摘要：结合变电站采集维护工作环境比较艰苦，在采集终端调试或者消缺时，需要在现场反复核对。本文提出了支持短距无线通讯功能的电能量采集终端，详细阐述了非接触式通讯技术，采用蓝牙技术作为采集终端运维，提高运维水平和运维服效率，实现运维操作的闭环管理。
关键词：采集终端；运行维护
引言
电能量采集终端是实现电能量自动采集的重要设备，通过电能表485口采集计量表计的数据，按照一定的方式进行采集、存储、处理并上传数据，完成电量数据采集工作。随着自动化水平的提高，传统的采集终端运行维护，不能体现运维操作的电子化闭环，实现终端配置信息、操作历史和工作流程的可管理、可追溯功能。致力于研究一种无线运维手段的支持，其应用能够有效地提高运维水平和运维服效率。
1 电能量采集终端的运维现状
随着国网一体化电量与线损管理系统的建设，集合现有电量采集系统、SG186 营销系统等六大系统数据资源，进行实时同期线损统计算分析。电能量采集终端采集并存储电能量数据，并根据一定的规则传送各个系统，不同系统之间完成数据的交互。因此，电能量采集终端的可靠运行是电能量数据准确的重要设备。
目前，现场运行的电能量采集终端均使用小液晶显示屏，使用分级菜单配合键盘操作，需要根据不同的使用对象，配置不同的参数、电能表规约众多以及界面操作比较复杂，如一种型号的电能量采集终端，菜单多达六级，在各级菜单之间跳转操作非常费时；输入信息时，由于键盘仅仅使用数字键加方向键，在输入字母、修改信息时，需要大量的额外操作。
运维人员在现场维护工作中，查看采集终端、电能表的配置信息等工作时，由于采集终端一般安装靠近通信机柜或者数据网络交换机柜，而电能表安装比较分散，主控室、开关间隔处等，任何一个参数的更改需要到现场核对，不停往复工作现场，影响了工作效率。虽然部分型号电能量终端设计了web功能，具有较好的人机界面，但需要便携式计算机与终端设备进行有线连接操作，受工作地点的约束。
2 支持短距无线通讯功能的采集终端
随着短距无线通讯技术的发展，在电能量采集终端上通过高安全性的无线通讯手段实现设备的非接触式维护已成为可能，研究一种基于嵌入式硬件平台和支持短距无线通讯功能电能量采集终端，具有可模块化配置的多种通讯端口，包括RS-232/RS-485、以太网、调制解调器等；实现电能表信息的采集、处理、存储及上送；支持大容量固态存储设备，可实现设备配置信息和采集数据的长期掉电保存。
采集终端配置蓝牙短距无线接口，在成熟的嵌入式应用平台上针对电能量采集终端的需求，开发模块化的配置方案；在工业化无线通讯方案的基础上研究增强的安全机制；通过理论计算及测试对无线传输手段的电磁兼容性能进行研究，保证在应用环境中的实际性能、抗干扰性；在终端软件的研发中引入工作流管理概念，将应用操作与电子化管理流程相结合。
2.1 嵌入式平台实现电能量终端功能
在保证系统功能、性能的前提下，考虑到变电站采集运维数据的安全性和可靠性，采用基于powerpc+linux的嵌入式方案，支持背插式和大容量固态存储扩展技术，实现采集终端的无线运维。
2.2 非接触式通讯技术
目前常用的非接触式通讯技术包括红外、wifi、蓝牙及zigbee技术，这些技术在当前的工业自动化领域都有使用。
（1）红外通讯技术
红外线通信利用波长为 950 纳米近红外波段的红外线进行信息传递。其发送端将基带二进制信号调制为一系列脉冲串信号，接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等技术，还原为二进制数字信号后输出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主要应用取代实际线缆连接，实现数据收发，其特点是信号发射角度小（30 度锥角以内）、通信距离短（一般在5m内），采用点对点的直线传输，保密性强；理想传输速率最高可达16 Mb / s速率；无需申请频率，通信成本低。缺点是两端设备必须在可视范围内，不能有物体遮挡，同时容易受到外部光源，如日光、灯光等的干扰。
