載波轉GPRS模塊的研究和應用

(廣東電網有限責任公司潮州供電局 廣東 潮州 521000)

一、概述

在用電信息采集通信系統中，集中器、配變終端通常采用移動無線公網作為上行通信方式，但有些終端安裝的地方，例如地下室以及山區等存在移動通信基站信號未覆蓋或者信號較差的情況，造成終端無法正常上報主站采集終端數據。

針對上述問題，載波轉GPRS模塊采用成熟的高速載波通信方案，將終端設備需要上報數據通過電力線傳輸給信號較好的地主模塊上報主站，再通過移動網絡上報到主站，降低現場施工的工作量。

二、適用范圍

載波轉GPRS模塊適用于接口定義、結構符合國網規范Q/GDW 375.2-2009和Q/GDW 1375.2-2013《電力用戶用電信息采集系統型式規范 第二部分：集中器型式規范》的專變終端、集中器等高供高計、高供低計、低供低計設備。

載波轉GPRS模塊的主、從機通過電力線載波信號進行通信，只要主、從機安裝到同一供電線路上就可正常工作，目前設備支持正常工作電壓AC90V～286V。

需要注意的是，主、從機之間載波信號通信線路不能經過變壓器、互感器等，載波信號經過這些設備會造成信號極大衰減，造成通信不穩定、設備不上線問題。

三、載波轉GPRS模塊的功能特點和技術優勢

(一)功能特點。(1)實現無信號配變臺區低壓用戶集中抄表數據上報；(2)具有與主站實時通信功能；(3)支持停電上報；(4)本地信道采用低壓電力線高速載波通信技術；(5)遠程信道可采用GPRS、CDMA、3G、4G等通信模塊，接口定義、結構滿足Q/GDW 375.2-2009和Q/GDW 1375.2-2013《電力用戶用電信息采集系統型式規范 第二部分：集中器型式規范》。

(二)技術優勢。(1)使用電力線作為通信介質，降低施工安裝工作量；(2)合理的選擇載波通信頻率，保證通信穩定可靠；(3)支持透明傳輸，能夠兼容不同規約協議要求；(4)多頻點和主/從機相位識別相結合，提高通信效率同時滿足同一臺區安裝多套設備需求；(5)寬輸入電壓設計，滿足不同用電環境需求。

四、性能指標

(一)工作電壓。工作電壓：AC90V～286V；電壓頻率：(50±2.5)Hz。

(二)外形尺寸。主機：150mm(長)×120mm(寬)×54mm(高)；從機：150mm(長)×120mm(寬)×54mm(高)；13規范GPRS模塊：75mm(長)×69mm(寬)×36.5mm(高)。

(三)工作環境。工作溫度：-40℃～+85℃；工作濕度：≤95%。

(四)技術參數。通信規約：透明傳輸；載波接收靈敏度：≤1mV；調制方式：BFSK；功耗：從機：3W(靜態)、8W(動態)；主機：3W(靜態)、9W(動態)；使用壽命：≥10年。

五、產品系統連接圖

六、接口規范

(一)從機與終端網絡接口定義。網絡接口定義滿足Q/GDW 375.2-2009和Q/GDW 1375.2-2013《電力用戶用電信息采集系統型式規范：集中器型式規范》中關于網絡接口定義要求。

(二)GPRS通信模塊和主機接口定義。載波轉GPRS模塊和主機接口定義滿足Q/GDW 375.2-2009和Q/GDW 1375.2-2013《電力用戶用電信息采集系統型式規范：集中器型式規范》中關于遠程通信模塊接口管腳定義表的引腳定義要求，可以安裝滿足此要求的遠程通信模塊。

