摘 要： 數(shù)據(jù)采集終端中上下行數(shù)據(jù)通信遵循的通信協(xié)議不同，導(dǎo)致主站接收數(shù)據(jù)與電能表采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量不同，也無法保證產(chǎn)品的復(fù)用性?，F(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議對終端不同功能模塊數(shù)據(jù)統(tǒng)一通信的支持還不完善，導(dǎo)致終端的數(shù)據(jù)采集耗時較長。因此需要設(shè)計一種支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，保證終端的各功能模塊能夠快速、統(tǒng)一的進行數(shù)據(jù)通信，有效提高數(shù)據(jù)采集效率。對現(xiàn)有的面向?qū)ο笸ㄐ臘LT698.45協(xié)議進行擴展，在各個功能模塊中增加了相應(yīng)的屬性和方法，實現(xiàn)對不同功能模塊中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的支持。實驗測試中使用多源異構(gòu)通信協(xié)議的終端在功能和性能上明顯優(yōu)于面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議，將多源異構(gòu)協(xié)議應(yīng)用到終端產(chǎn)品中可以增強終端的各項功能支持，同時顯著提高數(shù)據(jù)采集效率。

關(guān)鍵詞： 多源異構(gòu)通信協(xié)議； 用電信息采集； 面向?qū)ο髤f(xié)議； 數(shù)據(jù)采集； 復(fù)用性； 電能表

中圖分類號： TN98?34； TP321.11 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）02?0145?03

Abstract： The up and down data communication of the data acquisition terminal follows different communication protocols. As a result， the quality of the data received by the main station is different from that of the data collected by electric energy meter， and the reusability of the product cannot be ensured. The current object?oriented protocol cannot well support the unified communication of data from various modules of the terminal， which results in more time for data acquisition of the terminal. Therefore， it is necessary to design a communication protocol supporting multi?source heterogeneous data to ensure all the modules of the terminal can communicate quickly and uniformly， so as to improve the efficiency of data acquisition effectively. The current object?oriented communication protocol DLT698.45 is extended. The corresponding properties and methods are added in all functional modules to realize the support of multi?source heterogeneous data communication. In the test experiment， the terminal using multi?source heterogeneous communication protocol has an obvious function and performance advantage in comparison with the one using object?oriented communication protocol. Applying the multi?source heterogeneous protocol to terminal products can enhance the function support of the terminal and significantly improve the data acquisition efficiency.

Keywords： multi?source heterogeneous communication protocol； electricity utilization information acquisition； object?oriented protocol； data acquisition； reusability； electric energy meter

0 引 言

用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，用于對所有用戶的用電信息進行采集、統(tǒng)計和處理等。常用的用電信息采集系統(tǒng)中終端多為模組化終端，將不同功能整合為模塊集成到一個終端中，如控制模塊、RS 485模塊、遙信脈沖采集模塊、通信模塊、載波模塊等。終端上下行采用不同的通信協(xié)議，主站與終端通信遵循采集Q/GDW 376.1[1]，IEC62056或DLT698.45[2]通信協(xié)議，而終端與電能表通信遵循DL/T645或DLT698.45協(xié)議。每個功能模塊內(nèi)部單獨定義內(nèi)部的通信協(xié)議通常僅供模塊內(nèi)部使用，而每個模塊的數(shù)據(jù)標識和數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，終端需要進行協(xié)議的轉(zhuǎn)換即對數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)內(nèi)容的變換和重組，導(dǎo)致主站的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。同時終端的上下行協(xié)議不統(tǒng)一也導(dǎo)致產(chǎn)品的復(fù)用性和規(guī)范性無法得到保障。

