（国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司 湖北宜昌 443000）
摘要：针对当前水、电、气、热抄表系统存各自独立，不能互联互通的问题，本文设计了一种基于LoRa无线通信的接口转换器，并在电力远程抄表系统的基础上提出了一种多表集抄系统设计方案。该方案采用LoRa无线通信接口转换器连接具有LoRa无线通信方式的水、电、气、热表，并以无线通信接口转换器为中心节点组建LoRa下行通信网络，在组网完成后根据集中器下发的指令通过下行网络对各表数据进行集抄，并将各个表计返回的应答报文通过LoRa无线网络上传至中心节点，在由无线通信接口转换器通过上行通信网络上传至集中器，完成整个抄表过程。
关键词：多表集抄；转换器；LoRa无线通信；集中器
1.引言
近几年，国家电网公司基于现有用电信息采集系统平台，通过扩展多表集抄通信接口转换器，从而为实现水、电、气、热多表集抄提供一种简单可行的解决方案[1]。多表集抄通信接口转换器作为不同通信方式之间连通的桥梁，可以实现具各类表计的之间的互联互通。目前的多表集抄通信接口转换器主要用于数据的中继和转发，功能单一，不具有对用户表计使用情况的综合分析和监控功能。此外，转换器与水、电、气、热表的通信多采用端对端的通信方式，使得表计的抄读成功率较低。由于LoRa无线通信技术具有覆盖范围广、功耗低、容量大、抗干扰性强、数据传送可靠且能实现无线组网通信等优点，在电表集抄和水表集抄领域具有广阔的应用前景[2]。本文首先基于LoRa无线通信技术设计了用于多表集抄的无线通信接口转换器，然后提出了一种多表集抄的系统设计方案。
2.LoRa无线通信接口转换器
本文采用LoRa无线通信作为接口转换器的下行通信方式实现与具有LoRa通信方式的各表计之间的通信。目前由于远程抄表系统与集中器之间的通信方式主要包括电力载波以及微功率无线，为了能在原有的远程抄表网络上实现多表的集抄，本文采用两种常用的电力载波及微功率无线作为上行通信方式用于与集中器之间进行通信。主要有微处理器单元、存储单元、电源模块、上行通信接口和下行通信接口构成[3]。其中上行通信接口包括微功率无线和电力载波两种通信模式，下行通信接口由LoRa通信单元构成。
3.多表集抄系统设计方案
为充分的利用国家电网已建成的用电信息采集系统，在远程电力抄表系统的基础上增加LoRa无线通信接口转换器实现水、电、气、热表的集抄。目前，国家电网集抄系统主要采用载波、微功率无线和RS484总线的方案，包括I型和II型两种类型的集中器，对于I型集中器的下行抄表采用电力载波和微功率无线两种通信方式，II型集中器的下行抄表采用RS484通信。本文主要针对I型集中器设计多表集抄系统方案。
多表集抄系统的设计方案主要是在原有用电信息采集系统的架构下，对集中器进行软件升级满足对水、电、气、热表的抄表需求，同时在用户端增加LoRa无线通信接口转换器，实现与水、电、气、热四表的通信。LoRa通信接口转换器作为四表合一的转换设备，它通过构建LoRa下行通信网络将用户端具有LoRa无线通信方式的水、电、气、热表连接起来，实现各表计的互联互通。通信接口转换器，一方面可与上行集中器进行通信接收来自集中器的抄表指令；另一方面它通过由LoRa形成的下行通信网络将抄表指令转发到相应的表计同时接收来自各表计的采集数据并通过上行网络返回至集中器。
I型多表集抄系统由集中器为中心节点的上行通信网络和以LoRa通信接口转换器为中心节点的下行通信网络构成。上行通信网络通过电力载波和微功率无线实现集中器与各LoRa无线通信接口的通信，从而构成上行通信网络；下行通信网络通过LoRa无线通信实现水、电、气、热表的互联互通，从而构成下行通信网络。当集中器发起抄表指令时，通过上行通信网络将指令发送给上行通信网络中各LoRa无线通信接口转换器节点，各节点收到指令后对指令进行解析并通过下行通信网络将抄表指令转发到对应的表计，各表计受到指令后返通过下行网络返回采集的数据至转换器节点，然后由转换器节点将数据通过上行网络传输至集中器，集中器将数据在发送至主站，完成整个抄表过程。
