一种分体式计量自动化终端故障检测设备及其检测方法与流程

本发明属于计量自动化终端故障检测与诊断领域，特别涉及一种分体式计量自动化终端故障检测设备及其检测方法。

背景技术：

作为智能电网的核心组成部分，计量自动化系统取得了广泛地推行和应用，相应的智能电表和电力终端也成为了发展的必然趋势。目前种类多样的计量自动化终端已经可以实现实时执行数据采集、终端参数查找、远程抄表、终端参数设置、保电功能、警报功能、剔除功能、数据传递以及用户信息确认等功能。但与此同时给相关人员带来的现场实时终端故障排查和故障处理工作任务也随之剧增，特别是计量自动化终端安装位于配电箱内部，空间狭小、操作不便，使得各地的电网公司面对较大的终端运行维护压力。

因此，亟需一种能够在计量自动化终端不同安装地点方便、迅速、准确地实现终端的故障检测和诊断设备。

技术实现要素：

本发明提供了一种分体式计量自动化终端故障诊断设备及其检测方法，解决在实际终端安装现场由于空间狭小而引起的操作不便，现有故障诊断工具功能单一等问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种分体式计量自动化终端故障检测设备，包括：故障诊断装置和计量自动化终端检测装置，所述故障诊断装置包括：故障诊断模块，通信模块，规约组帧模块，交流采样值读取模块，数据/日志存储模块及诊断报告生成模块，所述计量自动化终端检测装置包括：嵌入式处理器模块，rs485接口、rs232接口、红外接口、计量自动化终端远程通信模块、计量自动化终端本地通信模块、智能电表通信模块接口及电量采集模块；

所述嵌入式处理器模块，rs485接口、rs232接口、红外接口、计量自动化终端远程通信模块、计量自动化终端本地通信模块、智能电表通信模块接口及电量采集模块与所述嵌入式处理器连接，所述嵌入式处理器模块与所述通信模块无线连接，所述规约组帧模块、数据/日志存储模块、交流采样值读取模块分别与所述通信模块连接，所述故障诊断模块与所述规约组帧模块连接，所述诊断报告生成模块与所述数据/日志存储模块连接。

优选的，上述技术方案中，所述嵌入式处理器模块与所述通信模块通过wifi热点或路由模块进行无线连接。

优选的，上述技术方案中，所述故障诊断装置还包括参数设置/查询模块，所述参数设置/查询模块与所述规约组帧模块连接。

优选的，上述技术方案中，所述故障诊断装置还包括权限管理模块和本地维护模块，所述权限管理模块和本地维护模块与所述通信模块连接。

为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种分体式计量自动化终端故障检测方法，采用上述分体式计量自动化终端故障检测设备，包括以下步骤：

步骤51，故障诊断模块通过规约组帧模块进行通信组帧，由通信模块下发给嵌入式处理器，以调用电量采集模块读取当前接入电量采集模块的第一三相电参数值；

步骤52，电量采集模块将采集到的第一三相电参数值回传至嵌入式处理器模块，嵌入式处理器模块将第一三相电参数值进行编码组帧；

步骤53，通过通信模块接收到步骤52的通信帧，通过交流采样值读取模块解析该通信帧，并在数据/日志存储模块中保存当前接入电量采集模块的第一三相电参数值；

步骤54，故障诊断模块通过规约组帧模块生成控制待检测对象采集当前接入待检测计量自动化终端的第二三相电参数值的指令，通过通信模块下发给嵌入式处理器模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤55，嵌入式处理器模块接收到步骤54的通信帧指令后，通过rs232接口将该帧数据转发至待检测计量自动化终端；

步骤56，待检测计量自动化终端收到步骤55的通信帧后读取当前接入装置的第二三相电参数值；

步骤57，待检测计量自动化终端将采集到的第二三相电参数值转化成通信帧后通过rs232接口返回嵌入式处理器模块；

步骤58，嵌入式处理器模块将步骤57的通信帧发送至通信模块，通过规约组帧模块解析该通信帧，并在数据/日志存储模块存储第二三相电参数值；

步骤59，故障诊断模块对比第一三相电参数值和第二三相电参数值，当不一致时则判断出现接线错误。

为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种分体式计量自动化终端故障检测方法，采用上述分体式计量自动化终端故障检测设备，包括以下步骤：

步骤61，故障诊断模块通过规约组帧模块生成获取待检测计量自动化终端的遥信接口数据的数据帧指令，通过通信模块下发给嵌入式处理器模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤62，嵌入式处理器模块接收到步骤61的通信帧指令后通过rs232接口转发至待检测计量自动化终端；

