電能表的通信方式

1、電能表的通信方式(模塊編碼：ZY2900203001隨著我國市場經(jīng)濟改革日趨成熟和電力行業(yè)體制改革的不斷深化， 五大發(fā)電集團已成立， 電 力市場引入競爭機制，電廠、電網(wǎng)各自獨立經(jīng)營和承擔風險，參與電力市場的競爭，即 “廠 網(wǎng)分離，竟價上網(wǎng) ”。電廠向電網(wǎng)公司賣電，投資方與運營、管理方簽定上網(wǎng)協(xié)議，構(gòu)成了 以電能量為基礎(chǔ)的買賣電關(guān)系。 電網(wǎng)內(nèi)部管理也逐步走向商業(yè)化市場化， 電廠、 網(wǎng)局、省局、 地局等之間開始將電力交換接點的電量作為其計量結(jié)算、考核、 獎懲的主要依據(jù)。 商業(yè)化運行的核心就是供電和購電雙方以電力交換點的電能量作為計量結(jié)算依據(jù)， 原來人工抄表和統(tǒng) 計結(jié)算的抄表方式顯然不能適應市場商業(yè)

2、化運營的需要。因此， 必須建立以自動化為基礎(chǔ)的電能量計量計費自動化系統(tǒng)， 以提高電能量的采集、 傳輸、處理的精確性、 可靠性和及時性。電能量采集系統(tǒng)由系統(tǒng)主站、數(shù)據(jù)通道、廠站設(shè)備(電能量數(shù)據(jù)采集器、電能表計等)三部 分組成。實現(xiàn)了對電網(wǎng)和電能表實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測，獨立完成分時計費、 電能量統(tǒng)計、電 能量平衡、電能量管理以及電力營業(yè)考核自動化等功能；并具有遠程維護，授權(quán) Internet 用戶遠程查詢等遠程管理功能；并且通過與MIS 、SCADA 、 DMS 、EMS 等系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享，為其他子系統(tǒng)提供了準確、完整的信息數(shù)據(jù)。一、電能表通信方式的概述隨著微電子技術(shù)的不斷進步， 許多的通信

3、方式被應用到電能表通訊中。 其中比較常用的有以 下幾種：(1) 紅外通訊 紅外通訊包括近紅外通訊、遠紅外通訊。近紅外通訊指光學接口為接觸式的紅外通訊方式。 遠紅外通訊指光學接口采用非接觸方式的紅外通訊方式， 由于容易受到外界光源的干擾， 所 以一般采用紅外光調(diào)制 / 解調(diào)來提高抗干擾度。紅外通訊的主要特點是沒有電氣連接、通訊 距離短，所以主要用于電能表現(xiàn)場的抄錄、設(shè)置。(2) 有線通訊有線通訊主要包括 RS-232 接口通訊、 RS-422 接口通訊、 RS-485 接口通訊等。由于有 線通訊具有傳輸速率高、可靠性好的特點，被廣泛采用。(3) 無線通訊無線通訊包括無線數(shù)傳電臺通訊、 GPRS

4、、GSM 通訊等。隨著信息傳遞技術(shù)的飛速發(fā)展， 無線通訊技術(shù)在通訊領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。 使用無線數(shù)傳電臺可以在幾百米到幾公 里的范圍內(nèi)建立無線連接，具有傳輸速率高、 可靠性較好、不需要布線等優(yōu)點。使用 GPRS 或 GSM 網(wǎng)絡通訊，還可以充分地利用無線移動網(wǎng)絡廣闊的覆蓋范圍，建立安全、可靠的通 訊網(wǎng)絡。(4) 電力載波通訊。電力載波通訊是通過 220V 電力線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通訊方式。在載波電能表內(nèi)部，除 了有精確的電能計量電路以外， 還需有載波通訊電路。 它的功能是將通訊數(shù)據(jù)調(diào)制到電力線 上。常見的調(diào)制方式有 FSK 、ASK 和 PSK 。處于同一線路上的數(shù)據(jù)集中器則進行載波信

5、號 的解調(diào)， 將接收到的數(shù)據(jù)保存到存儲器中。 由此構(gòu)成載波通訊網(wǎng)絡。 電力載波通訊的特點是具有噪音高、衰不需要進行額外的布線、 便于安裝；但是由于電力網(wǎng)絡上存在著各種電器, 減大的特點，這就限制了通訊傳輸?shù)木嚯x和速率。二、RS-232 、RS-422 、RS-485通訊方式及特點RS-232是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初是由電子工業(yè)協(xié)會（ EIA ）制訂并發(fā)布的，RS-232在 1962年發(fā)布，命名為 EIA-232-E ，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422 由RS-232 發(fā)展而來，它是為彌補 RS-232 之不足而提出的。為改進 RS-232 通 信距離短、速率低的缺點，R