七、安裝方法

(一)網口轉換模塊安裝。網口轉接模塊安裝到從機上，通過網線連接到集中器、專變終端等設備的網口，原集中器GPRS通信模塊和天線不動。

網口轉接模塊安裝到從機上后，轉接模塊電源指示燈亮。模塊和集中器有數據交互時，轉接模塊收、發指示燈閃爍。

(二)從機安裝。從機靠近集中器位置安裝，通過網口和終端通信，從機供電從集中器表尾端子或接線盒處取電。

從機通電后，電源指示燈亮(左邊-紅色)，載波發送指示燈閃爍(閃爍頻率：2次/秒左右)。從機和串口轉接模塊有數據交互，串口接收、發送指示燈閃爍。從機和主機有載波數據交互時，載波接收、發送指示燈閃爍。

(三)主機安裝。主機安裝在GPRS、CDMA、3G、4G信號較好的位置(可通過手機判定基站信號情況，手機信號顯示3-4格表示信號良好)，主機從電表箱空開、接線盒等有220V交流電地方取電，安裝時要確保主、從機在同一臺區同一相。

打開主機下部透明蓋板，把包裝盒配套的GPRS模塊安裝在對應的插針上。主機通電后，電源指示燈亮(左邊-紅色)，當收到載波信號時載波發送指示燈閃爍(閃爍頻率與主機相同)，如果沒有載波信號，主機左邊3個燈常亮(電源燈、載波接收燈、載波發送燈)。當主機和GPRS通信模塊有數據交互時，串口接收、發送指示燈閃爍。當主機和從機有載波數據交互時，載波接收、發送指示燈閃爍，GPRS模塊電源指示燈亮，當主機或主站與GPRS通信模塊有數據交互時，GPRS通信模塊串口接收、發送指示燈閃爍。

八、狀態指示

(一)主機狀態指示

圖2 主機狀態指示

電源——主機上電指示燈，紅色。燈亮時，表示模塊上電；燈滅時，表示模塊失電。載波收——主機載波數據通信指示燈，綠色。綠燈閃爍時，表示模塊載波接收數據。載波發——主機載波數據通信指示燈，紅色。紅燈閃爍時，表示模塊載波發送數據。信號強——主機移動信號強度指示燈，綠燈亮，表示移動信號很好，可以正常通信。信號弱——主機移動信號強度指示燈，紅燈亮，表示移動信號弱，移動通信不穩定。

(二)從機狀態指示

圖3 從機狀態指示

電源燈——從機上電指示燈，紅色。燈亮時，表示模塊上電；燈滅時，表示模塊失電。載波接收燈——從機載波數據通信指示燈，紅色。紅燈閃爍時，表示模塊載波接收數據。載波發送燈——從機載波數據通信指示燈，綠色。綠燈閃爍時，表示模塊載波發送數據。串口接收燈——從機載波數據通信指示燈，紅色。紅燈閃爍時，表示模塊串口接收數據。串口發送燈——從機載波數據通信指示燈，綠色。綠燈閃爍時，表示模塊串口發送數據。

從機上電后，載波發送燈一直閃爍；從機上電后收到主機的信號后載波接收燈一直閃爍，這說明載波信號很好，能夠正常進行數據傳輸，如果從機載波接收燈不閃爍說明不能同主機正常通訊。

九、參數設置

(一)串口方案載波轉GPRS模塊設置。串口方案目前有三個硬件版本，V1.00.01和V1.00.02使用時需要配置串口波特率，從機默認波特率為115200。如果是V1.00.03版本及以后的版本，波特率為自適應，不需要設置。因為有不同頻點設備，相互之間不能響應，所以主、從機地址也不需要做修改。

(二)網口方案載波轉GPRS模塊設置(2016年10月份之前)。網口方案載波轉GPRS主要解決09規范專變終端GPRS模塊大小不兼容的問題，只要是有網絡接口的終端都可以使用此方案。該方案包含網口轉接板、主機、從機、專用通信模塊(GPRS模塊和CDMA模塊使用時提前確認)。網口轉接板：安裝在載波從機上，通過網線和終端的網口相連。專用GPRS模塊：安裝到主機上。載波主機和載波從機通過電力線載波通信，選擇合適位置進行安裝。

