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1、电能表的通信方式（模块编码：ZY2900203001）随着我国市场经济改革日趋成熟和电力行业体制改革的不断深化，五大发电集团已成立，电力市场引入竞争机制，电厂、电网各自独立经营和承担风险，参与电力市场的竞争，即“ 厂网分离，竟价上网” 。电厂向电网公司卖电，投资方与运营、管理方签定上网协议，构成了以电能量为基础的买卖电关系。电网内部管理也逐步走向商业化市场化，电厂、 网局、省局、地局等之间开始将电力交换接点的电量作为其计量结算、考核、 奖惩的主要依据。商业化运行的核心就是供电和购电双方以电力交换点的电能量作为计量结算依据，原来人工抄表和统计结算的抄表方式显然不能适应市场商业化运营的需要。因此，
2、必须建立以自动化为基础的电能量计量计费自动化系统，以提高电能量的采集、传输、处理的精确性、 可靠性和及时性。电能量采集系统由系统主站、数据通道、厂站设备（电能量数据采集器、电能表计等）三部分组成。实现了对电网和电能表实时数据采集与监测，独立完成分时计费、电能量统计、电能量平衡、电能量管理以及电力营业考核自动化等功能；并具有远程维护，授权Internet用户远程查询等远程管理功能；并且通过与MIS 、SCADA 、DMS 、EMS 等系统实现数据交换与共享，为其他子系统提供了准确、完整的信息数据。一、电能表通信方式的概述随着微电子技术的不断进步，许多的通信方式被应用到电能表通讯中。其中比较常用的
3、有以下几种：(1) 红外通讯红外通讯包括近红外通讯、远红外通讯。近红外通讯指光学接口为接触式的红外通讯方式。远红外通讯指光学接口采用非接触方式的红外通讯方式，由于容易受到外界光源的干扰，所以一般采用红外光调制/解调来提高抗干扰度。红外通讯的主要特点是没有电气连接、通讯距离短，所以主要用于电能表现场的抄录、设置。(2) 有线通讯有线通讯主要包括RS-232接口通讯、 RS-422接口通讯、 RS-485接口通讯等。由于有线通讯具有传输速率高、可靠性好的特点，被广泛采用。(3) 无线通讯无线通讯包括无线数传电台通讯、GPRS 、GSM 通讯等。随着信息传递技术的飞速发展，无线通讯技术在通讯领域发挥
4、着越来越重要的作用。使用无线数传电台可以在几百米到几公里的范围内建立无线连接，具有传输速率高、可靠性较好、不需要布线等优点。使用GPRS或 GSM 网络通讯，还可以充分地利用无线移动网络广阔的覆盖范围，建立安全、可靠的通讯网络。(4) 电力载波通讯。电力载波通讯是通过220V电力线进行数据传输的一种通讯方式。在载波电能表内部，除了有精确的电能计量电路以外，还需有载波通讯电路。它的功能是将通讯数据调制到电力线上。常见的调制方式有FSK 、ASK 和 PSK 。处于同一线路上的数据集中器则进行载波信号的解调， 将接收到的数据保存到存储器中。由此构成载波通讯网络。电力载波通讯的特点是名师资料总结 -
5、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 不需要进行额外的布线、便于安装； 但是由于电力网络上存在着各种电器，具有噪音高、衰减大的特点，这就限制了通讯传输的距离和速率。二、 RS-232、RS-422、RS-485通讯方式及特点RS-232是串行数据接口标准，最初是由电子工业协会（EIA ）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由 RS-232发展而来
6、，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、 速率低的缺点， RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10 个接收器。 RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围， EIA 又于 1983年在 RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力， 即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485
7、-A标准。由于 EIA 提出的建议标准都是以“RS ” 作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以 RS 作前缀称谓。1.RS-232通讯方式RS-232是目前最常用的串行通讯接口之一。它的全名是“ 数据终端设备（DTE ）和数据通讯设备（ DCE ）之间串行二进制数据交换接口技术标准” 。物理接口定义：RS-232标准规定采用一个25 引脚的 DB25连接器，通常插头在DCE 端,插座在 DTE 端。连接器的每个引脚的信号内容如下图：图 ZY2900203001-1 RS-232引脚表 ZY2900203001-1 RS-232引脚标准引脚名称描述引脚名称描述DB25 DB9 DB2
8、5 D B9 1 保护地2 3 TxD 发送数据3 2 RxD 接收数据4 7 RTS 请求发送名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 5 8 CTS 清除发送6 6 DSR 数据设备就绪7 5 GND 信号地8 1 DCD 载波检测20 4 DTR 数据终端就绪22 9 RI 振铃指示其他引脚用做第二通讯通道或为定义。由于在实际应用中，很少用到第二通讯通道，所以有很多场合使用DB9 的连接器。电气特性定义：RS-232
