目前我國普遍采用戶用計量儀表即水表、電表、燃氣表、熱表(四表)安裝在用戶室內, 抄表人員走家串戶,手工抄表采集數據,然后結算的計量收費方式。為了有效解決入戶抄表收費存在的諸多弊端, 我國從90年代初開始研制全電子式電能表,并且取得了一定的成果。目前已研制出多種遠程抄表系統,常用的有用基于電力線載波的抄表系統,基于RS-485總線的抄表系統等。
基于電力線載波的抄表系統,減少了系統由于布線帶來的成本,但是由于信號和強電在同一根線上傳輸,傳輸過程中不可避免地存在強電場的干擾,信號的可靠性受到影響,而且隨著傳輸距離的增大,信號的衰減較快,影響了抄表數據的可靠性;基于RS-485的抄表系統是較為理想的一種遠程抄表系統,它采用的是主從式的通信方式,任何時候只允許一個節點向網絡發送數據,所以RS-485多采用主從結構的命令型通信方式來防止數據通訊故障,數據通信時必須由主節點接收到管理主機的命令,然后由主節點向各個從節點傳達命令,從節點的數據依次送至主節點,最后再由主節點將各從節點的數據發送至管理主機。從數據通信過程可以看出,如果主節點出現故障,則整個系統會陷入癱瘓狀態。另外,隨著居民區的用戶的不斷擴大,要求抄表系統現場數據通信距離也隨之電感廠家增加,由于采用485總線在9600bps下能達到的最遠傳輸距離小于1200米,因而需要增加一個或多個中繼以實現數據的較遠發送和接收。因為485為半雙工通信,中繼器在工作中必須判斷網絡數據流向,所以中繼器的結構復雜,導致增加了系統成本,降低了系統的可靠性。
CAN(Controller Area Network)是控制器局域網的簡稱它是德國Bosch公司在1986年開發的一種串行數據通信總線。CAN網絡上的節點不分主從,任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息共模電感器,通信方式靈活,利用這一特點可方便地構成多機備份系統,CAN采用非破壞性總線仲裁技術,當多個節點同時向總線發送信息時,優先級較低的節點會主動地退出,而最高優先級的節點可不受影響地繼續傳輸數據,從而節省了總線沖突的仲裁時間。
針對它們各自的特點,我們采用符合電容電感器國際標準ISO 11898的CAN總線技術和目前儀表和自動化裝置常用的RS-485總線構成雙層網絡結構,這種網絡結構有效地解決了系統的建設成本高、數據管理困難、可靠性不高以及可擴展性能差等問題。
2.系統的總體設計框架
本系統采用雙層網絡的構架,見圖1。
目前我國四表普遍安裝在戶內,工作環境不算惡劣,所以本系統低層網絡采用 RS-485總線。它具有結構簡單、成本低廉、對布線要求不高的特點;而且RS-485總線在9600bps下最遠傳輸距離可以達到1200米,完全能夠完成一棟樓家用控制器與集中控制器遠程通訊的距離需求;再加上它們之間的通訊數據量小,數據結構簡單,所以RS-485總線能夠可靠地完成低層數據采集的需要。高層網絡采用兼容性能好、可靠性能高、數據傳輸速度快、傳輸距離遠(在5000bps時傳輸距離10km)的CAN總線。CAN總線采用短幀結構,傳輸時間短,受干擾概率低;有CRC模壓電感器校驗和出錯標定能力;而且具有故障節點自動脫離CAN總線等功能,特別適合所處環境惡劣,數據交換較頻繁的集中控制器與管理中心計算機之間的通信。
系統由家用控制器功率電感、集中控制器、管理中心主機組成二級分布式監控式系統。家用控制器以單片機為核心,能接收耗能表(四表)送出的脈沖信號,并且進行計數、數據處理、保存數據、發送用戶信息和顯示用戶狀態信息等功能,為了提高可靠性,配有獨立的備用電源供電。集中控制器可對一定數量的家用控制器進行集中管理,將各家用控制器采集到的數據傳送至管理中心,同時為了保證用戶信息的安全,將采集到的數據進行備份處理,同樣它也有備用電源可在停電時繼續給控制器供電。一般情況下,一棟樓配置一個集中控制器。小區管理中心主機通過運行遠程抄表管理軟件來處理下位機傳送來的數據信息,例如進行統計、交費管理、報表、網絡事故報警等操作。為了降低系統的設計成本,RS-485與CAN皆采用價格低廉的雙絞線連接。
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