智能電表之自動(dòng)抄表主流方案盤點(diǎn)

　　我們知道全球目前都在致力發(fā)展智能電網(wǎng)，而智能電網(wǎng)的智能其中的一個(gè)方面就是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心，節(jié)省了抄表員上門抄表的時(shí)間，同時(shí)也能夠使的電表的度數(shù)更加精確，更加方便居民用電，下面我們來介紹一下當(dāng)前智能電表中用到的自動(dòng)抄表方案，以饗讀者。

　　基于DLMS/COSEM協(xié)議的電能表設(shè)計(jì)

　　電能表的硬件組成

　　三相電子式電能表由電流互感器、電壓采樣網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量集成電路ATT7022B等組成電能計(jì)量單元;由微控制器（瑞薩M30624單片機(jī)）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡、時(shí)鐘芯片、LCD組成數(shù)據(jù)處理與顯示單元;由RS485總線、紅外（或無線）等通信接口組成通信單元。如圖1所示。

　　電能表的軟件實(shí)現(xiàn)

　　本設(shè)計(jì)電能表采用模塊化方法實(shí)現(xiàn)軟件功能，包括計(jì)量模塊、顯示模塊、事件記錄模塊、分時(shí)模塊、通信模塊等，其中，除了通信模塊，其他部分與一般電能表軟件相比基本相同，因此以下重點(diǎn)分析電能表通信協(xié)議模塊的實(shí)現(xiàn)。

　　電能表通信結(jié)構(gòu)采用C/S模式，儀表端作服務(wù)器，抄表主臺等作客戶端。通信協(xié)議架構(gòu)如圖2示。DLMS/COSEM作為面向連接的協(xié)議，規(guī)定以下三個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)電能表系統(tǒng)的建立和通信：1.建立儀表模型和數(shù)據(jù)標(biāo)識。2.將模型映射為協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU、對象的屬性和方法可被用于定義訪問。3.通過數(shù)據(jù)鏈路層與物理層連接，最后通過傳輸通道進(jìn)行通信。以下主要從建立符合COSEM的儀表模型和滿足DLMS的通信協(xié)議棧兩方面分析電能表通信功能的實(shí)現(xiàn)方法。

　　利用面向?qū)ο笏枷霕?gòu)建儀表模型

　　DLMS/COSEM協(xié)議使用COSEM接口對象，采用面向?qū)ο蟮姆椒▉順?gòu)建儀表數(shù)據(jù)模型和功能模型，通過各個(gè)COSEM接口類對象之間的配合來完成某個(gè)特定功能。

　　儀表模型的構(gòu)建包括兩部分重要內(nèi)容：協(xié)議61部分的O－BIS—對象標(biāo)識系統(tǒng)和62部分的接口類。

　　OBIS—對象標(biāo)識系統(tǒng)給計(jì)量儀表中的所有數(shù)據(jù)都提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識碼，該標(biāo)識碼唯一標(biāo)識一個(gè)數(shù)據(jù)對象。OBIS碼由6個(gè)數(shù)碼項(xiàng)（6個(gè)字節(jié)A-F）組合編碼。每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的含義為：A組值標(biāo)識被測能量的類型（包括水、電、氣等）;B組值標(biāo)識測量通道;C組值標(biāo)識被測物理量;D組值標(biāo)識被測物理量處理方法;E組值標(biāo)識費(fèi)率;F組值標(biāo)識歷史數(shù)據(jù)。從第B組到第D組為廠家自定義標(biāo)識碼預(yù)留了空間。

　　接口類—IEC62056針對儀表部件和通信接口單元引進(jìn)了類的概念，每個(gè)分類號都對應(yīng)于一類接口對象，每個(gè)對象包括屬性和方法，根據(jù)這些屬性和方法，可以構(gòu)成該對象的參考模型，在對象模型中不用考慮對象接口的生產(chǎn)制造廠家。目前，在IEC62056-62中規(guī)定了電能表中主要的接口類包括：寄存器、時(shí)鐘、曲線類、特殊日類、以太網(wǎng)設(shè)置類等。

　　本電能表根據(jù)需要設(shè)計(jì)了如圖3所示的儀表模型。物理設(shè)備為本電表，考慮到電能表的功能可以整合在一個(gè)功能子集中，也為了節(jié)約資源，本電能表只構(gòu)建了一個(gè)邏輯設(shè)備，用邏輯設(shè)備名LDN來標(biāo)識。組成該電能表的對象有：包含有功、無功電量等的寄存器對象、包含需量數(shù)據(jù)的需量寄存器對象、實(shí)現(xiàn)多費(fèi)率功能的日歷表、時(shí)間表、特殊日、時(shí)鐘以及腳本對象、用于連接功能的SAP和LN/SN對象以及實(shí)現(xiàn)失壓斷相等事件記錄的寄存器監(jiān)視對象等。電能表就通過這一系列接口類對象的相互配合構(gòu)成一個(gè)完整的電能表模型。

　　以下舉例說明接口對象的程序?qū)崿F(xiàn)，考慮單片機(jī)編譯器只支持C語言編程，故設(shè)計(jì)用函數(shù)指針來實(shí)現(xiàn)類和對象。以有功電能接口對象為例，在圖3所示的儀表模型中，有功電能用寄存器類封裝，OBIS碼就是寄存器類中的屬性1：邏輯名。

　　通信協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)

　　通信協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層。

　?。?）物理層的任務(wù)比較簡單，包括連接管理、數(shù)據(jù)收發(fā)和與數(shù)據(jù)鏈路層接口三部分。它對應(yīng)于通信系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)部分。

　?。?）數(shù)據(jù)鏈路層包括提供鏈路傳輸服務(wù)的LLC子層和負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的MAC子層。鏈路層采用HDLC協(xié)議，它是一種透明數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。在DLMS/COSEM協(xié)議模型中，鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸可靠性，應(yīng)用層處理用戶數(shù)據(jù)信息。鏈路層程序流程圖如圖4所示。

　?。?）DLMS/COSEM應(yīng)用層用一種抽象語法語言來描述。這樣做極大的提高了協(xié)議的抽象性和通用性，有利于程序移植。應(yīng)用層規(guī)定用抽象語法記法ASN.1來描述應(yīng)用層數(shù)據(jù)幀，而應(yīng)用層的APDU（應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元）用編碼規(guī)則BER和A-XDR來實(shí)現(xiàn)ASN.1語法。應(yīng)用層作為協(xié)議棧的最上層，負(fù)責(zé)向COSEM應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)，包括建立應(yīng)用連接服務(wù)和接口對象用戶數(shù)據(jù)信息服務(wù)，并使用低層支撐協(xié)議提供的服務(wù)。應(yīng)用層程序流程圖如圖5所示。

　　通過以上的處理，在完成信息編碼后形成的報(bào)文即可通過信道進(jìn)行傳輸了。本電能表配置的是抄表系統(tǒng)常用的485總線和紅外口。

　　利用本方法設(shè)計(jì)的電能表采用DLMS UA工作組提供的專用測試工具CTT進(jìn)行符合性測試，結(jié)果顯示其符合DLMS/COSEM協(xié)議要求，因此獲得了DLMS UA工作組的認(rèn)證，這也是國內(nèi)第一塊獲得該認(rèn)證的三相電能表?；贒LMS/COSEM的電能表的實(shí)現(xiàn)，改變了現(xiàn)階段國內(nèi)計(jì)量儀表不具有互操作性的缺點(diǎn)，必將推動(dòng)國內(nèi)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。