6、S-422定義了一種平衡通信接口， 將傳輸速率提高到10Mb/s ，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s 時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A 標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了 RS-485標準，增加了多點、 雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A 標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習慣將上述

7、標準以RS作前綴稱謂。1. RS-232通訊方式RS-232是目前最常用的串行通訊接口之一。它的全名是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE ）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE ）之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”。物理接口定義：RS-232 標準規(guī)定采用一個 25引腳的DB25連接器，通常插頭在 DCE端,插座在DTE端。 連接器的每個引腳的信號內(nèi)容如下圖：圖 ZY2900203001-1 RS-232 引腳表 ZY2900203001-1 RS-232 引腳標準引腳名稱描述引腳名稱描述DB2 DB9DB25 DB951保護地23TxD發(fā)送數(shù)據(jù)32RxD接收數(shù)據(jù)47RTS請求發(fā)送58CTS清除發(fā)送66DSR數(shù)據(jù)設(shè)備

8、就 緒75GND信號地81DCD載波檢測204DTR數(shù)據(jù)終端就緒229RI振鈴指示其他引腳用做第二通訊通道或為定義。由于在實際應用中，很少用到第二通訊通道，所以有很多場合使用DB9的連接器。電氣特性定義：RS-232標準規(guī)定，在 RS-232中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關(guān)系。即：邏輯“ 1 ”為-5-15V ;邏輯“ 0'為+5+15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至 +3V的 信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯 “ 1”傳輸速率：RS-232標準規(guī)定最大傳輸速率為20kbps 。傳輸距離：RS-232C 標準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長度應為50

9、英尺。其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變10-20% 的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺。目前RS-232接口是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口，但由于其發(fā)展比較早，難免有不足之處，主要是以下幾點：RS-232是為點對點通訊（即只有一對收發(fā)設(shè)備）而設(shè)計的，不具備網(wǎng)絡功能；傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbps 。接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能 用在50米左右。因此，RS-232接口適

10、合本地設(shè)備之間的通訊。表 ZY2900203001-2 RS-232、RS-422、RS-485 電氣參數(shù)RS232RS422R485工作方式單端差分差分節(jié)點數(shù)1收、1發(fā)1發(fā)10收1發(fā)32收最大傳輸電纜長度50英尺400英尺400英尺最大傳輸速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s最大驅(qū)動輸出電壓+/-25V-0.25V +6V-7V+12V驅(qū)動器輸出信號電平+/-5V +/-15V+/-2.0V+/-1.5V（負載最小值）驅(qū)動器輸出信號電平+/-25V+/-6V+/-6V（空載最大值）驅(qū)動器負載阻抗（Q）3K 7K10054擺率（最大值）30V/ gs接收器輸入電壓范圍+/-15V-10V

11、+10V-7V+12V接收器輸入門限+/-3V+/-200mV+/-200mV接收器輸入電阻（Q）3K 7K>4K>12K驅(qū)動器共模電壓-3V +3V-1V +3V接收器共模電壓-7V +7V-7V+12V2.2 RS-422通訊方式針對RS-232 接口的不足，EIA發(fā)布了 EIA-422-A 標準。標準全稱是 平衡電壓數(shù)字接口 電路的電氣特性”。RS-422和RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號的傳輸采用平衡傳輸方式（也稱 作差分傳輸），它的每個通道使用一對雙絞線，其中一根定義為 A，另一根定義為B o RS-422采用一般采用4線接口，實際使用時還有一根信號地線，共5根線。由于接收器

12、采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比 RS-232更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié) 點，最多可接10個節(jié)點。RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控 制數(shù)據(jù)方向。電氣特性:RS-422 標準規(guī)定，發(fā)送端 A、B之間的正電平為+2+6V時為邏輯“ 1,”負電平在-2 6V 時為邏輯 “ 0。在接收端， AB 之間有大于 +200mV 的電平時，輸出正邏輯電平，小于 -200mV 時”輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在 200mV 至 6V 之 間。AB 線對地的共模電平限制在 -7 +7V 之間。傳輸速率：RS-422 標準規(guī)定最大傳輸速率為10Mb

