智能電能表現場核查終端紅外通信問題及其優化策略

曾志永

廣東電網有限責任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000

0 引言

近年來，在電力行業不斷發展的過程中，低壓集抄建設規模不斷擴大，基本實現了智能電表覆蓋、電量實時采集以及在線結算等功能，提高了電能表核查效率。但是，在環境復雜、電表數量多等因素的影響下，部分電能表存在通信問題，需通過現代數字通信技術、紅外技術等技術進行解決，同時需要明確現場核查終端紅外通信問題并進行優化[1]。

1 智能電能表現場核查終端概述

智能電能表是智能電網尤其是智能配電網中進行數據采集的基礎設備，具有采集原始電能數據、計量數據與傳輸數據的功能，是進行信息集成、信息分析與信息展現的基礎。智能電能表現場核查終端指的是可以自動進行智能電能表信息采集、分析的設備，不僅是實現智能用電數字化、互動化與自動化的有力支持，也是智能電網的關鍵基礎，主要由采集終端、自動化管理終端、集中器、自動器、電能量采集終端等部分構成。

2 傳統現場核查方式存在的問題

電能表現場核查影響電力企業的經濟效益，而傳統的現場核查方式存在一定的問題。在傳統的現場核查中，核查人員需要利用SG186系統導出核查區域的檔案明細，再對相關內容進行刪減，最終保留出廠編號等信息，并將檔案打印出來。這種方式較為落后，會消耗大量的時間和人力資源，也很容易出現漏抄、錯抄等問題[2]。

3 智能電能表現場核查終端紅外通信原理

紅外通信以紅外線為基礎，紅外線的頻率介于微波與可見光之間，其頻率在0.3～400 THz，對應的波長為1 mm～750 nm，屬于不可見光，頻率比紅光低。紅外線是太陽光線中不可見光中的一種類型，又被稱之為紅外熱輻射，具有較強的熱作用。根據波長可將紅外線劃分為三部分，即近紅外線、中紅外線與遠紅外線。紅外線的熱效應較強，可以與生物體中的有機大分子與無機分子進行共振，繼而產生熱量，已廣泛應用于化學、生物、有機合成、分子光譜學等領域。微波與無線電波都在長距離無線通信中被廣泛應用，但是紅外線波長相對較短，障礙物衍射能力相對較差，因此一般被應用于短距離無線通信。為了使設備通過紅外接口實現通信，紅外數據協議發布了紅外數據通信標準，明確了其軟硬件規范。

紅外通信屬于通信信道，是利用950 nm近紅外波段的紅外線傳遞信息。在紅外通信中，發送端應用的是脈位調制，即PPM方式，紅外通信接口即調制解調器，主要進行信號調制與解調。紅外遙控是由發送與接收這兩部分共同構成，其中發送端主要是通過單片機將二進制信號編碼調制成一系列脈沖串信號，再利用紅外發射管發射紅外信號；而紅外接收主要完成對紅外信號的接收、放大、檢波，并進行遙控編碼脈沖的解調，如圖1所示。

圖1 紅外遙控流程

4 智能電能表現場核查終端紅外通信中存在的問題

（1）強光線干擾。強光線干擾是智能電能表現場核查終端紅外通信的常見問題之一。紅外通信是以紅外光為傳輸介質的，在日常生活中常見的陽光與日光燈等光源都是由紅外光發出的，一般情況下光線較弱，不會對紅外通信造成較大影響。但是，若陽光過于強烈或日光燈功率與大距離表計之間的距離較近時會對紅外通信造成較大影響。智能電能表現場核查終端的抄表模塊不具備遮光設備，當光線較強時，紅外通信的功能會受到影響，出現通信失敗的問題[3]。