傳統(tǒng)的實現(xiàn)采集終端上下行協(xié)議統(tǒng)一的方法是擴展現(xiàn)有的面向業(yè)務(wù)型的協(xié)議，增加各項業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)項定義。然而每次增加數(shù)據(jù)項均要對主站、終端和電能表的程序升級，導(dǎo)致系統(tǒng)的維護效率較低。如文獻[3?5]在用電信息系統(tǒng)中設(shè)計的各類通信協(xié)議。隨后有人嘗試引進國際信息采集通信標準IEC62056[6]，但該標準并不完全適合國內(nèi)的使用環(huán)境。文獻[7]通過對現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議的研究和分析，指出自主研發(fā)統(tǒng)一化、面向?qū)ο蟮膮f(xié)議更符合國內(nèi)用電信息采集的實際情況。文獻[8?9]設(shè)計了一種基于面向?qū)ο蠡ゲ僮骷夹g(shù)的用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議；文獻[10]使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)實現(xiàn)了基于農(nóng)村電網(wǎng)的用電信息采集系統(tǒng)。目前國家能源局已經(jīng)發(fā)布了電能信息采集與管理系統(tǒng)中的面向?qū)ο蟮幕ゲ僮餍詳?shù)據(jù)交換協(xié)議[2]。但是現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議在支持終端上下行協(xié)議的統(tǒng)一方面并不完善，導(dǎo)致終端的數(shù)據(jù)采集耗時較長。endprint

在模組化終端中上下行協(xié)議需要將不同功能模塊的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)與主站進行數(shù)據(jù)通信。本文主要工作是在用電信息系統(tǒng)中對現(xiàn)有的面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議進行擴展，實現(xiàn)多源異構(gòu)通信協(xié)議的設(shè)計。多源異構(gòu)通信協(xié)議的應(yīng)用可以避免因協(xié)議頻繁修訂而造成的軟件采集系統(tǒng)軟件頻繁更新，降低用電信息采集系統(tǒng)的維護成本，可有效提高數(shù)據(jù)的采集效率。

1 用電信息系統(tǒng)多源異構(gòu)通信協(xié)議總體設(shè)計

多源異構(gòu)通信協(xié)議屬于應(yīng)用層協(xié)議，設(shè)計目的是完善和優(yōu)化業(yè)務(wù)功能。多源異構(gòu)通信協(xié)議的開發(fā)采用面向?qū)ο蟮姆椒?，遵循面向?qū)ο蟮幕ゲ僮餍詳?shù)據(jù)交換協(xié)議規(guī)范，對現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議進行擴展，在滿足業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上提高業(yè)務(wù)執(zhí)行效率，同時可以方便各功能模塊的復(fù)用、修改和擴展。

多源異構(gòu)通信協(xié)議適用于模組化終端各功能模塊的通信，功能模塊通常包括交采模塊、載波模塊、RS 485模塊、通信模塊和遙脈模塊等。交采模塊提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)，包含電壓、電流、功率、諧波、需量、相角等。載波模塊和RS 485模塊通過不同接口和介質(zhì)抄讀不同的電表數(shù)據(jù)，而遙脈模塊主要采集遙信和脈沖信號。通信模塊滿足主站跟集中器進行通信，現(xiàn)有的通信協(xié)議主推DLT698.45面向?qū)ο髤f(xié)議，協(xié)議內(nèi)容包含集中器本體的數(shù)據(jù)和事件，集中器采集的測量點的數(shù)據(jù)和事件，測量點的數(shù)據(jù)和事件的格式按照DLT698.45面向?qū)ο髤f(xié)議進行傳播。

多源異構(gòu)協(xié)議的實現(xiàn)辦法是在現(xiàn)有的面向?qū)ο髤f(xié)議基礎(chǔ)上進行擴展，在每個模塊中增加一些屬性，使得只要增加數(shù)據(jù)標識即可增加功能，其他模塊也可以同樣繼承該數(shù)據(jù)標識，即可完成功能增加，而不需要在每個協(xié)議中均增加類似Q/GDW 376.1協(xié)議的FN數(shù)據(jù)項，可以有效地避免代碼處理工作量的增長。

