南方电网负荷管理终端RS485通信快速检测方法研究

●刘茵 李睿君

一、引言

电网的负荷管理终端是安装于专变用户现场用于现场服务与管理的终端设备，实现对专变用户的远程抄表、电能计量、设备工况、客户用电负荷与电能量监控等功能。 南方电网负荷管理终端RS485的正常通信是其实现数据采集功能的基础，但电能量采集数据的缺失不利于计量自动化系统对客户结算、线损分析等功能应用，因此需要对每一台负荷管理终端的RS485模块进行通信检测。目前，传统的RS485通信检测方法需要将终端连接实体电能表，并人工输入测量点参数，待终端将电能表数据抄回后，核对终端内的测量点数据，以此验证RS485通信功能是否正常。同时实体表连接强电端子，在引线切换过程中很容易发生误碰而导致人身触电。传统检测方法存在的问题主要是需要人工设置的参数较多、终端抄表间隔影响试验效率、外接电能表存在一定人身安全风险。

本文研究一种简单实用的快速检测负荷管理终端RS485通信功能的方法，通过利用南网计量自动化终端的中继转发功能可以有效解决抄表间隔以及参数设置的影响；利用模拟表替代实体表能够规避外接电能表所带来的人身安全隐患问题；同时监控RS485上下报文用于问题的查找和分析，并且能够一键式修改终端通讯参数、终端内测量点参数。

二、负荷管理终端RS485通信快速检测方法原理

负荷管理终端RS485通信快速检测方法以工业PDA和无线通讯装置为载体,模拟表集成在检测软件中。工业PDA设备具有4.5英寸高清IPS/AFFS分别率显示屏和蓝牙通信功能，和无线通讯装置通过蓝牙方式连接。无线通讯装置主要包括处理器和电源模块。工业PDA的处理器采用16位单片机，具备3个串口，串口0用于蓝牙通信，串口1用于485通信，串口2用于红外通信；处理器分别连接RS485通信模块、红外通信模块和蓝牙通信模块。 工业PDA的电源模块连接并为处理器、RS485通信模块、红外通信模块和蓝牙通信模块提供电源。电源模块内连锂电池，锂电池连接并由充电模块充电。

通过完善模拟表程序功能，方便检测人员修改模拟表内部参数，主要包括模拟表地址、模拟表波特率等，取代传统修改终端参数的方式。保证一次修改完成对所有终端的检测，避免大量人力陷于修改参数的重复工作，从技术上减少参数设置所消耗的时间。

试验过程主要有：（1）检测软件通过红外将中继转发报文下发给终端；（2）终端接收指令后经RS485将下行报文发送给无线通讯装置；（3）无线通讯装置将接收到的下行报文通过蓝牙传输至模拟表；（4）模拟表收到报文后响应并将电能数据通过无线通讯装置上传到终端RS485；（5）终端将模拟表上送的电能数据通过红外返回检测软件；（6）测试人员核对抄回的数据是否一致，数据一致则检测通过。检测方法的原理框图如图1所示。

图1 负荷管理终端RS485通讯快速检测方法原理框图

该方法利用负荷管理终端中继转发的功能，直接经过负荷管理终端RS485模块召测模拟表或者实体表的电量数据，从而判断负荷管理终端RS485模块的通断。通过检测软件能够将终端通讯参数、测量点参数新建修改后保存为模板，一键下发给负荷管理终端，有效解决参数设置对RS485模块通断检测的影响。同时，通过模拟表检测负荷管理终端RS485模块通断，不需要连接强电端子，也就大大降低了人身触电的风险。

三、负荷管理终端RS485通信快速检测方法

负荷管理终端RS485快速检测方法包括利用模拟表进行快速检测、利用实际电能表进行快速检测两种方法。

（一）利用模拟表进行RS485通信快速检测

测试时，在一级菜单选择“485测试”进入透传测试。选择“模拟电表”，自行设置电表参数：电表地址、波特率、RS485端口号、正向有功数据块。数据设置完成后点击“开始”，召测“正向有功数据块”命令从手持无线设备的红外口向负荷管理终端光电通讯口发送，命令由负荷管理终端中继转发，经过RS485线传输到无线通信装置，转换成蓝牙通信发送至模拟表。模拟表收到召测“正向有功数据块”命令后将数据以相同的路径返回到手持移动设备，通过对比模拟表自身的正向有功数据与返回的数据，直观判断出负荷管理终端RS485通讯口的通断，如图2所示。

图2 透传测试判断负荷管理终端RS485模块通断

（二）利用实际电能表进行RS485通信快速检测

当负荷管理终端连接实体电表时，可以在“透传测试中”选择“真实电表”，设置好电表地址后，点击“开始”就可以发送召测“正向有功数据块”命令给实体电表。命令由手持设备红外口发出，经负荷管理终端光通信口，由负荷管理终端RS485传输到实体电表。实体表接收到命令以相同的路径返回数据。

（三）终端参数的设置与修改

测试前，将无线通讯装置红外口对准负荷管理终端的光电通信口，打开负荷管理终端编程键。测试时，进入RS485检测软件选择“终端档案”，终端通信参数、终端内测量点参数均可以配置各个参数项并保存作为模板。“终端参数”系统默认有“移动/联通负荷管理终端”“电信负荷管理终端”两个终端通讯参数模板。“测量点参数”可以修改配置测量点地址、状态、性质等，勾选“一键配置”点击开始，参数下发的命令由蓝牙传输至无线通讯装置，转换成红外信号发送给负荷管理终端，完成参数下发的任务，软件界面弹出“参数下发成功”的提示框。

四、负荷管理终端RS485通信快速检测方法技术创新点

负荷管理终端RS485通信快速检测方法主要有三个关键技术创新点：基于模拟表的电能表替代技术，采用中继转发技术，针对无线通讯装置的通讯转换技术。

（一）基于模拟表的电能表替代技术

在传统检测负荷管理终端RS485通讯时，被抄读的实体表是在检定装置上取100伏或者220伏电源的，因此需要找到与负荷管理终端的电压匹配的实体表才能开始检测。匹配电能表需要时间也具有局限性， 并且存在误碰强电端子导致人身触电的风险。采用软件模拟电能表，可以修改模拟表地址、接线方式、通信规约、电量数据等参数。另外，模拟表不需要外接强电电源，不存在电压匹配的局限性，提高了检测的安全性。

（二）采用中继转发检测技术

《中国南方电网有限责任公司负荷管理终端技术规范》中规定，中继转发为负荷管理终端的必备功能。本文利用负荷管理终端中继转发能够实现主站与电能表之间直接通信，不需要配置负荷管理终端的测量点参数，通过检测软件模拟主站召测模拟表正向有功数据块。测试时，检测软件召测正向有功数据块的命令和模拟表返回的数据都需要经过负荷管理终端RS485转发，从而能够达到检测负荷管理终端RS485通讯通断的目的。中继转发数据标识编码格式按表1定义。

表1 中继转发数据标识编码

（三）针对无线通讯装置的通信转换技术

数据传输的顺利转换是RS485快速检测实现的基础。无线通讯装置可以完成红外通信、蓝牙通信和RS485通信三种数据传输方式之间的转换，在本文讨论的方法中，模拟表与计量终端之间的数据传输是通过蓝牙通信与RS485通信两种传输方式之间的转换实现。在召测和配置终端通讯参数、测量点参数时，数据传输需要在红外通信和蓝牙通信之间转换。

五、负荷管理终端RS485通信快速检测方法实施效果

（一）提升检测过程安全水平

传统检测负荷管理终端RS485通讯的方式，需要在实体电能表加100伏或者220伏强电电压，一般在检定装置上取电，在切换RS485测试线时很容易误碰强电端子，导致人身触电、设备损坏等事故发生。通过软件模拟的模拟表本身不需要接强电，依靠锂电池充电提供工作电源，操作时安全性得到了极大的提升。工业PDA的体积相对于传统方法中的实体表要小巧很多，便于在计量运维现场携带和使用。

（二）简化了测试流程

通过传统方法检测流程（图3）和检测改进方法流程（图4）对比，使用改进方法可以简化测试流程，去除了找到电压匹配电能表、设置终端内测量点参数的步骤，由原来的6个步骤优化为4个步骤。

图3 传统方法检测流程

图4 改进方法检测流程

（三）提高检测效率

经对检测时间的数据收集获得大量的传统方法检测时间和改进后检测时间的数据，并得到检测时间对比箱线图（图5），从箱线图可以看出检测方法改进后节省负荷管理终端RS485检测时间，平均检测时间由原来的150秒/只缩短到20秒/只，效率提高了7.5倍。

图5 检测时间对比箱线图

（四）节约劳动成本

优化、简单、便捷的接线方式缩短了检测时间，提高了工作效率，节约了劳动力成本，提高企业的效益。按照每年实验室检测终端9000只工作量折算，节约工时325个小时。若每批能检测24只负荷管理终端，每批终端检测时间为3小时，可增加终端检测量2600只，节约劳动力成本约41.6万元。

六、结语

本文分析了传统的南方电网负荷管理终端RS485检测方法存在的需要人工设置的参数较多，终端抄表间隔影响试验效率，外接电能表存在一定人身安全风险等问题，提出一种RS485通讯模块快速检测方法。该方法提出用模拟表代替实体表，利用中继转发技术进行RS485通讯的检测，能够提高RS485检测效率、降低操作难度、提升操作安全水平，可在电力系统内供电局计量实验室和现场运维负荷管理终端推广使用。