摘要：為進(jìn)一步提高運(yùn)維人員對(duì)集抄系統(tǒng)通信故障問(wèn)題的處理效率，文中針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員需要檢測(cè)的故障模塊以及需要確定的故障原因進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)低壓集抄通信故障檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備高度集成不同廠家載波模塊的設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)集抄系統(tǒng)中不同廠家單/三相載波模塊、路由模塊等硬件故障檢測(cè)、通信故障信息檢測(cè)。

　　關(guān)鍵詞：集抄系統(tǒng);故障檢測(cè)設(shè)備;運(yùn)維

　　《無(wú)線通信技術(shù)》(季刊)創(chuàng)刊于1971年，由信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)第四研究所主辦。本刊是一本有關(guān)無(wú)線電通信領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性技術(shù)刊物，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。本刊堅(jiān)持理論密切聯(lián)系實(shí)際，以實(shí)用化為主的辦刊方針，探討通信理論，提供技術(shù)成果，介紹技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，交流維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

　　用電信息采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠性、有效性、完備性，對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維是保證集抄系統(tǒng)性能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前集抄系統(tǒng)的軟硬件方案發(fā)展迅速，提供了優(yōu)秀的通信性能，但是運(yùn)維環(huán)節(jié)仍然缺少有力的與之匹配的手段與工具，急需針對(duì)當(dāng)前的電網(wǎng)集抄方案開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一款能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員快速有效排除現(xiàn)場(chǎng)通信模塊問(wèn)題、集成度高的設(shè)備，進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員在故障檢測(cè)、故障原因確定方面的效率，同時(shí)也能進(jìn)一步降低運(yùn)維人員在檢修更先進(jìn)的集抄通信設(shè)備方面的難度。

　　針對(duì)集抄系統(tǒng)常見(jiàn)故障與問(wèn)題，許多研究學(xué)者進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)故障的檢測(cè)和解決給出了一些方法[1][2][3]。但是這些解決方法中并未提及針對(duì)運(yùn)維環(huán)節(jié)故障檢測(cè)工具設(shè)備的設(shè)計(jì)與采用，最主要的是，其中所涉及的一些故障處理與檢測(cè)方法并非最優(yōu)并且需要運(yùn)維人員學(xué)習(xí)了解不同廠家的模塊工作原理、參數(shù)配置等，對(duì)運(yùn)維人員的要求較高。此外，針對(duì)不同的檢修方案，運(yùn)維人員需要攜帶不同的故障檢測(cè)工具，大大降低了運(yùn)維人員的工作效率。為了進(jìn)一步解決運(yùn)維人員處理集抄通信故障問(wèn)題效率低的問(wèn)題，本文中針對(duì)低壓集抄系統(tǒng)通信故障的檢測(cè)，設(shè)計(jì)了一套更為規(guī)范、便捷、快速有效的故障檢測(cè)運(yùn)維設(shè)備。該設(shè)備采用通用MCU芯片，高度集成不同廠家載波模塊的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同廠家集抄通信系統(tǒng)中單相載波通信模塊、三相載波通信模塊、485通信模塊、GPRS模塊的故障檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)供電狀態(tài)、引腳狀態(tài)以及通信故障的檢測(cè)。此檢測(cè)設(shè)備集成度高，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)集抄通信設(shè)備故障時(shí)，采用此設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，能夠快速為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員提供更為直觀的檢測(cè)結(jié)果;同時(shí)，此設(shè)備設(shè)計(jì)便攜性高，避免了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員多種工具同時(shí)攜帶的負(fù)擔(dān)。采用專(zhuān)用的故障檢測(cè)裝置進(jìn)行故障檢測(cè)，可以有針對(duì)性確認(rèn)當(dāng)前故障原因，避免盲目更換模塊帶來(lái)的資產(chǎn)維護(hù)成本的提升，整體上提升了運(yùn)維效率降低了運(yùn)維成本，同時(shí)硬件設(shè)計(jì)上兼容不同廠家方案，運(yùn)維人員無(wú)需同時(shí)了解不同廠家的設(shè)計(jì)，只需要按照本設(shè)備操作要求進(jìn)行檢測(cè)即可，減少運(yùn)維人員誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

　　本文主要對(duì)故障檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)、故障檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行闡述。