2 多源異構(gòu)通信協(xié)議模塊實現(xiàn)

多源異構(gòu)通信協(xié)議對面向?qū)ο髤f(xié)議的主要擴展如表1所示。RS 485模塊包括門節(jié)點輸入接口和告警輸出接口兩路接口，RS 485接口用來采集電能表數(shù)據(jù)，門節(jié)點輸入用來采集門節(jié)點狀態(tài)信息，告警輸出是在終端對用戶發(fā)出跳合閘控制命令之前發(fā)出告警信息。RS 485模塊需要對F224和F223進行擴展。

遙信脈沖模塊包括2路遙信輸入接口和2路電能表脈沖輸入接口，遙信輸入和脈沖輸入都是0?1狀態(tài)。該模塊需要對F222和F20A擴展，F(xiàn)20A的屬性3提供脈沖個數(shù)和相關(guān)時標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為電能量計算提供數(shù)據(jù)支撐。

通信模塊包括遠程通信和本地通信，遠程通信模塊用于主站與終端通信，采用GSM，GPRS，CDMA等方式，需對其F221對象擴展。本地通信模塊采用電力線載波通信方式或民用無線電專用頻段通信方式，用于與采集器、以及與電表之間通信，需對其F209擴展。

控制模塊主要是轉(zhuǎn)發(fā)處理顯示模塊對用戶的跳閘合閘等控制命令，從而配合完成終端的控制功能，需對F220，F(xiàn)205和F203的擴展。

3 多源異構(gòu)通信協(xié)議分析

本文設(shè)計的多源異構(gòu)通信協(xié)議已經(jīng)在最新的模組化終端中實現(xiàn)和應(yīng)用。在功能方面，多源異構(gòu)協(xié)議除了具有傳統(tǒng)的面向?qū)ο髤f(xié)議所支持的數(shù)據(jù)采集和面向?qū)ο蠊δ芡?，還支持模組化功能。多源異構(gòu)協(xié)議的設(shè)計基于傳統(tǒng)的面向?qū)ο髤f(xié)議進行擴展，模組化功能是多源異構(gòu)協(xié)議設(shè)計中考慮的一項核心功能。多源異構(gòu)通信協(xié)議解決了模組化終端模塊之間的兼容性問題，提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理單元，極大程度上方便了對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，避免了重復(fù)工作，同時也降低了出錯概率。

以實際使用新終端的兩個臺區(qū)為例，臺區(qū)1包含132塊電表，臺區(qū)2包含138塊電表。在2017年5月15日—22日期間，分別測試使用不同協(xié)議的終端對兩個臺區(qū)進行數(shù)據(jù)采集所耗費的時間。

臺區(qū)1的采集耗時如圖1所示，使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端每日的數(shù)據(jù)采集時間顯著高于使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端。測試結(jié)果表明，在整個測試周期內(nèi)使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端進行數(shù)據(jù)采集的平均耗費時間是11.5 min，而使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端的平均數(shù)據(jù)采集耗時為7.4 min。

臺區(qū)2的采集耗時如圖2所示，使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端每日的數(shù)據(jù)采集時間高于使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端，且兩類終端每天數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集時間的變化趨勢也并不相同。

測試結(jié)果表明，在整個測試周期內(nèi)使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端進行數(shù)據(jù)采集的平均耗費時間是9.6 min，而使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端的平均數(shù)據(jù)采集耗時為7.9 min。

從上述結(jié)果可以看出，使用傳統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議的終端的數(shù)據(jù)采集時間在不同臺區(qū)之間波動較大，而使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端的采集時間波動較小。因此，使用多源異構(gòu)協(xié)議的終端不僅可以降低數(shù)據(jù)采集時間，還可以提高數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

用電信息系統(tǒng)中終端在上下行數(shù)據(jù)傳輸過程中需要處理不同功能模塊的不同數(shù)據(jù)，面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的支持不足。本文設(shè)計的多源異構(gòu)通信協(xié)議對現(xiàn)有的面向?qū)ο笸ㄐ臘LT698.45協(xié)議進行擴展，在各個功能模塊中增加了相應(yīng)的屬性和方法，實現(xiàn)對不同功能模塊中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的支持。實驗測試中使用多源異構(gòu)通信協(xié)議的終端在功能和性能上明顯優(yōu)于面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議。

參考文獻

[1] 國家電網(wǎng)公司.電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：主站與采集終端通信協(xié)議：Q/GDW 1376.1—2013[S].北京：中國電力出版社，2013.

