基于业务系统采维一体化培训及考核装置的制作方法

本发明属于电力营销计量行业领域，涉及一种低压集抄系统的模拟平台，具体涉及一种基于业务系统采维一体化培训及考核装置。

背景技术：

从上个世纪末开始，我国电力系统以前所未有的速度迅猛发展，配合国家经济发展的需要，智能电网的建设已在各电网公司全面铺开，智能电网很重要的一个建设环节就是电力用户用电信息釆集系统的建立。电力用户用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行釆集、处理和实时监控的系统。

低压电能计量集抄技术应用系统——低压集抄系统，是一种与电力营销紧密联系的自动化技术，具有对公变台区居民电表进行远程自动化抄表和计算功能，结合银行代扣收费方式，有效提高了电力系统抄表、收费以及结算效率。为供电企业和广大用户提供了准确、简单便捷的收缴电费手段。抄录数据的准确性、实时性，又为用电管理、分析、监察、线损等的计算提供有效依据，提高了供电企业用电管理水平。

利用电力线作为通信介质实现电力线载波集中抄表是完成电力行业自动抄表的最佳解决方案。如图1所示，为目前常用的低压集抄系统，其由电能表、采集器、集中器和主站系统组成。电能表用于计量用户的用电量，采集器通过rs485或plc(电力载波)等通讯方式把电能表的电能量数据上传至集中器，集中器再通过无线公网上传到主站管理系统。

安装在用户电能表侧的采集器或直接使用的载波模块，采集并存储电能表数据，并与采集器或集中器进行双向通讯，集中器再通过无线公网将电能量数据发送至主站。

与中、高压电力线的载波通信不同,低压配电网由于直接面向用户这一固有特点使其通信环境极其恶劣。如负荷情况复杂,噪声干扰强且具有时变性,信号衰减大,信道容量小等。因此,低压集抄系统下行通讯部分通讯媒介是以低压电网电力线载波信号通过低压电网进行传输的，在现场不可避免的出现个别的台区受到电网的干扰、信号衰减等情况导致载波通讯异常。

采集和运维人员如何通过技术培训，更加清晰的判断现场存在的问题，能够及时高效的处理常见问题，是急待解决的问题。

原有集抄实训台仅能通过硬件上设置物理连接断点来模拟存在的集抄故障，且只能模拟485通讯线断开等简单的集抄故障情况，而其他各类型的集抄故障只能通过人工事先设置才能生效。为适应集抄自主运维岗位需学习、掌握多方面集抄运维故障的排查和处理的需要，急需开发有一种基于业务系统采维一体化培训及考核装置，通过后台软件设置来模拟各类可能存在的集抄常见故障，如载波干扰、设备参数异常等，提高和加深参训人员的知识掌握程度，并可通过该实训台对相关参训人员进行技能考核，让被考核人员在无明显故障点的情况下通过相应的集抄排障工器具(如485检测器、掌机、抄控器等)来找出故障原因和故障位置，满足日常采维一体化工作的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，在基于实际业务系统环境下，通过各种技术模拟手段，提供一种对采维一体化系统内各个独立的釆集设备及整个低压集抄系统进行后台读取和控制，模拟出各类现场可能出现的低压集抄故障，培训和测试采维一体化工作人员在集抄故障环境下的故障定位和故障处理能力的仿真培训及测试装置。

本发明采用的技术方案如下：一种基于业务系统采维一体化培训及考核装置，包括模拟现场台区及与所述现场台区通过公网进行通信的虚拟台区，其中，所述模拟现场台区安装有集中器、采集器及电能表，所述虚拟台区包括模拟主站，所述模拟主站通过上层通信网路连接多个集中器，各个所述集中器通过底层通信网路连接采集器或载波电能表，各个所述采集器有线连接rs485通讯电表。

进一步地，所述模拟主站包括前置机采集层、物理隔离层、计算服务层、数据处理层以及业务应用层，其中，

所述前置机采集层，连接所述物理隔离层及采集设备层，其包括前置机和定时采集两个模块，前置机主要负责对终端通道的管理及在终端和主站其他模块之间转发各种请求，包括数据召测、参数设置、参数召测、控制命令，定时采集模块负责定时采集原始数据；

