一種基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級方法研究

摘 要：隨著我國電力行業的持續發展，電力客戶也逐漸多元化，部分電力客戶在利益的驅使下會利用各種方法干擾采集終端的電能量計算以達到竊電的目的。模組化采集終端的回路巡檢模塊可實現對電能表計量回路中的電流信息進行監控，實時監測竊電行為。為應對不同手段和場景下的竊電行為，需不定時對回路巡檢模塊進行升級。當前通常采用同步通信的方式進行單步升級，即每次只升級回路巡檢模塊中的一個部件。該方式操作煩瑣，升級效率較低，為彌補這一不足，結合異步通信的特點，提出了一種一鍵式升級的方法。

關鍵詞：電力采集終端;回路巡檢模塊;異步通信

中圖分類號：TH865? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）07-0010-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.003

0? ? 引言

近些年來，隨著智能采集終端的不斷改進，其具備了更多更完善的功能，例如數據的采集與存儲、智能費控、事件檢測上報、回路狀態監測等。在電能量計量過程中，對于竊電行為的監測至關重要。據不完全統計，在2014年至2017年這四年時間里，國家電網每年因竊電事件造成的直接經濟損失高達驚人的10億元[1]。除直接經濟損失之外，竊電行為造成的人員傷亡事故也不計其數。而其中針對互感器及二次回路的竊電行為手段最為隱蔽，由于其具有設備專業化的特點，因此對互感器及二次回路的監測長期處于盲區，查處起來十分困難，造成的損失也尤為嚴重。為了對竊電行為做出有效的監控與管制，最常用同時也最有效的方式就是在互感器二次回路中增加回路狀態巡檢儀，直接獲取互感器二次回路的連接狀態，即回路中的各種狀態信息。該計量設備由中國電力科學研究院于2016年推出[2]。

為了能更好地應對不斷翻新的竊電技術以及不同的臺區場景，需要對回路狀態巡檢儀進行不定時的軟件升級。而現有的基于同步通信的回路巡檢模塊單步升級方法，一般是利用同步通信技術對回路巡檢儀中的各個部件進行單步升級。從現場的實際應用來看，該方法升級步驟較為復雜，升級效率較低，無法有效應對需要批量升級的情況。為提高回路狀態巡檢儀的升級效率以及簡化升級步驟，本文對回路狀態巡檢儀的組成以及工作原理進行了深入研究，在原有的升級方法上進行改進，提出了一種基于異步通信的一鍵式升級方法。

1? ? 回路巡檢模塊概述

1.1? ? 回路巡檢模塊功能簡介

在國家電網各省級計量中心的不斷推進下，回路狀態巡檢儀已廣泛應用到各類采集終端中。最新的模組化終端能源控制器已實現將回路狀態巡檢儀模塊化，在原有功能的基礎上進一步優化，改進為回路巡檢模塊。其作為一種新型的電力計量設備，在整個采集系統中主要負責采集終端與組合式電流互感器之間的通信，通過與組合式電流互感器之間的通信能夠獲取二次回路的閉合連接、短路、開路、一次短接等電路狀態信息。除此之外，回路巡檢模塊在對組合式電流互感器二次回路進行回路巡檢的過程中，可實現對電能表的端子短接、磁場異常以及電流回路異常數據等進行抄讀與儲存。通過對電路狀態以及電能表數據的實時獲取與監控，能更有效地為主站進行用電稽査、故障診斷、電能表電能質量分析提供可靠的數據支持，并且能夠輔助完成防竊電[3]。

1.2? ? 回路巡檢模塊的組成

模組化采集終端中所有模塊均由模組管理器App進行統一管理。整個回路巡檢模塊通路主要由組合式電流互感器、核心算法板和本地巡檢儀處理器3個部件組成，如圖1所示。其中核心算法板和本地巡檢儀處理器集成在一塊單片機中，兩個部件通過串口進行通信;本地巡檢儀處理器與采集終端通過USB接口進行通信;核心算法板與組合式電流互感器之間通過SPI通道進行通信。組合式電流互感器可實時監測電流計量回路正常連接、一次/二次回路分流、二次回路開路、回路串接整流設備等狀態，為用電檢查、故障診斷及核心算法板提供直接可靠的數據支撐。核心算法板可用于計算回路阻抗，并且將采集的數據進行加密處理后發送至本地巡檢儀處理器。本地巡檢儀處理器對接收到的報文數據進行解密，并根據模組化終端功能模塊接口協議將報文數據進行封裝后發送至采集終端的數據中心App。主站可根據需求從采集終端的數據中心App中獲取相關回路數據。

