一种电力数据多路通讯系统及多路集中抄表系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力数据多路通讯系统，包括主站终端，PLC网络，集中器以及仪表，所述主站终端、集中器和仪表通过PLC网络加以通信耦合，其进一步包括设置在集中器端的集中器端模块，以及设置在仪表端的表端模块，所述集中器端模块通过电力线协议连接表端模块。本发明还公开了一种多路集中抄表系统。本发明通讯模块是智能节点，由智能模块互相作用进行瞬间组网，组网不受集中器控制；通讯实时，速度快，稳定；充分利用物理层芯片的智能特性，在物理层的基础上，在组网机制上进一步提高系统的抗衰减和抗噪声的能力；在芯片CSMA基础上解决了网络时序、网络冲突、网络效率、重复数据包有效检测等技术难点，保证了通讯的稳定可靠。
【专利说明】一种电力数据多路通讯系统及多路集中抄表系统
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及电力系统电力数据多路通讯系统，进一步涉及基于其实现的多路集中式抄表系统。
【背景技术】
[0002]在当前电力系统中，电力线载波(PLC)通信技术的优势是众所周知的，它是一个现成的、覆盖范围最广的通信信道，在花费最少的情况下就可以组成智能通信网络。但电力线上的高衰减、高噪声、时变性大的特点又是低压电力线载波通信技术的巨大技术障碍。另夕卜，低压电力线载波技术的应用又受到载波频率、发射幅值、谐波污染等指标的限制，使系统当中节点之间的通信距离大大缩短，因此，在低压电力线载波通讯技术当中引入了中继的概念。中继的使用增强了节点抗衰减能力，提高了系统的通讯效率，但同时也使中继的选择成为一个新的技术难点，也就是组网技术的技术难点。
[0003]载波通讯的优点:(I)电力线载波通信利用的是现有的电力基础设施——电网，这个传输媒介是全球覆盖最大的网络，用电力线做接入无需新布线就可以用到有电的地方就有宽带接入；(2)安装简单、设置灵活，为用户实现宽带互联带来很多方便，能实现智能家庭自动化；(3)现有技术中，已经可以满足对带宽要求较高的用户需求；(4) PLC网络建设灵活，可根据用户需要按照小区甚至用户安装，投资小见效快，同时运行费用低，用户花费较小；(5)能够为电力公司电力管理提供传输通道，实现电力、数据、话音和图像综合业务传输的通信技术。
[0004]载波通讯的缺点:由于受电网的影响，PLC的传播距离有限，在低配电网下无中继的传输距离一般在250m以下.要实现自配电变压器至用户插座的全电力线接入需要借助中继技术.这势必要增加系统的造价。电力负荷的波动对PLC接入网络的吞吐最也有一定影响.由于多个用户共享信道带宽，当用户增加到一定程度时，网络性能和用户可用带宽有所下降。
【发明内容】
[0005]本发明较佳实施例是以解决前述技术缺陷，设计一种由系统自动设定的，不受网络负面状况(例如信号强度、数据传输停滞等)限制的电力用户的电力数据通讯系统，以及可扩展为采集主要公用事业商品(例如水、天然气、电、供暖)的集中式抄表系统，在PLC网络中的任何设备均可以作为获取数据的集中器设备，并且通过最近距离通讯的方式抄收数据。
[0006]技术方案1:电力数据多路通讯系统，包括主站终端，PLC网络，集中器以及仪表，所述主站终端、集中器和仪表通过PLC网络加以通信耦合，其进一步包括设置在集中器端的集中器端模块，以及设置在仪表端的表端模块，所述集中器端模块通过电力线协议连接表端模块，其中基于所述系统根据下列步骤进行自动数据集抄:步骤1，集中器通过集中器端模块发出主动注册命令；步骤2，仪表接收到所述主动注册命令以启动表端模块的主动注册功能，并反馈主动注册上报数据给集中器端模块；步骤3，集中器与一个预设区域内的η个仪表建立电力线通讯；步骤4，集中器对η个仪表进行m次主动数据集抄，其中m的次数取决于有效电力线通讯的结果，且m < η。
[0007]在步骤4中，在第m次主动数据集抄时，通过集中器对前m-1次不成功的数据进行补充集抄。
[0008]在步骤I与2之间进一步包括:步骤a，集中器发出主动注册命令，通过集中器端模块发送广播信息给仪表；步骤b，集中器端模块接收主动注册上报数据；步骤C，集中器判断是否达到一个临限时间；步骤d，若到达所述临限时间，则控制所述集中器端模块发送广播信息给仪表以停止主动注册上报，若未到达所述临限时间，则返回至步骤b。
[0009]在步骤b中进一步包括:步骤a’，表端模块接收到所述广播信息，启动其控制器以进行主动注册；步骤b’，仪表控制表端模块发送主动注册上报数据给集中器端模块；步骤c’，集中器端模块判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器；步骤d’，集中器在一个预设时间A内发送确认数据帧至集中器端模块并保存主动注册上报数据；步骤e’，集中器端模块在一个预设时间t2内发送确认数据帧至表端模块。