所述物理隔离层，分别连接前置机采集层和计算服务层，负责将数据采集层和应用层隔开，同时又提供特定的api使用户能够以编程的方式通过正/反向物理隔离装置，为内外网数据交互提供软件通道；

所述计算服务层，负责针对各种采集数据进行统计、分析、计算以提供应用层展现所需要的数据；

所述数据处理层，分别连接计算服务层和业务应用层，负责针对各种采集数据进行统计、分析、计算以提供应用层展现所需要的数据；

所述业务应用层，负责提供操作本系统的交互界面。

进一步地，所述上层通信网路包括无线宽带、gprs通信、cdma通信、光纤通信、串口通信、拨号通信、短距通信及电力载波通信中的一种或几种。

进一步地，至少在所述底层通信网路上还设置有载波信号故障测试单元，其中，所述载波信号故障测试单元包括载波信号减弱测试单元和载波信号干扰测试单元。

进一步地，所述载波信号减弱测试单元包括电能计量单元，所述电能计量单元通过一单刀多掷开关分别连接有多条支路，各条支路上分别设置rlc电路模拟长距离传输线路、大阻抗串联模拟大阻抗电路、正常载波发生电路模拟正常运行电路、以及无载波发生电路模拟载波信号缺失电路，各模拟电路连接至底层通信网路。

进一步地，所述载波信号干扰测试单元包括由多个软开关依次串联形成的支路，该支路与所述载波信号减弱测试单元的各支路并联，所述多个软开关分别并联有干扰信号发生器。

进一步地，所述干扰信号发生器通过对可编程逻辑阵列cpld模块或者现场可编程逻辑阵列芯片fpga编程获得随机脉冲干扰信号。

进一步地，所述底层通信网路包括电缆信号传输网路。

与现有技术相比，本发明所提供的基于业务系统采维一体化培训及考核装置，达到了如下效果：

1、利用采维一体化培训台模拟现场台区，安装相关集中器、采集器、以及各种电表和线路，在计量自动化系统中建立虚拟台区，通过公网通信与计量自动化系统的虚拟台区建立对应关系，可进行采维一体化班组人员的装表、后台参数设置、联调等项目的培训及考核，实现采维一体化这一个新工种的培训及考核。

2、利用软硬模拟故障仿真技术，在采维一体化培训台设置各种常见故障，进行采维一体化班组人员故障查找等维护项目的培训及考核。以此培养学员对集抄故障的判断和分析的能力，以及对集抄故障的排除能力，从而在工作中实现在现场一次性地解决问题。

3、利用采维一体化培训台进行兼容性测试，可通过后台设置和监控，记录相关的测试结果，避免了人工测试过程的遗漏与疏忽，确保了测试数据的真实性，实现测试结果的查询和追溯。通过兼容性测试功能的使用，明晰各个厂商和各个时期集抄设备的兼容性，在进行现场故障处理前提前准备好与现场运行集抄设备兼容的备品备件，避免来回跑而无谓地浪费工作精力。

4、通过在前置机设置eft发生器和/或防浪涌发生器，能够模拟电磁干扰，对采集器性能进行测试。

附图说明

图1是现有技术中一种常用的低压集抄系统的结构原理图。

图2是本发明所述的采维一体化培训及考核装置的整体结构示意图。

图3是本发明所述的采维一体化培训及考核装置的模拟主站与模拟台区的系统业务图。

图4是本发明一个实施例中载波信号减弱测试单元的电路结构图。

图5为本发明一个实施例中载波信号干扰测试单元的电路结构图。

图6是本发明一个实施例中eft发生器的电路结构图。

图7是本发明一个实施例中防浪涌发生器的电路结构图。

图8是本发明一个实施例中高压直流电源的电路结构图。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定部件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本新型的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