　　故障檢測(cè)設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)采用的是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)前來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA、DSP、MCU都屬于嵌入式系統(tǒng)的范疇。其中，F(xiàn)PGA芯片具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)的特性，可實(shí)現(xiàn)的功能較為豐富，但是其價(jià)格昂貴，對(duì)開(kāi)發(fā)人員要求更高[4]。而DSP的芯片設(shè)計(jì)主要針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理，在條件進(jìn)程、復(fù)雜算法的計(jì)算處理等方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于FPGA芯片來(lái)說(shuō)，其算法設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)靈活，成本較低，并且在電子測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用[5][6]。基于ARM內(nèi)核的單片機(jī)在事務(wù)的管理上體現(xiàn)出較強(qiáng)的能力，尤其是在流程控制上優(yōu)勢(shì)明顯。因此，結(jié)合具體設(shè)計(jì)與應(yīng)用需求，本文在故障檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)上，采用了基于ARM內(nèi)核的MCU芯片作為整個(gè)設(shè)備的主控芯片，實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的邏輯控制、故障檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)。

　　1低壓抄表通信故障檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

　　低壓抄表通信故障檢測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)低壓集抄系統(tǒng)上行通道故障檢測(cè)和下行通道如電力線載波本地通信設(shè)備、485設(shè)備等故障檢測(cè)與分析，可以實(shí)現(xiàn)集中器RS485、RJ45等具體故障的檢測(cè)，能夠分析本地單三相、路由通信模塊通信故障種類(lèi)，檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)有專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和完備的數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)檢測(cè)的故障信息進(jìn)行分析和管理并通過(guò)顯示屏顯示檢測(cè)結(jié)果，給運(yùn)維工具的使用人員提供最直觀的結(jié)果顯示。

　　檢測(cè)裝置由供電電源單元、故障檢測(cè)單元、外部控制單元、數(shù)據(jù)分析單元、顯示單元幾個(gè)主要部分構(gòu)成，如圖1所示。

　　故障檢測(cè)單元主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓集抄系統(tǒng)中有通信故障的設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)，分別支持載波通信功能故障檢測(cè)、引腳狀態(tài)故障檢測(cè)、串口通信故障檢測(cè)、GPRS通信故障檢測(cè)、SIM損壞故障檢測(cè)，485通信故障檢測(cè)。

　　對(duì)于整個(gè)裝置來(lái)說(shuō)，故障檢測(cè)單元與數(shù)據(jù)分析單元、主控系統(tǒng)單元是整個(gè)設(shè)備的核心工作單元。故障檢測(cè)單元的功能是由基于ARM內(nèi)核的STM32F4XX系列芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。MCU芯片STM32F407具有豐富的外設(shè)資源，作為整個(gè)設(shè)備的主控芯片，控制硬件檢測(cè)流程，可通過(guò)按鍵設(shè)置指令啟動(dòng)其不同的檢測(cè)功能，并可以通過(guò)接口電路自動(dòng)檢測(cè)感知插入模塊類(lèi)型，從而達(dá)到GPRS模塊、單/三相模塊、路由模塊、485模塊故障檢測(cè)的目的。

　　MCU作為故障檢測(cè)設(shè)備的主控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備的故障檢測(cè)功能，MCU控制設(shè)備顯示系統(tǒng)的連接，將故障檢測(cè)結(jié)果返回到顯示單元進(jìn)行顯示。系統(tǒng)的邏輯控制是通過(guò)STM32F407來(lái)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)主要的功能模塊有外設(shè)驅(qū)動(dòng)管理、通信接口管理控制、電池充電管理及各通信接口的測(cè)試功能。

　　2軟件流程設(shè)計(jì)

　　MCU程序分為Bootloader和APPCode兩部分，Bootloader實(shí)現(xiàn)APPCode程序合法性判斷和跳轉(zhuǎn)，包括系統(tǒng)運(yùn)行、電源管理驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)遠(yuǎn)程升級(jí)，Bootloader程序采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的處理在主循環(huán)中。Bootloader的業(yè)務(wù)流程如圖2所示：

　　本地載波通信方案主要有單相模塊、三相模塊、路由模塊，本地通信模塊中，模塊與電表之間的通信協(xié)議采用的是DLT645-2007規(guī)約[7]。通常本地載波模塊損壞，會(huì)出現(xiàn)電壓異常、引腳狀態(tài)異常、載波通信異常幾種故障現(xiàn)象，針對(duì)不同的故障現(xiàn)象進(jìn)行不同的檢測(cè)流程，對(duì)單相/三相載波模塊引腳狀態(tài)檢測(cè)時(shí)會(huì)分別測(cè)試RST、SET、EVENT引腳狀態(tài)，如果檢測(cè)結(jié)果為RST高電平、EVENT低電平、STA低電平則說(shuō)明引腳狀態(tài)正常，否則引腳狀態(tài)異常;如果待測(cè)試模塊為路由模塊，則測(cè)試RST引腳狀態(tài)，RST引腳狀態(tài)為高則說(shuō)明引腳狀態(tài)正常。當(dāng)檢測(cè)載波模塊上電引腳狀態(tài)正常，通過(guò)抄表進(jìn)行載波口和串口的通信功能檢測(cè)，抄表檢測(cè)流程如圖3所示。