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1 電能量遠方終端的發展
 1.1 電能量遠方終端功能需求的發展
隨著電力體制改革的深入，電力市場的概念也逐漸深入人心。電能量計量系統（TMR）也已從僅僅實現電量采集、網損分析等簡單、單一的功能，發展成為需要對電能量數據進行自動采集、遠傳和存儲、預處理、統計分析，以支持電力市場的運營、電費結算、輔助服務費用結算和經濟補償計算等功能的電力市場技術支持系統子系統。
以往利用SCADA系統獲取電能量信息的方式難以保證信息的完整性，不能作為電力市場計量、計費的依據。電力市場運營要求建立一套可靠的、相對獨立的電能量計量系統。
而隨著電能量計量系統（TMR）的發展，電能量遠方終端采集的數據除應能滿足用戶計量、考核、計費、網損分析、設備監測、負荷控制等需求外，用戶對電能量遠方終端數據的準確性、完整性，終端運行的可靠性、穩定性、開放性和安全性，人機界面的友好性，現場安裝、調試的可操作性，易維護性以及可擴展性等方面的要求也越來越高。
 1.2 電能量遠方終端實現技術的發展
1) 通用系統向專用嵌入式系統的發展
a. 嵌入式系統一般指以應用為中心，軟硬件可裁減的，圍繞應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求設計的專用計算機系統。具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系，主要用于實現對其他設備的控制、監視、管理等功能。
b. 嵌入式系統主要由嵌入式微處理/控制器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成。
c. 由于嵌入式系統通常應用于環境比較惡劣的環境中，所以嵌入式微處理/控制器往往采用“增強型”通用微處理/控制器，在功能基本一樣的情況下，在工作溫度、電磁兼容性以及可靠性方面的要求較通用的標準微處理/控制器高。同時根據實際嵌入式應用要求，將嵌入式微處理/控制器裝配在專門設計的主板上，只保留和嵌入式應用有關的主板功能，可以大幅度減小系統的體積和功耗。與直接采用PC、工業控制計算機或PC104模塊等的通用系統相比，專用嵌入式系統具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點。
d. 嵌入式操作系統相對通用操作系統具備可裁減性、實時性強、可靠性高等特點。
2) 嵌入式系統硬件平臺的發展——8位/16位微處理器向32位微控制器的發展
隨著用戶需求的發展，電能量遠方終端需要實現的功能越來越多，性能指標也越來越高，過去廣泛采用的8位、16位機已不堪重負，正逐步被32位機所替代。其中嵌入式微控制器一般以某種微處理器內核為核心，根據某些典型的應用，在芯片內部集成了各種必要功能部件和外設。不但使單片機最大限度地和應用需求相匹配，同時和嵌入式微處理器相比，微控制器的單片化使應用系統的體積大大減小，從而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高，已成為嵌入式系統應用的主流。
3) 嵌入式系統軟件平臺的發展——無操作系統的簡單嵌入算法向支持internet的商業化實時嵌入式操作系統發展
a. 嵌入式操作系統提高提高了系統的可靠性；提高了開發效率，縮短了開發周期；充分發揮了32位CPU的多任務潛力。
b. 實時性核心含義在于確定性，即在規定的時間內做完應該做的事情，并且操作系統的行為（執行線索）是確定的，而不是單純的速度快。
c. 商業化保證了嵌入式操作系統可靠性、標準兼容性、第三方工具支持度、開發工具。
d. 支持Internet，支持TCPIP協議代表了嵌入式系統的發展方向。
e. 嵌入式操作系統一般可分為兩類，一類是面向工業控制、通信、軍事、航空、航天等領域的實時操作系統，如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統軟件公司的QNX、ATI的Nucleus等；另一類是面向消費電子產品的非實時操作系統，這類產品包括個人數字助理(PDA)、移動電話、機頂盒、電子書、WebPhone等廣泛采用的WINOOWs CE、Linux等。
 

2 工作原理

電能量遠方終端一般由中央處理單元(CPU及外圍電路)、接口電路（數據采集、控制接口、與主站通訊接口、人機界面接口等）、存儲體、電源模塊、擴展總線等部分組成。
1. 數據采集串行接口電路一般提供RS485、電流環和RS232等幾種形式，可采集具有相應物理接口的電能表、電壓監測儀等智能設備的電能量計量、監測數據。
2. 數據采集脈沖接口電路用于采集脈沖表輸出脈沖。
3. 數據采集遙信接口用于采集開關、刀閘等的分合動作信息，常用于實現自動旁代、PT故障監測等功能。
4. 遙控接口用于實現負荷控制等功能。
5. 與主站通訊接口應能靈活支持撥號MODEM、10/100M以太網絡、RS232、專線MODEM、GSM/GPRS無線網絡、光纖、電力線載波等多種通訊方式、通訊介質以充分滿足各地不同通訊環境、條件的要求。
6. 人機界面應方便、直觀、可靠，充分滿足安裝、維護和使用人員的功能要求。
7. 存儲體用于長時間可靠存儲電能量數據和事項記錄等信息，掉電不丟失。容量應能滿足用戶實際采集數據種類、數量和時間的要求。
8. 電源的穩定、可靠性是終端可靠、穩定運行的基礎，應能支持交直流雙路供電、自動切換，同時必須滿足現場嚴酷工作條件、電磁兼容性的要求。
9. 擴展總線可提供良好的擴展性，滿足用戶需求的變化。
3.1 功能要求
3.1.1 數據采集
1. 支持RS-232、RS-485、電流環等多種智能表通訊接口。
2. 支持有源、無源等多種脈沖表接口。
3. 支持多種智能表通訊規約，可靈活擴展。只要提供規約和接口方式，進行軟件開發均可接入。
4. 每路抄表通道可同時支持多種電表規約、通訊速率。
5. 可采集電能量、需量、瞬時量、電壓合格率、事項記錄、狀態告警等多種電量數據，并根據需求，不同表計可靈活選擇采集不同的數據種類和不同的采集密度。
6. 可采集遙信狀態用于判斷旁代信息。
3.1.2 數據存儲
1. 數據存儲準確、可靠。數據存儲時采用帶CRC校驗差錯控制的數據存儲技術，在整個數據存儲區，每一條數據記錄都具有CRC校驗差錯控制，從而確保送往主站的電能量數據是準確和可靠的。
2. 數據存儲容量大，可靈活擴展。
3. 數據可長時間存儲，掉電數據不丟失。
4. 對于重要數據可采用數據鏡像存儲技術，進一步提高數據的可靠性。
3.1.3 上傳通信
1. 上傳通信方式靈活。可以經公用電話網通過撥號MODEM、GSM/GPRS MODEM與主站進行數據通信，也可以利用載波、微波、光纖等方式與主站進行通信。
2. 支持DL/T 719 （等同采用IEC60870-5-102）規約、SCTM規約或其它特定規約。只要提供規約和接口方式，進行軟件開發均可接入。
3. 具備真正的10/100M自適應以太網口，支持網絡通信方式、支持TCP/IP通信協議。
4. 支持便攜式抄表方式。當通信線路故障時間較長時，采用該方式將數據抄錄到主站。
3.1.4 人機界面
一般電能量遠方終端應具備直觀、全面的當地設置和查詢功能，便于現場的安裝、維護。當終端本身不具備設置和查詢功能時，應支持某種便攜式維護裝置，滿足現場參數設置和維護的要求。
1. 應能方便設置、修改各項終端運行、電表管理參數。
2. 應能準確查詢終端采集到的電能量、需量、電壓、電流、事項記錄等電量數據。
3. 應能方便進行硬件模塊、運行參數、電表狀態測試，并可查詢終端、電表、電網運行統計、狀態信息。
4. 應能靈活校對終端、電表時鐘。
5.  應能靈活設置、修改表計地址等電表通訊參數。
6. 應具有安全訪問措施，禁止非法操作。
3.1.5 電源
1. 應支持交流、直流雙路供電，可無縫切換。
2. 應工作范圍寬，滿足電源不穩定及小水電地區寬電壓輸入范圍的要求。
3. 應具有過壓、過流和抗浪涌保護措施，抗電磁干擾性強。
3.1.6 可靠、穩定
在系統結構設計，軟硬件平臺、元器件選擇，軟件、硬件設計實現等方面綜合考慮，以保證終端可靠性、穩定性高、抗干擾能力強、工作環境范圍寬。
3.1.7 自檢及自恢復
1. 應具備自檢功能，可自動檢測各功能模塊運行狀態是否正常。
2. 當終端由于某種原因出現運行異常時，應具有自動恢復功能。
3.1.8 活的校時方案
1. 應具有實時時鐘和日歷，如系統權限允許，可由主站、GPS自動校時或手動校時，以保證時鐘的統一和準確。
2. 終端可選擇用戶要求對智能電度表校時或產生越限告警事項。
3.1.9 詳細的事項記錄
可識別終端、電表、電網異常，生成如開關機、參數修改、通信中斷、電池電壓低、PT過壓、失壓等事項。
3.1.10 完善的告警方案
可識別終端、電表、電網異常，產生聲光報警，并主動上傳告警信息。
3.1.11 安裝方便
1. 安裝方式與電能表一致，便于與電能表組屏。
2. 接線簡單、方便、可靠。
3. 端口標示清晰、規范。
3.1.12 維護方便
1. 人機界面友好，功能顯示直觀、全面。
2. 可直接由終端設置和查詢各種數據，也可通過專用維護軟件在現場或遠程進行各種設置、查詢工作。
3. 可方便進行硬件模塊、運行參數、電表狀態測試，并可查詢終端、電表、電網運行統計、狀態信息。
4. 可在不影響終端正常運行的情況下利用網絡、撥號、專線等多種方式進行遠程在線軟件升級工作。
3.1.13 可靠的安全措施
應有口令保護、鉛封保護，防止隨意修改數據和越權操作。
3.1.14 配置、擴展靈活
1. 各功能模塊可靈活配置、安裝、擴展。
2. 支持終(zhong)端級(ji)聯(lian)。