電能表的通信方式（模塊編碼：ZY2900203001）
隨著我國市場經(jīng)濟改革日趨成熟和電力行業(yè)體制改革的不斷深化，五大發(fā)電集團已成立，電力市場引入競爭機制，電廠、電網(wǎng)各自獨立經(jīng)營和承擔風險，參與電力市場的競爭，即“廠網(wǎng)分離，竟價上網(wǎng)”。電廠向電網(wǎng)公司賣電，投資方與運營、管理方簽定上網(wǎng)協(xié)議，構成了以電能量為基礎的買賣電關系。電網(wǎng)內(nèi)部管理也逐步走向商業(yè)化市場化，電廠、網(wǎng)局、省局、地局等之間開始將電力交換接點的電量作為其計量結(jié)算、考核、獎懲的主要依據(jù)。商業(yè)化運行的核心就是供電和購電雙方以電力交換點的電能量作為計量結(jié)算依據(jù)，原來人工抄表和統(tǒng)計結(jié)算的抄表方式顯然不能適應市場商業(yè)化運營的需要。因此，必須建立以自動化為基礎的電能量計量計費自動化系統(tǒng)，以提高電能量的采集、傳輸、處理的精確性、可靠性和及時性。 電能量采集系統(tǒng)由系統(tǒng)主站、數(shù)據(jù)通道、廠站設備（電能量數(shù)據(jù)采集器、電能表計等）三部分組成。實現(xiàn)了對電網(wǎng)和電能表實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測，獨立完成分時計費、電能量統(tǒng)計、電能量平衡、電能量管理以及電力營業(yè)考核自動化等功能；并具有遠程維護，授權Internet用戶遠程查詢等遠程管理功能；并且通過與MIS、SCADA、DMS、EMS等系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享，為其他子系統(tǒng)提供了準確、完整的信息數(shù)據(jù)。 一、電能表通信方式的概述
隨著微電子技術的不斷進步，許多的通信方式被應用到電能表通訊中。其中比較常用的有以下幾種： (1) 紅外通訊
紅外通訊包括近紅外通訊、遠紅外通訊。近紅外通訊指光學接口為接觸式的紅外通訊方式。遠紅外通訊指光學接口采用非接觸方式的紅外通訊方式，由于容易受到外界光源的干擾，所以一般采用紅外光調(diào)制/解調(diào)來提高抗干擾度。紅外通訊的主要特點是沒有電氣連接、通訊距離短，所以主要用于電能表現(xiàn)場的抄錄、設置。 (2) 有線通訊
有線通訊主要包括RS-232接口通訊、RS-422接口通訊、RS-485接口通訊等。由于有線通訊具有傳輸速率高、可靠性好的特點，被廣泛采用。 (3) 無線通訊
無線通訊包括無線數(shù)傳電臺通訊、GPRS、GSM通訊等。隨著信息傳遞技術的飛速發(fā)展，無線通訊技術在通訊領域發(fā)揮著越來越重要的作用。使用無線數(shù)傳電臺可以在幾百米到幾公里的范圍內(nèi)建立無線連接，具有傳輸速率高、可靠性較好、不需要布線等優(yōu)點。使用GPRS或GSM網(wǎng)絡通訊，還可以充分地利用無線移動網(wǎng)絡廣闊的覆蓋范圍，建立安全、可靠的通訊網(wǎng)絡。
(4) 電力載波通訊。
電力載波通訊是通過220V電力線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通訊方式。在載波電能表內(nèi)部，除了有精確的電能計量電路以外，還需有載波通訊電路。它的功能是將通訊數(shù)據(jù)調(diào)制到電力線上。常見的調(diào)制方式有FSK、ASK和PSK。處于同一線路上的數(shù)據(jù)集中器則進行載波信號的解調(diào)，將接收到的數(shù)據(jù)保存到存儲器中。由此構成載波通訊網(wǎng)絡。電力載波通訊的特點是
不需要進行額外的布線、便于安裝；但是由于電力網(wǎng)絡上存在著各種電器，具有噪音高、衰減大的特點，這就限制了通訊傳輸?shù)木嚯x和速率。
二、RS-232、RS-422、RS-485通訊方式及特點
RS-232是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的，RS-232在1962年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。 RS-422由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標準。
為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。
由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。
1.RS-232通訊方式
RS-232是目前最常用的串行通訊接口之一。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”。 物理接口定義：
RS-232標準規(guī)定采用一個25引腳的DB25連接器，通常插頭在DCE端,插座在DTE端。連接器的每個引腳的信號內(nèi)容如下圖：
圖ZY2900203001-1 RS-232引腳
表ZY2900203001-1 RS-232引腳標準
其他引腳用做第二通訊通道或為定義。由于在實際應用中，很少用到第二通訊通道，所以有
很多場合使用DB9的連接器。
電氣特性定義：