[0010]在步骤4中，在第m次主动数据集抄操作时，表端模块主动向PLC网络发送前m_l次故障上报数据，通过集中器端模块接收到所述故障上报数据，判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器。
[0011]集中器端模块包括:接口，用于根据通信协议耦合所述集中器或PLC网络；微控制器，接收来自接口的信号并进行处理；与所述微控制器连接的调制电路，用于将信号进行耦合；以及时钟，用于控制所述微控制器，从而控制调制电路的耦合时序。
[0012]表端模块包括:接口，用于根据通信协议耦合所述仪表或PLC网络；微控制器，接收来自接口的信号并进行处理；与所述微控制器连接的解调电路，用于将信号进行解耦或重新耦合；以及时钟，用于控制所述微控制器，从而控制调制电路的耦合或解耦时序。
[0013]技术方案2:—种多路集中抄表系统，包括主站终端，PLC网络，无线网络，集中器以及仪表，所述主站终端、集中器和仪表通过PLC网络或无线网络加以通信耦合，其改进设计在于:进一步包括设置在集中器端的集中器端模块，设置在仪表端的表端模块，以及转换模块，所述集中器端模块通过电力线协议连接表端模块或转换模块。
[0014]在一个实施例中，转换模块主要有五部分组成:电源模块、主控模块、电力载波通信模块、微功率无线通信模块、数据存储模块、RS485通信模块(可选)、红外通信模块(可选)。电源模块:负责给各个模块供电；主控模块:控制各个模块之间通信协议的转换以及数据分析和控制指示灯的状态；电力载波通信模块:通过电力线实现转换终端与集中器的通信功能；微功率无线模块:通过无线网络实现转换终端与II型采集器的通信功能；数据存储模块:断电后所有存储参数不丢失，保存10年以上。
[0015]在另一个简化实施例中，所述转换模块包括控制器、电源、通讯模块(设有PLC或无线信道)以及存储器，电源为控制器、通讯模块提供工作电压，存储器作为控制器的外部存储设备。
[0016]进一步地，基于此实施例根据下列步骤进行自动数据集抄:步骤1，通过转换模块或集中器判断电力线通讯的有效区域和失效区域；步骤2，在所述电力线通讯的失效区域中，通过转换模块唤醒至少一个无线节点，通过这个无线节点来与其附近有效通讯区域内的仪表建立连接；步骤3，转换模块发出主动注册命令；步骤4，所述无线节点接收到所述主动注册命令以启动表端模块的主动注册功能,并反馈主动注册上报数据给转换模块；步骤5，集中器通过转换模块与一个预设区域内的仪表建立电力线通讯；步骤6，集中器对这个预设区域内的η个仪表进行m次主动数据集抄，这个次数取决于有效电力线通讯的结果。
[0017]在步骤6中，在第m次主动数据集抄时，通过集中器对前m-ι次不成功的数据进行补充集抄。
[0018]在步骤3与4之间进一步包括:步骤a，集中器发出主动注册命令，通过集中器端模块发送广播信息给仪表；步骤b，集中器端模块接收主动注册上报数据；步骤C，集中器判断是否达到一个临限时间；步骤d，若到达所述临限时间，则控制所述集中器端模块发送广播信息给仪表以停止主动注册上报，若未到达所述临限时间，则返回至步骤b。
[0019]在步骤b中进一步包括:步骤a’，表端模块接收到所述广播信息，启动其控制器以进行主动注册；步骤b’，仪表控制表端模块发送主动注册上报数据给集中器端模块；步骤c’，集中器端模块判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器；步骤d’，集中器在一个预设时间\内发送确认数据帧至集中器端模块并保存主动注册上报数据；步骤e’，集中器端模块在一个预设时间t2内发送确认数据帧至表端模块。
[0020]在步骤6中，在第m次主动数据集抄操作时，表端模块主动向PLC网络发送前m_l次故障上报数据，通过集中器端模块接收到所述故障上报数据，判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器。
[0021]进一步地在步骤I中，所述转换模块根据数据采集成功率来判断电力线通讯的有效区域和失效区域，其中数据采集成功率包括对η个仪表的m次数据采集成功率η和周期数据采集成功率μ。m次数据采集成功率满足关系:
[0022]η= (1/η).Σ (第X次成功采集数据的总数/应采集的数据总数).(I/成功采集仪表设备个数 y)，其中 χ={1, 2,..., m}, y={l, 2,..., η}；
[0023]周期数据采集成功率满足关系:
[0024]μ=Σ (周期t内成功采集数据的总数/应采集的数据总数)。
[0025]进一步地，若0.85〈 η〈0.9或0.95〈 μ〈0.98，则转换模块判定此区域中存在有电力线通讯的失效区域或节点，通过无线方式建立这个无线区域中的一个无线节点，可对区域中的仪表均进行无线抄表，也可以通过节点来连接它附近有效电力线通讯区域内的仪表，从而达到成功获取数据的目的。
[0026]本发明系统进一步包括发射装置和接收装置，其中发射装置包括交流电源、变频器、控制模块和发射线圈单元，接收装置包括接收线圈单元、控制模块、整流电子泵和储能电容。在自动抄表智能终端设备上安装电能量无线充电发射装置，在公用事业仪表上安装电能量无线接收充电蓄能装置，组成一种公用事业仪表(例如电表、水表、气表等)的无线连接系统。使用本发明系统的公用事业仪表，可以获得永久性工作电源以支持仪表的电子信息处理。其优点在于使公用事业仪表，尤其是无源计量仪表的计量信息处理所需要的电力能源可以通过无线充电的方式源源不断地获得，在此类仪表的寿命周期内避免了安装电池需要定期更换的缺陷，不仅能长期免去维护支持公用事业仪表的计量信息处理和自动抄表系统的运行，而且能有效节约资源和保护环境。
[0027]在一个实施例中，发射装置为集中器端模块或转换模块的通讯模块，而接收装置为仪表的表端模块。
[0028]其中所述发射装置的较佳实施例包括:天线，作为一个接收端；微控制器，接收来自天线的无线信号并进行处理；与所述微控制器连接的变频器，用于将信号进行耦合并且将220V交流电能转换为工作电流；以及时钟，用于控制所述微控制器，从而控制变频器的耦合和能量转换时序。
[0029]在另一个实施例中，仪表的表端模块包括:天线，用于耦合前述无线网络；微控制器，接收来自天线的信号并进行处理；与所述微控制器连接的谐振电容，用于将信号进行解耦或重新耦合，且将能量加以转换和存储。
[0030]较佳地，所述发射装置安装在具有电力线接入的自动抄表终端设备(例如集中器或转换模块，甚至可以是电表)上，而所述接收装置安装在仪表设备上，尤其是指无源计量仪表。
[0031]其中在发射装置中，220V交流电经过AC/DC转换电路和变频器转换成具有射频频率的脉冲电流，所述脉冲电流经天线转换成射频电磁波覆盖到无线充电的有效范围；微控制器是设计用以监控无线接收的装置返回的充电状态信息，调整和控制变频器的输出充电发射频率、功率、波形和电流的大小，使得无线充电能正常和高效工作。
[0032]在接收装置中，天线和谐振电容组成的串联谐振电路在发射装置发出的射频电磁波的激励下在谐振电路中产生共振，从而使谐振电容内产生了电荷，谐振电容的另一端接有一单向导通的电子整流泵，所述电子整流泵将所述谐振电容上的电荷送到储能器件上加以储存，当储能器件上所积累的电荷达到2V以上的电路激活电压时，此器件可作为其所在设备的电路工作时的间歇性工作电源。所述微控制器是设计用以当储能器件的电压达到电路激活电压时，开始对储能器件的电压的进一步升高进行监控，同时将接收装置的工作状况定时报告给发射装置，以便发射装置的控制电路决定是否继续充电或停止充电。
[0033]进一步地，接收装置反馈给发射装置的数据信息中包含了计量信息和充电状态信肩、O
[0034]本发明实施例不依赖于网络的拓扑结构和历史数据分布式组网方式，其中的通讯模块是智能节点，由智能模块互相作用进行瞬间组网，组网不受集中器控制；通讯实时，速度快，稳定；充分利用物理层芯片的智能特性，在物理层的基础上，在组网机制上进一步提高系统的抗衰减和抗噪声的能力；在芯片CSMA基础上解决了网络时序、网络冲突、网络效率、重复数据包有效检测等技术难点，保证了通讯的稳定可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0036]图1示意性绘示出本发明系统的一个较佳实施例的结构框图；
[0037]图2示意性绘示出本发明系统中集中器端模块与表端模块的结构和连接原理框图；
[0038]图3是本发明混合式系统的实施例的原理示意框图；
[0039]图4示意性标示出了图3中的符号的具体表述含义；
[0040]图5示意性绘示出转换模块的结构原理框图；
[0041]图6示意性绘示出本发明实现无线通讯的另一实施例的原理视图；[0042]图7示意性绘示出本发明表端模块和集中器端模块的另一实施例的原理图。
【具体实施方式】
[0043]实施例一:
