电力载波系统的设计与应用

张相松

（大庆油田采油八厂信息中心综合室，黑龙江 大庆 163000）

电力线通信技术工作原理是用分布在电力系统中的大量电线进行数据传输，这种传输手段已经广泛应用到各个领域，其中包括城市居住用户的上网、VoIP电话、远距离抄表、全自动控制家用居住设备等方面。当这种技术与中压PLC技术相结合使用时，不但能在整个电力自动化配电网业务系统中作为重要传输通道而提供帮助，还能为整个城镇覆盖网络范围的扩大做出贡献，投资少、见效快、管理简单、方便使用等特点促进了当今网络社会的发展提供了有效的帮助。

1 电力线通信技术应用的目的和意义

在进行油气资源的开采和勘探过程中，对相应开采的资源进行可持续利用尤为重要，需要通过测试油井的工作状态、探明地下油层详细地质结构等方法来解决问题，通过利用测井仪器进行日常工作，例如随钻测井、试井、测井等。无论测井仪器如何使用，其主要的工作职能就是对相应井底和井中的数据信息进行分析采集，采集后的数据信息可以通过传输而被专业人员进行详细的地质分析和应用。现主要有两大种类的传输方式：有线传输和无线传输。

设计采用电力线载波通信技术，实现抽油井数据传输，其主要优点：一是PLC充分利用已有的低压配电网络基础设施，不需要任何布线，是一种“No New Wires”技术，减少资源的浪费；二是利用庞大的已有电力线网络的PLC接入方式，解决了先期投入大的问题，降低了工作成本，通过低压进行数据传输更加方便和快捷。

2 电力线载波通信系统

随着科技的发展，通信系统拥有的通信方式有很多，而电力线载波通信系统是利用现有电力系统的专属条件发展而成，通过将平常只传输电能的电力线路研发成也能同时传送高频电信号的特殊线路。在原理上通信线路载波和电力线载波没有什么不同，只是电力线不同于通信线路，它专门传输的电流工频为50Hz。

在高压和低压电力线技术还没有深入研究以前，电力线网络用户的上网方式还局限于使用低压PLC技术和其他网络通信技术结合。由上面的网络构图1中可以知道一般网络用户将通信终端连接到电力线上是通过PLC调制解调器、电话和电能等，可以和剩余网络用户进行网络交互，然后将一些其他技术手段与互联网相结合而实现整体通信。

图1 电力线载波通信系统的网络构图

图2 电力线载波通信的原理框图

电力线载波通信正常工作的流程原理图就如图2所示。原理框图中有A和B两端，这两端分别代表着发电厂和变电所，整个工作流程就是将A端所运送出来的50Hz电流通过变压器对其进行升压后，再经过主要电网通道的电力线输送到B端，最终经过一系列设备降压后供给广大用户。而要真正运用电力线实现载波通信，还存在“输送来的高频信号能否在电力线上进行安全的耦合”的问题。上图出现的相地耦合方式是现在最常用的耦合方式，这种耦合方式则是由结合滤波器F和耦合电容C相结合而形成。高通滤波器则是由结合滤波器和耦合电容器组成，能够提高高频信号的通过率，实现电力线与高频信号耦合。在对50Hz电流输送的过程中随着时间推移电流逐渐衰减，载波设备中的50Hz电流几乎不存在，实现了保护人身与载波设备安全的目的。

3 电力载波数据传输系统功能及实现

3.1 硬件系统

SENS-01 嵌入式电力线载波通讯模块（PLT）是一款专门为专业电力线载波的设备，一个模块的核心芯片相当于设备心脏，该芯片是专用电力载波集成电路所构造而成，由通讯算法和电力线接口信号驱动电路组成，其特点包括通信速率高且可靠，抵抗杂波干扰能力强，通讯传输距离远等，是针对国内电力线现状和限制条件而开发研制的通讯产品。

SENS-01嵌入式电力线载波模块的主要应用：居家用电控制器，路灯监控、安防监控、集中抄表、断缆监控、停车场管理系统，数据在工业现场进行输送，对一些智能家用电器进行控制，对一些距离较远的灯光进行控制，空调的开关和调控，现场的舞台灯光以及音响音量的大小的控制，低速率通信网络，消防紧急救援及安全保卫系统等。

通讯波特率选择输入端有3个部分组成，分别是A、B、C，A B C正因为有内部上拉电阻，所以它的悬空为高电平，输入写成0，这样端口可进行接地处理，如果是19200最大的波特率，全部悬空也可以。

A B C变化与不同波特率对应如表。

表1 波特率

3.2 软件系统

通常在油井地下勘测和开发过程中，为了保证油井的正常运转需要对其井下各种参数进行实时监测，这就包括井下的温度、流量、压力等，在详细充分采集井下数据信息的同时，对随时出现的各种问题采取相应解决方案，高效控制整个采油过程。通过实验将电力线载波通信和其他通信方式进行对比，发现电力载波通信拥有很多优点，包括拥有较远传输距离、高稳定性的通道，可充分使用当前油井中所拥有的电缆结构，降低开发成本和后期维护成本。流程图如图3。

新建完窗体应用程序后，在主界面的左侧有工具箱的选项，里面有我们需要的控件，常用的控件一般有：Label控件，Button控件，TextBox控件以及ComboBox控件等等。同时界面的左侧有属性栏，我们可以单击所需要设置属性的控件，更改其属性。

图3 软件总体流程图

3.3 运行结果及实验现象

首先，将SENS-01嵌入式电力线载波模块分别连接到两台电脑上，打开串口助手调试模块是否可用。由于电脑上安装了vs2010，直接打开所编程的软件，在一台电脑上选择“调试”按钮弹出一个发送端界面，另一台电脑同理。2个软件上设置好相应参数，例如：在发送端输入“28.6”，点击“温度发送”，则在接收端会显示“温度：28.6”，显示结果如图4所示。

图4 接受“温度发送”显示图

同上，若在发送端输入“34”，点击“压力发送”，则在接收端会显示“压力：34”，显示结果如图5所示。

图5 接受“压力发送”显示图

4 结语

（1）该设计提出了通过电力线载波模块，进行抽油井传输数据的一种方法。

（2）电力线在当今已成为社会快速发展必不可少的竞争标识，主要介绍了它在生活中各个领域的应用，更加凸显其重要性，研究电力线载波通信是十分必要的。

（3）通过对由集成单片机与载波模块的芯片组成SENS-01嵌入式电力线载波模块的性能指标、特性以及应用的研究及分析，进行了相应的模块连接和串口调试。

（4）讨论了C#开发的数据传输系统软件的语言学习以及窗体应用程序的绘制，并且针对不同性质的数据发送，用“T”“P”来进行接受端的区分，使接收的数据不易混淆。