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多功能手持抄表掌机设计及案例Design and Case of Multi-function Handheld MeterReading Handheld Computer王建楠饶春淼周春丽邓其彬周浩明（广西电网有限责任公司南宁供电局，广西南宁530000）摘要为了解决电能表型号较多、规约不同的问题，本文设计了一种多功能手持抄表掌机。分析了DL/T 645规约和红相MK6规约的不同，提出一种基于柔性配置下的手持抄表掌机设计，实现设定电能表规约的全面覆盖，可以抄读广西境内主流电能表。同时针对广西某地电能表时钟异常现象和电能表计量过程当中冻结值异常提出分析。关键词手持抄表掌机；柔性配置；DL/T 645规约；红相MK6规约中图分类号TM774文献标识码B多功能手持抄表掌机设计及案例王建楠，等0引言由于各省电力公司、电能表供应厂商有各自不同的通信协议，因此导致当前的通信规约有多种：DL/T645规约、威胜规约、ABB表协议、红相MK6协议等1。目前，市场上的主流手持抄表掌机只能对单一的通信规约进行抄读，给电力工作人员带来了不必要的麻烦，在现场作业时要带多个不同的手持抄表掌机，但仍然可能会发生带错、漏带，以及由于手持抄表掌机的操作方法不同导致操作失误等。为了提高工作效率和降低企业成本，本文根据广西某电力公司的通信规约进行统计，设计开发一种新型的手持抄表掌机，具备覆盖多个通信规约的功能。1两个常见的规约1.1多功能电能表通信规约（DL/T 645规约）DL/T 645规约是较早开始在国内实行的规约，主要有DL/T 6451997规 约和DL/T 6452007规约，它的主要特点是为了统一和规范多功能电能表与数据终端设备进行数据交换提供了物理连接和协议。在通信方式上，采用串口半步异双工。在通信速率上，DL/T 645规约的速率有300、600、1200、2400、4800、9600bps。通信接口 的 选 择 为RS484、IEC1107直 接 红 外 线 和RS-232。字节格式上，初始起始位为0，最后停止位是1，中间包含8位二进制数据（D0为字节最低有效位，D7为字节最高有效位）和一个偶校检位，一共11位。传输方向从停止位到起始位。帧格式是指不同协议帧的格式，是通信规约当中的重中之重，DL/T 645协议需要先发送“前导字节（1-4个字节FEH）”，用来唤醒从站，当然有些设备是不需要这样唤醒的。1.2红相MK6协议澳大利亚红相电力设备公司为现代电力设备的计量要求而设计了一种电能表，即红相表，具备高精度、高可靠性、寿命长、操作简单的特点，可以对一系列参数进行设置。其内部存在众-5-仪器仪表与分析监测2023年第1期图1通信规约方式、规约的应用程业务示意图多寄存器，可实现多种复杂功能，不但保证了电能表的可靠性，同时也满足了测量时的准确性，因此广泛应用于电力行业的电能测量及自动化管理领域。通信方式是串口异步双工或全双工；红外通信波特率为1200bps，ARS-485的默认波特率和初始波特率1200bps（可设置）。通信接口上具有双485输出，一个独立的RS-485接口，一个与红外通信接口并用接口。具备红外的光电通信接口，且能够兼容吸附式和非接触式通信方式。字符格式上，1个起始位，5、6、7、8个数据位，1个校验位，1个停止位。数据采集和红相表通信之间有一个唤醒过程。1.3DL/T 645规约和红相MK6规约帧格式的对比DL/T 645规约和红相MK6规约帧格式的对比如表1所示。2手持抄表掌机模块化设计流程统一的手持抄表掌机不仅应该符合DL/T 645规约，同时也应该满足红相MK6协议，还应该兼容广西电网安装运行的多种电能表的通信规约。为满足要求，在技术上有两种方案可以实行。