摘要：為進一步提高運維人員對集抄系統(tǒng)通信故障問題的處理效率，文中針對現(xiàn)場運維人員需要檢測的故障模塊以及需要確定的故障原因進行分析，設計低壓集抄通信故障檢測設備。該設備高度集成不同廠家載波模塊的設計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對集抄系統(tǒng)中不同廠家單/三相載波模塊、路由模塊等硬件故障檢測、通信故障信息檢測。

　　關鍵詞：集抄系統(tǒng);故障檢測設備;運維

　　《無線通信技術》(季刊)創(chuàng)刊于1971年，由信息產(chǎn)業(yè)部電信科學技術第四研究所主辦。本刊是一本有關無線電通信領域的專業(yè)性技術刊物，國內(nèi)外公開發(fā)行。本刊堅持理論密切聯(lián)系實際，以實用化為主的辦刊方針，探討通信理論，提供技術成果，介紹技術標準，交流維護經(jīng)驗。

　　用電信息采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠性、有效性、完備性，對智能電網(wǎng)發(fā)展有著至關重要的作用。現(xiàn)場運維是保證集抄系統(tǒng)性能的一個重要環(huán)節(jié)，當前集抄系統(tǒng)的軟硬件方案發(fā)展迅速，提供了優(yōu)秀的通信性能，但是運維環(huán)節(jié)仍然缺少有力的與之匹配的手段與工具，急需針對當前的電網(wǎng)集抄方案開發(fā)設計一款能夠幫助現(xiàn)場運維人員快速有效排除現(xiàn)場通信模塊問題、集成度高的設備，進一步提升現(xiàn)場運維人員在故障檢測、故障原因確定方面的效率，同時也能進一步降低運維人員在檢修更先進的集抄通信設備方面的難度。

　　針對集抄系統(tǒng)常見故障與問題，許多研究學者進行了總結，并對故障的檢測和解決給出了一些方法[1][2][3]。但是這些解決方法中并未提及針對運維環(huán)節(jié)故障檢測工具設備的設計與采用，最主要的是，其中所涉及的一些故障處理與檢測方法并非最優(yōu)并且需要運維人員學習了解不同廠家的模塊工作原理、參數(shù)配置等，對運維人員的要求較高。此外，針對不同的檢修方案，運維人員需要攜帶不同的故障檢測工具，大大降低了運維人員的工作效率。為了進一步解決運維人員處理集抄通信故障問題效率低的問題，本文中針對低壓集抄系統(tǒng)通信故障的檢測，設計了一套更為規(guī)范、便捷、快速有效的故障檢測運維設備。該設備采用通用MCU芯片，高度集成不同廠家載波模塊的設計方案，可以實現(xiàn)對不同廠家集抄通信系統(tǒng)中單相載波通信模塊、三相載波通信模塊、485通信模塊、GPRS模塊的故障檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)供電狀態(tài)、引腳狀態(tài)以及通信故障的檢測。此檢測設備集成度高，當現(xiàn)場出現(xiàn)集抄通信設備故障時，采用此設備進行檢測，能夠快速為現(xiàn)場運維人員提供更為直觀的檢測結果;同時，此設備設計便攜性高，避免了現(xiàn)場運維人員多種工具同時攜帶的負擔。采用專用的故障檢測裝置進行故障檢測，可以有針對性確認當前故障原因，避免盲目更換模塊帶來的資產(chǎn)維護成本的提升，整體上提升了運維效率降低了運維成本，同時硬件設計上兼容不同廠家方案，運維人員無需同時了解不同廠家的設計，只需要按照本設備操作要求進行檢測即可，減少運維人員誤操作風險。

