摘要：针对常规专变采集终端技术更新的需要，提出了基于云端控制的设计方案，设计了内部继电器接线状态检测及指示单元、状态量接线端子强抗干扰单元和GPRS通讯单元自动加热单元，并结合云端控制设计思想，引用互联网、云数据、物联网与大数据分析技术，实现了专变采集终端检定过程的智能化、信息化和自动化。
关键词：专变采集终端；云端；控制；检测；云控制
0引言
用电信息采集系统涉及到千家万户的电费结算[1]，能够实现专变用户的电能信息采集、电能计量设备工况及供电电能质量、客户用电负荷和电能量的监控，并对采集数据进行管理和传输，专变采集终端是实现智能电网信息化的关键环节[1]。随着国电网对电能信息采集的需求，需要新型的专变采集终端满足电能信息采集的需要[11-12]。本文介绍的专变采集终端能够采用云端控制的方式进行信息采集，利用各种通信网络上传至云平台，云平台基于自身庞大的数据处理能力和超大的容量空间，对这些数据进行整理、运算、分类等，提高了专变采集终端采集电能的技术水平[13-15]。
1新颖专变采集终端设计
本文的采集终端包括微处理器，微处理器连接有电源转换单元、计量单元、存储单元、显示单元、内部继电器控制单元、内部继电器接线状态检测与指示单元、脉冲输入单元、RS485抄表单元、状态量输入单元、GPRS通讯单元、云端通讯接口和本地通讯单元，其电路原理框图如图1所示。
图1 专变采集终端电路原理框图
本技术设计中，引入了云端控制技术，采用该技术能够使授权用户或者设备通过网络对远程节点进行控制。在使用时，在云端部署UDP服务器和HTTP服务器，本设计的专变采集终端连接到互联网，安装UDP应用程序，按设定的频率向云端的UDP服务器发送采集数据，实现云端数据接收。在需要采集数据时，通过UDP服务器发送控制命令。
2关键技术设计
2.1内部继电器接线状态检测及指示单元计量单元设计
内部继电器接线状态检测及指示单元包括电阻R4、光电耦合器N1、三极管Q2、电阻R5和电阻R6，光电耦合器N1一端通过电阻R4连接内部继电器的静触点K11，光电耦合器N1另一端连接内部继电器的常开触点，光电耦合器N1的第一输出端通过电阻R5连接供电端，光电耦合器N1的第二输出端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R6连接供电端，三极管Q2的发射极接地，三极管的集电极连接内部继电器控制单元的单片机，内部继电器控制单元的单片机连接微处理器。所述的内部继电器接线状态检测及指示单元用于检测专变采集终端的内部继电器控制回路接线状态是否异常。如图2所示，当内部继电器控制单元内部的单片机I/O口P2检测到低电平时，说明光耦N1和三极管Q2被导通，因此说明图2中的a、b点之间的Uab有电压，此时指示灯的绿灯常亮，由此判断出专变采集终端内部继电器控制回路接线状态正常；当内部继电器控制单元的单片机I/O口P2检测到高电平时，说明光耦N1和三极管Q2没有被导通，因此说明a、b点之间的Uab没有电压，此时指示灯的红灯闪烁，由此判断出专变采集终端继电器控制回路接线状态异常，此时专变采集终端继电器控制回路的接线状态检测完毕。
2.2状态量接线端子强抗干扰单元设计
状态量接线端子强抗干扰性单元包括正静电释放电路和负静电释放电路，正静电释放电路和负静电释放电路并联，正静电释放电路包括稳压二极管D1和二极管D2，稳压二极管D1的负极连接状态量接线端子P3，稳压二极管D1的正极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极接地。负静电释放电路包括稳压二极管D4和二极管D3，稳压二极管D4的负极接地，稳压二极管D4的正极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接状态量接线端子P3，状态量接线端子P3为状态量输入单元的接线端子。如图3所示，还有电阻、电容和放大器，构成状态量输入单元的元器件。所述的状态量接线端子强抗干扰单元用于对状态量接线端子的静电防护，更是对后端单片机的静电防护，从而提高产品的质量、寿命。当+8KV的正静电从端子P3接触放电时，静电的泄放回路为图中所示L1回路，正静电从端子P3经过静电防护器D泄放到GND；当-8KV的负静电从端子P3接触放电时，静电的泄放回路为图中所示L2回路，负静电从GND经过静电防护器D泄放到端子P3；此时状态量接线端子强抗干扰单元完成对状态量接入端子的静电防护。
图2 专变采集终端电路原理框图
图3 状态量接线端子强抗干扰单元的电路原理图
2.3GPRS通讯单元自动加热单元设计
GPRS通讯单元自动加热单元包括安装于其上的温度传感器，所述的GPRS通讯单元焊接于印制板的上端面，温度传感器安装于GPRS通讯单元上端面，温度传感器的采集输出端连接微处理器的温度采集输入端，微处理器的信号输出端通过电阻R9连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极通过电阻R11连接供电端，三极管Q3的发射极连接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接n个并联的发热电阻，即为电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18和电阻R19，n个发热电阻设于印制板下端面，且正对GPRS通讯单元下方。GPRS通讯单元自动
加热单元用于低温时对SIM卡座及SIM卡加热。如图4和图5所示，将温度传感器安装SIM卡座上端面，实时监测SIM卡座的温度，微处理器实时读取温度传感器采集的温度数值，且由微处理的I/O口P4控制加热电路。
图4 GPRS通讯单元自动加热单元的电路原理图
当微处理器读取温度传感器的温度低于0℃时，微处理的I/O口P4便输出高电平，此时三极管Q3和三极管Q4导通，电阻R12、电阻13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19也被导通，处于发热状态，给SIM卡座及SIM卡加热。当微处理器读取到温度传感器的温度高于5度时，微处理的I/O口P4便输出低电平，此时三极管Q3和三极管Q4不导通，故电阻R12、电阻13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19也处于不导通状态，所以，此时电阻不会对SIM卡座及SIM卡加热。此外，印制板3在布局上也采取了特殊处理，如图5所示，SIM卡座及SIM卡在印制板正面，在相同位置SIM卡座的反面是加热电阻R12、电阻13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19，故在微处理的I/O口P4输出高电平时，三极管Q3、Q4导通，加热电阻能起到对SIM卡座及SIM卡很好的加热效果，此时，GPRS通讯单元自动加热单元完成对SIM卡座及SIM卡的加热作用。
3软件设计
仿真模拟测试系统包含设备层、通讯层、云平台和用户层，设备层包含专变采集终端及其检测系统，通讯层包含无线通讯或基于RS232、GPRS、LAN或RS485进行通讯，云平台包含云服务器和云存储器，用户层包含各种登录平台。其中仿真模拟测试软件包含无线接入端口、模拟主站、模拟专变采集终端、模拟电能表、用户访问平台系统软件、装置控制软件、数据分析等。
装置控制软件通过RS232对检测系统的各个工位的被测表、专变采集终端或电源进行控制，并调节各路不同的电压线路产生的载波干扰信号强度来模拟同种检测装置或系统下的各种表进行载波通讯时的抗干扰性能情况。装置控制软件通过采集专变采集终端本地RS232、RS485、Ethernet或GPRS/CDM以及云端通讯接口实现远程通信的仿真。用户访问平台通过云服务器对底层的专变采集终端或智能表发抄表参数,专变采集终端能够对不同强度下的载波通讯的采集器或智能表或者其它计量器具进行抄读数据，最后统计其抄读成功率。
4结束语
本文设计的基于云端控制的专变信息采集终端已经在现场环境中进行良好运转，并应用到广东电网有限责任公司计量中心的电信息采集系统现场，专变采集终端的事件上报准确率达到100%，上报及时性达到了系统应用的要求。本设计还将智能电表检测、生产、销售、数据传输等整个过程的所有数据收集起来，供用户层的用户自由调取，最终以平板电脑、手机APP、台式电脑等方式展现在用户面前，使用方便。
论文作者:张永旺,陈亮,邓珊,黄博伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/24
标签：电阻论文; 单元论文; 终端论文; 状态论文; 继电器论文; 静电论文; 通讯论文; 《电力设备》2019年第12期论文;