方案1：将每一种不同的通信规约做成一个子程序，将其存储在MiniSD卡上，在需要哪种程序的情况下将MiniSD卡插入卡槽进行读取，在广西电网当中运行的规约达到80多种，这就需要携带80多张不同的MiniSD卡，在日常工作中因其体积过小导致不便；其次手持抄表掌机在进行读取程序时要先 对MiniSD卡 进 行 驱 动，并 且 读 卡 的 快 慢 与MiniSD卡的质量有关，造成手持抄表掌机运行过慢；同时需考虑性价比，该方案是不可取的。方案2：对手持抄表掌机进行模块化设计，对一定范围内的不同功能或相同功能，及不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品。在众多电能表通信规约当中，调用某一个规约的过程可以看作是一次排列组合，因为众多的规约在某一部分或者局部上会有或多或少的共同点,把帧格式各子项（包括AFN、DA、DI等）的选择定义为流程节点。将相同的部分编辑成一个模块，不同的部分区分开来，依次排列组合，在需要某条通信规约时进行编排调用。可以认为将多个子系统在一定规则下组合，产生不同功能的新系统。方案2从内部出发，利用内部资源，将软件进行优化，减小数据存储量，在现有的规约上进行规模化处理，将规约进行统一的编辑，建立一个满足广西电网规约的数据库。当我们对电能表进行抄表时，手持抄表掌机自动从数据库中调用，对需求的规约排列组合，以确保可以进行控制通信。方案2的流程图如图1所示，建立通用的树表1DL/T 645规约和红相MK6规约帧格式的对比DL/T 645规约红相MK6规约唤醒方式14个字节FEH发送1B起始符68H02H地址域A0A5（6字节BCD码）用 户 名（4个 字 节长度）帧起始符68H无控制码C（根据控制码的不同判断该命令的性质）读取数据52写数据58登录4C数据域DATA加33 BCD或ASCII码RID（寄存器号）回复报文里有数据域校验码CRCCRC结束符16H03H-6-图3规约的柔性业务模块化处理图2手持抄表掌机系统构成形业务处理流程池。3程序功能设计由于通信规约不断发展，而且电能表的其他方面也可能会影响手持抄表掌机的格式、数据、处理方式等2，一旦用户电能表发生变化，或者针对不同规约的电能表时，必须依赖开发人员通过编程对手持抄表掌机内部程序进行修改，在实际应用中不能满足现场工作人员的需要。因此，本设计的关键性问题是如何快捷有效地在不同规约情况下，简单操作进行计量。为了解决上述问题，本文引入柔性配置的思想。柔性配置的特点是：易变性、适应性、平稳性、可控性、再观性3。使用者在所提供的可视化操作界面下对规约进行选择，系统根据定义生成用户想要的规约，一旦使用者的需求发生改变，系统对规约进行重新组装得到新的规约，不需要再对系统本身进行修改。图2给出了手持抄表掌机的系统构成图。建立规约数据库，将已安装运行的通信规约格式导入到数据库中，当有新的规约时，也可以将其添加到数据库。从物理的装配和组成的过程当中，规约是帧格式在一定程度下AFN、DA、DI等层次性的关系，是一种代表各部分构成关系的树形结构文件，其中帧格式组成可以看成是一个根部在上的倒置树状图。在树的节点上添加筛选条件，方便对帧格式的构成进行操作，同时子树上进行标记和筛选，作为节点的筛选因素，以此来实现规约帧格式构成4-5。此外在内部存在BCD码和ASCII码可以根据规约构成的需要进行转换，实现规约的排序。根据现场要求，对硬件初始化和驱动，并选定手持抄表掌机的规约后，即可以对数据进行计量。本文以DL/T 645规约和红相MK6协议为例，来设计系统规约的模块化数据处理，其结构流程图如图3所示。数据在传输的过程中按照特定标准的格式进行传输，规约组帧是将主要的数据组成部分按照一定的顺序放入到字节当中进行排列，采用树形结构进行组合得到所需的数据，其中DL/T 645规约格式组帧处理模块的流程如图4所示。在功能上包括“抄表”“数据查询”“抄表统计”“数据通信”“系统设置”“系统更新”等4。与常规的手持抄表掌机不同，本文设计的掌机增加了“规约选择”功能，包括所需要的规多功能手持抄表掌机设计及案例王建楠，等-7-仪器仪表与分析监测2023年第1期表2时钟电压检测标准图4DL/T 645规约组帧处理模块约、通信接口、通信方式、波特率等，这些信息是主站所必需的特征信息。