CN111106852A - 一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，包括一台智能载波网络主机和多台智能载波网络分机，其间利用高速载波模块实现相互数据交换组成一个私域网络；智能载波网络分机之间利用电力线并通过载波通信模块无任何物理连接可相互路由接力传输数据；所述智能载波网络主机通过电气连接用电信息采集设备，所述智能载波网络分机通过电气连接用户费控开关跳闸线圈。本发明组网方式简单可靠，数据传输快，误码率低，使得电信息采集设备实现远程抄收功能，可实现费控开关位置变化及时上报、自动费控、催费预警信号远传、用户开关位置变化上报等功能，可任意增减载波分机，增大费控范围，合理分配用电负荷；安装调试简洁，***稳定性好，适用范围广。

Description

一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置

技术领域

本发明属于电力***领域，是利用高速电力线载波通信技术组网及深化应用，尤其涉及一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置。

背景技术

目前，国网公司提出“全覆盖、全采集、全费控”的目标，用电信息采集设备安装改造进入快车道，仅辽宁省每年改造的采集设备近万台，在设备改造中发现，大多66KV用户负荷回路少则十几路多则几十路，而采集设备最多可控4路负荷，这样只能选择几路重要负荷回路进行控制，无法满足费控需求；另外，由于这类大用户环境非常复杂，4路控制电缆需根据现场电缆桥架情况确定电缆走向，施工困难，分布电容或引入其它设备干扰等原因，严重影响采集设备的稳定性；敷设电缆时必须停电操作，而这类用户停、送电需多部门审批，有些甚至需要提前一个月公示，部分双电源或重要用户全年不允许停电，无法如期完成设备改造施工任务。315KVA及以下用户表计和采集设备安装于配变台区上，而配变台区全部位于厂区墙外，这样负荷控制回路远在几百米的厂区配电柜内，路途遥远环境复杂，有些甚至需穿过公路或高楼大厦地基，根本不允许敷设控制电缆或敷设电缆费用非常高，且存在安全隐患，致使采集设备无法实现费控功能，失去采集设备安装意义，制约采集设备的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于解决以上技术问题，提供一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，包括一台智能载波网络主机和多台智能载波网络分机，其间利用高速载波模块实现相互数据交换组成一个私域网络；智能载波网络分机之间利用电力线并通过载波通信模块无任何物理连接可相互路由接力传输数据；所述智能载波网络主机通过电气连接用电信息采集设备，所述智能载波网络分机通过电气连接用户费控开关跳闸线圈。

进一步，所述智能载波网络主机由主控制模块Ⅰ，分别与主控制模块Ⅰ连接的高速载波模块Ⅰ、电源自动适应模块Ⅰ、抗干扰模块、LED指示模块Ⅰ、电能表接口模块、催费预警信号采集模块、费控开关位置输出模块和费控信号采集模块组成。

进一步、所述智能载波网络分机包括主控制模块Ⅱ，分别与主控制模块Ⅱ连接的高速载波模块Ⅱ、电源自动适应模块Ⅱ、费控开关位置输入模块、费控开关控制模块、催费预警信号输出模块和LED指示模块Ⅱ组成。

进一步，当载波分机距主机距离大于等于1公里或电网干扰无法正常通信时，其间加装载波网络路由驱动装置，从而提高***通信成功率。

进一步，费控开关位置输出模块由驱动电路Ⅰ、光电隔离电路Ⅰ、位置输出电路、接口端子Ⅰ组成，且与用电信息采集设备遥信接口连接，主控模块Ⅰ的CPU之IO输出的位置信号经所述驱动电路Ⅰ、光电隔离电路Ⅰ、位置输出电路、接口端子Ⅰ为用电信息采集设备提供遥信信号；所述位置输出电路是网络智能载波主机根据收到网络智能载波分机发过来的现场费控开关辅助触点状态为用电信息采集设备遥信接口提供相同状态的开关信号。

进一步，费控开关位置输入模块由光电隔离电路Ⅱ、驱动电路Ⅱ、接口端子Ⅱ组成。接口端子Ⅱ连接费控开关辅助触点，经过驱动电路Ⅱ、光电隔离电路Ⅱ与主控制模块Ⅱ的CPU之IO接口连接，采集费控开关当前工作状态并通过高速载波模块Ⅱ发送给智能载波网络主机。

进一步，高速载波模块Ⅰ和高速载波模块Ⅱ分别由接口电路、ARM9的CPU、航天中电的载波芯片、滤波电路和信号耦合电路组成。

进一步，抗干扰模块由TVS保护电路、电源滤波器、阻容π型滤波器和高频抑制器组成，解决电源保护及抗干扰问题。

本发明基于电力线载波的智能载波网络费控装置安装完成后，智能载波网络分机之间利用电力线载波通信技术无任何物理连接可相互路由接力传输数据，组网方式简单可靠，由于高速电力线载波通信技术采集多频率互补带宽，因此数据传输快，使得电信息采集设备实现远程抄收功能，可实现费控开关位置变化及时上报、自动费控、催费预警信号远传、用户开关位置变化上报等功能，宽带数据传输快速准确，误码率低。此外，本发明各部分采用模块化结构，可任意增减载波分机，增大费控范围，合理分配用电负荷；安装调试简洁，***稳定性好，适用范围广，有着广泛发应用前景及很好的实用价值。利用电力线载波通信技术传输数据无需敷设控制电缆，简化用电信息采集设备安装；根据用户现场情况可任意扩充安装智能载波网络分机。

附图说明

图1是本发明基于电力线载波的智能载波网络费控装置的拓扑原理结构示意简图；

图中：1、智能载波网络主机；2、智能载波网络分机；3、主控制模块Ⅰ；4、主控制模块Ⅱ；5、高速载波模块Ⅰ；6、高速载波模块Ⅱ；7、电源自动适应模块Ⅰ；8、电源自动适应模块Ⅱ；9、抗干扰模块；10、费控开关位置输出模块；11、费控开关位置输入模块；12、LED指示模块Ⅰ；13、LED指示模块Ⅱ；14、电能表接口模块；15、催费预警信号采集模块；16、催费预警信号输出模块；17、费控开关控制模块；18、费控信号采集模块。

图2是本发明基于电力线载波的智能载波网络费控装置的组网结构示意简图；

图中：1、智能载波网络主机；2、智能载波网络分机；19、用电信息采集设备；20、费控开关跳闸位置；21、电力线A相/B相C；22、电力线N相；

图3是智能载波网络主机工作流程图；

图4是智能载波网络分机机工作原理图；

图5是主控制模块Ⅰ的电路结构图；

图6是高速载波模块Ⅰ的电路结构图；

图7是电源自适应模块的电路结构图；

图8是抗干扰模块的电路结构图；

图9是费控开关位置输出模块的电路结构图；

图10是费控开关位置输出模块的电路结构图；

图11是LED指示模块Ⅰ的电路结构图；

图12是电能表接口模块的电路结构图；

图13是催费预警信号采集模块的电路结构图；

图14是催费预警信号输出模块的电路结构图；

图15是费控开关控制模块的电路结构图；

图16是费控信号采集模块的电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，包括一台智能载波网络主机和多台智能载波网络分机，当最近的智能载波分机距智能载波主机距离大于等于1公里或因电网干扰影响正常通信时，其间加装载波网络路由驱动装置，并利用高速载波模块Ⅰ组成一个私域网络，高速载波模块实现通信是指网络协议参照Q/G DW 3 76.1—2012电力用户用电信息采集***通信协议第1部分，智能载波网络分机之间利用电力线通过高速载波模块Ⅱ无任何物理连接可相互路由接力传输数据；智能载波主机、智能载波分机均利用电力线载波通信技术完成线路识别。由于高速电力线载波通信技术采集多频率互补带宽，因此数据传输快，可实现载波分机数据异常和开关位置变化及时上报；利用电力线载波通信技术传输数据无需敷设控制电缆，简化用电信息采集设备安装；根据用户现场情况可任意扩充安装智能载波网络分机，增大费控范围，合理分配用电负荷。所述智能载波网络主机通过电气连接所述用电信息采集设备，所述智能载波网络分机通过电气连接所述用户费控开关跳闸线圈。***构成包括一台智能载波网络主机和多台智能载波网络分机，所述多台智能载波网络分机包括第一台智能载波网络分机、第二台智能载波网络分机……第N台智能载波网络分机，N取值决定智能载波网络分机数量，可根据用户现场情况扩充。

所述智能载波网络分机安装接近费控开关跳闸线圈位置，节约控制电缆及电缆敷设施工时间，且智能载波网络分机之间利用电力线载波通信技术无任何物理连接可相互路由接力传输数据，组网方式简单可靠，可任意增减载波分机，由于高速电力线载波通信技术采集多频率互补带宽，因此数据传输快，可实现载波分机开关位置变化及时上报。

参照图1和图2，本发明的基于电力线载波的智能载波网络费控装置，包括：智能载波网络主机1和智能载波网络分机2两部分组成，智能载波网络主机1由主控制模块Ⅰ3、高速载波模块Ⅰ5、电源自动适应模块Ⅰ7、抗干扰模块9、费控开关位置输出模块10、LED指示模块Ⅰ12、电能表接口模块14、催费预警信号采集模块15和费控信号采集模块18组成；智能载波网络分机2由主控制模块Ⅱ4、高速载波模块Ⅱ6、电源自动适应模块Ⅱ8、费控开关位置输入模块11、LED指示模块Ⅱ13、催费预警信号输出模块16和费控开关控制模块17组成。

如图5所示，主控制模块Ⅰ3由CPU3.1(STM32或ARM9)、锁存器3.2(74HC373)、解码器3.4(74HC138)、RAM3.3(62256芯片)、看门狗电路3.5(MAX813)构成单片机最小***，主控制模块Ⅱ4与主控制模块Ⅰ3结构相同。

如图6所示，高速载波模块Ⅰ由接口电路5.1、ARM9的CPU5.2、航天中电的载波芯片5.3(HZ3011)、滤波电路5.4和信号耦合电路5.5组成。与主控模块Ⅰ3的CPU3.1串口连接，承担数据收发任务。每个模块在私域网络中有唯一ID，以此区分是否应该执行当前操作。高速载波模块Ⅱ与高速载波模块Ⅰ结构相同。

如图7所示，电源自适应模块7由电压检测电路7.3、切换电路7.2及开关电源7.1组成，自动适应外电源100V/220V。

如图8所示，抗干扰模块9由TVS保护电路9.1、电源滤波器9.2、阻容π型滤波器9.3和高频抑制器9.4组成，解决电源保护及抗干扰问题。

如图9所示，费控开关位置输出模块10由驱动电路Ⅰ10.1、光电隔离电路Ⅰ10.2、位置输出电路10.3、接口端子Ⅰ10.4组成。与用电信息采集设备遥信接口连接，主控模块Ⅰ的CPU之IO输出的位置信号经驱动电路Ⅰ、光电隔离电路Ⅰ、位置输出电路、接口端子Ⅰ为用电信息采集设备提供遥信信号。位置输出电路10.3是载波主机根据收到载波分机发过来的现场费控开关辅助触点状态为用电信息采集设备遥信接口提供相同状态的开关信号。

如图10所示，费控开关位置输入模块11由光电隔离电路Ⅱ11.3、驱动电路Ⅱ11.2、接口端子Ⅱ11.1组成。接口端子Ⅱ11.1连接费控开关辅助触点，经过驱动电路Ⅱ11.2、光电隔离电路Ⅱ11.3与主控制模块Ⅱ的CPU4.1之IO接口连接，采集费控开关当前工作状态并通过高速载波模块Ⅱ发送给智能载波网络主机。

如图11所示，LED指示模块Ⅰ12由译码电路12.1、驱动电路12.2和发光二极管12.3组成，显示智能网络载波主机的各种工作状态。LED指示模块Ⅱ13与LED指示模块Ⅰ12结构相同。

如图12所示，电能表接口模块14由驱动电路14.1、光电隔离电路14.2、485接口电路14.3、接口保护电路14.4和接口端子14.5组成。将抄表数据传送给用电信息采集设备。

如图13所示，催费预警信号采集模块15由缓冲电路15.4、光电隔离电路15.3、驱动电路15.2和接口端子15.1组成，智能载波网络主机采集用电信息采集设备的催费预警信号，经过高速载波模块Ⅰ发送给智能载波网络分机。

如图14所示，催费预警信号输出模块16由保护电路16.3、光电隔离电路16.2、驱动电路16.1和接口端子16.4组成，智能载波网络分机的高速载波模块Ⅱ收到智能载波网络主机的催费预警信号后，智能载波网络分机输出预警信号，驱动现场报警装置报警。

如图15所示，费控开关控制模块17由输出电路17.3、光电隔离电路17.2、驱动电路17.1和接口端子17.4组成，智能载波网络分机的高速载波模块Ⅱ收到智能载波网络主机的费控信号后，智能载波网络分机输出费控信号，驱动现场费控开关跳闸。

如图16所示，费控信号采集模块18由缓冲电路18.4、光电隔离电路18.3、驱动电路18.2和接口端子18.1组成，与用电信息采集设备连接。智能载波网络主机采集用电信息采集设备遥控接口，通过高速载波模块Ⅰ发送给智能载波网络分机

主控制模块Ⅰ3、主控制模块Ⅱ4分别辅以通信、数据解析、数据打包、输入、输出控制程序作为主控制模块Ⅰ3、主控制模块Ⅱ4的核心控制部分；其中的电源自动适应模块Ⅰ7、电源自动适应模块Ⅱ8分别为主控制模块Ⅰ3、主控制模块Ⅱ4进行供电，供电来源为220V/100V自适应；分别与主控制模块Ⅰ3、主控制模块Ⅱ4相连接的高速载波模块Ⅰ5、高速载波模块Ⅱ6通过电力线载波通信技术进行数据通信；抗干扰模块9采用数字滤波技术，去掉数据通信中的大部分干扰信号，提高载波***通信成功率；费控开关位置输出模块10、催费预警信号采集模块15作为主控制模块Ⅰ3的硬件接口电路，费控开关位置输入模块11、费控开关位置输入模块16和催费预警信号输出模块17作为主控制模块Ⅱ4的硬件接口电路。电能表接口模块14承担用电信息采集设备的抄表操作；LED指示模块Ⅰ12及LED指示模块Ⅱ13输出相应的状态指示。

以下参照附图2，描述网络结构，用电信息采集设备19与智能载波网络主机1连接构成网络主节点。第一台智能载波网络分机Ⅰ2与第一个费控开关Ⅰ跳闸线圈位置0连接；第2台智能载波网络分机Ⅱ2与第二个费控开关Ⅱ跳闸线圈位置20；…；第N台智能载波网络分机2与第N个费控开关20连接；构成私域网络从节点，智能载波网络分机之间及与智能载波网络主机之间无导线连接，他们通过一个台区下电力线A相/B相C相21和电力线N相22互相连接，利用电力线载波通信技术组成私域网络，实现数据传输。完成用电信息采集设备远程抄收、自动费控、催费预警信号远传、用户开关位置变化上报等功能。

智能载波网络主机中的费控信号采集模块18、费控开关位置输出模块10、电能表接口模块14、催费预警信号采集模块15承担与用电信息采集设备的接口采集任务，费控信号采集模块18与用电信息采集设备输出接口连接；费控开关位置输出模块10与用电信息采集设备遥信接口连接；电能表接口模块14与与用电信息采集设备抄表接口连接、催费预警信号采集模块15与用电信息采集设备预警输出接口连接；将采集的相关信息传至主控制模块Ⅰ3进行数据分析处理后，由主控制模块Ⅰ3依据事先约定的通信协议即Q/G DW 3 76.1—2012电力用户用电信息采集***通信协议第1部分打包数据并控制高速载波模块Ⅰ5通过电力线将载波信号发送出去；智能载波网络分机中的高速载波模块Ⅱ6接收到智能载波网络主机中主控制模块Ⅰ3控制高速载波模块Ⅰ5发来的各种数据后，将数据提交给主控制模块Ⅱ4，依据事先约定的通信协议进行数据解析，根据数据类型输出至费控开关控制模块17或催费预警信号输出模块16，至此通过电力线载波通信技术传输的下行数据及执行得以实现完成。费控开关控制模块17或催费预警信号输出模块16输出控制信号后，智能载波网络分机中主控制模块Ⅱ4通过费控开关位置输入模块11采集控制信号执行情况，数据采集完成后，主控制模块Ⅱ4依据事先约定的通信协议打包数据，并控制高速载波模块Ⅱ6将数据发送到电力线上，智能载波网络主机中高速载波模块Ⅰ5接收到电力线上数据后，依据事先约定的通信协议进行数据解析，解析后的数据传送给主控制模块Ⅰ3，根据接收的数据类型，主控制模块Ⅰ3通过费控开关位置输出模块10输出现场费控开关状态，同时驱动LED指示模块Ⅰ12显示智能载波网络主机1的工作状态及主控制模块Ⅱ4驱动LED指示模块Ⅱ13显示智能载波网络分机机2的工作状态，至此通过电力线载波通信技术传输的上行数据完成，基于电力线载波的智能载波网络费控装置完成了一次载波数据传输及执行。具体工作流程说明见图3和图4。

本发明基于电力线载波的智能载波网络费控装置安装完成后，使得用电信息采集设备实现远程抄收、自动费控、催费预警信号远传、用户开关位置变化上报等功能。此外，本发明各组成部分模块化结构，可任意增减载波分机，安装调试简洁，***稳定性好，适用范围广，有着广泛的应用前景及实用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：包括一台智能载波网络主机和多台智能载波网络分机，其间利用高速载波模块实现相互数据交换组成一个私域网络；智能载波网络分机之间利用电力线并通过载波通信模块无任何物理连接可相互路由接力传输数据；所述智能载波网络主机通过电气连接用电信息采集设备，所述智能载波网络分机通过电气连接用户费控开关跳闸线圈。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：所述智能载波网络主机由主控制模块Ⅰ，分别与主控制模块Ⅰ连接的高速载波模块Ⅰ、电源自动适应模块Ⅰ、抗干扰模块、LED指示模块Ⅰ、电能表接口模块、催费预警信号采集模块、费控开关位置输出模块和费控信号采集模块组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：所述智能载波网络分机包括主控制模块Ⅱ，分别与主控制模块Ⅱ连接的高速载波模块Ⅱ、电源自动适应模块Ⅱ、费控开关位置输入模块、费控开关控制模块、催费预警信号输出模块和LED指示模块Ⅱ组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：当载波分机距主机距离大于等于1公里或电网干扰无法正常通信时，其间加装载波网络路由驱动装置，从而提高***通信成功率。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：所述费控开关位置输出模块由驱动电路Ⅰ、光电隔离电路Ⅰ、位置输出电路、接口端子Ⅰ组成，且与用电信息采集设备遥信接口连接，主控模块Ⅰ的CPU之IO输出的位置信号经所述驱动电路Ⅰ、光电隔离电路Ⅰ、位置输出电路、接口端子Ⅰ为用电信息采集设备提供遥信信号；所述位置输出电路是网络智能载波主机根据收到网络智能载波分机发过来的现场费控开关辅助触点状态为用电信息采集设备遥信接口提供相同状态的开关信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：费控开关位置输入模块由光电隔离电路Ⅱ、驱动电路Ⅱ、接口端子Ⅱ组成。接口端子Ⅱ连接费控开关辅助触点，经过驱动电路Ⅱ、光电隔离电路Ⅱ与主控制模块Ⅱ的CPU之IO接口连接，采集费控开关当前工作状态并通过高速载波模块Ⅱ发送给智能载波网络主机。

7.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：所述高速载波模块Ⅰ和高速载波模块Ⅱ分别由接口电路、ARM9的CPU、航天中电的载波芯片、滤波电路和信号耦合电路组成。

8.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能载波网络费控装置，其特征是：所述抗干扰模块由TVS保护电路、电源滤波器、阻容π型滤波器和高频抑制器组成，解决电源保护及抗干扰问题。

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