CN203502453U - 用于三相智能电能表的无线公网通信模块 - Google Patents
用于三相智能电能表的无线公网通信模块 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种用于三相智能电能表的无线公网通信模块，包括微处理器（1），向主站发送电能表计量信息的GPRS通信电路（2）、存储电能表计量数据的存储器（3）、电源电路（4）、电能表接口（5）和工作状态指示器（6）；所述微处理器（1）分别与GPRS通信电路（2）、存储器（3）、电源电路（4）、电能表接口（5）和状态指示器（6）电连接，用于根据采集的电能表计量数据，判断电能表工作是否正常，并将电能表工作非正常的信息通过GPRS通信电路（2）发送至主站。本实用新型具有以下技术效果：现场安装方便、快捷，减少了故障点、减少了通信环节等等。
Description
技术领域 本实用新型涉及电能计量技术，特别是涉及三相智能电能表。
背景技术 随着电子技术发展和生产制造工艺提高，智能电表技术已经很发达，供电局部门可以精确地对各种电力计量点实行准确地计量。实现准确计量的同时，伴随着对计量信息采集的需求，客户需要先进的采集系统以方便对各电表数据采集分析，并实现电表的统一管理和控制。电网公司已有低压集中抄表系统和专变采集终端对电能表进行远程抄表和控制。低压集中抄表系统中集中器通过载波信道或微功率无线信道与电能表通信，集中器抄读电能表数据后，再通过无线公网（GPRS/CDMA）或以太网上送到电网公司主站。专变采集终端通过RS485与电能表通信，专变采集终端抄读电能表数据后，也通过无线公网（GPRS/CDMA）或以太网上送到电网公司主站。
目前三相电能表与电网主站直接通信的方式有以太网、光纤等，这两种方式都需要在电能表安装处布有以太网接口或光纤接口。
现有低压集中抄表系统中，主站访问电能表，需要通过集中器中继，集中器管理的电能表数量较多。由于集中器与电表之间通信信道的限制，对每个电能能够抄读的数据项有限制，存储电能表负荷曲线的密度也不能太大，一般只针对重点用户的电量数据存储曲线，曲线存储间隔为1个小时。电能表产生的告警，不能及时传送到主站，集中器一般一天查询一次电能表运行状态字，并且能检测的告警项数量也有限制。
对于现有专变采集终端，主站访问电能表，需要通过专变采集终端中继。专变采集终端与电能表之间以RS485线连接，增加现场安装工作量，增加故障点，成本较高。
实用新型内容 本实用新型要解决的技术问题在于提供一种现场安装方便，故障点少的用于三相智能电能表的无线公网通信模块。
本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
设计、制作一种用于三相智能电能表的无线公网通信模块，包括微处理器，向主站发送电能表计量信息的GPRS通信电路、存储电能表计量数据的存储器、电源电路、电能表接口和工作状态指示器；所述微处理器分别与GPRS通信电路、存储器、电源电路、电能表接口和状态指示器电连接，用于根据采集的电能表计量数据，判断电能表工作是否正常，并将电能表工作非正常的信息通过GPRS通信电路发送至主站。
进一步地，所述无线公网通信模块还包括充电管理电路和可充电电池，充电管理电路分别与所述可充电电池和电源电路电连接。
进一步地，所述无线公网通信模块还包括SIM卡座，所述SIM卡座与GPRS通信电路的SIM卡接口连接。
进一步地，所述微处理器通过UART串口与GPRS通信电路电连接。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下技术效果：
1. 无线通信模块与三相电能表在结构上是一体化的，现场安装方便，减少故障点。
2. 和以太网、光纤等有线信道比较，无线通信模块采用GPRS/CDMA无线公网信道，没有网络布设、维护的工作量，安装方便快捷。
3. 相对于低压集中抄表系统，带有无线通信模块的三相电能表可直接与主站系统通信，减少通信环节；无线通信模块具有的数据采集存储功能，可以实时监控电能表内电网参数，实时上报电网异常告警，存储高密度的电能表负荷曲线，为电网运行状态分析提供可靠依据。
4. 相对于专变采集终端，无线通信模块与三相电能表在结构上是一体化的，现场安装方便；在通信环节上，也减少了RS485接口，减少了故障点；对只有一只电能表的应用场景，减少了成本。
附图说明
图1是本实用新型无线通信模块逻辑方框示意图；
图2是所述无线通信模块与主站和电能表的通信连接示意图；
图3是所述无线通信模块的电源电路原理图；
图4是所述无线通信模块的充电管理电路原理图；
图5是电能表借助所述无线通信模块与远程主站通信示意图；
图6是所述无线通信模块的软件流程示意图；
图7是所述无线通信模块的数据采集及存储软件流程示意图；
图8是所述无线通信模块的事件记录及上报软件流程示意图。
具体实施方式 以下结合附图所示之实施例作进一步详述。
图1为三相费控智能电能表无线通信模块硬件框图，包括微处理器1，向主站发送电能表计量信息的GPRS通信电路2、存储电能表计量数据的存储器3、电源电路4、电能表接口5和工作状态指示器6；所述微处理器1分别与GPRS通信电路2、存储器3、电源电路4、电能表接口5和状态指示器6电连接，用于根据采集的电能表计量数据，判断电能表工作是否正常，并将电能表工作非正常的信息通过GPRS通信电路2发送至主站。电能表通过电能表接口为无线通信模块提供DC12V电源。DC12V电源经过电源管理芯片输出DC 4V、DC 5V和DC 3.3V，如图4所示。DC 4V用于GPRS芯片，DC 5V用于充电管理芯片和硬件看门狗10, DC 3.3V用于微处理器MCU 1、串行Flash存储器3和工作状态指示器6如LED。在电能表交流电源上电时，DC12V电源为所述无线通信模块提供电源；电能表交流电源停电时，无线通讯模块自动将电源切换到备份电池供电，同时向MCU提供交流电源掉电信号。硬件看门狗10监视DC12V电源，在电能表交流电源掉电导致DC12V降低，看门狗芯片产生交流电源掉电信号。所述无线通信模块的电源电路原理图如图3所示。
MCU与GPRS通信电路2即GPRS芯片之间通过UART串口连接，MCU通过GPIO引脚控制GPRS芯片的上电、复位等操作，SIM卡座与GPRS芯片上SIM卡接口相连。GPRS芯片具有天线接口，天线可采用内置短天线或外置长天线。
MCU通过SPI接口连接串行Flash存储器，存储器容量为64Mbits, 用于存储历史日、月、曲线数据。无线通信模块有”远程”和”本地”两个状态指示LED, 远程灯——熄灭表示无信号或信号不足，红色闪烁频率1Hz占空比50％表示网络信号足够，常亮表示登录主站成功；绿色闪烁时，表示模块和公网之间正在进行数据交换；本地灯——红灯常亮，表示模块和基表之间通信正常；红灯常灭，表示模块与基表之间通信故障。硬件看门狗芯片用于监视软件的运行状态，如果无线通信模块因电网干扰或其它原因导致软件运行状态异常时，看门狗芯片产生复位信号，让系统恢复到正常运行状态。
电能表接口除了DC12V电源、地接口外，还有UART接口和事件状态引脚。无线通信模块通过UART接口与电能表通信。在电能表自身有告警事件发生并需要上报时，事件状态引脚输出低电平，请求查询异常事件；无线通信模块查询完毕输出高阻。
无线通信模块主要功能为远程通信、数据采集及存储、事件记录及上报和本地控制, 如图5所示。
1）远程通信
管理上行通信链路，通过GPRS无线公网搭建与主站的交互平台。无线通信模块启动运行后，给GPRS芯片上电、复位，检查GPRS芯片状态。在GPRS芯片工作正常后，查询GSM信号及SIM卡是否正常，然后尝试登录GPRS网络。如果登录成功，无线通信模块作为客户端向主站发送TCP连接请求，TCP连接建立后，无线通信模块与主站之间就可以收发应用报文，在应用层无线通信模块与主站以DL/T 698.41-2010协议或Q/GDW1376.1-2013协议通信，如图2所示。无线通信模块与主站之间通过心跳报文保证链路处于正常状态，即在一定的间隔时间内，未收到主站报文，无线通信模块将向主站发送心跳报文，主站应答心跳报文，无线通信模块收到心跳应答报文，确定链路正常。如果心跳检测失败，无线通信模块重新启动登录主站过程。客户可以在主站下发预付费信息，也可以下发拉合闸等控制命令，可以实时抄读电能表电压、电流和电量等数据，主站通过无线通信模块的透明转发机制可以抄读电能表任意数据项，在授权状态下可以设置电表参数。远程通信模块软件流程见图6。
