王鹏1 傅子明2 邱南阳3 田钦瑜4
（1，2，3．广东电网有限责任公司佛山供电局 广东省佛山市 528000；
4.珠海泰易自动化设备有限公司 广东省珠海市 519000）
摘要：本文提出应用于计量自动化终端上行通信故障检测系统解决方案，该方案克服现有技术的不足，可以方便地在现场对电力计量自动化终端上行通道进行动态数据监听、分析，实现在现场快速完成上行通信故障定位和排查，适用于国内所有的计量自动化系统及终端。
关键词：计量自动化终端；上行故障检测；故障排查
电力计量自动化终端主要含负荷管理终端、配变监测计量终端、集中抄表系统集中器、厂站电能量采集终端四种类型，是智能电网最核心、最关键的技术，是建设智能电网的着力点和落脚点。计量自动化终端的上行数据通道，大部分使用的是无线通道。无线通道容易受外部环境影响，造成通道不稳定，误码率高、不容易监听等特点，是计量自动化终端通信故障的多发点。一旦计量自动化主站发现远方通信故障，需派人到计量自动化终端现场进行通信故障检查，以便排查存在的通信故障并修复，实现通信恢复的目的。
目前在终端通道故障排查过程存在以下诸多问题，包括通道不稳定且无法检测，误码率高也无法统计，没有有效手段去检测等。计量自动化终端上行通信是一个长时间持续的过程，很多问题无法通过人在现场通过短时间监控分析来进行通信故障定位，给现场的故障排查带来非常大的困难；计量自动化终端与主站通信还存在通信规约不一致的问题，使用人工的方式，已经无法对其通信过程进行分析，规约一致性的隐患无法排查。
本文提出的一种计量自动化终端上行通信故障在线检测系统，使用一种专业的网络通道监听记录装置，通过该装置在现场，可以方便地在现场对电力计量自动化终端上行通信网络进行动态数据监听分析及记录，并把监听所得数据送到现场，实现在现场快速完成故障定位和排查；同时完整的数据记录可以辅助完成规约一致性的分析，解决规约一致性检测难的难题。该故障检测分析系统适用于标准规定的任意一种终端类型。
1.系统组成
本文提出的计量自动化终端上行通信故障在线检测系统（后面称“检测系统”），由上行数据通道监听模块和现场作业终端两部分组成。上行数据通道监听模块主要用来监听和分析线上的计量自动化终端的上行数据通道的运行状况，包括分析网络建立情况，传输的数据内容等等；同时，将监听到的数据内容传输的后台的数据处理中心，进行分析处理。现场作业终端主要用来接收上行通道监听模块监听的数据，并将数据进行实时分析，包括规约一致性测试等，真正实现在现场进行通信故障检测和分析。
本文提出的检测系统，要监视网络运行情况，需要对上行网络的传输层进行监视。市面上销售的传统的电力监听设备，只能监听应用数据，无法达到此目的。而且市面上销售的监听设备，无法应付计量自动化系统如此庞大的并发数。项目需要使用专门的服务器，并设计专业的监听模块方能胜任。本文提出的检测系统基于传输层的通道监听，需要将OSI七层模型中的传输层以上的数据都提取出来，并送到指定的数据处理模块进行处理，分析TCP网络的实时传输状态。分析数据包括：握手情况、前置机应答情况、点对点连接情况、数据传输情况等。
如下图所示：
图1 网络七层模型
如上图所示，上行网络通道监听模块必须基于传输层的监听方式进行设计。为了达到此目的，项目使用的监听模块将采用WinPcap的专业监听技术，配合Microsoft windows Server 操作系统底层，实时监听上行网络的工作状态。
WinPcap是一项国际开源的监听技术，是Windows环境下的链路层的网络接入行业标准的工具，它允许应用程序获取和发送网络数据包绕过协议栈，并额外有用的功能，包括内核级的包过滤，网络统计引擎。
WinPcap框架图：
图2 WinPcap监听原理图
从上图可以看出，winPcap是直接访问操作系统的网络层，并将网络层数据监听并输送出来，我们可以通过winPcap的监听网络层的方式，把传输层的数据监听并输送出来，以此来分析传输层的工作状态，从而分析故障原因。
上行网络通道监听模块的软件部分全部采用C/C++技术进行设计编码实现，C/C++是执行效率最高，速度最快的软件系统；并配合专业的实时数据缓存技术和大容量数据存储技术，实现全天24小时无间断监听，并对外提供实时数据查询及历史数据查询服务。
上行监听模块功能包括：
● 指定获取某一计量自动化终端通道的实时状态数据
● 指定获取某一终端上行网络的实时传输的应用数据
● 设定记录指定某一终端的网络状态数据和应用数据
● 获取指定某一终端的历史数据
监听模块结构示意图如下：
硬件方面，监听服务器采用专业的Dell或HP生产的机架式服务器，运行实时监听分析模块，可以保证监听的实时性。监听源采用交换机原有的Monitor数据口，对现有的系统网络运行不造成任何的干扰，又能获取到实时的网络数据。硬件支持全天候24小时对上行网络进行无间断监听和记录。
整体硬件架构如下图所示：
通过上行数据监听模块，可对上行网络通道进行监控，为故障定位系统提供实时的应用数据及状态数据的支持。
应用架构：
为了达到现场实用化的目的，计量自动化终端上行通信故障检测系统必须把监听检测的数据往现场送，借助3G互联网，将监听到的数据往现场作业终端实时推送，实现在线的实时监控。
图5 上行通道在线检测示意图
2.系统功能
● TCP/UDP通道监听
支持监听至少两路下行物理485口分别监听，如遇变波特率，使用2路多波特率监听，实现在线的动态数据监听并记录。
● 数据记录存储
监听的数据全部自动记录到存储系统，供后续的查询
● 规约分析
通过规约分析模块，实时进行规约一致性检测
● 现场在线检测
通过把监听数据实时推送到现场，辅助现场在线检测
3.系统特点
本文提出的计量自动化终端上行通信故障在线检测系统，上行通道监听模块基于互联网技术开发，是一个多功能监听分析模块，放置于主站端。模块对终端上行的TCP/UDP数据通道进行实时的监听，从TCP/UDP通信链路层、协议层和数据应用层全方位分析，实现通道状态分析、数据超时分析、实时通道报文监测、应用数据分析等。此外，为了更好地与现场作业终端的配合，通过互联网，将上行通道监听模块的数据实时推送到现场，辅助现场完成对上行通道的实时监听和分析，实现在对计量自动化终端运维的阶段进行实时在线的上行通道故障检测。
本文提出计量自动化终端上行通信故障在线检测系统是一个独立的检测系统，其独立于计量自动化系统单独运行，不会对现有的系统造成任何的影响，可实施性强。
■ 系统支持对TCP/UDP网络进行实时通道进行监听
■ 具备独立主机系统，可以实时进行监听数据的存储
■ 存储数据可以在线获取及导出，实现通信过程的重现
■ 配合规约解析库，实现规约分析，可扩展，适应性强，平台接口丰富
■ 将实时数据推送到现场，实现现在的上行通道故障的在线检测
4.使用范围
本文提出的计量自动化终端上行通信故障在线检测系统适用于标准规定的任意一种终端类型。
5.实际应用情况
通过供电局实施系统，并在现场运行测试，能够对计量自动化终端的上行通道进行实时的监听，并把监听到的通道数据实时送到现场作业中岛，辅助现场进行通道数据查询、分析、规约一致性测试等。真正在现场实现了在线式的上行通道故障在线检测，也实现对上行通道的通信过程进行重现和分析，对一些计量自动化终端上行通道的疑难杂症分析具有非常重要的意义。
结论
本文提出计量自动化终端上行通信故障在线检测系统，克服现有技术的不足，提供一种较全面的网络监听、存储、还原及分析的系统，通过该系统在现场，可以方便地在现场对计量自动化终端进行上行通道数据查询、分析等。同时完整的数据记录可以辅助完成规约一致性的分析，解决规约一致性检测难的难题。该在线检测系统适用于标准规定的任意一种终端类型，对计量自动化终端的上行通道分析具有重要的意义。
参考文献：
[1] 电能计量自动化技术.中国电力出版社，2011.12
[2] 物联网应用开发详解.电子工业出版社，2013.11
课题基金项目：主办单位：广东电网有限责任公司2014-2015年科技项目。项目编号：K-GD2014-0809。
项目名称：基于3G移动物联网技术的计量自动化终端现场检测及作业系统研究。
论文作者:王鹏1,傅子明2,邱南阳3,田钦瑜4
论文发表刊物:《电力设备》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/11/2
标签：终端论文; 在线论文; 数据论文; 通道论文; 故障论文; 实时论文; 规约论文; 《电力设备》2015年3期供稿论文;