(三)網口方案載波轉GPRS模塊設置(2016年10月份之后)。2016年10月份及之后網絡方案的主從機載波程序進行修改，改動點為載波主從機檢測到設備上線之后載波不再持續進行通訊，只有終端和主站之間有數據通訊時載波收發燈會亮。撥號程序和參數配置改到主機內部，所有主站IP、端口號、APN等參數需要配置到主機中。

和之前版本區分標準有：載波主機、從機、轉接板外殼頂部會貼有“網絡”字樣的紙貼；網口轉接板軟件版本為2016年9月28，主從機軟件版本為2016年10月19；工廠發貨之前已經配置過主機的會在主機上貼主站IP、端口號、APN等參數。

(四)設備上線判斷標準。(1)終端界面上出現大寫“L”、“E”標志終端上線，13規范終端液晶屏右邊的運行燈會閃；(2)主機上的GPRS模塊NET燈閃爍；(3)載波從機和載波主機上的載波燈不亮，數據傳輸時才亮；(4)載波從機上的網口轉接板NET燈亮，表示終端參數配置正確；(5)載波從機的網口轉接板NET燈不亮，終端參數配置不對或不支持網絡通信；(6)盡量保證主機上銘牌信號強的指示燈亮。

十、現場問題及應對辦法

(一)臺區串擾問題。如果現場出現一臺變壓器下需要安裝多套模塊，以及相鄰臺區安裝多套模塊的問題，會出現不同設備之間載波信號相互干擾，導致不同設備的不能正常載波通信、上線。針對相同臺區或相鄰臺區安裝多套設備問題，需要跟產品公司申請不同載波頻率的設備，目前共有5個頻點設備。不同頻率的設備，在硬件和軟件方面都不相同。

(二)主、從機不上電。主、從機上電后，電源指示燈會常亮。如果該燈不亮說明模塊沒有電源供電或者供電電路問題。出現的原因可能是電源線接觸不好。這就首先要查看接線端子是否扭緊安裝牢靠，再查看防水段子卡扣是否扣緊；查看壓線端是否虛接，由于電源另一端銅絲較細，會存在壓線不緊問題。

(三)主、從機不能正常通信。主、從機上電后，載波發送燈一直閃爍；主機上電后收到從機的信號后載波接收燈一直閃爍，這說明載波信號很好，能夠正常進行數據傳輸，如果主機載波接收燈不閃爍表明不能與主模塊正常通訊。

問題出現的原因主要有以下3個：(1)主從機不在同一臺區，如果一個樓宇等有兩臺變壓器等特殊情況，需要查看主機安裝位置和從機在不在一個臺區。如果不在同一臺區，需要調整為同一臺區。(2)主從機不在同一相，如果是不在同一相位，需要兩個人配合使用目前掌機和抄控器，分別在主、從機相線上加一個抄控器，其中一端使用掌機發抄表命令，另一端使用電腦上位機監控，查看收到的載波信號是跨相抄讀還是在同一相，不在同一相調整到同一相線上。(3)主從機地址不匹配，需要使用上位機軟件和設置線設置成匹配地址，設置方法見6.3主從機地址設置。

(四)主、從機能正常通信，但設備不能上線。問題出現的原因主要有：(1)GPRS模塊沒有安裝好，查看主機模塊倉內GPRS模塊插針是否有松動安裝不到位問題。我司主機下部插座有兩種規格型號，如果是矮插座，安裝南網09、13規范GPRS模塊會出現接觸不良問題，就需要更換對應的主機。(2)主機安裝位置基站信號不好，需要查看主機安裝位置基站信號是否良好。可以使用手機查看，一般手機信號3格左右即可。

(五)串口方案和網口方案選擇

所有終端優先使用網口方案，網口不能使用的設備使用串口方案。