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[行业技术文章]通过电力线通信(PLC/AMR)实现自动抄表

更新:2013-05-30

    引言 

    在20世纪的年夜部门时间,电力公司的抄表员经由过程挨家挨户查看电表的机电式计数器来记实用电。再到办公室将记实的电表读数输进到电力公司的用户收费记实中。现在,随着技术的前进,这类劳动密集型的人工抄表操作已慢慢被自动抄表(AMR)系统所取代。 

    在20世纪90年月早期的AMR市场,电力公司熟悉到AMR的商价值,由于削减抄表的员工数目可节省费用支出。那时,电力公司只需要每月对居平易近/工用户进行一次抄表,是以早期的AMR系统采用近距离方案,依然需要往电浮现场抄表。数据流是单向的:从电表到电力公司工作人员持有的抄表器终端。  

    现在,对AMR的要求已远远超越了节省抄表成本这一点。现在,电力公司为了更有用地经管他们的资本,正在追求能在电表与家庭办公室之间提供即时双向通讯的技术方案。这正是AMR备受接待的缘由。AMR在用户关系经管(CRM)和避免收进损失方面具有新的势,AMR的电子式询-响应能力能实现这些势。 

    电力线通讯实现AMR 

    为知足现今AMR的通讯需要,电力公司正在追求电力线通讯(PLC)技术。PLC是一种经由过程电力线传输数据(音频、视频、控制旌旗灯号等)的工尺度  
方式。由于PLC具有以下技术特点,所以电力公司对其很感乐趣:  

    下降根蒂根基举措措施成本。PLC系统依靠现有的电力线,不需要构建新的网络根蒂根基举措措施。  

    对边远地域的笼盖面比RF方案更广。  

    可由经管中心实现周全控制,下降经管总成本。 

    避免收进损失。PLC可远程监控,并检测电表篡转为。这有助于控制损失(即防窃电),和在系统泛起故障或解体时进行维护。  

    可以集成各类分歧服务和实现“智能”家电控制。  

    能远程监视其它传感器(火灾、温度、进口、出口等)。  

    记实逐日的用电,缩短“抄表到收费”的时间,以改善财政收进状态。 

    预支费和缴费帐户自动经管。  

    实现按使用付费方案。  

    Maxim的PLC/AMR参考设计 

    Maxim公司提供自动PLC/AMR方案,从运用角度看,这是一种类似常见的以太网的组网方式。本参考设计基于正交频分复用(OFDM)技术,可实现高靠得住性、年夜传输速度为14Mbps的数据传输。 

    对于OFDM系统来说,电表监视系统(AMR)的要求相对比力容易知足。每月一次,必需传输几十到几百字节的AMR消息。其余年夜部门时间,通讯通道都是闲置的。是以,数据速度和数据响应时间都不是AMR系统中出格重要的身分。相反,靠得住性和坚忍的网络相当重要,事实证实,OFDM是克服AC线路固有噪声年夜这一错误谬误的好方案。 

    在Maxim参考设计中,MAXQ3120电丈微控制器经由过程异步串行链路以1200bps的数据速度与MAX2986 PLC基带芯片通讯。对MAX2986的固件略加改动,即可经由过程其内部UART进行通讯,并识别合适DL/T645电表协议的帧花式。 

    该参考设计必需解决的一个问题是MAC层地址和DL/T645网络地址之间的关系问题。由于DL/T645不具有解析MAC层地址的机制(IP栈中ARP具有该功能),所以有两种应对方案:让主机跟踪网络和每个电表的MAC标识,或使MAC地址和网络地址之间具有某种固定的关系。本参考设计采用后一种方式。 

    在本设计中,网络地址区域为空白的电表会询相关的PLC芯片组,要求为其分配地址。作为回应,PLC芯片组将MAC地址自己作为有用载荷,发送一个尺度的DL/T645地址设置消息。这样,可保证每一个电表都有的网络地址(只要MAC地址也)。注重,这是电表芯片(MAXQ3120)唯逐一次自动发送消息。 

    通讯按下列步骤进行:  

    主机PC发生一个请求,并将该请求发送至外部PLC Modem。 
PLC Modem分析该请求,并将DL/T645消息头中的电表地址转换为以太网MAC。 
附有新MAC的以太网信息包经由过程电力线被发送出往。  

    电表接收信息包,并肯定消息是发给自己的。并存储源MAC地址,以备在响应包中使用。  

    PLC MAC提取有用载荷,并将它发送给MAXQ3120。  

    MAXQ3120响应请求,将一个信息包送回PLC MAC芯片。 
  
    MAC控制器构建并发送以太网信息包,用所存储的请求包源地址作为响应包的目的地址。  

    主机PLC Modem接收响应包,提取有用载荷,然后将其发送给主机PC。 
采用该方式,PLC/AMR电表整合了PLC协议和DL/T645协议。这类方案避免了必需在电表中同时建立网络层地址和MAC地址的限制。