参照附图2，本发明所公开的一种基于业务系统采维一体化培训及考核装置，主要用于模拟安装相关集中器、采集器、以及各种电表和线路，在计量自动化系统中建立虚拟台区，通过公网通信与计量自动化系统的虚拟台区建立对应关系，可进行采维一体化班组人员的装表、后台参数设置、联调等项目的培训及考核，并最终实现采维一体化这一个新工种的培训及考核。该采维一体化培训及考核装置利用软硬模拟故障仿真技术，在采维一体化培训台通过模拟主站对集中器、采集器、电表或者通讯链路等设置各种常见故障，进行采维一体化班组人员故障查找等维护项目的培训及考核，以此培养学员对集抄故障的判断和分析的能力，以及对集抄故障的排除能力，从而在工作中实现在现场一次性地解决问题。

具体来说，参照图2所示，所述采维一体化培训及考核装置，包括模拟现场台区及与所述现场台区通过公网进行通信的虚拟台区，服务器采用公网方式接入internet，如adsl拨号宽带上网，申请公网固定ip地址，取得与虚拟台区的联系，所述模拟现场台区安装有集中器、采集器及电能表，所述虚拟台区包括模拟主站，所述模拟主站通过上层通信网路连接多个集中器，各个所述集中器通过底层通信网路连接采集器或载波电能表，各个所述采集器有线连接rs485通讯电表。上层通信网可以是宽带无线、gprs、短距无线或者电力线载波等通讯方式，底层通信网路可以是

所述模拟台区由多个集中器、多个采集器和多块电能表电连接组成，所述电能表包括普通的rs485通讯电表和载波电表，所述主站平台通过通讯信道(无线、有线、电力线载波等信道)将多个电能表电能量的记录值(窗口值)的信息集中抄读。集中器收集各采集器或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换。采集器用于采集多个或单个电能表的电能信息，并可与集中器交换数据。模拟平台另外一个主要的作用还在于对集中器和采集器的参数的修订和调试。当所述电表为带rs485通讯线的普通电表时，所述普通电表通过所述采集器连接所述集中器；当所述电表为载波电表时，所述载波电表直接连接所述集中器，而集中器直接与模拟主站进行数据交互。模拟主站属于整个计量自动化系统的信息采集与控制中心，通过远程通信通道或与下级单位系统接口对计量自动化终端的信息进行采集和控制，并进行分析和综合处理。

从系统架构上划分，整个所述系统总体可分为采集设备层、通讯信道层、前置机采集层、物理隔离层、计算服务层、应用层。其中主站系统包括除采集对象层以外的所有环节。采集设备层为模拟的现场台区。

采集设备层是计量自动化系统的信息底层，负责收集和提供整个系统的原始用电信息。该层可分为终端子层和计量设备子层，终端子层收集用户计量设备的信息，处理和冻结有关数据，并实现与上层主站的交互；计量设备层实现用电计量等功能。

通讯信道层负责提供各种采集设备接入计量自动化系统的通道，是主站和采集设备的纽带，提供了各种可用的有线和无线的通信信道，为主站和终端的信息交互提供链路基础，支持gprs/cdma无线通道、光纤网络、串口、电话拨号等多种通道。

前置机采集层包括前置机和定时采集两个模块，前置机主要负责对终端通道的管理及在终端和主站其他模块之间转发各种请求，包括数据召测、参数设置、参数召测、控制命令等；定时采集模块负责定时采集原始数据。

