電力載波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張相松

（大慶油田采油八廠信息中心綜合室，黑龍江 大慶 163000）

電力線通信技術(shù)工作原理是用分布在電力系統(tǒng)中的大量電線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種傳輸手段已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，其中包括城市居住用戶的上網(wǎng)、VoIP電話、遠(yuǎn)距離抄表、全自動(dòng)控制家用居住設(shè)備等方面。當(dāng)這種技術(shù)與中壓PLC技術(shù)相結(jié)合使用時(shí)，不但能在整個(gè)電力自動(dòng)化配電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中作為重要傳輸通道而提供幫助，還能為整個(gè)城鎮(zhèn)覆蓋網(wǎng)絡(luò)范圍的擴(kuò)大做出貢獻(xiàn)，投資少、見效快、管理簡單、方便使用等特點(diǎn)促進(jìn)了當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)社會(huì)的發(fā)展提供了有效的幫助。

1 電力線通信技術(shù)應(yīng)用的目的和意義

在進(jìn)行油氣資源的開采和勘探過程中，對(duì)相應(yīng)開采的資源進(jìn)行可持續(xù)利用尤為重要，需要通過測試油井的工作狀態(tài)、探明地下油層詳細(xì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)等方法來解決問題，通過利用測井儀器進(jìn)行日常工作，例如隨鉆測井、試井、測井等。無論測井儀器如何使用，其主要的工作職能就是對(duì)相應(yīng)井底和井中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析采集，采集后的數(shù)據(jù)信息可以通過傳輸而被專業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)分析和應(yīng)用。現(xiàn)主要有兩大種類的傳輸方式：有線傳輸和無線傳輸。

設(shè)計(jì)采用電力線載波通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)抽油井?dāng)?shù)據(jù)傳輸，其主要優(yōu)點(diǎn)：一是PLC充分利用已有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，不需要任何布線，是一種“No New Wires”技術(shù)，減少資源的浪費(fèi)；二是利用龐大的已有電力線網(wǎng)絡(luò)的PLC接入方式，解決了先期投入大的問題，降低了工作成本，通過低壓進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸更加方便和快捷。

2 電力線載波通信系統(tǒng)

隨著科技的發(fā)展，通信系統(tǒng)擁有的通信方式有很多，而電力線載波通信系統(tǒng)是利用現(xiàn)有電力系統(tǒng)的專屬條件發(fā)展而成，通過將平常只傳輸電能的電力線路研發(fā)成也能同時(shí)傳送高頻電信號(hào)的特殊線路。在原理上通信線路載波和電力線載波沒有什么不同，只是電力線不同于通信線路，它專門傳輸?shù)碾娏鞴ゎl為50Hz。

在高壓和低壓電力線技術(shù)還沒有深入研究以前，電力線網(wǎng)絡(luò)用戶的上網(wǎng)方式還局限于使用低壓PLC技術(shù)和其他網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合。由上面的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)圖1中可以知道一般網(wǎng)絡(luò)用戶將通信終端連接到電力線上是通過PLC調(diào)制解調(diào)器、電話和電能等，可以和剩余網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互，然后將一些其他技術(shù)手段與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)整體通信。

圖1 電力線載波通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)圖

圖2 電力線載波通信的原理框圖

電力線載波通信正常工作的流程原理圖就如圖2所示。原理框圖中有A和B兩端，這兩端分別代表著發(fā)電廠和變電所，整個(gè)工作流程就是將A端所運(yùn)送出來的50Hz電流通過變壓器對(duì)其進(jìn)行升壓后，再經(jīng)過主要電網(wǎng)通道的電力線輸送到B端，最終經(jīng)過一系列設(shè)備降壓后供給廣大用戶。而要真正運(yùn)用電力線實(shí)現(xiàn)載波通信，還存在“輸送來的高頻信號(hào)能否在電力線上進(jìn)行安全的耦合”的問題。上圖出現(xiàn)的相地耦合方式是現(xiàn)在最常用的耦合方式，這種耦合方式則是由結(jié)合濾波器F和耦合電容C相結(jié)合而形成。高通濾波器則是由結(jié)合濾波器和耦合電容器組成，能夠提高高頻信號(hào)的通過率，實(shí)現(xiàn)電力線與高頻信號(hào)耦合。在對(duì)50Hz電流輸送的過程中隨著時(shí)間推移電流逐漸衰減，載波設(shè)備中的50Hz電流幾乎不存在，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)人身與載波設(shè)備安全的目的。

3 電力載波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件系統(tǒng)

