电力线载波自动秒表系统的现状与发展

文章编号:1672Ο2965(2008)03Ο0059Ο03

电力线载波自动秒表系统的现状与发展

廉文利　宋凤娟　姜　波

(唐山学院,河北唐山　063020)

　　摘　要:传统的手工抄表收费方式越来越难以适应时代的进步和发展,而现代化的自动抄表系统可以较好地解决这一问题。阐述了载波通信技术的发展现状,展望了低压电力线载波通信在未来的发展前景。

关键词:电力线载波;自动抄表;通信

中图分类号:TP212　　　　　文献标识码:A

PresentSituationandDevelopmentofSystem

“CopyingtheTableAutomatically”withPowerLineCarrier

LianWenli　SongFengjuan　JiangBo

(TangshanCollege,Tangshan063020)

Abstract:ThetraditionalHand2copyingtablewaymoreandmoredifficultlyadaptstothetimepro2gressanddevelopment,buttheSystem“CopyingtheTableAutomatically”canSolvethisproblemwell.Thepresentsituationofcarriercommunicationtechnologywaselaborated,andtheprospectfordevelop2mentofcarriercommunicationbylowpressurepowerlinewasmade.

KeyWords:powerlinecarrier;copyingthetableautomatically;correspondence

0　引言

电力线载波(PowerLineCarrier,PLC))通信是电力系统特有的通信方式,电力线载波通讯是指利用现有电力线,通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介,因此具有信息传输稳定可靠、路由合理、可同时复用远动信号等特点,是唯一不需要线路投资的有线通信方式。电力线载波通讯技术可以进行模拟或数字信息双工传输,可广泛应用于家居自动化、小型办公室、家庭办公室通讯等领域,具有节省费用、安装方便、应用广泛等特点。

电力线载波自动抄表是利用现有的电力线为媒介进行数据采集,不但有效降低系统的成本,同时可以方便快捷地采用通讯和计算机网络等技术自动读取和处理形成报表。发展电能自动抄表技术是提高用电管理水平的需要,也是网络和计算机技术迅速发展的必然。在用电管理方面,采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准

确性,减少因估计或抄写而造成帐单出错,使供、用电管理部门能及时准确获得数据信息。因此电力用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间,还能迅速查询帐单,故这种技术越来越受到用户欢迎。随着电价的改革,供电部门为迅速出帐,需要从用户处尽快获取更多的数据信息,采用全双工通讯可以很容易做到监控用户用电参数、欠费断电等功能。如电能需量、分时电量和负荷曲线等,自动抄表为实现上述要求提供了切实可行的技术手段。

1　电力线载波通信技术现状

为解决载波信号衰减和干扰问题,利用电力线进行有效的通信和数据传输,国内外许多公司都在硬件及软件的设计,特别是在载波通信芯片的研究方面做了大量的工作。下面介绍几种通信技术的研究和应用情况。1.1　扩频载波通信

按Shannon理论,获得同样的信道容量,信号带宽与其信噪比的对数成反比,即信号带宽越宽,则

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CeramicResearch&VocationalEducation　　No.3,2008(TotalNo.23)　　　　　　　　　　　　　　Vol.6

所要求的信噪比就越低。扩频通信就是展宽频带,使之远大于传送信号所必须的最小带宽(近乎至白噪声频段),以此换取对信噪比的要求。频带的展宽是通过编码及调制来实现,常用的方式是直接序列频谱扩展,即将传输信号与准噪声或伪随机序列(PN)噪声码相乘来实现。在接收端采用相干检测,由于噪声信号和信息码流的相干系数为零,所以可以有效地抵抗干扰,从而保证信息码流恢复的正确性。

理论上讲,扩频通信技术具有抗干扰能力较强、隐蔽性好和抗衰落等良好性能,可在一定程度上弥补普通低压电力线载波通信技术之不足。但是我国低压载波通信频段规定在40-500KHz左右,这就限制了扩频调制只能是窄带扩频,可以获得的窄带扩频增益大约在20-30db,这个增益还不足以满足我国低压载波通信的全部需求。

目前国内的低压载波芯片大都采用了扩频调制方式。如北京福星晓程公司的载波通信PL2000芯片采用了DPSK窄带直序扩频技术,深圳亚奇通电子技术有限公司采用直序扩频频率调制解调技术及A/D转换、数字滤波、数据压缩、相关判决、纠错编码等数字处理技术,应用于远程自动抄表系统极大地提高了数据交换的可靠性和准确性。1.2　窄带载波通信射功率以外的各项参数不变,减少其信号带宽(可以

低到0.001Hz),可以令其发射功率作相应的减少。使用超窄带技术,可以使通信系统性能获得以下两个明显的改善:(1)如果保持发射功率不变,系统能够承受更深的传输衰减,因此能获得更远的传输距离;(2)如果保持信道特性不变,则可以大幅度减少系统的发射功率。但是信道带宽变窄,即意味着传输速率降低,这是采用超窄带技术带来的最大的不便。由于通信速率太慢,国内基本没有使用。1.3　正交频分复用(OFDM)技术