[0044]参照图1，电力数据多路通讯系统的较佳实施例包括了主站终端1，PLC网络2，集中器3以及若干个仪表。在一个实施例中，这些仪表包括了一个电表4、水表5或热表6，其中主站终端1、集中器3和仪表4，5，6经PLC网络2加以通信耦合。实施例进一步包括了设置在集中器3端的集中器端模块31，以及分别设置在仪表4，5，6内的表端模块41，51，61，集中器端模块31通过电力线协议(例如Q/GDW376.2协议或DL/T645协议)各自连接表端模块 41，51，61。
[0045]在此，本领域技术人员应当懂得，表端模块41，51，61与集中器端模块31之间的连接并非是基于公知技术的简单替代，在本实施例中，除了电表4以外，其余的仪表的特性为无源设备，即从原理上来看，电表4可以通过对电力的采集和利用实现信号的传输，但水表5等仪表则是无源设备，即它不主动通过电力传输信号，必须要一个上位机设备(例如前述的集中器3)来收集其对公用商品耗用量的计量信息，但通常而言，这些手段主要是基于在无源设备上加装电源和信号输出端口来发送数据，当然这样做的成本较高，而且错误率较高，不宜普遍使用。例如，有技术人员推广M-BUS总线或者双绞线连接的方式，这种做法对终端设备的要求都比较高，当前【技术领域】中要求设备必须均为智能设备，这样的成本很难控制，而且布线成本昂贵。因此考虑到上述问题，设置本发明表端模块41，51，61并非可以简单实现。
[0046]在一个实施例中，基于此实施例的系统根据下列步骤进行自动数据集抄:步骤1，集中器3通过集中器端模块31发出主动注册命令；步骤2，仪表4，5，6接收到所述主动注册命令以启动表端模块41，51,61的主动注册功能，并反馈主动注册上报数据给集中器端模块31 ;步骤3，集中器3与一个预设区域201内的仪表4，5，6建立电力线通讯；步骤4，集中器3对仪表4，5，6进行5次主动数据集抄，这个次数取决于有效电力线通讯的结果。
[0047]在一个实施例中，集中器发送的命令主要包含了以下的帧信息，它一般是由下列的五部分域组成:
[0048]
Head信息域 地址域应用数据域End
[0049]其中head代表帧的起始部分，end代表结束部分，在它们中间包含了信息域，它主要用于判断PLC网络的通信类型，地址域则设置用以识别广播信息，其次的应用数据域用以承载前述的主动注册命令等信息，当然，可以将电表4的计量信息同样设置在这个域中，并且根据计量信息的内容设置帧的长度。
[0050]进一步地在步骤4中，在第5次主动数据集抄时，通过集中器3对前4次不成功的数据进行补充集抄。例如,在主动注册成功后的第I次抄表中,集中器3可发送3次抄表命令，在第一次命令发送后反馈的数据中，可能存在空的部分，代表通讯失败，因此给予有限次的抄表命令机会。在第I次抄表结束之后，电表4反馈数据。
[0051]进一步详细地来说,在步骤I与2之间进一步包括:步骤a,集中器3发出主动注册命令，通过集中器端模块31发送广播信息给仪表4，5，6，通过前述的地址域中的数据对设备加以识别；步骤b，在主动注册发送成功后，集中器端模块31接收仪表4，5，6的主动注册上报数据；
[0052]步骤C，通过集中器3判断是否达到一个临限时间(例如设定在秒级)，其中集中器3与集中器端模块31之间可通过Q/GDW376.2协议加以通讯；步骤d，若到达此临限时间，则控制所述集中器端模块31发送广播信息给仪表4，5，6以停止主动注册上报，若未到达所述临限时间，则返回至步骤b。
[0053]更详细地来说，在步骤b中进一步包括:步骤a’，表端模块41，51，61接收到所述广播信息，启动其控制器412以进行主动注册，仅发送地址域帧；步骤b’，仪表4，5，6控制表端模块41，51,61发送主动注册上报数据给集中器端模块31 ;步骤c’，集中器端模块31判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器3 ;步骤d’，集中器3在一个预设时间h内发送确认数据帧至集中器端模块31并保存所述的主动注册上报数据；步骤e’，集中器端模块31在一个预设时间内发送确认数据巾贞至表端模块41，51, 61。
[0054]进一步地在步骤4中，在第5次主动数据集抄操作时，表端模块41，51，61主动向PLC网络2发送前4次故障上报数据，通过集中器端模块31接收到所述故障上报数据，判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器3。更详细地说，例如在第4次抄表结束后，表端模块41产生一个数据帧，其中在应用数据域内包含了本次抄表的计量信息，集中器端模块31通过解析应用数据域中的内容，若发现数据存在空、缺失或冗余，则向电表4的表端模块41发送冻结数据命令，则电表4确认此次抄表存在故障，则冻结本次数据并加以保存至EEPROM中。同时，电表4设置为反馈一次故障上报数据，集中器端模块31接收确认后加以保存。然后在第5次抄表时，集中器端模块31设置为强制性继续根据第4次的应用数据域内容进行补充抄表程序，根据集中器3判断(例如)缺失的内容进行相应的动作，按照常规的抄表技术而言，以一日为抄表周期计算，对前一日中缺失的某段时间内的计量数据、功率因数、有功/无功功率脉冲值做出补偿动作，以补全前一日的抄表数据，之后，进行第5次的抄表动作。
