摘要：电力线载波通信是以电力网作为信道，实现数据传递和信息交换。因为电源线路是每个家庭最为普通也是覆盖最为宽广的一种物理媒介，其覆盖面超过有线电视网络甚至电话线路，同时由于利用现有的电力网实现数字通信，可以大大减少通信网建设的费用，因而利用电源线路实现数据通信的技术有着可观的经济效益和应用前景。
关键词：电力；载波通信技术；自动抄表系统
90年代初，自动抄表技术被引进到中国，早期的AMR系统主要用于大电网的电能量考核结算。主要对我国低压配电网络的传输特性进行了测试，并对测试结果进行了数据处理和分析，基本取得了我国低压配电网传输特性和参数，为进行深入研究和系统开发提供依据。目前，国内虽然出现了一些自动抄表系统，但是安装量并不大，而且技术并不成熟，成功率低，所以自动抄表系统的研究还是有较大的发展空间。在这种情况下，将现场总线技术、低压电力线载波通讯技术和电话通讯技术结合起来，以实现远程集中式抄表系统的自动化和智能化。
1电力线载波通信技术
电力线载波通信是利用电力线作为传输通道的载波通信，是电力系统特有的一种通信方式。它根据频率搬移、频率分割原理，将原始信号对载波进行调制，搬移到不同的线路传输频带，送到电力线上进行传输。常用的低压电力线载波通信技术主要有：窄带通信方式、多载波调制方式、扩频通信方式等三种。扩频通信是目前应用广泛的通信技术，它相对于窄带通信系统来说有一定的优势，主要表现在扩频通信具有优越的抗干扰性能，它能够很好的克服电力线上的噪声和干扰，扩频通信用伪随机码把基带信号(信息数据窄带信号)的频谱进行扩展，形成相当带宽的低功率谱密度信号发射。
2电力载波抄表系统概述
2.1自动抄表系统的组成
自动抄表系统是将电表数据从下而上逐级传送完成，也可以根据实际情况的需要进行数据双向传输，该系统可分为五个主要组成部分：
(1) 电能用户表；(2) 数据采集器；(3) 电力线Modem；(4) 集中器；(5) 计算机抄表中心。
2.2系统各组成部分的功能
(1) 电能用户表
对于电磁式电能表，需在表内加装一只传感器或光电模块，将电能表的数据转换成电信号输出；对于电子式电能表，则可以直接利用表的电脉冲输出。
(2) 数据采集器
数据采集器实际上是计一费终端和数据集中器中间的一个桥梁，它的主要功能在于同时采集多个用户电能表的电量脉冲信息，并经过处理和存储，通过电力线Modem沿低压电网送到集中器上。并且当接收到上层的命令时，数据采集器能够向计费终端发出抄表或者断电的命令。
( 3) 电力线Modem
主要是对采集器送来的数据进行调制和解调，增强对低压电网的抗干扰性和减低信道传输的误码率。
(4)计算机抄表中心
通过通信网对集中器送来的电量数据进行分类和储存、校对抄录时间、设置用户编号和抄表时间、发布抄录命令以及统计和计价、为收取电费、线损计算、负荷控制提供服务。
(5)集中器与数据中心之间的通信
数据集中器与数据中心之间的通讯采用公用电话网络作为通讯媒介，自动抄表系统的数据中心与数据集中器之间的通讯主要是电话线Modem模块之间的通讯，在电力线载波集中抄表器的设计中，我们利用单片机进行两地间的数据通信，通过单片机及对应的控制电路和FSK(移频键控)调制解调器（MODEM）相结合，借助现有的公用电话交换网（PSTN进行传输，来实现两地之间的数据通信功能。
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3电力载波抄表集中器的硬件
3.1电力线载波远程抄表系统集中器的硬件
集中器是集中下属的数据采集器的数据，并发给中心服务器，集中器有两个通信对象，面对不同对象时，需要采取不同的通信方式，在于数据采集器通信时，使用电力线载波通信，并通过电话线与中心服务器实现通信。集中器的信息存储和处理量较大，我们需采用处理速率较高的处理器并进行存储器的扩展。集中器是安装在小区供电变压器低压侧，作为载波抄表系统的中心环节，是整个系统的核心，是连接机与用户电表之间的枢纽。
3.2集中器主控器