步骤63，待检测计量自动化终端装置收到步骤62的通信帧后，获取遥信接口当前状态数据的通信帧通过rs232接口发回嵌入式处理器模块，由嵌入式处理器模块发送至通信模块，再由通信模块发送至数据/日志存储模块保存；

步骤64，再次重复步骤61-步骤63再次获取待检测计量自动化终端的遥信接口数据，故障诊断模块逐一比对两次遥信接口数据，若发现某一遥信状态没有发生变位，既显示对应遥信接口有故障。

为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种分体式计量自动化终端故障检测方法，采用上述分体式计量自动化终端故障检测设备，包括以下步骤：

步骤71，故障诊断模块通过规约组帧模块生成获取待检测计量自动化终端的通信模块的硬件接口数据的数据帧指令，通过通信模块下发给嵌入式处理器模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤72，嵌入式处理器模块接收到步骤71的通信帧指令后，通过rs232接口转发至待检测计量自动化终端；

步骤73，待检测计量自动化终端立即进行一次抄表动作，被抄表的参数通过rs485接口回传至通信模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；同时故障诊断模块中运行有模拟电表装置，当接收到抄表帧后，将固定的返回值作为标准值回传至嵌入式处理器模块；

步骤74，嵌入式处理器模块接收到步骤73的通信帧后，通过rs485接口转发至待检测计量自动化终端；

步骤75，待检测计量自动化终端接收到步骤74的通信帧后，将数据转化为标准规约数据帧，并通过rs232接口发回；

步骤76，嵌入式处理器模块接收到步骤75的通信帧后，将标准规约数据帧转发至数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤77，故障诊断模块将步骤73和步骤76的抄表数据进行分别逐一比对，若发现某一抄表数据不一致，即显示规约有故障。

与现有的技术相比，本发明中的故障检测设备及检测方法，通过上位机终端故障诊断装置与下位机计量自动化终端检测装置建立映射通信连接；上位机读取下位机所采集的故障数据，并通过故障诊断分析，判断出是否存在接线错误、接口错误和通信规约是否合规等常见故障；有效地解决了在实际终端安装现场由于空间狭小而引起的操作不便，现有故障诊断工具功能单一等问题，能够方便、迅速地实现现场接口故障检测、接线错误检测和通信规约合规性检测三大功能，有效提高了计量自动化终端故障诊断的效率。

附图说明

图1是根据本发明的分体式计量自动化终端故障检测设备的原理框图。

图2是根据本发明接线故障诊断的流程图。

图3是根据本发明接口故障诊断流程图。

图4是根据本发明通信规约合规性检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，该实施例所提供的分体式计量自动化终端故障检测设备具体包括上位机和下位机。上位机和下位机之间通过wifi通信形式进行数据交换，以实现测试安装现场的灵活部署。下位机计量自动化终端检测装置包括：嵌入式处理器模块、rs485接口、rs232接口、红外接口、计量自动化终端远程通信模块、计量自动化终端本地通信模块、智能电表通信模块接口及电量采集模块(负责采集被检测对象安装处的三相电压、电流信号，其中电流信号可以通过直接连接ct二次侧接口和采用开口式电流传感器两种方式)，嵌入式处理器模块的型号为stm32f417；上位机故障诊断装置包括：故障诊断模块，通信模块，规约组帧模块，交流采样值读取模块，数据/日志存储模块，诊断报告生成模块，参数设置/查询模块、权限管理模块和本地维护模块。

其中，通信接口与嵌入式处理器等的连接方式为：

1、上位机可作为通用app软件装置运行于windows平板电脑上，其故障诊断过程中的数据流通过平板电脑的wifi通信通道接入由其包含的wifi热点(accesspoint,ap)/路由模块所建立起的无线局域网络，wifi热点/路由模块通过rj45网线与嵌入式处理器模块连接。

2、嵌入式处理器与rs485接口通过标准usart1接口连接。

3、嵌入式处理器与rs232接口通过标准usart2接口连接。

4、嵌入式处理器与红外接口通过标准usart3接口连接。

5、嵌入式处理器与计量自动化终端远程通信模块通过usart4接口连接，且兼容集中器远程通信模块接口和负控终端远程通信模块接口。

6、嵌入式处理器与计量自动化终端本地通信模块通过usart5连接，且兼容载波路由模块和微功率无线通信模块。

7、嵌入式处理器与智能电表通信模块接口通过usart6连接，且兼容载波模块和微功率无线通信模块。

8、嵌入式处理器与电量采集模块的数据接口通过spi1连接，且电量采集模块的电参数采样接口的电流输入部分包括：0～5a的电流互感器二次侧输出接口和0～100a的开口电流传感器输出接口。

