便携式低压集抄运维管理装置研究

李少娟 唐楚凡 卢奕霖 唐伟博

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东 珠海 519000）

1 项目内容及目标

1.1 项目内容

目前，广东电网有限责任公司珠海供电局着力实现低压集抄系统自主运维，提升基层单位网格经理的现场运维能力，提升公司低压集抄系统的运行指标，但是受限于缺乏专用的测试和调试工具，无法有效地定位故障点和确定故障类型，造成基层单位网格经理运维效率低下、低压集抄系统运行指标不稳定等问题[2]。

为了进一步降低低压集抄系统运维的工作难度，提升基层单位网格经理的运维效率，稳定低压集抄系统的运行指标。该项目进行了便携式低压集抄运维管理装置研究，实现低压集抄系统故障的快速准确定位，提高压集抄系统现场运维工作效率，降低成本。

1.2 国内外研究水平的现状及发展趋势

我国自20 世纪80 年代开始着手电力行业的远方数据采集研究和应用，2013 年左右扩展到低压集抄相关业务。随着通信技术的成熟，低压集抄业务的范围越来越广，由于低压集抄业务的系统性运行维护，因此整个系统涉及到的通信方式多样，导致系统运维更多依赖于设备厂商的技术人员，运维设备受制于设备厂家的笨重设备，不便于作为现场调试的工具使用[3]。供电公司的基层人员无法掌握低压集抄系统运维的核心运维技能，也无法快速提升运维技术能力。随着广东电网有限责任公司低压集抄全覆盖以及低压集抄自主运维要求文件的下达，针对低压集抄系统的运行维护，也由过去依赖低压集抄设备厂家的支撑，向供电公司自主、高效地运维转变。对于便携式低压集抄运维管理装置的需求也更加迫切[1]。

1.3 项目应用前景

该项目开展了便携式低压集抄运维管理装置的研究。该研究应用现代数字通信技术、嵌入式技术、计算机软硬件技术、多种通信方式集成、信息系统集成等手段快速测试低压集抄系统运维过程中涉及的各类常见故障问题，包括电表红外通信测试、电能表485 通信测试、电能表载波通信测试、I 型集中器和II 型集中器终端参数设置以及现场4G 通信信号强度测试等，帮助基层低压集抄运维人员快速、有效定位故障点，确定问题类型。来进一步降低低压集抄运维的工作难度，提升基层单位网格经理的运维效率，提升和稳定低压集抄系统的运行指标。

2 项目原理

便携式低压集抄现场运维管理装置由CPU 模块、电源模块、红外通信模块、485 通信模块、232 通信模块、电力线载波通信模块、4G 通信模块等功能模块组成。基于丰富的通信模块集成，便携式低压集抄现场运维管理装置能够通过现场计量自动化设备（电能表、采集终端）的各类通信信道进行通信，完成各类通信信道的功能测试及参数读取、查询、设置、重置等操作，同时保存通信测试过程中的通信交互报文，基于通信交互报文的解析和分析，来定位问题，为现场运维人员提供更多的故障分析依据，提高现场运维人员定位问题、分析问题、解决问题的能力。基于TCOS 操作系统内部的协议解析任务，便携式低压集抄现场运维管理装置可通过电力线载波通信模块实时监控和解析低压电力线报文，同时对低压台区结构进行简单的解析。通过4G 通信模块与操作系统内置的协议栈，便携式低压集抄现场运维管理装置可在现场实时检测当地移动通信网络环境，并模拟低压集抄终端的上线流程，分析低压集抄终端的上线故障。整个便携式低压集抄现场运维管理装置由主控CPU 总体控制成为一个有机整体。便携式低压集抄现场运维管理装置的原理示意图如图1 所示。

图1 便携式低压集抄现场运维管理装置原理示意图

3 技术路线

3.1 便携式低压集抄现场运维管理装置系统设计

便携式低压集抄现场运维管理装置系统设计图如图2所示：1）I2C 。I2C 总线是由Philips 公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。2）SPI。SPI 是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的、全双工、同步的通信总线。3）UART。 通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。4）MIPI。 MIPI（移动行业处理器接口）是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI（移动行业处理器接口）是MIPI 联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。5）LoRa。LoRa 是semtech 公司创建的低功耗局域网无线标准。LoRa 模块是满足该无线标准的通信模块。6）ESAM。ESAM 模块是实现安全存储，数据加、解密，双向身份认证，存取权限控制，线路加密传输等安全控制功能的模块，它的加密算法符合国家密码管理的有关政策。7）GPS。是英文Global Positioning System（全球定位系统）的缩写，是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统。8）USB。是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通信。是应用在PC 领域的接口技术。9）232 。此处指RS-232 标准接口，RS-232 标准接口（又称EIA RS-232）是常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970 年共同制定，其全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。10）485。此处指RS-485 总线标准，RS-485总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于2 个逻辑状态的定义：正电平在+2V～+6V，表示一个逻辑状态；负电平在-2V～-6V，则表示另一个逻辑状态；数字信号采用差分传输方式，能够有效减少噪声信号的干扰。11）SIM 卡。SSIM( Subscriber Identity Module) 卡是GSM系统的移动用户所持有的IC 卡，称为用户识别卡。12）SD 卡。SD 存储卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性，被广泛地应用于便携式装置，例如数码相机、平板电脑和多媒体播放器等。