集中器是通信的枢纽，它负责中心计算机和采集终端之间的联系。一方面接收来自计算机的各种操作命令并下传采集终端；另一方面，将采集终端的各种信息回传管理中心计算机，同时还存储所辖表计的数据和有关参数，并具有定时和实时抄收采集终端(智能表)数据，实时监视采集终端(智能表)的工作状态等功能。
3.3主控器的选型
在集中器的设计中，单片机既要与上位机通信，又要和电话网进行通信，所以需要两个串口。本文采用W77E58作为主控制器，在它的控制下进行数据的传送与接收。在它内部20kB的程序存储器，而且扩展能力强，完全能满足系统的要求。W77E58是一个快速8051 兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051 要快许多。一般说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行。W77E58内含32KB Flash EPROM，工作电压为4.5V-5.5V，具有 1KB片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上SRAM代替外部SRAM，可节省更多I/O口。
3.4电力线载波通信电路设计
载波电路是整个系统的核心，本文采用SSC P300作为电力线载波专用调制解调芯片。需要配合外围功率放大电路和接收回路才能工作，载波通信的距离与外围电路设计优劣、功率小等密切相关。从SSCP300输出的信号幅度小、驱动能力弱，而且有各种谐波，因此要放大滤波，然后通过耦合电路将信号调制到电力线上。电力线传来的载波信号由SSCP300接收，需一个带通滤波器，经过预放大再送到SSCP300的接收端，再送给单片机进行处理，单片机中存储的数据经过现有的电话网传送给控制计算机，控制计算机根据数据对供配电进行控制。
4电力线载波抄表系统集中器软件
系统中各个单元都有对应的软件，整个系统的软件既是一个整体，又相互独立，其间靠通信协议相互联系。本章首先介绍集中器与上位机以及集中器与载波电表之间的通信协议，然后介绍集中器的软件。
4.1通信协议的制定
本协议是参照电力部门规定的通信协议来编写的，在某些具体的数据格式上采用了特有的组织方式。协议的规定是为了使用方便、系统可靠。
4.2集中器软件
集中器系统软件使用汇编语言进行编写，这种语言具有功能浮点运算、编程灵活和移植性好等优点。软件要根据集中器要完成的功能，软件结构主要包括：主程序模块(集中器接收上位机的命令、集中器抄收下位载波电表的数据)、数据块、时钟模块等。
上位机下发给集中器的指令时，上位机与集中器建立通信链路后下发的全抄指令，应将存储在RAM中的所有电表数据发送至上位机；集中器和载波电表的通信主要指集中器根据上位机下载的定时抄收电表数据；根据上位机下发指令实时抄收电表数据。当上位机下发校时指令时，MCU可对时钟进行写操作，在定时抄表程序中，MCU要读取时间数据，与上位机下载时间相比较，从而执行相应的程序。
5结论
计量自动化的远程自动集中式抄表系统这几年发展很快，尤其是在低压电力线载波通信技术、传感器技术、计算机网络技术飞速进步的强劲支撑下，与计量自动化系统更加紧密地结合，并明显加快了融入大数据网络、集中式系统的自动化智能化技术的步伐。电力线载波通信技术在自动抄表系统中的应用，比较光纤通信有其相适应的应用环境和存在的条件，扬长避短可发挥出更大的优势，相信电力线载波通信技术与自动抄表系统结合的技术方案会有更加广阔的发展前景!
参考文献
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[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航天航空大学出版社，1993：12-15.
论文作者:林毅豪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/12
标签：集中器论文; 载波论文; 电力线论文; 数据论文; 通信论文; 上位论文; 电表论文; 《电力设备》2017年第30期论文;