4案例分析4.1时钟异常问题时钟电池用于RTC（时钟模块）供电使用，时钟电池欠压的情况下，将会导致电能表的准确度、分时、阶梯计费以及冻结等功能不能正常实现，在规范中对时钟电压的要求如表2所示。在本案例当中，电能表的时钟电池电压的测量值为0.2V，即电能表时钟电池欠压，超出标准要求的下限值，导致电能表时钟异常，进而引起故障，如表3所示。故障外部显示：电表屏幕上有故障报警（时钟电池欠压），时间慢约48小时。电表日期为21.4.30，主站日期为21.5.2。综上所述对故障进行分析：电能表因停电时电池不能正常工作，以至于停电时时钟停走，因此时间慢于主站时钟。在5月1日结算时间，即主站时钟过零点时，主站对电能表发出抄读冻结命令时，由于电能表时间未达到结算时间，未产生冻结数据，从而导致主站将上一次冻结数据，即3月数据当成4月的月冻结数据记录，故产生异常。由于电表的月冻结数据不带时标，表示为“上一月正向有功总电量”“上两月正向有功总电量”等，无法识别出冻结数据对应的生成时间，主站读取该数据后采取时间戳策略处理，即将当前时间所在月补进从电表抄回的电量数据中整合成含识别的数据体。在电表时钟异常时会造成上述电量数据异常的问题。主站和电表的时钟时序图如图5所示。4.2冻结问题本文案例中的红相表型号为EDMI，电压357.7240V准确度为0.2S，支持红相MK6规约、部分DL/T 645通信协议97规约。按照广西规范6要求，电子式电能表最多可存储最近12个月的月冻结电量数据。但因电表老旧，在该规范没有时钟电池欠压时钟电池欠压事件触发下限定值时钟电池欠压事件判定延时时间定值检测要求3V0.1V60s2s计量点名称2051计量点2051计量点2051计量点计量点局方编号0208K4B08003620208K4B08003620208K4B0800362表地址800362800362800362计量点号111数据时间2021-03-012021-04-012021-05-01零点正有577.63577.63625.76正无269.38269.38287.59反有462.54462.54462.6反无445.64445.64446.23表3故障现象图5主站和电表的时钟时序图-8-实施前就已投运，故当使用97规约的手持抄表掌机进行抄表时，该电能表只支持读出最近2个月的冻结数据。同时，不同于历史最大需量按规约规定带有时间标志，月冻结电量数据不带时标，故多个月的冻结电量需要按照结算日先后顺序连续记录。若存储区满了，则按队列先进先出的操作方式剔除最先记录的月冻结数据，再插入新的结算数据。电表月冻结功能定义是电表时钟行进到结算日时（月冻结功能的默认结算日为月初零点(每月1日0点)，可通过红外或RS485等通信方式设置结算日）进行跨月结算，将当前正向有功总电量即表码，存储为上月的月冻结电量，再与上上月的表码做差，得到该用户上月已使用总电量。计量主站通过当前主站时间判断上一月结算电量、上两月结算电量是对应几月结算数据。主站会在结算日抄读该电能表月冻结电量，并加上当前月的时标，若表的当月冻结电量未生成，则主站会误将电表上月的冻结电量当做当月电量处理，造成主站的当月冻结与上月相同。在结算日电量转存时，以电表设置的“结算日”数据项的数值为转存时间触发月冻结电量记录事件。一月最多可设置三个结算日，结算日2和3往往作为用户参考考核用，仅使用第一结算日用于电量结算。在广西电网公司电子化结算方案推行之前，由于当地供电局客户服务中心与客户的售电协议中对月电量结算时间有约定，即每月20日为抄表结算日，由客服中心组织客户代表与抄表员至表计现金进行抄表和结算电量双方确认。为了便于电费回抄核对，该计量点表计的结算日也设置为每月20日，即在每月20日电表才会将当前电量转存为上一月的月冻结数据，2021年5月时广西某地冶金厂出现电力冻结问题：主站的月电量值和增量比