13、ps 。傳輸距離：RS-422 標準規(guī)定最大傳輸距離為4000 英尺。其實”平衡雙絞線的長度和傳輸速率成反比。在 100kbps 的速率下”才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的情況下”傳輸速率才能達 到最大值。RS-422 需要一個終接電阻” 其阻值等于傳輸電纜的特性阻抗。 終接電阻應當接在傳輸電纜 的最遠端。傳輸距離短時可以不用終接電阻。2.3 RS-485 通訊方式 為增強 RS-422 的網(wǎng)絡能力” EIA 對 RS-422 標準進行了修訂”形成 EIA-485-A 標準” 即 RS-485 標準。增加了多點通訊能力。 RS-485 是由 RS-422 發(fā)展而來的”因此他的電 氣特性繼承

14、了 RS-422 標準。它采用平衡傳輸方式”有 4 線制和 2 線制兩種傳輸方式。 4 線制方式和 RS-422 完全兼容”只能實現(xiàn)點對多點的通訊。 2 線制方式則實現(xiàn)了多點半雙 工通訊能力。 RS-485 的發(fā)送器包含一個使能端”這在 RS-422 下是可用可不用的。當發(fā) 送器使能不起作用時”發(fā)送器處于高阻狀態(tài)”相當于斷開發(fā)送器和總線的連接。RS-485 和 RS-422 的不同還在于其輸出的共模電壓是不同的” RS-485 接口的共模輸出 電壓為-7至+12V之間。RS-485 標準修改了接收器的輸入阻抗”由 RS-422 的 4k 修改為 32k ”使一個發(fā)送器可 以連接多達 32 個接

15、收器。 由于集成電路技術(shù)的發(fā)展”現(xiàn)在的一些廠商可以提供更強驅(qū)動能 力的驅(qū)動器和更高輸入阻抗的接收器”能夠使一個發(fā)送器連接高達256 個接收器。RS-485 傳輸速率和傳輸距離是和 RS-422 一樣的。最大傳輸速率為 10Mbps ”最大傳輸 距離為 4000 英尺。但是”平衡雙絞線的長度和傳輸速率成反比。在 100kbps 的速率下” 才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的情況下”傳輸速率才能達到最大值。RS-485 標準要求兩個終接電阻” 其阻值等于傳輸電纜的特性阻抗。 終接電阻應當接在傳輸 電纜的兩端。傳輸距離短時可以不用終接電阻。2.4 RS-485 網(wǎng)絡組網(wǎng)注意事項：RS-485 通訊

16、方式由于組網(wǎng)簡便、 通訊速率高、 距離遠”在電能表通訊中獲得了廣泛的應用。 但是如果組網(wǎng)不適當”則會引起通訊不暢、甚至通訊不上的問題。1. RS-458 總線一般采用總線型結(jié)構(gòu)，不支持數(shù)形或星形網(wǎng)絡。應當采用一條雙絞線 作為總線， 將各個節(jié)點連接起來。 每個節(jié)點到總線的引出線要盡可能地短， 以便使引出線中 的反射信號對總線信號的影響最低。2. 應注意總線各段的特性阻抗的連續(xù)性，降低阻抗突變點引起的信號反射。避免在不 同的區(qū)段使用特性阻抗不同的電纜，或某一段總線上收發(fā)器緊靠在一起安裝。3. 使用終端電阻。一般地低速、近距離通訊可以不接終端電阻。高速、長距離通訊必須安裝終端電阻。4. 接地問題。

17、RS-422 與 RS-485 傳輸網(wǎng)絡的接地是很重要的， 因為接地系統(tǒng)不合理會影響整個網(wǎng)絡的穩(wěn)定性， 尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠的情況下， 對于接地 的要求更為嚴格。否則接口損壞率較高。很多情況下，連接 RS-422 、RS-485 通信鏈路時 只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“ A” “ B'端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，主要有下面二個原因a共模干擾問題： RS-422 與 RS-485 接口均采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號， 系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。 但人們往

18、 往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，如RS-422共模電壓范圍為-7+7V，而RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7+12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡才能正常工作。當網(wǎng)絡線 路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。b電磁干擾（ EMI ）問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像 一個巨大的天線向外輻射電磁波。三、CS 電流環(huán)方式通訊方式基礎(chǔ)知識和特點CS 電流環(huán)通信方式發(fā)展較早，大約在 19 世紀 60 年代，美國長途電傳打字機采用 60mA 電流環(huán)進行通訊。 60 年代中期， 20mA 電流環(huán)被廣泛地應用在電傳打字機領(lǐng)域。到 80 年 代初期，電流環(huán)被應用到越來越多的領(lǐng)域。在工業(yè)現(xiàn)場，儀表進行長線傳輸信號主要有以下問題：第一，由于傳輸?shù)男盘柺请妷盒盘枺?傳輸線會受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降；第三，在現(xiàn)場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。 為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響， 用電流來傳 輸信號，因為地阻抗的傳輸線對噪聲并