（2）紅外通信距離。我國對智能電能表的紅外通信距離與角度進行了明確規定。但是，從實際情況來看，由于表計廠家與型號的不同，導致紅外通信的距離與角度會存在一定的差異。當前市面上的智能電能表有很多品牌與型號，這些智能電能表的紅外功率與通信距離不同，若紅外功率大則通信距離遠，否則通信距離近。因此，在應用智能電能表現場核查終端時需不斷對終端與表計之間的距離進行調整，實現紅外通信。但是，大多數終端紅外都位于掌機頂部，沒有延長裝置，若表計的安裝位置較高，就需要調整終端位置，將加大其操作難度。此時，需調整表箱中表計的位置，或者是利用紙板等物品將表計進行分隔，操作較為復雜。

（3）紅外通信大數據傳輸失敗。從實際情況來看，利用現場核查終端采集電能數據具有較高的通信成功率，但是在進行復雜操作時（如更新參數、下發參數等），便會出現通信失敗的問題，需重復進行操作。這些問題主要是由數據量大造成通信不穩定引起的。當前，雖然應用了智能電能表，但是現場核查終端存在硬件限制，導致通信數據幀長度與波特率被限制，在進行大數據量通信的各種操作時，會降低其穩定性，導致通信失敗。

5 智能電能表現場核查終端紅外通信優化策略

（1）相關問題的優化。第一，解決強光線干擾問題。首先，可以使用W0038HL-26等型號的具有較強的抗光干擾能力、功耗低、穩定性高的紅外接收頭。其次，紅外接收頭的最佳接收波長為940 nm，因此需要使用940 nm波長的紅外發射管。同時，需要在發射端增加38 kHz的載波頻率。再次，需要增加可見光隔離器，避免紅外接收頭被陽光直射。此外，需增設濾光片，過濾掉多余光線，確保只有940 nm的光波可以進入紅外接收頭。

第二，優化紅外通信距離問題。紅外通信距離這一問題嚴重降低了紅外通信的質量，可通過伸縮連接桿的設置解決這一問題。設置伸縮連接桿，便于狹窄處表計的操作。根據實際情況縮小紅外視窗，降低紅外功耗。

第三，優化紅外通信大數據傳輸失敗問題。紅外通信大數據傳輸失敗問題，需通過進行專門的電路設計進行解決，為數據傳輸提供多種通信速率。通信速率一般為1 200 bit/s，所支持的最高速率為2 400 bit/s。專門進行電路設計可以實現通信速率的自適應，即通信速率可以根據智能電能表的數據大小與波特率改變，有利于增強產品的驅動能力，提高智能電能表的型號兼容性。此外，需增強電路設計，應用短幀+長幀通信技術增強紅外通信的穩定性。

第四，優化雙手作業的方案。掌機雖然便于攜帶，但是操作起來需要雙手的支持，這會影響到現場核查工作人員的其他工作，因此需要通過有效措施解決這一問題。例如，可以將固定支架安裝在伸縮桿上，將掌機放置在固定支架上，解放工作人員的雙手。但是，固定支架并不能完全固定掌機，若支架松動就會導致掌機掉落，因此需要在支架上安裝卡扣并增添防滑貼固定掌機。此外，也可以在支架上安裝弧形卡扣，實現卡扣與伸縮桿的連接，以便調整和取下掌機。

（2）產品連接?？梢岳脴藴蔝SB連接頭將智能電能表現場核查終端與外置的紅外通信光電頭進行連接，如圖2所示。由于連接設備不同，可以根據連接設備的實際情況采用合適型號的USB接頭，若沒有合適的USB接頭可以使用轉接頭。

圖2 產品連接

（3）終端應用方法。進行現場核查的工作人員需要利用連接線進行光電頭與現場核查終端的連接，再將光電頭扣在智能電能表紅外通信的扣上，完全連接后，操作人員在終端上運行程序并進行任務操作便可以進行現場核查工作。從實際應用來看，通過優化方案可有效解決智能電能表現場核查終端的紅外通信問題，提高紅外通信的成功率。

6 結束語

傳統現場核查以人工核查為主，需進行開箱工作，具有一定的安全隱患，而且信息分析效率較低，而應用智能電能表與終端進行現場核查有利于提高工作效率與準確性，因此需及時解決紅外通信問題，充分發揮現場核查終端的作用。