2? ? 基于同步通信的回路巡檢模塊單步升級方法

2.1? ? 同步通信

同步通信的流程如圖2所示，在發送端發送一個抑制載波的雙邊帶請求信號，隨后發送程序會堵塞自身的進程，直到收到接收程序的響應后方可解除堵塞，繼續向下處理其他任務。接收端則負責將載波進行檢波恢復。因為恢復的載波與被接收的信號載波同頻同相，故取名為“同步通信”，也稱為“抑制載波雙邊帶通信”。

2.2? ? 基于同步通信的回路巡檢模塊單步升級方法簡介

回路巡檢模塊傳統的升級方式是利用同步通信的特點進行獨立式單步升級。回路巡檢模塊各部件之間采用的是同步通信方式，即每發送一幀升級報文都需要等待回復響應，所有升級報文接收完畢后對應的回路巡檢模塊部件才開始升級，待該部件升級完成后方可繼續升級回路巡檢模塊的其他部件。以組合式電流互感器的升級流程為例，其升級流程如圖3所示，核心算法板和本地巡檢儀處理器的升級方式類同。

整個升級流程分為以下4個階段：

第一階段：主站基于DL/T 698.45規約，借用遠程信道下發組合式電流互感器升級文件到模組化采集終端能源控制器。

第二階段：模組化采集終端能源控制器查找回路巡檢模塊，如果沒查找到，則返回錯誤。如果成功查找到回路巡檢模塊，則模組管理器App根據能源控制器功能模組接口協議，借用巡檢儀模組USB通道，將組合式電流互感器升級文件下發到回路巡檢模塊的本地巡檢儀處理器。

第三階段：本地巡檢儀處理器根據升級文件頭信息（組合式互感器升級文件前32字節為特殊字符串）判斷是否為本地巡檢儀升級文件。若是則進行本地升級，若不是則加密后發送至核心算法板。核心算法板對升級文件進行解密后判斷其類型，若為組合式電流互感器升級文件，則核心算法板借用組合式電流互感器SPI通道下發升級文件至組合式電流互感器完成升級，若為核心算法板升級文件則直接進行本地升級。

第四階段：主站升級文件下發到模組化采集終端能源控制器成功后，等待15 min，通過0x40400500命令讀取組合式電流互感器版本，以此來判斷3個組合式電流互感器是否升級成功。

2.3? ? 不足之處分析

采用這種同步通信方式對回路巡檢模塊的各部件進行升級，能最大程度上保證每條升級報文傳輸的準確性，確保升級的成功率，但與此同時也使得升級操作更為煩瑣，主站需針對組合式電流互感器、核心算法板和本地巡檢儀處理器依次下發對應的升級文件，且必須等上一部件升級完成后方可下發另一部件的升級文件。若更進一步考慮到實際使用中批量升級的情況，每臺采集終端的回路巡檢模塊升級進度各不相同，主站需要時刻監控每個模塊的升級情況從而下發升級文件，這無疑大大增加了主站的操作頻率。

除此之外，采用同步通信的升級方式也降低了升級效率，回路巡檢模塊的各個部件需要對每一條上行升級報文進行響應，且需要待一個部件升級完成后主站方可下發其余升級文件供其他部件升級。由于軟件版本的差異，回路巡檢模塊各部件的升級文件大小也不一致。經實驗驗證，在升級成功的情況下，組合式電流互感器的升級時間為15 min左右，核心算法板的升級時間為5 min左右，本地巡檢儀處理器的升級時間為3 min左右，整個模塊的升級時間可達23 min左右。這一升級時間放在整個采集系統中已是較長的時長。

3? ? 本文方法

3.1? ? 異步通信

異步通信示意圖如圖4所示。當使用異步通信進行消息傳送時，發送端在發送消息后無須等待接收端的響應回復或結果，可直接繼續向下執行自身的其他任務。與同步通信不同，異步通信對波特率并沒有嚴格意義上的要求，所發送字符之間的時間間隔可以是任意的，發送端可在任意時刻開始發送字符。因此，在異步通信中必須在每一條報文字符的開始和結束處加上標志位，即加上開始位和停止位，以便接收端能夠準確無誤地接收每一條報文。