9、标准规定，在RS-232中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“ 1”为-5 -15V ；逻辑 “0”为+5 +15V 。噪声容限为2V 。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑 “0” ，高到 -3V 的信号作为逻辑“1” 。传输速率：RS-232标准规定最大传输速率为20kbps。传输距离：RS-232C标准规定在码元畸变小于4% 的情况下，传输电缆长度应为50 英尺。其实这个4% 的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99% 的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50 英尺。目前 RS-232接口是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串
10、行接口，但由于其发展比较早，难免有不足之处，主要是以下几点：RS-232是为点对点通讯（即只有一对收发设备）而设计的，不具备网络功能；传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbps。接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。传输距离有限，最大传输距离标准值为50 英尺，实际上也只能用在 50 米左右。因此， RS-232接口适合本地设备之间的通讯。表 ZY2900203001-2 RS-232、RS-422、RS-485电气参数RS232 RS422 R485 工作方式单端差分差分节点数1 收、 1 发1 发 10 收1 发 3
11、2 收最大传输电缆长度50 英尺400 英尺400 英尺名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 最大传输速率20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s 最大驱动输出电压+/-25V -0.25V+6V -7V +12V 驱动器输出信号电平(负载最小值 ) +/-5V+/-15V +/-2.0V +/-1.5V 驱动器输出信号电平(空载最大值 ) +/-25V +/-6V +/-6V 驱动器负载阻抗 ()3K 7K 100
12、54 摆率 (最大值 ) 30V/s接收器输入电压范围+/-15V -10V +10V -7V +12V 接收器输入门限+/-3V +/-200mV +/-200mV 接收器输入电阻 ()3K 7K 4K12K驱动器共模电压-3V +3V -1V +3V 接收器共模电压-7V +7V -7V +12V 2.2 RS-422通讯方式针对 RS-232接口的不足， EIA 发布了 EIA-422-A标准。标准全称是“ 平衡电压数字接口电路的电气特性” 。RS-422和 RS-232不一样，数据信号的传输采用平衡传输方式（也称作差分传输） ， 它的每个通道使用一对双绞线，其中一根定义为A， 另一根定
13、义为B。 RS-422采用一般采用4 线接口，实际使用时还有一根信号地线，共5 根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS-232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10 个节点。 RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向。电气特性：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - RS-422标准规定，发送端A、B 之间的正电平为+2 +6V时为逻辑 “ 1”，负电平
14、在 -2 6V 时为逻辑 “ 0”。在接收端， AB 之间有大于 +200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至 6V 之间。AB 线对地的共模电平限制在-7 +7V之间。传输速率：RS-422标准规定最大传输速率为10Mbps 。传输距离：RS-422标准规定最大传输距离为4000英尺。 其实，平衡双绞线的长度和传输速率成反比。在 100kbps的速率下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的情况下，传输速率才能达到最大值。RS-422需要一个终接电阻，其阻值等于传输电缆的特性阻抗。终接电阻应当接在传输电缆的最远端。传输
15、距离短时可以不用终接电阻。2.3 RS-485通讯方式为增强 RS-422的网络能力， EIA 对 RS-422标准进行了修订，形成EIA-485-A标准，即 RS-485标准。增加了多点通讯能力。RS-485是由 RS-422发展而来的，因此他的电气特性继承了RS-422标准。它采用平衡传输方式，有4 线制和 2 线制两种传输方式。4线制方式和RS-422完全兼容，只能实现点对多点的通讯。2 线制方式则实现了多点半双工通讯能力。 RS-485的发送器包含一个使能端，这在RS-422下是可用可不用的。当发送器使能不起作用时，发送器处于高阻状态，相当于断开发送器和总线的连接。RS-485和 RS