其中，通信模块为故障诊断装置的底层软件功能模块，负责通过调用windows底层api函数与wifi热点/路由模块建立tcp连接，并且通过不同的socket接口映射不同的硬件通信端口，例如：诊断装置的ip地址为192.168.0.10，且rs485接口的usart收发缓冲区映射端口为50001、rs232接口的usart收发缓冲区映射端口为50002、红外接口的usart收发缓冲区映射端口为50003、计量自动化终端远程通信模块的usart收发缓冲区映射端口为50004、计量自动化终端本地通信模块的usart收发缓冲区映射端口为50005、智能电表通信模块接口的usart收发缓冲区映射端口为50006、电量采集模块的数据读取缓冲区的映射端口为50007。上位机故障诊断装置与下位机计量自动化终端检测装置通信接口的通信方式采用为映射端口、透明传输方式，嵌入式处理器所对应的usart1-6接口的收、发缓冲区域与tcp通信端口进行绑定。下位机的数据上行通信与usart1-6的接收缓冲器进行绑定映射，下位机的数据下行通信与usart1-6的发送缓冲区进行绑定映射，从而可实现故障诊断的数据流的完全透明传输。举例说明：故障诊断装置需要从rs485接口发送设定数据帧，具体如68h64h32h32h16h，该数据帧通过首先通过tcp通信协议传输至下位机计量自动化终端检测装置上，接收该数据帧的ip地址和端口号为192.168.0.10:50001，然后嵌入式处理器模块接收完毕该数据帧后，通过50001端口可判断出该数据帧为rs485接口所映射的端口，故最后通过将该数据帧写入rs485接口所对应的usart发送缓冲区，从而实现该数据帧从rs485接口发送。同理，如rs485接口接收被检测对象发送回至的数据帧，该数据帧将写入所述usart的接收缓冲区，嵌入式处理器模块将自动将该缓冲区数据透明传输至上位机所在的ip地址，且所对应的端口为50001。

该实施例中的规约组帧模块，负责将故障诊断过程中所使用到的与计量自动化终端装置通信用的专用通信规约进行组帧，规约组帧模块的上级输入对应的是故障诊断模块。

该实施例中的故障诊断模块，负责将计量自动化系统终端三种不同类型的故障检测(接口故障、接线错误和规约合规性检测)特定检测数据项通过规约组帧模块生成特定的、符合待检测设备所属的通信协议的数据帧。

该实施例中的参数设置/查询模块，负责下位机即，计量自动化终端故障检测装置自身的相关参数的设置与查询，具体有：各个通信模块的波特率设置、校验位设置、停止位设置、数据缓冲区大小设置、映射端口号设置等。同时还包含上述参数的查询。

该实施例中的权限管理模块，负责故障检测装置的登录权限管理与设置。具体权限包括：故障诊断模块中的故障诊断流程的读写或只读权限、参数查询/设置的只读或读写权限、诊断结果报告的只读或写权限。

该实施例中的交流采样值读取模块，负责与下位机，即电量采集模块的数据缓冲区直接映射通信，以实时读取装置本身所采集到的三相电压、三相电流、三相功率因数等参数，以和通过故障诊断模块和规约组帧模块读取的计量自动化终端本身测量点的三相电压、三相电流、三相功率因数等参数进行比对，从而得知计量自动化终端三相电压、电流接线是否错误。

该实施例中的数据/日志存储模块，负责实时记录故障诊断装置的每个诊断流程所对应的诊断内容，包括下行数据流和上行数据流，并且以时间戳为附属数据，以文本的形式存储起来。

该实施例中的诊断报告生成模块，负责当故障诊断模块中的故障诊断流程执行完毕后，根据故障诊断的数据/日志存储模块所记录的上下行数据和数据解析结果分析被检测计量自动化系统终端是否存在接线错误、接口错误和通信规约是否合规等常见故障。

该实施例中的装置本地维护模块，负责对故障诊断软件和故障诊断硬件中的嵌入式处理器模块软件程序进行维护升级操作。

如图2所示，为了更方便的理解本发明实施例，以接线错误为例，进行故障诊断过程的分步说明：

步骤1，故障诊断模块通过规约组帧模块进行通信组帧(目的是请求计量自动化终端检测装置从电量采集模块端口接入该装置的给定标准源，即电压、电流、有功功率、无功功率、频率等三相电参数值)，由通信模块下发给嵌入式处理器；

步骤2，嵌入式处理器调用电量采集模块读取当前接入电量采集模块的给定标准源的的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等第一三相电参数值；

步骤3，电量采集模块将采集到的第一三相电参数值回传至嵌入式处理器模块，嵌入式处理器模块根据约定的私有通信协议将第一三相电参数值进行编码组帧；

步骤4，通过通信模块接收到步骤3的通信帧，通过交流采样值读取模块解析该通信帧，并在数据/日志存储模块中保存当前接入电量采集模块的第一三相电参数值；

步骤5，故障诊断模块通过规约组帧模块生成控制待检测对象采集当前接入待检测计量自动化终端的第二三相电参数值的指令，通过通信模块下发给嵌入式处理器模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤6，嵌入式处理器模块接收到步骤5的通信帧指令后，通过透明转发机制，将该通信帧指令后由rs232接口将转发至待检测计量自动化终端；

步骤7，待检测计量自动化终端收到步骤6的通信帧后读取当前接入装置的给定标准源的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等第二三相电参数值；

步骤8，待检测计量自动化终端将采集到的第二三相电参数值转化成通信帧后通过rs232接口返回嵌入式处理器模块；

步骤9，嵌入式处理器模块将步骤8的通信帧发送至通信模块，通过规约组帧模块解析该通信帧，并在数据/日志存储模块存储第二三相电参数值；

步骤10，故障诊断模块对比第一三相电参数值和第二三相电参数值，当不一致时则判断出现接线错误。

如图3所示，同接线错误故障诊断方法类似，本发明的接口故障诊断过程(以遥信接口故障诊断为例进行说明)如下：

步骤1，故障诊断模块通过规约组帧模块进行通信组帧，通过通信模块下发给计量自动化终端检测装置，该通信帧的目的是将故障诊断装置的继电器输出接口(do)复位，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤2，故障诊断模块通过规约组帧模块生成获取待检测计量自动化终端的遥信接口数据的数据帧指令，通过通信模块下发给嵌入式处理器模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤3，嵌入式处理器模块接收到步骤2的通信帧指令后，通过透明转发机制，将该帧数据通过rs232接口转发至待检测计量自动化终端；

步骤4，待检测计量自动化终端装置收到步骤3的通信帧后，获取遥信接口当前状态数据的通信帧通过rs232接口发回嵌入式处理器模块；

步骤5，由嵌入式处理器模块通过透明转发机制，将该帧数据通过tcp协议发送至通信模块，再由通信模块发送至数据/日志存储模块保存；

步骤6，再次重复步骤1-步骤5再次获取待检测计量自动化终端的遥信接口数据，故障诊断模块逐一比对两次遥信接口数据，若发现某一遥信状态没有发生变位，既显示对应遥信接口有故障。

如图4所示，本发明的通信规约合规性检测过程如下：

步骤1，故障诊断模块通过规约组帧模块进行通信组帧，通过通信模块下发给计量自动化终端检测装置，该通信帧的目的是将待检测计量自动化终端的抄表参数写入(以rs485为抄表口为例)，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容。

步骤2，故障诊断模块通过规约组帧模块生成获取待检测计量自动化终端的通信模块的硬件接口数据的数据帧指令，通过通信模块下发给嵌入式处理器模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤3，嵌入式处理器模块接收到步骤2的通信帧指令后，通过透明转发机制，将该帧数据通过rs232接口转发至待检测计量自动化终端；

步骤4，计量自动化终端检测装置的rs485口与待检测计量自动化终端的rs485抄表口相连，待检测计量自动化终端立即进行一次抄表动作，被抄表的参数通过rs485接口回传至嵌入式处理器模块；

步骤5，嵌入式处理器模块将抄表数据传回通信模块，并且通过数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤6，同时故障诊断模块中运行有模拟电表装置，当接收到抄表帧后，将固定的返回值作为标准值回传至嵌入式处理器模块；

步骤7，嵌入式处理器模块接收到步骤6的通信帧后，通过透明转发机制，将该帧数据通过rs485接口转发至待检测计量自动化终端；

步骤8，待检测计量自动化终端接收到步骤7的通信帧后，将数据转化为标准规约数据帧，并通过rs232接口发回；

步骤9，嵌入式处理器模块接收到步骤8的通信帧后，将标准规约数据帧转发至数据/日志存储模块保存通信帧内容；

步骤10，故障诊断模块将步骤5和步骤9的抄表数据进行分别逐一比对，若发现某一抄表数据不一致，即显示规约有故障。

根据上述说明，本发明所提供的计量自动化系统故障检测软件以及对应的故障检测装置在实际使用中可有效完成计量自动化终端常见的接口故障、接线错误和通信规约合规性检测。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。