（2）wifi技术
wifi是一种可以将终端设备以无线组网方式相连接的短距离无线通信技术。wifi的体系架构包括无中心网络和有中心网络两种形式，主要特点覆盖范围广，覆盖半径高达100m左右、传输速度高，支持54Mb/s甚至更高的传输速率；组网方式简单等。主要标准有1997年发布的IEEE802.11标准，1999年出台的IEEE802.11.a和IEEE802.11.b标准，2003年，出台lEEE802.11.g标准，向下兼容a、b标准，工作频段为2.4GHz，采取了补码键控（CCK）和正交频分复用（OFDM）调制技术，最高速率可达54Mb/s。具有分级安全机制，可实现较高的无线通讯安全性。
（3）蓝牙技术
蓝牙技术支持设备间短距离通信，取代有线电缆连接，在各信息设备之间，实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的数据通信。具有开放性、兼容性、移动性、抗干扰性等特点，在近距离内实现无缝资源共享。其采用了高速跳频（FH）技术与短分组技术，减少了信号干扰和衰弱，保证了传输的可靠性；采用了时分全双工通信，传输速率达1Mb/s；使用的工作频段是ISM（工业、医疗、科学）频段（2.402—2.480GHz），保证了全球范围的通用性。依据发射输出电平功率不同，蓝牙传输距离有3个等级：第一级为100m左右；第二级约为10m；第三级约为2～3m。一般情况下，通常的工作范围是10m半径之内。
（4）zigbee技术
ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗的双向无线通信技术，主要用于电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee是一个由可多达65000个无线数传模块组成的一个无线网络平台，每个网络节点间的距离可以从75m扩展到数百米，甚至几公里。传输速率低，只有10～250kb/s，发射功率只有1mW，协议简单，技术上易实现，每个网络可支持255个设备，一个区域内可同时开启100个网络。
通讯方式要满足以下条件：1）支持点对点通讯。2）正常通讯带宽应达到300～400kBPS以上。3）具有一定的物理安全性和协议安全行；4）具有较低的待机及通讯功耗。红外数据传输是最成熟的，其缺点对应用环境的要求比较高，否则其性能将急剧下降；
根据采集终端运维的工作条件，采用蓝牙作为传输机制，提供较为均衡的性能，足够的传输带宽，点对点的通讯模式和一定的安全机制，并可通过应用层安全技术进行进一步加强；设备功耗较小，适于移动终端设备的长时间使用。
3 非接触式通讯技术安全性机制
蓝牙采用了无线跳频技术，但其在初始设计阶段并未考虑安全机制，常见的蓝牙芯片和设备并不具备数据的保密、数据的完整性和用户身份认证等安全措施。在其1.1.版之后，开始加入并逐渐完善安全机制，目前使用的4.0版本使用了AES128位加密技术，同时，通过使用加强的无线配对技术，可以将配对时出现的信息泄露可能性降低到最小，保证移动应用接入的鉴权、非法操作预防等功能。研究通过无线移动应用实现终端配置与运维管理手段的一体化措施，以最终实现运维互动过程的电子化、信息化。
4 结论
结合变电站采集维护工作环境因素，提出了支持短距无线通讯功能的电能量采集终端，采用蓝牙技术作为采集终端运维，提高运维人员的工作效率，在终端软件中引入日志管理、流程操作机制，实现运维操作的电子化闭环。
参考文献：
[1]浅析厂站电能量采集终端运维与故障处理 《机电信息》李德恒 2015（33）
[2]基于蓝牙技术和ARM 的无线抄表系统 《信息与电子工程》柳兰 2010（6）
论文作者:郝亚芳,杜峰,朱丽娟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
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