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电能表的通信方式（模块编码：ZY2900203001）
随着我国市场经济改革日趋成熟和电力行业体制改革的不断深化，五大发电集团已成立，电力市场引入竞争机制，电厂、电网各自独立经营和承担风险，参与电力市场的竞争，即“厂网分离，竟价上网”。电厂向电网公司卖电，投资方与运营、管理方签定上网协议，构成了以电能量为基础的买卖电关系。电网内部管理也逐步走向商业化市场化，电厂、网局、省局、地局等之间开始将电力交换接点的电量作为其计量结算、考核、奖惩的主要依据。商业化运行的核心就是供电和购电双方以电力交换点的电能量作为计量结算依据，原来人工抄表和统计结算的抄表方式显然不能适应市场商业化运营的需要。因此，必须建立以自动化为基础的电能量计量计费自动化系统，以提高电能量的采集、传输、处理的精确性、可靠性和及时性。 电能量采集系统由系统主站、数据通道、厂站设备（电能量数据采集器、电能表计等）三部分组成。实现了对电网和电能表实时数据采集与监测，独立完成分时计费、电能量统计、电能量平衡、电能量管理以及电力营业考核自动化等功能；并具有远程维护，授权Internet用户远程查询等远程管理功能；并且通过与MIS、SCADA、DMS、EMS等系统实现数据交换与共享，为其他子系统提供了准确、完整的信息数据。 一、电能表通信方式的概述 随着微电子技术的不断进步，许多的通信方式被应用到电能表通讯中。其中比较常用的有以下几种： (1) 红外通讯 红外通讯包括近红外通讯、远红外通讯。近红外通讯指光学接口为接触式的红外通讯方式。远红外通讯指光学接口采用非接触方式的红外通讯方式，由于容易受到外界光源的干扰，所以一般采用红外光调制/解调来提高抗干扰度。红外通讯的主要特点是没有电气连接、通讯距离短，所以主要用于电能表现场的抄录、设置。 (2) 有线通讯 有线通讯主要包括RS-232接口通讯、RS-422接口通讯、RS-485接口通讯等。由于有线通讯具有传输速率高、可靠性好的特点，被广泛采用。 (3) 无线通讯 无线通讯包括无线数传电台通讯、GPRS、GSM通讯等。随着信息传递技术的飞速发展，无线通讯技术在通讯领域发挥着越来越重要的作用。使用无线数传电台可以在几百米到几公里的范围内建立无线连接，具有传输速率高、可靠性较好、不需要布线等优点。使用GPRS或GSM网络通讯，还可以充分地利用无线移动网络广阔的覆盖范围，建立安全、可靠的通讯网络。 (4) 电力载波通讯。 电力载波通讯是通过220V电力线进行数据传输的一种通讯方式。在载波电能表内部，除了有精确的电能计量电路以外，还需有载波通讯电路。它的功能是将通讯数据调制到电力线上。常见的调制方式有FSK、ASK和PSK。处于同一线路上的数据集中器则进行载波信号的解调，将接收到的数据保存到存储器中。由此构成载波通讯网络。电力载波通讯的特点是 1/7页 不需要进行额外的布线、便于安装；但是由于电力网络上存在着各种电器，具有噪音高、衰减大的特点，这就限制了通讯传输的距离和速率。 二、RS-232、RS-422、RS-485通讯方式及特点 RS-232是串行数据接口标准，最初是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。 RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。 为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。 由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 1.RS-232通讯方式 RS-232是目前最常用的串行通讯接口之一。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”。 物理接口定义： RS-232标准规定采用一个25引脚的DB25连接器，通常插头在DCE端,插座在DTE端。连接器的每个引脚的信号内容如下图： 图ZY2900203001-1 RS-232引脚
表ZY2900203001-1 RS-232引脚标准
2/7页 其他引脚用做第二通讯通道或为定义。由于在实际应用中，很少用到第二通讯通道，所以有 很多场合使用DB9的连接器。 电气特性定义： RS-232标准规定，在RS-232中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-5～-15V；逻辑“0”为+5～+15V。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”。 传输速率： RS-232标准规定最大传输速率为20kbps。 传输距离： RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺。其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺。 目前RS-232接口是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口，但由于其发展比较早，难免有不足之处，主要是以下几点： RS-232是为点对点通讯（即只有一对收发设备）而设计的，不具备网络功能； 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbps。 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能 用在50米左右。 因此，RS-232接口适合本地设备之间的通讯。 表ZY2900203001-2 RS-232、RS-422、RS-485电气参数 3/7页
2.2 RS-422通讯方式 针对RS-232接口的不足，EIA发布了EIA-422-A标准。标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。RS-422和RS-232不一样，数据信号的传输采用平衡传输方式（也称作差分传输），它的每个通道使用一对双绞线，其中一根定义为A，另一根定义为B。RS-422采用一般采用4线接口，实际使用时还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS-232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向。 电气特性： 4/7页 RS-422标准规定，发送端A、B之间的正电平为+2～+6V时为逻辑“1”，负电平在-2～6V时为逻辑“0”。在接收端，AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。 AB线对地的共模电平限制在-7～+7V之间。 传输速率： RS-422标准规定最大传输速率为10Mbps。 传输距离： RS-422标准规定最大传输距离为4000英尺。其实，平衡双绞线的长度和传输速率成反比。在100kbps的速率下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的情况下，传输速率才能达到最大值。 RS-422需要一个终接电阻，其阻值等于传输电缆的特性阻抗。终接电阻应当接在传输电缆的最远端。传输距离短时可以不用终接电阻。 2.3 RS-485通讯方式 为增强RS-422的网络能力，EIA对RS-422标准进行了修订，形成EIA-485-A标准，即RS-485标准。增加了多点通讯能力。RS-485是由RS-422发展而来的，因此他的电气特性继承了RS-422标准。它采用平衡传输方式，有4线制和2线制两种传输方式。4线制方式和RS-422完全兼容，只能实现点对多点的通讯。2线制方式则实现了多点半双工通讯能力。RS-485的发送器包含一个使能端，这在RS-422下是可用可不用的。当发送器使能不起作用时，发送器处于高阻状态，相当于断开发送器和总线的连接。 RS-485和RS-422的不同还在于其输出的共模电压是不同的，RS-485接口的共模输出电压为-7至+12V之间。 RS-485标准修改了接收器的输入阻抗，由RS-422的4k修改为32k，使一个发送器可以连接多达32个接收器。由于集成电路技术的发展，现在的一些厂商可以提供更强驱动能力的驱动器和更高输入阻抗的接收器，能够使一个发送器连接高达256个接收器。 RS-485传输速率和传输距离是和RS-422一样的。最大传输速率为10Mbps，最大传输距离为4000英尺。但是，平衡双绞线的长度和传输速率成反比。在100kbps的速率下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的情况下，传输速率才能达到最大值。 RS-485标准要求两个终接电阻，其阻值等于传输电缆的特性阻抗。终接电阻应当接在传输电缆的两端。传输距离短时可以不用终接电阻。 2.4 RS-485网络组网注意事项： RS-485通讯方式由于组网简便、通讯速率高、距离远，在电能表通讯中获得了广泛的应用。但是如果组网不适当，则会引起通讯不畅、甚至通讯不上的问题。 5/7页 |
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