正交频分复用(OFDM)技术也就是直角频率多路传输分割复用技术。OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输,这样,尽管总的信道是非平坦的(即具有频率选择性),但是每个子信道是相对平坦的,并且在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信号波形间的干扰。在对每个载波完成调制以后,为了增加数据的吞吐量,提高数据传输的速度,OFDM技术又采用了处理技术,对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理,把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。OFDM技术比较突出的地方就是即使在窄带带宽下也能够发出大量的数据,具有抗噪声、抗多径效应和抗衰落等特性,是适合电力线高速数字通信的主流技术之一,受到国内外研究机构和生产厂商的广泛重视。OFDM也存在一定的缺点,如对频偏和相位噪声比较敏感;功率峰值与均值比大,从而降低了驱动放大电路的效率;接收机结构复杂,成本高,同时对瞬间干扰敏感等。1.4　分组传送技术

低压电网大多具有频域周期性的特点,在时域必然存在干扰间隙。分组传送是把报文祯“切碎”分组,利用干扰时间间隙“,穿透”干扰进行通信。但这种通信方式,并不能提高物理层通信的抗衰减能力。所以独立采用这种技术措施,依然不能解决低压载波通信中的全部问题。1.5　双向工频通信双向工频自动通信技术是利用工频电压基波过零调制的方法实现信号的调制和解调,其核心思想就是利用电网电压和电流波形的微小畸变来携带信息。由于其通信调制信号频率接近于工频,因此能够直接跨变压器台区实现双方的直接通信而不需要中继环节,没有驻波和盲区现象。这种通信方式具

窄带载波通信主要应用FSK调制技术,在电力线模拟通信方面已达到实用标准,能够做到在电力线上跨相位甚至跨变压器进行通信,价格低廉且较为容易实现,所以在传输速率要求不高、距离短、数据量不大的点对点场合应用较为普遍。但窄带载波信方式最大的缺点是不能进行数字信号的传输或者说在对数据信号传输时会引起信号的严重畸变。

ST7536是SGS2THOMSON公司专为电力线载波通讯而设计的MODEM芯片,在集成电路内采用了硬件数字滤波,对通信频带外的干扰有较好的抑制。

深圳维方电子科技开发有限公司自主开发了一套“链码”调制窄带载波传输技术。所谓“链码”传输技术是把需要传递的数据分解成链节模板,经窄带载波FM调制方式发送出去;接收方依靠链节模板的指示再重新复制出完整的数据。这些模板的可塑性和畸变容忍度可根据网络的特性自动加以调整。因此可在高干扰、高畸变的环境中准确无误地传输数据信息。

还有一种超窄带通信方式,其理论为:对于一个通信系统,如果保持其除传输速率,信号带宽以及发60

陶瓷研究与职业教育　　　　　　　2008年第3期(总第23期)　　　　　　　　　　　　　　　第6卷有所需设备少、抗干扰能力强、所需调制功率小、易于实现完全双工通信等优点。其主要缺点是传输速率低,只能适合于传输速率要求不高的场合。1.6　中继通信技术

带宽来换取低误码率,并提高通讯的抗干扰能力、增

强通讯的隐蔽性。理论上讲,扩频通讯技术具有抗干扰能力较强、隐蔽性好和抗衰落等。应该客观地说,到目前为止,在我国将载波通讯技术应用于电能的自动抄表还未能取得十分令人满意的结果。面对我国许多地区和地方低压电力线负荷接线杂乱、负荷变动性大、各种干扰严重等不利的载波通讯线路条件,现在所采用的国外引进、国内开发的用于制作载波电度表的各种芯片还存在这样或那样的缺陷和弱点;在有些地方,通过再加装中断器或调整集中器的装设位置或直接采用电度表作中断器等,可提高抄表的成功率,但会增加投资和人力开销,且改善的效果也并非令人满意。尽管如此,利用载波通讯技术给自动抄表领域初步带来的便捷、安全和高效,使不少人都对该项技术应用于自动抄表的前景十分看好,从而也激励着致力于提高我国电能自动抄表技术的一些专家和工程技术人员,正在积极改进并着手开发性能更好、更适合我国低压电网条件下使用的载波通讯芯片,旨在使载波通讯技术在我国的电能自动抄表等领域能发挥出更大的作用。良好性能,可在一定程度上弥补普通低压电力线载波通讯技术之不足。

“中继增音”措施不仅可以提高系统的抗衰减能力,而且由于信号幅度以几何级数增加,大大提高了接收信噪比,系统抗干扰能力也同样提高。但低压载波抄表系统主要对象是居民照明用户,面广量大,网络拓扑结构极端复杂,电网负载的随机变化又在不断改变系统抄收状态,中继表的选择十分困难。

北京微阳世纪电子科技有限公司研发的TO2PO2RELAY技术,利用计算机系统对低压电网进行网络拓扑分析,在用户进行系统抄收时,实时检测电网的负载状态与拓扑结构变化,准确选择抄收路径与中继表位置,避开电网负载的高频变化,进行可靠的自适应抄收,从而最有效地利用载波芯片或模块的物理层通信能力。