[0055]因此，按照前述实施例，在第5次的抄表动作之前进行补偿抄表时，无需对命令帧重复进行耦合或解耦动作而直接提取应用数据域中的内容，因此简化了数据处理流程，提高了通讯的效率。
[0056]参照图2，集中器端模块31包括:接口 311，用于根据D/LT645通信协议耦合所述集中器3或PLC网络2，在一个实施例中，集中器3直接连接于接口 311，此接口 311可以是电力线专用接口或网络通讯接口，在另一个实施例中，接口 311耦合至PLC网络2以进行载波通讯；微控制器312，接收来自接口 311的电力线耦合信号并进行处理；与所述微控制器312连接的调制电路313，用于将信号进行耦合；以及时钟314，用于控制所述微控制器312，从而控制调制电路313的耦合时序。
[0057]在另一个实施例中，电表4的表端模块41包括:接口 411，用于根据通信协议耦合所述仪表4或PLC网络2 ;微控制器412，接收来自接口 411的信号并进行处理；与所述微控制器412连接的解调电路413，用于将信号进行解耦或重新耦合；以及时钟414，用于控制所述微控制器412，从而控制调制电路413的耦合或解耦时序。
[0058]进一步参照图2，将集中器3定义为主通讯设备MST，将电表4定义为从通讯设备SLV，在MST向SLV发送获取计量信息的请求时，通过调制电路313将信号耦合至220V电力线，此时SLV接收到这个耦合信号时，需要通过解调电路413将此220V电力线上的信号进行解耦操作，以识别出其中的信息(例如前述的帧信息)。同时，需要通过时钟来控制设备MST和SLV，以此来设置哪一设备作为MST，哪一设备作为SLV。
[0059]根据本发明的教示，如果不使用集中器3，电表4之间同样可以建立这样一种联系，在一个PLC网络中的多个电表4中，设置一个MST，在其附近的最有效通讯距离内的其他电表4均可受控于这个电表MST，根据前述，通过控制电表的通讯时序加以实现。S卩，这个电表MST可以被设置为一个新的集中器。
[0060]扩展性地来说，电表4、水表5与热表6之间同样可以设置这样一种关系。如图1中的虚线箭头所标示的，具有数据通讯功能的水表5或热表6皆可以作为MST设备，通过一个主设备所发起的时序信号控制下一级的SLV设备，而这个SLV设备会将其控制信号进行继续的传递，通过选取一个PLC网络2中的最佳数据采集区间来建立一个MST设备，而这个MST设备并不一定是集中器设备，只要它具有数据处理和通讯功能即可。
[0061]而且，本发明抄表系统不设置任何网络拓扑结构，前述的原理可以这样加以阐述:当一个区域内的集中器3发出了数据请求，则其载波有效通讯区域内的电表4、水表5或气表6会接收并反馈信号。但是当(例如)距离较远的电表4无法有效地接收数据时，它会通过与之距离最接近的水表5建立通讯，并发送连接请求，此时这个水表5又会通过它附近的有效通讯区域内的其他仪表向集中器3发送这个请求，集中器端模块31接收到这个请求后即刻产生一个时钟脉冲,最终反馈给水表5，此时水表5将生成一个新的时钟脉冲，去控制电表4的通讯，从而建立了这种主从关系。而当反馈数据时，同样是基于这样的一种原理发送数据给集中器3，通过集中器3发送给主站终端I。技术人员应当注意的是，本发明是随机选取MST设备的，而且在通讯过程中，始终选取距离最近的仪表或类似设备。
[0062]实施例二:
[0063]参照图3，基于前述实施例，提供一种多路集中抄表系统(混合式系统)的实施例，与前述类似地包括了主站终端和PLC网络201，特定地设置有无线网络101 (例如微波通讯网络)，集中器3以及仪表4，5，6，7。集中器3和仪表4，5，6，7通过PLC网络2或无线网络101加以通信耦合，类似地进一步包括设置在集中器3端的集中器端模块，设置在仪表4，5，6，7端的表端模块，以及转换模块8。集中器端模块通过电力线协议连接表端模块或转换模块8，在一个实施例中，通过转换模块8连接无线网络101中的仪表。
[0064]图4示意性标示出了图3中的符号的具体表述含义。图中的四个符号表示四个通讯节点，前述载波通讯的集中器3作为虚线圆形表示的节点400，在PLC网络201中能够有效载波通讯的仪表以圆形节点300表示，在不确定是否能够有效载波通讯的节点则以三角形200表示，即须通过前述的转换模块8进行判断，而无法实现有效载波通讯的区域201则以方形节点100表示。