　　本文主要對故障檢測設備的設計、故障檢測功能的實現(xiàn)和測試結果進行闡述。

　　故障檢測設備的功能實現(xiàn)采用的是嵌入式系統(tǒng)設計，當前來說，F(xiàn)PGA、DSP、MCU都屬于嵌入式系統(tǒng)的范疇。其中，F(xiàn)PGA芯片具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)系統(tǒng)重構的特性，可實現(xiàn)的功能較為豐富，但是其價格昂貴，對開發(fā)人員要求更高[4]。而DSP的芯片設計主要針對數(shù)字信號處理，在條件進程、復雜算法的計算處理等方面具有較明顯的優(yōu)勢，相對于FPGA芯片來說，其算法設計開發(fā)靈活，成本較低，并且在電子測量系統(tǒng)與測量設備中有廣泛的應用[5][6]。基于ARM內(nèi)核的單片機在事務的管理上體現(xiàn)出較強的能力，尤其是在流程控制上優(yōu)勢明顯。因此，結合具體設計與應用需求，本文在故障檢測設備的設計上，采用了基于ARM內(nèi)核的MCU芯片作為整個設備的主控芯片，實現(xiàn)整個流程的邏輯控制、故障檢測功能實現(xiàn)。

　　1低壓抄表通信故障檢測裝置設計

　　低壓抄表通信故障檢測裝置可實現(xiàn)低壓集抄系統(tǒng)上行通道故障檢測和下行通道如電力線載波本地通信設備、485設備等故障檢測與分析，可以實現(xiàn)集中器RS485、RJ45等具體故障的檢測，能夠分析本地單三相、路由通信模塊通信故障種類，檢測裝置設計有專業(yè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和完備的數(shù)據(jù)庫可以對檢測的故障信息進行分析和管理并通過顯示屏顯示檢測結果，給運維工具的使用人員提供最直觀的結果顯示。

　　檢測裝置由供電電源單元、故障檢測單元、外部控制單元、數(shù)據(jù)分析單元、顯示單元幾個主要部分構成，如圖1所示。

　　故障檢測單元主要是實現(xiàn)對低壓集抄系統(tǒng)中有通信故障的設備進行故障檢測，分別支持載波通信功能故障檢測、引腳狀態(tài)故障檢測、串口通信故障檢測、GPRS通信故障檢測、SIM損壞故障檢測，485通信故障檢測。

　　對于整個裝置來說，故障檢測單元與數(shù)據(jù)分析單元、主控系統(tǒng)單元是整個設備的核心工作單元。故障檢測單元的功能是由基于ARM內(nèi)核的STM32F4XX系列芯片來實現(xiàn)。MCU芯片STM32F407具有豐富的外設資源，作為整個設備的主控芯片，控制硬件檢測流程，可通過按鍵設置指令啟動其不同的檢測功能，并可以通過接口電路自動檢測感知插入模塊類型，從而達到GPRS模塊、單/三相模塊、路由模塊、485模塊故障檢測的目的。

　　MCU作為故障檢測設備的主控，可實現(xiàn)對不同設備的故障檢測功能，MCU控制設備顯示系統(tǒng)的連接，將故障檢測結果返回到顯示單元進行顯示。系統(tǒng)的邏輯控制是通過STM32F407來實現(xiàn)的，系統(tǒng)主要的功能模塊有外設驅(qū)動管理、通信接口管理控制、電池充電管理及各通信接口的測試功能。

　　2軟件流程設計

　　MCU程序分為Bootloader和APPCode兩部分，Bootloader實現(xiàn)APPCode程序合法性判斷和跳轉(zhuǎn)，包括系統(tǒng)運行、電源管理驅(qū)動、系統(tǒng)遠程升級，Bootloader程序采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的處理在主循環(huán)中。Bootloader的業(yè)務流程如圖2所示：

　　本地載波通信方案主要有單相模塊、三相模塊、路由模塊，本地通信模塊中，模塊與電表之間的通信協(xié)議采用的是DLT645-2007規(guī)約[7]。通常本地載波模塊損壞，會出現(xiàn)電壓異常、引腳狀態(tài)異常、載波通信異常幾種故障現(xiàn)象，針對不同的故障現(xiàn)象進行不同的檢測流程，對單相/三相載波模塊引腳狀態(tài)檢測時會分別測試RST、SET、EVENT引腳狀態(tài)，如果檢測結果為RST高電平、EVENT低電平、STA低電平則說明引腳狀態(tài)正常，否則引腳狀態(tài)異常;如果待測試模塊為路由模塊，則測試RST引腳狀態(tài)，RST引腳狀態(tài)為高則說明引腳狀態(tài)正常。當檢測載波模塊上電引腳狀態(tài)正常，通過抄表進行載波口和串口的通信功能檢測，抄表檢測流程如圖3所示。