2　电力线载波自动秒表系统的发展

目前,在我国有不少自动抄表系统已投入运行,但规模都不大,技术也需在应用中不断改进完善。采用载波通讯技术通过输电线路实现通讯,是电力系统特有的通讯方式,具体又分为电力线载波通讯、配电线载波通讯和低压用电线载波通讯等。这种通讯方式的突出特点是能进行双向通讯。在这样的自动抄表系统中,每个用户室内装设的电子式电度表就近与交流电源线相连接,电度表发出的调制脉冲信号经交流电源线送出,设置在抄表中心站的主机则定时通过低压用电线路以载波通讯方式,收集各用户电度表测得的电能数据信息。这类系统中具代表性的是英国远程自动抄表公司开发的低压电力线载波通讯系统POWERNET。该系统具有自动抄表(AMR)、用户管理(DSM)和配电自动化(DA)等功能,它包括中央控制器、局域控制器、网络耦合器、调制解调器、数据集中器和专用电度表等。

电网的运行要实现自动化,载波通讯的应用是必须的。然而,载波通讯,尤其是低压配电线载波通讯传输性能较差,主要表现为高噪声、低阻抗、损耗大、波动大、易受外界干扰等。近年来,随着处理技术的进步,尤其是扩频通讯技术的应用对推动低压载波抄表技术的进步起到了推动作用。频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的,与所传送的信号数据无关;在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩,恢复所传送的信号数据。扩频通讯以宽带宽换取高信噪比,亦即用宽

3　电力线载波自动秒表系统的展望

根据目前我国低压电力载波自动抄表系统现场运行的实际情况,可以肯定的是,单独某项技术的独立采用,完全解决低压载波通信中的全部问题是非常困难的。应该在系统的各个层面上,利用不断高速发展的通信技术、网络技术、数字信号处理技术等解决目前电力载波自动抄表系统所遇到的一些瓶颈问题。例如采用先进的通信方式和中继技术相结合是一个有前途的选择。

另外,电力线载波通信技术的应用不仅仅局限于电能远程无人抄表,还可以扩展到水表、气表的抄录,组成集抄系统。在实现配电自动化方面也将取到十分重要的作用。更为广阔的前景是,随着电力线通信技术的发展,实现智能小区、智能家电将成为现实,并向互联网世界迈进。

4　结束语

抄表系统不应该只是简单的抄表管理,物业管理与行业管理的管理需求也应该在抄表系统得到充分的体现。自动抄表技术这几年发展很快,尤其是在网络化测量技术、传感器技术、通讯技术飞速进步的强劲支撑下,表现出与燃气、水吸热量等自动抄表

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文章编号:1672Ο2965(2008)03Ο0062Ο03

网络存储技术概述

孟立军1　于海存2

(1.唐山工业职业技术学院,河北唐山　063020;2.唐山职业技术学院,河北唐山　063000)

　　摘　要:对当前主流的几种网络存储技术简要进行了分析和论述,并总结了每种技术的特点和应用环境。

关键词:网络存储;附加存储;存储网络

中图分类号:TP393.07　　　　　文献标识码:A

OverviewofNetworkStorageTechnology

MengLijun1　YuHaicun2

(1.TangshanIndustrialVocation2TechnicalCollege,Tangshan063020;

2.TangshanVocation2TechnicalCollege,Tangshan063000)

Abstract:Thistextbrieflycarriesontheanalysisandtheelaborationtothecurrentmainseveralkindofnetworkstoragetechnology,andsummarizedeachkindoftechnicalcharacteristicandtheapplicationen2vironment.

KeyWords:networkstorage;attachedstorage;storagenetwork

　　21世纪是信息化时代,其典型特征就是信息的大量产生、需求和利用,而由此带来的问题是信息资源的存储。信息资源的存储问题包含两个方面的内容:一是大量信息资源的分类、组织和保存;二是个性化的资源保存和应用需求如何满足和实现。

要想解决信息资源大量应用带来的相关问题,最好的解决方法就是网络存储技术。网络存储技术是近几年高科技行业最热门的技术之一,其技术和应用正处在高速发展的阶段。目前主流的网络存储技术有三种:直接附加存储DAS、网络附加存储NAS和存储区域网络SAN。

(见图1)。这种方式是将存储称为“直接附加存储”

设备通过SCSI电缆直接连到服务器,其本身是硬件的堆叠,存储操作依赖于服务器,不带有任何存储操作系统。

根据采用的网络协议及客户机访问服务器和信息资源的方式,DAS有以下几种实现方式:

1)文件共享:共享型的存储方式主要是基于NFS和CIFS协议。NFS可实现不同操作系统之间通过网络互相共享文件,客户端通过网络访问服务器共享的档案,就象是在使用本地文件一样;而CIFS运行在Windows网络上,是网络上的客户机向服务器请求文件的开放机制。由于NFS和CIFS都是基于操作系统的协议,所以这种方式的特点是适合于小文件级的存取,是对等网结构下的主要应

[3]殷树刚.载波抄表系统稳定运行的研究[J].电力系统通

1　直接附加存储DAS

DAS是DirectAttachedStorage的简称,中文

技术的更紧密结合,并明显加快了融入现代化网络测量技术的步伐。参考文献:

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社,1992.

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