[0065]节点300之间同样可以设置这样一种关系。节点300中任一者皆可以作为MST设备，通过一个主设备所发起的时序信号控制下一级的SLV设备，而这个SLV设备会将其控制信号进行继续的传递，通过选取一个PLC网络201中的最佳数据采集区间来建立一个MST设备，而这个MST设备并不一定是集中器设备，只要它具有数据处理和通讯功能即可。
[0066]扩展性地来说，本发明系统不设置任何网络拓扑结构，前述的原理可以这样加以阐述:当区域201内的集中器3发出了数据请求，则其载波有效通讯区域内的电表4、水表5、气表6甚至热量表7会接收并反馈信号。但是当(例如)距离较远的电表4无法有效地接收数据时，它会通过与之距离最接近的水表5建立通讯，并发送连接请求，此时这个水表5又会通过它附近的有效通讯区域内的其他仪表向集中器3发送这个请求，集中器端模块31接收到这个请求后即刻产生一个时钟脉冲，最终反馈给水表5，此时水表5将生成一个新的时钟脉冲，去控制电表4的通讯，从而建立了这种主从关系。而当反馈数据时，同样是基于这样的一种原理发送数据给集中器3，通过集中器3发送给主站终端I。技术人员应当注意的是，本发明是随机选取MST设备的，而且在通讯过程中，始终选取距离最近的仪表或类似设备。更进一步地来说，若在区域201内仍然找不到有效通讯的仪表，则需要集中器3与转换模块8通讯，以除了 PLC载波方式以外的其他方式获取这个区域101内的仪表5，6，7的计量信息或相关信息数据。其中，所述转换模块8包括控制器81，电源82，通讯模块83以及存储器84，电源82为控制器81、通讯模块83提供工作电压，存储器84作为控制器81的外部存储设备。
[0067]在一个实施例中，基于此实施例根据下列步骤进行自动数据集抄:步骤1，判断电力线通讯的有效区域和失效区域；步骤2，在所述电力线通讯的失效区域中，通过转换模块8唤醒至少一个无线节点100，通过这个无线节点100来与其附近有效通讯区域内的仪表5，6，7建立连接；步骤3，转换模块8发出主动注册命令；步骤4，所述无线节点100接收到所述主动注册命令以启动表端模块41，51，61的主动注册功能，并反馈主动注册上报数据给转换模块8 ;步骤5，集中器3通过转换模块8与一个预设区域201内的仪表4，5，6建立电力线通讯；步骤6，集中器3对仪表4，5，6进行5次主动数据集抄，这个次数取决于有效电力线通讯的结果。
[0068]进一步地在步骤6中，在第5次主动数据集抄时，通过集中器3对前4次不成功的数据进行补充集抄。例如,在主动注册成功后的第I次抄表中,集中器3可发送3次抄表命令，在第一次命令发送后反馈的数据中，可能存在空的部分，代表通讯失败，因此给予有限次的抄表命令机会。在第I次抄表结束之后，电表4反馈数据。
[0069]进一步详细地来说,在步骤3与4之间进一步包括:步骤a,集中器3发出主动注册命令，通过集中器端模块31发送广播信息给仪表4，5，6，通过前述的地址域中的数据对设备加以识别；步骤b，在主动注册发送成功后，集中器端模块31接收仪表4，5，6的主动注册上报数据；
[0070]步骤C，通过集中器3判断是否达到一个临限时间(例如设定在秒级)，其中集中器3与集中器端模块31之间可通过Q/GDW376.2协议加以通讯；步骤d，若到达此临限时间，则控制所述集中器端模块31发送广播信息给仪表4，5，6以停止主动注册上报，若未到达所述临限时间，则返回至步骤b。
[0071]更详细地来说，在步骤b中进一步包括:步骤a’，表端模块41，51，61接收到所述广播信息，启动其控制器412以进行主动注册，仅发送地址域帧；步骤b’，仪表4，5，6控制表端模块41，51,61发送主动注册上报数据给集中器端模块31 ;步骤c’，集中器端模块31判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器3 ;步骤d’，集中器3在一个预设时间h内发送确认数据帧至集中器端模块31并保存所述的主动注册上报数据；步骤e’，集中器端模块31在一个预设时间内发送确认数据巾贞至表端模块41，51, 61。
[0072]进一步地在步骤6中，在第5次主动数据集抄操作时，表端模块41，51，61主动向PLC网络2发送前4次故障上报数据，通过集中器端模块31接收到所述故障上报数据，判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器3。更详细地说，例如在第4次抄表结束后，表端模块41产生一个数据帧，其中在应用数据域内包含了本次抄表的计量信息，集中器端模块31通过解析应用数据域中的内容，若发现数据存在空、缺失或冗余，则向电表4的表端模块41发送冻结数据命令，则电表4确认此次抄表存在故障，则冻结本次数据并加以保存至EEPROM中。同时，电表4设置为反馈一次故障上报数据，集中器端模块31接收确认后加以保存。然后在第5次抄表时，集中器端模块31设置为强制性继续根据第4次的应用数据域内容进行补充抄表程序，根据集中器3判断(例如)缺失的内容进行相应的动作，按照常规的抄表技术而言，以一日为抄表周期计算，对前一日中缺失的某段时间内的计量数据、功率因数、有功/无功功率脉冲值做出补偿动作，以补全前一日的抄表数据，之后，进行第5次的抄表动作。
[0073]因此，按照前述实施例，在第5次的抄表动作之前进行补偿抄表时，无需对命令帧重复进行耦合或解耦动作而直接提取应用数据域中的内容，因此简化了数据处理流程，提高了通讯的效率。[0074]进一步地在步骤I中，所述转换模块8根据数据采集成功率来判断电力线通讯的有效区域和失效区域，其中数据采集成功率包括对η个仪表的m次数据采集成功率η和周期数据采集成功率μ。m次数据采集成功率η = (1/η).Σ (第χ次成功采集数据的总数/应采集的数据总数).( I/成功采集仪表设备个数y)，其中x={l, 2, ---,ml ,y={l, 2,..., n}；周期数据采集成功率μ =Σ (周期t内成功采集数据的总数/应采集的数据总数)。
[0075]在一个实施例中，若0.85〈 η〈0.9或0.95〈 μ〈0.98，则转换模块8判定此区域201中存在有电力线通讯的失效区域或节点，通过无线方式(例如微波，RF)建立这个无线区域101中的一个无线节点100，技术人员可以对区域101中的仪表均进行无线抄表，也可以通过节点100来连接它附近有效电力线通讯区域内的仪表，从而达到成功获取数据的目的。
[0076]参照图5,本发明另一教不在于,按照前述实施例，需要为仪表4，5, 6, 7增加与转换模块8之间的无线通讯和供电的功能，它主要由发射装置和接收装置组成。在一个实施例中，发射装置选用集中器端模块31或转换模块8的通讯模块83，而接收装置选用水表5的表端模块51,气表6的表端模块61或热量表7的表端模块71。
[0077]如图6所示，集中器端模块31的另一较佳实施例包括:天线330，作为一个接收端；微控制器312，接收来自天线330的无线信号并进行处理；与所述微控制器312连接的变频器360，用于将信号进行耦合；以及时钟314，用于控制所述微控制器312，从而控制变频器360的耦合时序。
[0078]在另一个实施例中，水表5的表端模块51包括:天线510，用于根据通信协议耦合前述的无线网络；微控制器512，接收来自天线510的信号并进行处理；与所述微控制器512连接的谐振电容550，用于将信号进行解耦或重新耦合。较佳地，所述发射装置安装在具有电力线接入的自动抄表终端设备(例如集中器3或转换模块8，甚至可以是电表4)上，而所述接收装置安装在仪表设备上，尤其是指无源计量仪表。
[0079]参照图6，以集中器端模块31为例，220V交流电经过AC/DC转换电路350和变频器360转换成具有射频频率的脉冲电流，所述脉冲电流经发射线圈(天线330)转换成射频电磁波覆盖到无线充电的有效范围；微控制器312的作用是监控无线接收的装置返回的充电状态信息，调整和控制变频器360的输出充电发射频率、功率、波形和电流的大小，使得无线充电能正常和高效工作。接收线圈(天线510)和谐振电容550组成的串联谐振电路在发射装置31发出的射频电磁波的激励下在谐振电路中产生共振，从而使谐振电容550内产生了电荷，谐振电容550的另一端接有一单向导通的电子整流泵560，所述电子整流泵560将所述谐振电容550上的电荷送到储能器件530上加以储存，当储能器件530上所积累的电荷达到2V以上的电路激活电压时，此器件530可作为其所在设备的电路工作时的间歇性工作电源。
[0080]微控制器512的作用是当储能器件530的电压达到电路激活电压时，开始对储能器件530的电压的进一步升高进行监控，同时将接收装置51的工作状况定时报告给发射装置31，以便发射装置31的控制电路决定是否继续充电或停止充电。
[0081]进一步地，接收装置51反馈给发射装置31的数据信息中包含了计量信息和充电状态信息。
[0082]本发明具体技术效果是通过前述实施例加以详尽体现，但是并非受其限制，技术人员应当了解，本发明技术范畴涵盖于所附权利要求中。
【权利要求】
1.一种电力数据多路通讯系统，包括主站终端(1)，PLC网络(2)，集中器(3)以及仪表(4，5，6)，所述主站终端(I)、集中器(3)和仪表(4，5，6)通过PLC网络(2)加以通信耦合，其特征在于:进一步包括设置在集中器(3)端的集中器端模块(31)，以及设置在仪表(4, 5,6)端的表端模块(41，51，61)，所述集中器端模块(31)通过电力线协议连接表端模块(41.51.61)。
2.根据权利要求1所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于所述集中器端模块(31)包括:接口(311)，用于根据通信协议耦合所述集中器(3)或PLC网络(2);微控制器(312)，接收来自接口(311)的信号并进行处理；与所述微控制器(312)连接的调制电路(313)，用于将信号进行耦合；以及时钟(314)，用于控制所述微控制器(312)，从而控制调制电路(313)的耦合时序。
3.根据权利要求1所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于所述表端模块(41)包括:接口(411)，用于根据通信协议耦合所述仪表(4)或PLC网络(2);微控制器(412)，接收来自接口( 411)的信号并进行处理；与所述微控制器(412 )连接的解调电路(413 )，用于将信号进行解耦或重新耦合；以及时钟(414)，用于控制所述微控制器(412)，从而控制调制电路(413)的耦合或解耦时序。
4.根据权利要求1所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于:基于所述集中抄表系统根据下列步骤进行自动数据集抄:步骤1，集中器(3)通过集中器端模块(31)发出主动注册命令；步骤2，仪表(4，5 ，6)接收到所述主动注册命令以启动表端模块(41，51，61)的主动注册功能，并反馈主动注册上报数据给集中器端模块(31);步骤3，集中器(3)与一个预设区域(201)内的η个仪表(4，5，6)建立电力线通讯；步骤4，集中器(3)对η个仪表(4，5,6)进行m次主动数据集抄，其中m 的次数取决于有效电力线通讯的结果，且m < η。
5.根据权利要求4所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于:在步骤4中，在第m次主动数据集抄时，通过集中器(3)对前m-Ι次不成功的数据进行补充集抄。
6.根据权利要求4所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于在步骤I与2之间进一步包括:步骤a，集中器(3)发出主动注册命令，通过集中器端模块(31)发送广播信息给仪表(4，5，6);步骤b，集中器端模块(31)接收主动注册上报数据；步骤C，集中器(3)判断是否达到一个临限时间；步骤d，若到达所述临限时间，则控制所述集中器端模块(31)发送广播信息给仪表(4，5,6)以停止主动注册上报，若未到达所述临限时间，则返回至步骤b。
7.根据权利要求6所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于在步骤b中进一步包括:步骤a’，表端模块(41，51，61)接收到所述广播信息，启动其控制器以进行主动注册；步骤b’，仪表(4，5，6)控制表端模块(41，51，61)发送主动注册上报数据给集中器端模块(31);步骤c’，集中器端模块(31)判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器(3);步骤d’，集中器(3)在一个预设时间h内发送确认数据帧至集中器端模块(31)并保存主动注册上报数据；步骤e’，集中器端模块(31)在一个预设时间〖2内发送确认数据帧至表端模块(41.51.61)。
8.根据权利要求4所述的电力数据多路通讯系统，其特征在于:在步骤4中，在第m次主动数据集抄操作时，表端模块(41，51，61)主动向PLC网络(2)发送前m_l次故障上报数据，通过集中器端模块(31)接收到所述故障上报数据，判断其中的有效数据内容，并反馈给集中器(3)。
9.一种多路集中抄表系统，包括主站终端(1)，PLC网络(2)，无线网络(7)，集中器(3)以及仪表(4，5，6)，所述主站终端(I)、集中器(3)和仪表(4，5，6)通过PLC网络(2)或无线网络(7)加以通信耦合，其特征在于:进一步包括设置在集中器(3)端的集中器端模块(31)，设置在仪表(4，5，6)端的表端模块(41，51，61)，以及转换模块(8)，所述集中器端模块(31)通过电力线协议连接表 端模块(41，51，61)或转换模块(8 )。
【文档编号】G08C17/02GK103500496SQ201310469562
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】徐京生 申请人:华立仪表集团股份有限公司