能分析判断采集设备运行状况和分析现场故障原因的装置，其主控制器内部应设置可视化操作界面的应用软件，通过触摸屏点击应用软件选项对采集设备（包括集中器、采集器、载波电能表和RS485电能表）通过串口、RS485口或电力线载波发送接收报文，并根据返回报文自动判断采集设备各个环节实际运行状况，分析可能存在的故障原因。主要目的是帮助快速的判断抄表系统中的故障类型及故障位置，使得工作人员能够快速排除故障。

3.2元器件构成

用电信息采集系统综合测试仪，包括便携式箱体，箱体之内设置有主控制器、电源装置和通信装置；所述电源装置和通信装置均与所述主控制器相连接；所述主控制器包括微处理器、显示屏和存储器，显示屏和存储器均与所述微处理器相连接；所述存储器和微处理器设置于所述箱体之内；所述电源装置包括电源接口、交流供电装置和交流电压表；所述电源接口用于连接市电电源，所述交流供电装置与所述电源接口和交流电压表相连接，由交流供电装置为主控制器供电，交流电压表用于检测所述交流供电装置从电源接口上所接入的交流电压；所述通信装置包括一个USB转多串口模块、一个RS232通信连接器、一个RS232转RS485模块、一个小无线通信模块和两个载波抄控器，所述两个载波抄控器包括第一载波抄控器和第二载波抄控器；所述RS232通信连接器、RS232转RS485模块、小无线通信模块和两个载波抄控器均与所述USB转多串口模块相连接；所述RS232转RS485模块上还连接有RS485通信连接线；所述小无线通信模块上还连接有小无线通信末端模块；所述第一载波抄控器和第二载波抄控器上分别连接有一个抄控器对外连接装置。

3.3实际操作

根据现场实际载波类型，选择第一载波抄控器或第二载波抄控器，主控制器发出抄读指令，通过电力线抄读用户电表，检测采集器（载波表）载波强度、相序及是否故障等。

同时，可在用户侧接上小无线末端模块，选择打开小无线通信模块监视，可以遠距离测试RS485端口，监测到点抄或抄控器抄读采集器是否抄表、抄表报文是否正确及电能表是否正确返回。

通信装置通过扩展多串口模块连接到主控制器。RS485连接线带有鳄鱼夹的A、B引出连接，使用时可夹在用户电表或采集器的RS485口，用于抄读用户电表数据或监视抄读状况。RS232连接装置将带有鼠标头另一端插入集中器的RS232口，可用于监测集中器与主站通信报文，监测集中器与载波模块通信报文，读取设置集中器参数等。第一载波抄控器和第二载波抄控器为两种不同路由载波的抄控器，对应的外接装置接在电力线路上，用于在电力线上载波抄读用户数据。

4结论：

如本文所述，用电信息采集系统综合测试仪集GPRS通信、以太网通信、串口调试、集中器报文跟踪分析、集中器点抄用户电表电量、电力线载波通信抄用户电表电量、红外透传抄用户电表电量、用户电表RS485口检测等多种功能于一体，可以解决信息采集系统现场测试手段不足的问题，可快速有效地对智能电表和采集器等仪器进行测试、提高电力客户用点信息采集系统的运行可靠性。