3.2? ? 基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級方法

經上述分析可知，傳統的基于同步通信進行單步升級的方式更適用于單獨升級回路巡檢模塊中的某個部件，若要完整升級整個回路巡檢模塊或進行批量升級則效率較低且主站操作也較為煩瑣。為彌補這一不足，需提升回路巡檢模塊的升級效率，故本文結合異步通信的特點，提出了一種基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級方法。該方法將回路巡檢模塊的組合式電流互感器、核心算法板、本地巡檢儀處理器三部分的升級文件封裝成一個升級文件包，升級文件包中的每部分升級文件均具有表征自身身份的幀頭和幀尾信息，便于回路巡檢模塊各個部件對自身升級文件進行識別。下面結合圖5對本文提出的方法進行進一步介紹。

第一階段：主站按照預設發送頻率將封裝好的回路巡檢模塊的組合式電流互感器升級文件、核心算法板升級文件以及本地巡檢儀處理器升級文件打包發送給模組化采集終端能源控制器。

第二階段：模組化采集終端能源控制器查找回路巡檢模塊，如果沒查找到，則向主站返回錯誤。如果成功查找到回路巡檢模塊，則主站發送回路巡檢模塊升級命令給采集終端。

第三階段：采集終端在收到來自主站的回路巡檢模塊升級命令后，由采集終端中的模組管理器App將封裝好的升級文件包通過USB通道傳輸給回路巡檢模塊的本地巡檢儀處理器。

第四階段：本地巡檢儀處理器根據升級文件的幀頭及幀尾信息從升級包中提取自身的升級文件保存到本地，并通過串口轉發其余兩部件的升級文件至核心算法板。結合異步通信的特點，若根據升級文件幀頭信息判斷到不是自身本地的升級文件，則可以直接將升級文件發送至核心算法板，即每接收一條采集終端發送的升級報文，則本地巡檢儀處理器自動轉發至下行通路的核心算法板，無須等到升級文件包全部接收完畢后才進行傳輸。

第五階段：核心算法板對升級文件包的處理方式與本地巡檢儀處理器類同。核心算法板接收到升級文件包后，根據其中升級文件的幀頭及幀尾信息從升級包中提取自身的升級文件保存到本地，另一部分升級文件則借用組合式電流互感器SPI通道轉發至組合式電流互感器。轉發完成后即可開始自身的升級，無須等待組合式電流互感器的接收響應。

第六階段：組合式電流互感器根據升級文件的幀頭信息判斷是否為自身的升級文件，若是則開始升級，若不是則刪除升級文件。

第七階段：等待約15 min，回路巡檢模塊各部件全部升級完成后，發送升級完成消息給采集終端。主站即可通過0x40400500命令讀取回路巡檢模塊各個部件的版本信息，判斷是否完全升級成功。

綜上所述，回路巡檢模塊中的各個部件可獨立完成升級，不受上下行部件接收響應的影響。這種一鍵式異步升級的方式使得主站只需要發送一次升級文件包即可完成整個回路巡檢模塊的升級，無須等待回路巡檢模塊的一個部件升級完成后再下發下一個部件的升級文件。該方法簡化了操作流程，縮短了整體升級時間。

另一方面，為確保回路巡檢模塊內的所有部件均可及時得到升級，在實際的升級過程中還采取了如下確保升級成功的具體措施：采集終端根據接收到的部件升級狀態結果信息做出判斷處理，當存在任一部件未完成升級時，采集終端再次發送針對該升級失敗部件的升級文件，以便該部件利用接收到的升級文件進行補升。

4? ? 結語

本文深入分析了傳統的基于同步通信的回路巡檢模塊升級方式，解析了傳統升級方式的優勢以及存在的不足之處，并針對傳統升級方式存在的升級效率低以及操作煩瑣等不足之處進行了改進，提出了一種基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級方式，利用異步通信的特點一定程度上提升了回路巡檢模塊的升級效率，簡化了升級的操作步驟，使其更適用于需要批量升級的場合。

[參考文獻]

[1] 賈子然.一種便攜式電流互感器二次回路檢測裝置[J].通信電源技術，2019，36（4）：50-52.

[2] 朱云飛，李生輝，魏博源，等.專變采集終端與回路狀態巡檢儀二合一檢定軟件的設計與實現[J].電工材料，2019（6）：48-49.

[3] 郭銀山，朱立新，朱云飛，等.一種回路巡檢儀測試裝置的設計[J].農村電氣化，2019（10）：67-69.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：徐亮（1994—），男，浙江寧波人，碩士，研究方向：電力智能采集系統。