图2 便携式低压集抄现场运维管理装置系统设计图

便携式低压集抄现场运维管理装置基于高通骁龙625 系列的SDM450 的CPU 和Android 操作平台，通过配置全网通数据通信方案，将计算机技术、多种无线通信技术、条码扫描、RFID、GPS 定位、红外通信模块、485 通信模块、以太网通信模块、安全单元等功能集成一身。具有功能强大、接口齐全、多种协议兼容的优点[5]，能够全面满足电力行业高强度高频次等复杂使用环境的特殊要求[4]。

3.2 便携式低压集抄现场运维管理装置功能设计

3.2.1 便携式低压集抄现场运维管理装置红外通信功能方案

便携式低压集抄现场运维管理装置红外通信功能，以图3 的设计方案，基于鼎信TCC081F+片与SDM450 通过串口通信，通过UART 模块合成了 38kHz 载波和串行数据的调制功能，UART 模块在发送数据位 0 电平时，可产生经调制后的 38kHz 波形驱动片外红外发色管，实现红外通信功能。

图3 红外功能设计方案

调制红外通信接口满足如下要求：1）红外发射管载波中心频率为（38±1）kHz；2）发射管红外波长为940nm；3）红外发射管有效角度为-30°～30°；4）红外接收管的载波解调中心频率为（38±1）kHz；5）接收管有效响应的红外波长为900nm～1000nm；6）红外接收管的接收角度为-45°～45°；7）户外与计量箱电能表红外通信有效距离不低于3m。

3.2.2 便携式低压集抄现场运维管理装置激光条码扫描功能方案

便携式低压集抄现场运维管理装置激光条码扫描功能的设计方案如图4 所示，扫描头发出SCAN 命令通过移动产业处理器接口（MIPI）与SDM450 通信，I2C 可以获取扫描头的地址，来实现激光条码扫描功能。

图4 激光扫描功能方案

激光条码扫描接口满足如下要求：1）支持一维、二维专业条码扫描；2）码制应符合Q/GDW 1205—2013 标准要求。

3.2.3 便携式低压集抄现场运维管理装置485通信功能方案

便携式低压集抄现场运维管理装置的485 通信功能，其设计方案如图5 所示。基于TCC081F+与SDM450 通过串口通信，通过TC485H 转换与485 接口电能表连接，在电能表标准规定的通信速率范围正常通信，实现485 通信功能。1）RS-485 的数据传送速率支持600bps，1200bps，2400bps，4800bps；2）抗噪声性能好，接口具有防强电保护功能。插座可重复插拔次数不小于5000 次；3）可以在有128 节点的RS485 总线网络中通信（收发器485 口均带有上下拉电阻），构成半双工通信网络。

3.2.4 便携式低压集抄现场运维管理装置232通信功能方案

便携式低压集抄现场运维管理装置的232 通信功能，设计方案如图6 所示，该方案基于SDM450 通过TPT3232E 转换与232 接口的设备通信，实现232 通信功能。1）RS-232的数据传送速率支持600bps，1200bps，2400bps，4800bps；2）RS-232 采用串行传送方式，将TTL 电平转换为RS-232C电平，其传送距离可达30 m。

图6 232 通信功能方案

3.2.5 便携式低压集抄现场运维管理装置LoRa 通信功能方案

便携式低压集抄现场运维管理装置的LoRa 通信功能，设计方案如图7 所示，该方案基于Lora 通讯，通过SX1278I与电表等带Lora 通信的设备进行通信，实现LORA 通信功能。1）工作频点492.5MHz（可根据需求定制频点）；2）符合IEEE 802.15.4g 的要求；3）通信距离：大于200m。

图7 LoRa 功能方案

3.2.6 便携式低压集抄现场运维管理装 USB 扩展功能方案

便携式低压集抄现场运维管理装置的USB 扩展功能，设计方案如图8 所示，该方案基于SDM450 通过AD698APZ转换，实现USB 功能拓展：1）外部扩展接口形式为USB Type-C；2）具有防静电电路及外部攻击保护电路；3）符合USB2.0 传输标准；4）具备通信和充电功能；5）符合OTG功能； 6）能通过USB 接口转为RS485、RS232、M-BUS等接口。

图8 USB 扩展功能方案

4 结论

高通骁龙625 系列的SDM450 的CPU 和 Android 操作平台，通过集成和配置全网通数据通信方案，将计算机技术、多种无线通信技术、条码扫描、RFID、GPS 定位、红外通信模块、485 通信模块、以太网通信模块、安全单元等功能集成一身，并配置丰富的接口，匹配多种协议兼容，能够针对低压集抄系统运维过程中的多种通信情况进行测试和故障定位，帮助基层低压集抄运维人员快速、有效定位故障点和问题。降低运维的工作难度，提升运维效率，提升和稳定低压集抄系统的运行指标。能够满足供电公司低压集抄系统自主运维的迫切需求，能够全面满足电力行业高强度、高频次等复杂使用环境的特殊要求。