RS-232標準規(guī)定，在RS-232中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“1”為-5～-15V；邏輯“0”為+5～+15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”。 傳輸速率：
RS-232標準規(guī)定最大傳輸速率為20kbps。 傳輸距離：
RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺。其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺。
目前RS-232接口是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口，但由于其發(fā)展比較早，難免有不足之處，主要是以下幾點：
RS-232是為點對點通訊（即只有一對收發(fā)設備）而設計的，不具備網(wǎng)絡功能； 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbps。
接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。
傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能 用在50米左右。 因此，RS-232接口適合本地設備之間的通訊。
表ZY2900203001-2 RS-232、RS-422、RS-485電氣參數(shù)
2.2 RS-422通訊方式
針對RS-232接口的不足，EIA發(fā)布了EIA-422-A標準。標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。RS-422和RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號的傳輸采用平衡傳輸方式（也稱作差分傳輸），它的每個通道使用一對雙絞線，其中一根定義為A，另一根定義為B。RS-422采用一般采用4線接口，實際使用時還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS-232更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向。 電氣特性：
RS-422標準規(guī)定，發(fā)送端A、B之間的正電平為+2～+6V時為邏輯“1”，負電平在-2～6V時為邏輯“0”。在接收端，AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。
AB線對地的共模電平限制在-7～+7V之間。 傳輸速率：
RS-422標準規(guī)定最大傳輸速率為10Mbps。 傳輸距離：
RS-422標準規(guī)定最大傳輸距離為4000英尺。其實，平衡雙絞線的長度和傳輸速率成反比。在100kbps的速率下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的情況下，傳輸速率才能達到最大值。
RS-422需要一個終接電阻，其阻值等于傳輸電纜的特性阻抗。終接電阻應當接在傳輸電纜的最遠端。傳輸距離短時可以不用終接電阻。
2.3 RS-485通訊方式
為增強RS-422的網(wǎng)絡能力，EIA對RS-422標準進行了修訂，形成EIA-485-A標準，即RS-485標準。增加了多點通訊能力。RS-485是由RS-422發(fā)展而來的，因此他的電氣特性繼承了RS-422標準。它采用平衡傳輸方式，有4線制和2線制兩種傳輸方式。4線制方式和RS-422完全兼容，只能實現(xiàn)點對多點的通訊。2線制方式則實現(xiàn)了多點半雙工通訊能力。RS-485的發(fā)送器包含一個使能端，這在RS-422下是可用可不用的。當發(fā)送器使能不起作用時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，相當于斷開發(fā)送器和總線的連接。 RS-485和RS-422的不同還在于其輸出的共模電壓是不同的，RS-485接口的共模輸出電壓為-7至+12V之間。
RS-485標準修改了接收器的輸入阻抗，由RS-422的4k修改為32k，使一個發(fā)送器可以連接多達32個接收器。由于集成電路技術的發(fā)展，現(xiàn)在的一些廠商可以提供更強驅(qū)動能力的驅(qū)動器和更高輸入阻抗的接收器，能夠使一個發(fā)送器連接高達256個接收器。 RS-485傳輸速率和傳輸距離是和RS-422一樣的。最大傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為4000英尺。但是，平衡雙絞線的長度和傳輸速率成反比。在100kbps的速率下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的情況下，傳輸速率才能達到最大值。
RS-485標準要求兩個終接電阻，其阻值等于傳輸電纜的特性阻抗。終接電阻應當接在傳輸電纜的兩端。傳輸距離短時可以不用終接電阻。
2.4 RS-485網(wǎng)絡組網(wǎng)注意事項：
RS-485通訊方式由于組網(wǎng)簡便、通訊速率高、距離遠，在電能表通訊中獲得了廣泛的應用。但是如果組網(wǎng)不適當，則會引起通訊不暢、甚至通訊不上的問題。
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