物理隔离层负责将数据采集层和应用层隔开，同时又提供特定的api使用户能够以编程的方式通过正/反向物理隔离装置，为内外网数据交互提供软件通道。

计算服务层负责针对各种采集数据进行统计、分析、计算以提供应用层展现所需要的数据。

数据处理层负责对各种采集、计算数据进行入库以及为其他系统提供所需要的数据，如接口等。

业务应用层负责提供操作本系统的交互界面，方便用户进行日常工作。

所述采集设备层，安装配备有多个集中器、采集器、电能表，进行模拟计量和考核。比如，1)电表参数设置培训考核：通过业务系统主站对电能表设置以下参数项：资产编码(电能表自身参数)、操作类型(有效/无效)、表地址(电能表自身参数)、通讯方式(模拟量/485表)、485端口(载波通道/端口1)、电表类型(单相电子表/多功能表)、测量点通信规约(97规约/07规约)、波特率(1200/2400)。2)采集器参数设置培训考核：采集器地址(采集器自身参数)。3)集中器参数设置培训考核：终端地址(集中器自身参数)、终端资产编号(集中器自身参数)、规约名称(集中器自身参数)。4)新增表计的联调：在相应集中器新增低压用户，录入相关信息(户名、户号、表计资产号、表地址等)，下发档案后召测核查。包括：a)ⅱ型集中器方式的安装(主站+ⅱ型集中器+rs485电能表)：在相应台区新增ⅱ型集中器，录入相关信息后迁移相关的低压用户至该集中器，确认后下发档案并召测核查；b)全窄带载波方式的安装(主站+集中器+载波电能表)：在相应台区新增集中器，录入相关信息后迁移相关的低压用户至该集中器，确认后下发档案并召测核查；c)半窄带载波方式的安装(主站+集中器+采集器+rs485电能表)：在相应台区新增集中器，录入相关信息后迁移相关的低压用户至该集中器，确认后下发档案并召测核查；d)小无线(微功率)方式的安装(主站+集中器+采集器+rs485电能表)：在相应台区新增集中器，录入相关信息后迁移相关的低压用户至该集中器，确认后下发档案并召测核查；e)全宽带载波方式的安装(主站+集中器+载波电能表)：在相应台区新增集中器，录入相关信息后迁移相关的低压用户至该集中器，确认后下发档案并召测核查；f)半宽带载波方式的安装(主站+集中器+采集器+rs485电能表)：在相应台区新增集中器，录入相关信息后迁移相关的低压用户至该集中器，确认后下发档案并召测核查。

再请参照图2、图3所示，按照图2、图3的系统架构，搭建一个由各种型号的电子式电能表(包括感应式电能表)、采集器(电能计量终端)和集中器构成的模拟电能计量自动化系统，并在模拟主站与各电能数据采集单元之间按照dlt-645通信协议(包括97规约/07规约)规约要求(如图2)建立通信联系，并按照实际运行的模式对各单元进行设置，这样就可以实现设计要求中规定的对各电能计量单元的资产编码(电能表自身参数)、操作类型(有效/无效)、表地址(电能表自身参数)、通讯方式(模拟量/485表)、485端口(载波通道/端口1)、电表类型(单相电子表/多功能表)、测量点通信规约(97规约/07规约)、波特率(1200/2400)；采集器地址(采集器自身参数)采集器参数设置；以及各数据通信单元：集中器参数设置终端地址(集中器自身参数)、终端资产编号(集中器自身参数)、规约名称(集中器自身参数)的模拟仿真培训考核功能要求。

本发明实施例所述的基于业务系统采维一体化培训及考核装置，还可以实现常见故障的模拟仿真培训及考核。

电能计量装置在实际工作过程中可能会遇到各种各样的故障和干扰，按照该培训装置的设计构想，设计有如下几种实施方案：

a)载波信号减弱(长距离线路、大阻抗模拟)或载波信号缺失：这个类型的故障考虑采用多路开关控制的方式设计解决。

参照图4所示。开关k是一个多路开关，采用单刀多掷的方式，通过对开关k的软件控制，即可将该通路的信号传输方式设置为长距离线路(支路1，通过rlc电路实现)、大阻抗模拟(支路2，通过多个串联阻抗实现)、正常运行工作(支路3，通过正常载波发生电路实现)、以及载波信号缺失(支路4，不设置载波发生电路)电路的工作模式仿真培训。

b)载波信号干扰：通常来说，数据通信系统如果采用的介质是光纤，则不存在外界信号的干扰问题；若是电缆为信号传输介质，则有可能由于不同类型的负荷在启停过程中产生的高频冲击性电磁场，因电磁耦合原因在电缆中串入高频信号使得传输信号波形发生畸变(虽然发生几率很小)，对于这种干扰信号的模拟仿真，可以用硬件的方法实现，即：在图4所示电路中，另外增加一条分支支路(5号支路)，该支路会产生一个随机干扰脉冲群信号。图5中，每个开关并联有一个干扰信号发生器，多个开关之间又采用串联的方式。

