基于客户侧泛在电力物联网的智能仿真培训采集终端设计

来源:物联网技术
关键字:客户侧,电力物联网,仿真培训
发布时间:2020-06-13 09:48

　　摘要：随着国网公司近年来营销专业管理的要求越来越高，计量相关系统应用技术不断深入，需要从营销专业的角度强化对基层人才的培训，以满足当前和未来计量专业不断发展建设对人才的需求。针对采集运维现场出现的故障，现有的培训设备已无法满足培训需求。一方面，现有仿真用电信息采集终端缺乏统一的技术标准和功能规范，无法有效开展培训；另一方面，现有仿真终端故障下发的通信方式导致无法还原现场真实故障处理流程，难以保证培训效果。文中介绍了一种基于客户侧泛在电力物联网的智能仿真用电信息采集终端的设计方法，该方法具有安全、隐蔽、真实、高效等特点。

　　关键词：客户侧；电力物联网；仿真培训；通信；蓝牙；WiFi

　　中图分类号：TP393；TM714文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）05-00-02

　　0 引言

　　客户侧泛在电力物联网仿真培训平台，简称培训平台。仿真培训平台包括仿真采集终端、仿真培训装置、仿真主站等一整套仿真用电信息采集系統。作为统一的国网基层人员培训平台，是开展用电信息故障模拟仿真培训的重要组成部分，其中仿真采集终端负责数据采集、数据管理、数据双向传输，以及模拟现场各类故障命令的接收与执行，是培训系统的关键设备之一，但目前还没有关于仿真采集终端的技术

　　规范[1]。

　　传统的仿真培训采集终端因为内网加密的原因无法通过无线公网4G方式登录仿真主站，因此不能够采集命令，进行采集数据的交互，同时也无法模拟SIM卡类的各种故障。其次因为仿真培训装置与仿真培训终端的通信限制，导致仿真培训装置需通过RS 485与仿真培训终端连接，从而实现故障的下发与故障模拟情况的实时读取，使得仿真培训终端需要额外的接线。又因为与现场接线不一致，导致学员对真实现场的接线产生误解，甚至部分培训后的学员在面对真实现场故障时无从下手，大大降低了培训系统的必要性。最后，传统仿真培训终端不支持升级，若现场出现新的故障时无法及时更新，只能等待积累一段时间，出现大量故障后，重新制作一批仿真终端进行批量更换，不仅工作繁琐，更消耗大量人力物力。上述这些问题的存在制约了培训工作的有效开展。

　　随着蓝牙、WiFi等无线通信技术的迅速发展，使设备与装置之间的无线大数据传输成为可能。针对当前仿真终端存在的弊端，文中提出了基于客户侧泛在电力物联网的智能仿真培训采集终端的设计方法[2]。

　　1 BLE5.0蓝牙通信模块集成

　　图1所示为蓝牙模块电路原理。集中器通过USB通信与蓝牙模块建立连接，其中P1为USB公头端子，可与仿真终端连接，实现模块化设计，便于安装。U1芯片将集中器USB信号转换为串口信号，实现了集中器与蓝牙芯片之间的数据传输[3]。U3为电源管理芯片，可将USB的+5 V供电转换为+3.3 V供电模式，为蓝牙芯片与U1供电[4]，故而此模块无需额外的电源供电，节约了空间。模块可安装在仿真终端内部，仿真终端的故障下发与确认、仿真终端的升级都可以通过蓝牙模块实现，外部不存在接线问题，省去了大量人力升级的成本，同时还原了现场真实的接线环境。

　　2 WiFi通信模块集成

　　图2所示为蓝牙模块电路原理，其中J201为插针端子，其与原模块的端子一一对应，与仿真终端连接，实现模块与仿真终端之间的数据传输，同时不改变原有集中器外形；STATE0～4为模块检测引脚，通过不同的状态组合检测模块是否正确插入，同时实现模块功能切换。为了真实还原现场SIM卡上线流程，加入了SIM1端子，同时模块内部做了SIM插入检测处理。SIM卡正确插入后，WiFi开始正常拨号连接流程，若SIM卡损坏或未插入，则WiFi无法上线。E103为WiFi芯片[5]，其与J201连接，通过串口与仿真终端通信。考虑到WiFi芯片电平与仿真终端主芯片电平不同，可能存在过压冲击，导致芯片电路损坏，因此加入电平转换电路，将信号幅度限制为+3.3 V[5]。在电平转换电路中加入RED LED与GREEN LED，可直观展现出信号的发送与接收，方便现场人员观察模块状态，完美解决了原有终端不能模拟无线公网通信的问题。

　　3 产品分析验证

　　为了验证改进后的仿真采集终端功能是否正常，通过nRF Connect软件对改进后的仿真培训采集终端的蓝牙与无线信号进行了测试，信号传输完整且强度达到预期要求，证明透传速率完全满足产品设计要求。nRF Connect无线测试软件界面如图3所示。

　　综上所述，可以看到客户侧泛在电力物联网仿真培训采集终端相较于传统培训采集终端拥有更隐蔽高效的通信方式，更真实地模拟了采集终端在现场的真实场景，丰富了采集终端现场异常现象的故障库，对未来国网布局泛在电力物联网仿真培训系统有着重要的意义。

　　4 结语

　　仿真采集终端作为一个产品，本身需要一步步完善，随着国网公司近几年来营销专业管理的要求越来越高，计量相关系统应用技术不断深入，需要从营销专业的角度强化对基层人才的培训，以满足当前和未来计量专业对人才的需求。但是寻求最为真实、全面、高效的故障仿真方式是所有终端厂家需要研究和探讨的一个问题，综上所述，通过蓝牙及WiFi的方式，可以有效解决传统仿真采集终端带来的问题。

　　参考文献

　　[1]高胜.关于用电信息采集仿真培训系统建设的探讨[J].中国科技纵横，2017（2）：135.

　　[2]彭卫星，邹文欢，毋茂盛.WiFi平板智能家居控制系统[J].物联网技术，2017，7（12）：71-73.

　　[3]孙惠康，李庆之，焦良葆，等.基于蓝牙4.0的可穿戴心率监测仪设计[J].物联网技术，2016，6（3）：17-19.

　　[4] BIAN Heshan，LI Zhaohui，ZHAO Fang. A method of indoor localization based on BLE4.0 protocol of using beacons [J]. Applied mechanics & materials，2015（5）：765-768.

　　[5]刘军良. WiFi技术在温湿度远程监测系统中的应用[J].自动化仪表，2014（6）：79-82.

　　[6] YU Jianguo，NA Zhenyu，LIU Xin，et al. WiFi/PDR-integrated indoor localization using unconstrained smartphones [J]. EURASIP journal on wireless communications and networking，2019（1）.

　　[7]林楚乔，佟辉，于温方，等. 基于泛在电力物联网的配电网智能化状态监测与故障处理平台设计[J].东北电力大学学报，2019

　　（4）：1-4.

　　[8]刘俊，张程，孙鸿雁，等. 基于泛在电力物联网的电力市场主动服务感知共享平台研究[J].电力信息与通信技术，2019（7）：16-20.

　　[9]陈皓勇，陈永波，王晓娟，等.基于LPWAN的泛在电力物联网

　　[J].电力系统保护与控制，2019（8）：1-8.

　　[10]王振宇，谢峰，冯刚，等.泛在电力物联网背景下的智慧培训模式研究[J].国网技术学院学报，2019（4）：7-9.

　　韩周孟海川