SENS-01 嵌入式電力線載波通訊模塊（PLT）是一款專門為專業(yè)電力線載波的設(shè)備，一個(gè)模塊的核心芯片相當(dāng)于設(shè)備心臟，該芯片是專用電力載波集成電路所構(gòu)造而成，由通訊算法和電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路組成，其特點(diǎn)包括通信速率高且可靠，抵抗雜波干擾能力強(qiáng)，通訊傳輸距離遠(yuǎn)等，是針對(duì)國內(nèi)電力線現(xiàn)狀和限制條件而開發(fā)研制的通訊產(chǎn)品。

SENS-01嵌入式電力線載波模塊的主要應(yīng)用：居家用電控制器，路燈監(jiān)控、安防監(jiān)控、集中抄表、斷纜監(jiān)控、停車場管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行輸送，對(duì)一些智能家用電器進(jìn)行控制，對(duì)一些距離較遠(yuǎn)的燈光進(jìn)行控制，空調(diào)的開關(guān)和調(diào)控，現(xiàn)場的舞臺(tái)燈光以及音響音量的大小的控制，低速率通信網(wǎng)絡(luò)，消防緊急救援及安全保衛(wèi)系統(tǒng)等。

通訊波特率選擇輸入端有3個(gè)部分組成，分別是A、B、C，A B C正因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，所以它的懸空為高電平，輸入寫成0，這樣端口可進(jìn)行接地處理，如果是19200最大的波特率，全部懸空也可以。

A B C變化與不同波特率對(duì)應(yīng)如表。

表1 波特率

3.2 軟件系統(tǒng)

通常在油井地下勘測和開發(fā)過程中，為了保證油井的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要對(duì)其井下各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這就包括井下的溫度、流量、壓力等，在詳細(xì)充分采集井下數(shù)據(jù)信息的同時(shí)，對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的各種問題采取相應(yīng)解決方案，高效控制整個(gè)采油過程。通過實(shí)驗(yàn)將電力線載波通信和其他通信方式進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)電力載波通信擁有很多優(yōu)點(diǎn)，包括擁有較遠(yuǎn)傳輸距離、高穩(wěn)定性的通道，可充分使用當(dāng)前油井中所擁有的電纜結(jié)構(gòu)，降低開發(fā)成本和后期維護(hù)成本。流程圖如圖3。

新建完窗體應(yīng)用程序后，在主界面的左側(cè)有工具箱的選項(xiàng)，里面有我們需要的控件，常用的控件一般有：Label控件，Button控件，TextBox控件以及ComboBox控件等等。同時(shí)界面的左側(cè)有屬性欄，我們可以單擊所需要設(shè)置屬性的控件，更改其屬性。

圖3 軟件總體流程圖

3.3 運(yùn)行結(jié)果及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

首先，將SENS-01嵌入式電力線載波模塊分別連接到兩臺(tái)電腦上，打開串口助手調(diào)試模塊是否可用。由于電腦上安裝了vs2010，直接打開所編程的軟件，在一臺(tái)電腦上選擇“調(diào)試”按鈕彈出一個(gè)發(fā)送端界面，另一臺(tái)電腦同理。2個(gè)軟件上設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，例如：在發(fā)送端輸入“28.6”，點(diǎn)擊“溫度發(fā)送”，則在接收端會(huì)顯示“溫度：28.6”，顯示結(jié)果如圖4所示。

圖4 接受“溫度發(fā)送”顯示圖

同上，若在發(fā)送端輸入“34”，點(diǎn)擊“壓力發(fā)送”，則在接收端會(huì)顯示“壓力：34”，顯示結(jié)果如圖5所示。

圖5 接受“壓力發(fā)送”顯示圖

4 結(jié)語

（1）該設(shè)計(jì)提出了通過電力線載波模塊，進(jìn)行抽油井傳輸數(shù)據(jù)的一種方法。

（2）電力線在當(dāng)今已成為社會(huì)快速發(fā)展必不可少的競爭標(biāo)識(shí)，主要介紹了它在生活中各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，更加凸顯其重要性，研究電力線載波通信是十分必要的。

（3）通過對(duì)由集成單片機(jī)與載波模塊的芯片組成SENS-01嵌入式電力線載波模塊的性能指標(biāo)、特性以及應(yīng)用的研究及分析，進(jìn)行了相應(yīng)的模塊連接和串口調(diào)試。

（4）討論了C#開發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)軟件的語言學(xué)習(xí)以及窗體應(yīng)用程序的繪制，并且針對(duì)不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)發(fā)送，用“T”“P”來進(jìn)行接受端的區(qū)分，使接收的數(shù)據(jù)不易混淆。