State Power Grid Corporation. Power user electric energy data acquisition system communication protocol ? master station communication with data acquire terminal： Q/GDW 1376.1—2013 [S]. Beijing： China Electric Power Press， 2013.endprint

[2] National Energy Bureau. Electric energy data acquire and management system ? Part 4?5： Object oriented interoperability data exchange protocol： DL/T 698.45 [S/OL]. [2016?09?05]. http：//www.docin.com/p?1728242330.html.

[3] 陳艷，劉宏立，劉述鋼.一種電力線載波路由遠程升級方法[J].計算機科學(xué)，2013，40（10）：87?91.

CHEN Yang， LIU Hongli， LIU Shugang. Method of real?time update for PLC routing management platform [J]. Computer science， 2013， 40（10）： 87?91.

[4] 張方昌，劉曉丹，侯維巖，等.一種基于WiFi的計量抄表系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2010，25（6）：18?21.

ZHANG Fangchang， LIU Xiaodan， HOU Weiyan， et al. Design and implementation of measurement meter reading system based on WiFi [J]. Automation & instrumentation， 2010， 25（6）： 18?21.

[5] 雷利兵，朱青，張利平.基于DLMS/COSEM協(xié)議的智能電表設(shè)計[J].微計算機信息，2010，26（2）：44?46.

LEI Libing， ZHU Qing， ZHANG Liping. Design of intelligent watt?hour meter based on protocol DLMS/COSEM [J]. Microcomputer information， 2010， 26（2）： 44?46.

[6] 杜文靜.IEC 62056?47協(xié)議在自動抄表系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].自動化儀表，2016，37（10）：32?35.

DU Wenjing. Research on the application of IEC 62056?47 protocol in automatic meter reading system [J]. Process automation instrumentation， 2016， 37（10）： 32?35.

[7] 劉宣，鄭安剛，張樂群.用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的發(fā)展趨勢研究[J].通信技術(shù)，2016，49（8）：1057?1061.

LIU Xuan， ZHENG Angang， ZHANG Lequn. Development trend of data transmission protocol for electricity information collection system [J]. Communications technology， 2016， 49（8）： 1057?1061.

[8] 巫鐘興，阿遼沙·葉，鄭安剛，等.基于面向?qū)ο蠡ゲ僮骷夹g(shù)的用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計[J].電測與儀表，2016，53（24）：69?74.

WU Zhongxing， YE Aliaosha， ZHENG Angang， et al. Communication protocol design of electricity information acquisition system based on object?oriented technology [J]. Electrical measurement & instrumentation， 2016， 53（24）： 69?74.

[9] 巫鐘興，阿遼沙·葉，鄭安剛，等.用電信息采集系統(tǒng)遠程通信協(xié)議一致性測試研究設(shè)計[J].電器與能效管理技術(shù)，2015（23）：28?31.

WU Zhongxing， YE Aliaosha， ZHENG Angang， et al. Research and design of remote communication protocol conformance test of electric energy data acquisition system [J]. Low voltage apparatus， 2015（23）： 28?31.

[10] 魯超.基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集與集中監(jiān)控平臺的用電信息采集系統(tǒng)[D].濟南：山東大學(xué)，2015.

LU Chao. The electricity information collection system based on a platform for unified data acquisition and centralized monitoring [D]. Jinan： Shandong University， 2015.endprint