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本文设计的多表集抄系统具备以下功能：
（1）集中抄表功能。抄表系统可实现对水、电、气、热表数据的采集，且各表数据可主动上传以及定时抄表等。
（2）统计分析功能。系统按照表计类型、单位、统计日期等查询条件，统计每日或抄表例日的冻结数据，根据数据自动计算出采集成功率。
（3）报表功能。根据水、电、气、热使用方的不同需求，可将用户的用户地址、用户编号、表计类型、表示书、表计状态、集中器状态、统计日期等数据已报表的形式导出。
（4）图形分析功能。显示同一用户在一定时间段内不同表计的数值曲线，分析用户的能源消耗趋势。
（5）远程操作。可通过采集系统主站对集中器进行远程操作，包括表计参数下发、远程透抄、集中器参数复位，远程软件升级等。
（6）历史数据存储于分析。可将每天采集的水、电、气、热表数据存储到主站数据库。
4.多表集抄系统组网方案
多表集抄系统组网方案以集中器为父节点，LoRa通信接口转换器作为路由节点，各表计作为叶子节点。集中器与转换器之间的通信采用微功率无线或电力载波，转换器路由节点与各表计的通信采用LoRa无线通信。
4.1集中器发起网络建立
整个网络由集中器发起建立。集中器上电后将首先搜索周边邻居网络，如果发现当前RF或PLC通信频点已有其网络运行，则自动跳开该频点，然后依据频率列表选择一个干扰最小的频点建立网络。集中器建立网络后根据白名单管理路由节点的加入。
4.2表计节点加入网络
各表计上电后，以默认频点向周围路由器发送注册申请帧，周围路由节点收到该注册申请帧时向表计节点返回注册申请响应帧。表计在收到各路由节点返回的响应帧时，根据时间戳选择时间最短的路由节点作为自己的父节点。如果表计在发出注册申请帧后规定时间内没有受到路由节点的响应帧，则跳转至下一个频点继续发送注册申请帧直至加入到一个最优的路由节点未知。路由节点收到表计的请求信息后，向集中器发送注册就绪帧，集中器收到注册就绪帧后，判断该节点是否在白名单中，如果在白名单中则发送就绪响应帧并附带注册成功信息，否则发送注册就绪响应帧附带注册失败信息。
4.3网络路由机制
本文采用AODV路由协议作为网络路由机制，它包括路由建立和维护两个部分。在建立路由的过程中，首先广播一条RREQ消息，当各表计节点收到RREQ消息分组后，建立或者更新该节点的路由列表，并确定自己在路径查找时间内是否收到过相同源节点的IP地址和相同的RREQ分组。在理由维护过程中，当发现正在使用的某一路由发生链路中断时，首先判断中断的节点与目的节点的距离是否在最大修复长度跳内，如果是则选择中断处的上行节点进行修复；如果在修复周期结束时，修复节点仍没有接收到目的节点回送的RREP消息，则广播修复错误的REPP消息，同时源节点会重新发起路由发现过程。
5.总结
本文基于LoRa无线通信技术设计了一种用于多表集抄的无线通信接口转换器，并在电力远程抄表系统的基础上提出了一种多表集抄系统设计方案，对集抄系统的功能进行了分析。研究了多表集抄系统的组网方案，分析了路由器发起建立网络的流程、表计节点加入网络的流程以及网络路由的机制。本文提出的多表集抄系统为水、电、气、热四表的集抄提供了一种新的解决方案。
参考文献：
[1]隋雷，陈志强.基于CAN总线的多表远程集抄系统[J].科技信息，2009（36）：538.
[2]高林贤，徐景涛，郑留强，等.基于GPRS通信的四表集抄系统的研究[J].科技创新与生产力，2017（6）：87-89.
[3]尚莹，刘晨，刘罡，等.基于辽宁现状多表集抄技术方案的研究[J].东北电力技术，2017，38（7）：40-42.
论文作者:欧阳梦妮,阳龙,年俊华
论文发表刊物:《河南电力》2018年18期
论文发表时间:2019/3/14
标签：集中器论文; 节点论文; 通信论文; 无线通信论文; 路由论文; 系统论文; 接口转换器论文; 《河南电力》2018年18期论文;