基于客戶側泛在電力物聯網的智能仿真培訓采集終端設計

韓周 孟海川

摘 要：隨著國網公司近年來營銷專業管理的要求越來越高，計量相關系統應用技術不斷深入，需要從營銷專業的角度強化對基層人才的培訓，以滿足當前和未來計量專業不斷發展建設對人才的需求。針對采集運維現場出現的故障，現有的培訓設備已無法滿足培訓需求。一方面，現有仿真用電信息采集終端缺乏統一的技術標準和功能規范，無法有效開展培訓;另一方面，現有仿真終端故障下發的通信方式導致無法還原現場真實故障處理流程，難以保證培訓效果。文中介紹了一種基于客戶側泛在電力物聯網的智能仿真用電信息采集終端的設計方法，該方法具有安全、隱蔽、真實、高效等特點。

關鍵詞：客戶側;電力物聯網;仿真培訓;通信;藍牙;WiFi

中圖分類號：TP393;TM714文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）05-00-02

0 引 言

客戶側泛在電力物聯網仿真培訓平臺，簡稱培訓平臺。仿真培訓平臺包括仿真采集終端、仿真培訓裝置、仿真主站等一整套仿真用電信息采集系統。作為統一的國網基層人員培訓平臺，是開展用電信息故障模擬仿真培訓的重要組成部分，其中仿真采集終端負責數據采集、數據管理、數據雙向傳輸，以及模擬現場各類故障命令的接收與執行，是培訓系統的關鍵設備之一，但目前還沒有關于仿真采集終端的技術

規范[1]。

傳統的仿真培訓采集終端因為內網加密的原因無法通過無線公網4G方式登錄仿真主站，因此不能夠采集命令，進行采集數據的交互，同時也無法模擬SIM卡類的各種故障。其次因為仿真培訓裝置與仿真培訓終端的通信限制，導致仿真培訓裝置需通過RS 485與仿真培訓終端連接，從而實現故障的下發與故障模擬情況的實時讀取，使得仿真培訓終端需要額外的接線。又因為與現場接線不一致，導致學員對真實現場的接線產生誤解，甚至部分培訓后的學員在面對真實現場故障時無從下手，大大降低了培訓系統的必要性。最后，傳統仿真培訓終端不支持升級，若現場出現新的故障時無法及時更新，只能等待積累一段時間，出現大量故障后，重新制作一批仿真終端進行批量更換，不僅工作繁瑣，更消耗大量人力物力。上述這些問題的存在制約了培訓工作的有效開展。

隨著藍牙、WiFi等無線通信技術的迅速發展，使設備與裝置之間的無線大數據傳輸成為可能。針對當前仿真終端存在的弊端，文中提出了基于客戶側泛在電力物聯網的智能仿真培訓采集終端的設計方法[2]。

1 BLE5.0藍牙通信模塊集成

圖1所示為藍牙模塊電路原理。集中器通過USB通信與藍牙模塊建立連接，其中P1為USB公頭端子，可與仿真終端連接，實現模塊化設計，便于安裝。U1芯片將集中器USB信號轉換為串口信號，實現了集中器與藍牙芯片之間的數據傳輸[3]。U3為電源管理芯片，可將USB的+5 V供電轉換為+3.3 V供電模式，為藍牙芯片與U1供電[4]，故而此模塊無需額外的電源供電，節約了空間。模塊可安裝在仿真終端內部，仿真終端的故障下發與確認、仿真終端的升級都可以通過藍牙模塊實現，外部不存在接線問題，省去了大量人力升級的成本，同時還原了現場真實的接線環境。

2 WiFi通信模塊集成

圖2所示為藍牙模塊電路原理，其中J201為插針端子，其與原模塊的端子一一對應，與仿真終端連接，實現模塊與仿真終端之間的數據傳輸，同時不改變原有集中器外形;STATE0～4為模塊檢測引腳，通過不同的狀態組合檢測模塊是否正確插入，同時實現模塊功能切換。為了真實還原現場SIM卡上線流程，加入了SIM1端子，同時模塊內部做了SIM插入檢測處理。SIM卡正確插入后，WiFi開始正常撥號連接流程，若SIM卡損壞或未插入，則WiFi無法上線。E103為WiFi芯片[5]，其與J201連接，通過串口與仿真終端通信。考慮到WiFi芯片電平與仿真終端主芯片電平不同，可能存在過壓沖擊，導致芯片電路損壞，因此加入電平轉換電路，將信號幅度限制為+3.3 V[5]。在電平轉換電路中加入RED LED與GREEN LED，可直觀展現出信號的發送與接收，方便現場人員觀察模塊狀態，完美解決了原有終端不能模擬無線公網通信的問題。

3 產品分析驗證

為了驗證改進后的仿真采集終端功能是否正常，通過nRF Connect軟件對改進后的仿真培訓采集終端的藍牙與無線信號進行了測試，信號傳輸完整且強度達到預期要求，證明透傳速率完全滿足產品設計要求。nRF Connect無線測試軟件界面如圖3所示。

綜上所述，可以看到客戶側泛在電力物聯網仿真培訓采集終端相較于傳統培訓采集終端擁有更隱蔽高效的通信方式，更真實地模擬了采集終端在現場的真實場景，豐富了采集終端現場異常現象的故障庫，對未來國網布局泛在電力物聯網仿真培訓系統有著重要的意義。

4 結 語

仿真采集終端作為一個產品，本身需要一步步完善，隨著國網公司近幾年來營銷專業管理的要求越來越高，計量相關系統應用技術不斷深入，需要從營銷專業的角度強化對基層人才的培訓，以滿足當前和未來計量專業對人才的需求。但是尋求最為真實、全面、高效的故障仿真方式是所有終端廠家需要研究和探討的一個問題，綜上所述，通過藍牙及WiFi的方式，可以有效解決傳統仿真采集終端帶來的問題。

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