16、-422的不同还在于其输出的共模电压是不同的，RS-485接口的共模输出电压为 -7 至+12V之间。RS-485标准修改了接收器的输入阻抗，由RS-422的 4k 修改为 32k ，使一个发送器可以连接多达32 个接收器。 由于集成电路技术的发展，现在的一些厂商可以提供更强驱动能力的驱动器和更高输入阻抗的接收器，能够使一个发送器连接高达256 个接收器。RS-485传输速率和传输距离是和RS-422一样的。最大传输速率为10Mbps，最大传输距离为 4000英尺。但是，平衡双绞线的长度和传输速率成反比。在100kbps的速率下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的情况下，传输速率才能达到最大
17、值。RS-485标准要求两个终接电阻，其阻值等于传输电缆的特性阻抗。终接电阻应当接在传输电缆的两端。传输距离短时可以不用终接电阻。2.4 RS-485网络组网注意事项：RS-485通讯方式由于组网简便、通讯速率高、 距离远，在电能表通讯中获得了广泛的应用。但是如果组网不适当，则会引起通讯不畅、甚至通讯不上的问题。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 1. RS-458总线一般采用总线型结构，不支持数形或星形网络。应当采
18、用一条双绞线作为总线， 将各个节点连接起来。每个节点到总线的引出线要尽可能地短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。2. 应注意总线各段的特性阻抗的连续性，降低阻抗突变点引起的信号反射。避免在不同的区段使用特性阻抗不同的电缆，或某一段总线上收发器紧靠在一起安装。3. 使用终端电阻。一般地低速、近距离通讯可以不接终端电阻。高速、长距离通讯必须安装终端电阻。4. 接地问题。 RS-422与 RS-485传输网络的接地是很重要的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下，连接RS-422
19、、RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，主要有下面二个原因a共模干扰问题： RS-422与 RS-485接口均采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，如 RS-422共模电压范围为-7 +7V ， 而 RS-485收发器共模电压范围为-7 +12V ，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。b电磁干
20、扰（ EMI ）问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。三、 CS 电流环方式通讯方式基础知识和特点CS 电流环通信方式发展较早，大约在19 世纪 60 年代，美国长途电传打字机采用60mA电流环进行通讯。60 年代中期， 20mA电流环被广泛地应用在电传打字机领域。到80 年代初期，电流环被应用到越来越多的领域。在工业现场，仪表进行长线传输信号主要有以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表
21、放大器的工作电压也是个问题。为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，用电流来传输信号，因为地阻抗的传输线对噪声并不敏感，并且容易实现电气隔离。420mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而该电流也可同时解决仪表的供电问题。图 ZY2900203001-2 CS电流环通信方式示意图电流环通讯能被广泛地应用，得益于它是一种廉价的、具有较强的抗干扰能力的通讯方式。它采用 2 线接口实现单向的通讯功能。随着 RS-422以及 RS-485总线的发展，电流环的使用已经迅速地减少。在电能表通讯中，一般使用电流断开表示逻辑“0”，使用电流接通表示逻辑“1”进行通讯。名师资料总结 -
22、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 四、模块小结本模块了介绍电能表几种通信方式和主要特点，提出在电能表通讯组网时应当注意的一些问题。五、作业练习1RS-485通讯方式的工作模式是（）A: 全双工模式B: 半双工模式C: 单工模式2 下面的电表通讯方式中那种是采用电流方式驱动的( ) A:RS-485 B:RS-422 C:RS-232 D:CS电流环3 简述 RS-232、RS-422和 RS-485通讯之间的差别。4 简述 RS-485通讯组网时需要注意的问题。六、参考书目1最新电力行业计量技术标准及计量器具检定维护维修技术手册，本书编订委员会，2006年 10 月，中国计量出版社；2变电站综合自动化实用技术问答，刘伟、汤雨海，2007年 1 月，中国电力出版社；3电力系统远动原理及微机远动装置，柳永智，1989年，成都科技大学出版社；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -