多功能电能表通信规约

2004年 第1卷 第2期 电子电能表与电能测量技术讲座 　　第十二讲　多功能电能表通信规约 本刊编辑部　　 　　摘　要：介绍多功能电能表通信规约对物理层、数据链路层和应用层所作的规定。　　　　关键词：多功能电能表；通信规约；接口；信息帧；控制码；数据 1　引言　　为了规范和统一多功能电能表的数据传输，电力工业部组织有关单位参照IEC标准（关于本地和总线数据通信）的有关内容，并结合国内电力系统多功能电能表使用中的实际情况，制定、发布了《多功能电能表通信规约》（DL／T645－1997）；1998年6月1日起实施。　　《多功能电能表通信规约》适用于本地系统中的电能表费率装置与手持单元（也称抄表器，用于现场抄表或编程）或其他数据终端设备进行点对点的或一主多从的数据交换方式；标准中规定了它们之间的物理连接（物理层）、通信链路（数据链路层）及应用技术（应用层）规范。数据终端设备经数据信道（如无线电台、市话网络等）与远方主站的数据通信协议不属于DL／T645－1997的范畴。DL／T645－1997中的主站指手持单元或其他数据终端设备。它具有选择费率装置（与电能表连接或与电能表组装在一起的数据采集与处理单元）并与它进行信息交换的功能。　　《多功能电能表通信规约》的实施，改革了人工抄表，实现了电能计量信息和控制信息的长距离传输，提高了用电管理部门的用电管理水平。 2　物理层　　《多功能电能表通信规约》中规定的数据终端设备或手持单元与费率装置之间的物理接口有三种：接触式光学接口、调制型红外光接口和RS－485标准串行电气接口。光学接口部分采用了《读表、费率和负荷控制的数据交换———直接本地数据交换》（IEC1107－1996）中的有关内容；后两种是目前国内电力系统普遍采用的物理接口。 2．1　调制型红外光接口　　一种典型的收发电路接口见图1。它由红外发射器和红外接收器两部分构成。在发射端，对发送的数字信号调制后，产生高频载波信号，驱动红外发送二极管 TSAL6200发射红外光脉冲。在接收端，红外接收器HS0038对收到的红外信号解调，即，收到载波信号输出低电平，反之，输出高电平，以此恢复出原数字信号。按规定，载波频率为38kHz±1kHz。通信的传输速率应不大于1200bps；在数据传输的光路周围光照强度小于16000lx（类似太阳光、荧光）的情况下，有效通信距离应大于4m。 2．2　RS485标准串行电气接口　　RS485接口是近距离传输数据信息的较为成熟的串行接口；采用这种接口使多点连接成为可能。采用RS485总线构成的抄表系统拓扑结构见图2。集中器为主机，各个电能表为从机；主从机之间通过双绞线连接，直接使用RS－485驱动芯片（如MAX485）构成通信网络。按规定，RS－485接口以半双工通信方式工作。在发送端，驱动电路将TTL电平转换为差分信号输出；在接收端，接收电路将差分信号转换成TTL电平。标准规定，差分电压大于0．2V，驱动能力不小于32个同类接口。在传输速率不大于100kbps的条件下，有效传输距离不小于1200m。 3　链路层　　《多功能电能表通信规约》采用信息帧作为通信的基本信息单元，既可实现点对点的直接本地通信，也可实现一主多从的本地总线通信。通信双方以主－从结构的半双工通信方式工作；通信链路的建立与解除均由主站发出的信息帧控制。传送的每个信息帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据长度域、数据域、校验码和结束符等几部分组成；而每个部分又有若干字节（见表1，信息帧格式）。每个字节含8位二进制码，传输时加1位起始位（0）、1位偶校验和1位停止位，共11位；以异步方式先传低位，后传高位。接收方可按参考文献［3］中的图3所示的中断服务子程序接收和处理接收到的信息。　 　　表1中，帧起始符68H，标识一帧信号的开始。A0～A5为地址域，6个字节，每个字节2位BCD码，用来表示设备号等。如分别用A5A4、A3A2、 A1A0表示集中器、采集器、基表的高位和低位。当地址码长度不足6字节时，省略的部分可用“AAH”补足；当地址为999999999999H时，为广播地址。　　C为控制码，格式如下：　　　　D7：传送方向标志位。D7＝0，由主站发出的下行 命令帧；D7＝1，由从站发出的上行应答帧。　　D6：从站异常标志。D6＝0，从站对正常信息的应答；D6＝1，从站对异常信息的应答。　　D5：后续帧标志。D5＝0，无后续数据帧；D5＝1，有后续数据帧。　　D4～D0：功能码。00001：读数据；00010：读后续数据；00011：重读数据；00100：写数据；01000：广播校时；01010：写设备地址；01100：更改通信速率；01111：修改密码；10000：最大需量清零。　　L为数据长度，等于数据域DATA的字节数。读数据时，L≤200；考虑电能表的处理能力，写数据时L≤50。　　数据域DATA，存放所要传送的数据（BCD码）。传送时先低位字节后高位字节，传送方按字节进行加33H处理，接收方按字节进行减33H处理。　　检验码CS：从帧起始符到校验码之前的所有各字节的模256的和，即各字节二进制算术和，不计超过256的溢出值。因为数据按字节加33H进行打包和传输，因此，校验和也是在加33H后及减33H前进行累加计算。　　结束符16H，标识一帧信息的结束。 4　应用层　　应用层规定通信的对象及应该完成的功能。《多功能电能表通信规约》提供了9条命令，规定了9种不同的功能（表2）。 　　表2中，DI1、DI0为数据项标识，用2个字节的4个字段分别标识数据的类型和属性。这4个字段分别为DI1H（D7 D6 D5 D4）、DI1L（D3 D2 D1 D0）、DI0H（D7 D6D5 D4）和DL0L（D3 D2 D1 D0）。DI1H标识数据的类型，DI1L、DI0H和DI0L标识数据的属性。DI1H代码和它们对应的类型为：1001：电能量；1010：最大需量；1011：最大需量发生时间，计数值，瞬时电压、电流、功率值等变量；1100：日历时间、用户设置值、费率装置的特征字、状态字、费率时段等参变量；1101：负荷曲线；1110：用户自定义；1111：保留。对于1001（9H）电能量，后3个字段的编码见表3。 　　对1010（AH）最大需量数据，有类似的标识编码等。比如：9010H表示当前正向有功总电能，数据格式为××××××．××（kWh）；A010H表示当前正向有功总最大需量，数据格式为××．××××（kW）；B010H表示当前正向有功总最大需量发生时间，数据格式为MMDDHHmm（月日h min）；9011H表示当前费率1正向有功电能；9020H表示当前反向有功总电能；9511H表示上月的费率1正向无功电能，数据格式为××××× ×．××（kvarh）；B630H表示瞬时有功功率，数据格式为××．××××（kW）；C030H表示电能表有功常数（读／写），数据格式为 NNNNNN（p／k Wh）；C119H表示有功电能起始读数（读／写），数据格式为NNNNNN．N（kWh）；C313H表示费率数（读／写），1字节k≤14； C020H表示电能表的运行状态字 （读／写），数据长度为1字节，各位从高到低规定如下： 　　表2中，控制码81H、82H、83H表示从站无后续数据帧，A1H、A2H、A3H表示从站有后续数据帧。控制码C1H、C2H、C3H、C4H表示从站异常响应，错误信息字为ERR，各位的含义为：　　　　表2中，控制码8CH是从站对主站更改速率请求的应答。当信息帧中的速率特征字Z与主站请求帧中的速率特征字相同时，确认更改通信速率；当Z＝FFH时，否认主站更改速率的请求。 　　《多功能电能表通信规约》规定的初始速率为1200bps，此时Z＝0。规定的标准速率为300、600、2400、4800、9600bps。修改速率时，Z仅在1个二进制位为1时有效。　　表2中，控制码8FH表示从站正确执行主站发出的修改从站当前密码的命令。数据域中的PAN、P0N～P2N为新编入的密码权限和密码。若从站出错则不应答。　　假设某费率装有四级密码：0级为112233，为最高管理级；1级为123456，用来设置电能表常数；2级为334466，用来设置电能表常数以外的其他项；3级为676767，用于最大需量清零。现将此装置的有功表常数设为4800p／kWh，则写数据帧格式为： 其中N5～Nm（00H48H00H）为数据标识符所描述的数据。　　按《多功能电能表通信规约》规定，数据项标识DI1、DI0可用来标识读写的数据项，但当字段DI1L、DI0 H、DI0L的编码为FH时，则表示从0000～1110（即0～14）项中所有可能取值的一组数据项的集合。假设某费率装置有3个费率，当前正向有功总电能、费率1、费率2、费率3的标识码分别为9010H、9011H、9012H、9013H，若希望一次读取当前正向有功总电能和峰、平、谷各个费率的电能值，则在读命令中的DI1、DI0应设为901FH，DI0L取FH。参考文献 ［1］DL／T645－1997，多功能电能表通信规约［S］．［2］本刊编辑部．多功能电能表［J］．仪表技术，2004，（1）．［3］丹梅．自动抄表系统帧中继技术及其实现［J］．仪表技术，2002，（1）．