随机信号可以采用单频率信号发生电路，通过软开关控制的方式随机选择不同频率组合叠加的方式实现(如图4)，也可以采用可编程逻辑阵列cpld模块或者现场可编程逻辑阵列芯片fpga，通过对器件的编程获得随机脉冲干扰信号。

如果是要模拟冲击性负荷对电能计量单元的干扰，则可在需仿真的单元附近设置一个强电磁场发生电路，通过开关控制模拟实现外界干扰对电能计量装置通信的影响情况。

c)通信线(485线)故障现象模拟仿真：这个故障的仿真考虑设计一个单独的满足dlt-645协议通信要求的485通信接口，并将其作为一个模拟电能计量单元接入图2所示的电能计量自动化系统中，且按照图2与模拟主站建立联系，以完成故障仿真。

在该485通信接口的设计中，利用软开关技术实现485线断线、反接等故障现象的模拟，即：在485的出线端通过开关控制的方法完成输出信号线断线、反接的功能。

d)集中器故障现象模拟仿真：这部分内容考虑采纳汕头供电局提供的方案，即：通过编写的后台软件利用rs232通信口对集中器进行参数变更设置的方法，实现集中器时标异常、集中器程序故障和参数故障等各类可能出现的故障的模拟仿真。

本发明实施例中通过各种技术模拟手段，提供一种对采维一体化系统内各个独立的釆集设备及整个低压集抄系统进行后台读取和控制，模拟出各类现场可能出现的低压集抄故障，基本能够满足培训和测试采维一体化工作人员在集抄故障环境下的故障定位和故障处理能力的仿真培训及测试，具有较大的实用性。

由于前置采集器负责数据的采集及转发，故需要设置相应的保护机制，防止被电磁干扰，影响信号的采集，作为本发明的一个优选的方式，参照图6所示，在所述模拟主站的前置机采集层还设置有eft发生器，其中，所述eft发生器包括高压直流电源u、脉冲电容cs、主电路开关k、脉冲形成电阻rs和阻抗匹配网络rm、cd组成，所述高压直流电源u的正极连接通过一负载电阻r分别连接脉冲电容cs和主电路开关k的一端，所述脉冲电容cs的另一端连接电源u的负极，所述主电路开关k的另一端分别连接脉冲形成电阻和阻抗匹配网络rm、cd，所述阻抗匹配网络连接各个前置机。所示高压直流电源u的电路结构如图8所示，它的工作原理是:首先通过整流桥把交流变换成直流。然后进行半桥式功率变换,将直流斩成交流的高频方波。最后再经过倍压整流电路得到所需要的直流高压。所述主电路开关可采用zqm1-130/10型号氢闸流管作主电路开关，氢闸流管是一种热阴极低气压气体放电器件,具有导通时管压降小、电离时间和消电离时间短、体积小、质量小、工作稳定、寿命较长等优点。氢闸流管由阳极、阴极、栅极、灯丝和氢气发生器构成。所述eft发生器输出信号的重复频率为5khz，脉冲群持续时间为15ms，周期为300ms,在50欧姆匹配负载上,脉冲的上升时间5ns，持续时间50ns。其体积小，发热量小，效率高。

参照图7所示，作为本发明另一个优选的实施方式，在所述模拟主站的前置机采集层还设置有防浪涌发生器，所述防浪涌发生器包括高压直流电源u、脉冲电容c、主电路开关k与多个电阻构成的脉冲形成网络，其中，所述高压直流电源的正极连接通过一负载电阻分别连接脉冲电容和主电路开关的一端，所述脉冲形成网络通过第一电阻r2，以及依次串联的第二电阻r3、电感l、第三电阻r4形成的支路组成，其中，所述第一电阻和前述支路并联。所述浪涌发生器输出开路电压波的上升时间1.2us,持续时间50us,短路电流波的上升时间8us,持续时间20us。

本发明通过在前置器外接或者内设eft发生器和/或防浪涌发生器，可模拟发声高频或低频信号，能够模拟电磁干扰，对采集器性能进行测试。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。