2）数据采集及存储
根据客户预设的采样间隔循环采集电表数据，每15分钟存储一次曲线数据，每日存储日冻结数据，每月存储月冻结数据。历史数据可以根据设置主动发送到远程主站，也可由远程主站发送命令查询。无线通信模块与电能表之间按照电力行业标准DL/T 645-2007多功能电能表通信协议通信。数据采集及存储软件流程见图7。
3）事件记录及上报
无线通信模块根据采集的电能表电量、电压、电流、功率、事件记录和状态字等数据，判断是否有告警事件发生，如果有告警事件发生，生成事件记录。根据电能表的电压、电流、功率和电量增量，实时监控电表是否走字正常，以确保计量的实时发现线路异常电能表。查询电能表的开盖、编程事件记录，实时监控是否发生客户非授权的电表操作，确保计量装置正常运行。一旦发生告警事件，根据设定条件，可以实时将告警事件上报到主站。事件记录及上报软件流程见图8。
4）本地工作状态指示
无线通信模块通过本地LED工作状态指示灯显示其工作状态。通过指示灯可以判断模块供电是否正常、上行通信状态以及与电能表的通信状态。
主站通过无线通信模块控制智能电能表的过程如下：主站向无线通信模块下发功率控制投入命令及参数，无线通信模块在所定限值范围内监测电能表实时功率，当不在保电状态时，功率达到限值则自动执行功率定值闭环控制功能，按所投轮次依次判断并执行跳闸操作。功率定值控制解除或控制时段结束后，无线通信模块允许用户合上由于功率定值控制引起的跳闸开关。
月电控控制过程：主站依次向无线通信模块下发月电能量定值、浮动系数及控制轮次等参数设置命令，无线通信模块收到这些命令后设置月电能量定值、浮动系数及控制轮次等相应参数。主站向无线通信模块下发月电控投入命令，无线通信模块收到该命令后显示“月电控投入”状态，监测月电能量，自动执行月电能量定值闭环控制功能。月电控解除或月末24时，无线通信模块允许客户合上由于月电控引起的跳闸开关。
购电控控制过程：主站向无线通信模块下发购电量(费）控参数设置命令，包括购电单号、购电量（费）值、报警门限值、跳闸门限值、各费率时段的费率等参数，无线通信模块收到这些参数设置命令后设置相应参数。主站向无线通信模块下发购电量(费）控投入命令，无线通信模块收到该命令后显示“购电控投入”状态，自动执行购电量(费）闭环控制功能。无线通信模块监测剩余电能量，如剩余电能量(或电费）小于设定的告警门限值，应能发出音响告警信号；剩余电能量(或电费）小于设定的跳闸门限值时，按投入轮次动作输出继电器，控制相应的被控负荷开关。购电量（费）控解除或重新购电使剩余电能量(或电费）大于跳闸门限时，无线通信模块允许客户合上由于购电量（费）控引起的跳闸开关。
Claims (5)
1.一种用于三相智能电能表的无线公网通信模块，其特征在于：包括
微处理器（1），向主站发送电能表计量信息的GPRS通信电路（2）、存储电能表计量数据的存储器（3）、电源电路（4）、电能表接口（5）和工作状态指示器（6）；
所述微处理器（1）分别与GPRS通信电路（2）、存储器（3）、电源电路（4）、电能表接口（5）和状态指示器（6）电连接，用于根据采集的电能表计量数据，判断电能表工作是否正常，并将电能表工作非正常的信息通过GPRS通信电路（2）发送至主站。
2.根据权利要求1所述的用于三相智能电能表的无线公网通信模块，其特征在于：还包括充电管理电路（7）和可充电电池（8），充电管理电路（7）分别与所述可充电电池（8）和电源电路（4）电连接。
3.根据权利要求1所述的用于三相智能电能表的无线公网通信模块，其特征在于：还包括SIM卡座（9），所述SIM卡座（9）与GPRS通信电路（2）的SIM卡接口连接。
4.根据权利要求1所述的用于三相智能电能表的无线公网通信模块，其特征在于：所述微处理器通过UART串口与GPRS通信电路电连接。
5.根据权利要求1所述的用于三相智能电能表的无线公网通信模块，其特征在于：还包括与微处理器（1）电连接的硬件看门狗（10）。
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