電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備模塊化網(wǎng)關(guān)功能介紹

摘要  

隨著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和智能化電網(wǎng)的推進(jìn)，電力物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。本文以安科瑞ANet系列智能通信管理機(jī)為例，探討其在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、邊緣計算、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)實(shí)踐，為現(xiàn)代電力行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支持。  

 1. 引言  

電力物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)的具體體現(xiàn)，通過將各類智能設(shè)備連接到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的信息交互與協(xié)同控制，提升了電網(wǎng)的運(yùn)行效率與智能化水平。智能通信管理機(jī)作為電力物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。  

2.電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)需要具備什么功能？

通訊網(wǎng)關(guān)是現(xiàn)代企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的核心組件之一，它起到連接設(shè)備、處理數(shù)據(jù)、傳輸信息的橋梁作用。在現(xiàn)代企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，通訊網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備以下關(guān)鍵功能：  

2. 1多協(xié)議支持與轉(zhuǎn)換

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能來自不同廠家，使用不同通信協(xié)議（如Modbus、BACnet、OPC UA、LoRa等），網(wǎng)關(guān)需要支持多種協(xié)議并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。  

功能要求：  

協(xié)議解析和翻譯，確保設(shè)備與上位系統(tǒng)的互通。  

兼容邊緣設(shè)備和云平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸。  

應(yīng)用場景：將Modbus協(xié)議的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為企業(yè)系統(tǒng)支持的REST API格式。  

2.2數(shù)據(jù)采集與過濾  

網(wǎng)關(guān)需要從多個設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，以減輕上位系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。  

功能要求：  

采集數(shù)據(jù)的實(shí)時性與準(zhǔn)確性。  

數(shù)據(jù)過濾、聚合、格式化，去除冗余信息。  

支持邊緣計算功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)初步處理或分析。  

應(yīng)用場景：從多個傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)并計算平均值后上傳。  

2.3邊緣計算與智能處理

現(xiàn)代企業(yè)強(qiáng)調(diào)分布式計算，網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備一定的計算能力，在邊緣側(cè)完成部分任務(wù)。  

功能要求：  

支持?jǐn)?shù)據(jù)校驗(yàn)、邏輯判斷、閾值報警等智能處理。  

實(shí)現(xiàn)簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)模型推理，提高設(shè)備自動化水平。  

應(yīng)用場景：在邊緣完成設(shè)備故障預(yù)測模型的推理，并上傳結(jié)果。  

2.4網(wǎng)絡(luò)連接與通信管理

網(wǎng)關(guān)需要支持多種通信方式，確保設(shè)備與系統(tǒng)的可靠連接。  

功能要求：  

支持有線（如以太網(wǎng)）和無線（如Wi-Fi、4G/5G、LoRaWAN）通信。  

 提供網(wǎng)絡(luò)冗余與自動切換功能，確保高可用性。  

帶寬管理與優(yōu)化，避免通信網(wǎng)絡(luò)過載。  

應(yīng)用場景：通過4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的穩(wěn)定連接。  

2.5安全性保障 

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備面臨多種網(wǎng)絡(luò)安全威脅，網(wǎng)關(guān)需要在通信鏈路和數(shù)據(jù)存儲中提供安全保障。  

功能要求：  

數(shù)據(jù)傳輸加密（如TLS/SSL）。  

支持設(shè)備認(rèn)證和用戶權(quán)限管理。  

防火墻、入侵檢測和防止拒絕服務(wù)（DoS）攻擊的功能。  

應(yīng)用場景：對上傳到云端的數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)泄露。  

2.6遠(yuǎn)程管理與維護(hù) 

網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備遠(yuǎn)程管理功能，以方便運(yùn)維人員監(jiān)控和維護(hù)設(shè)備。  

功能要求：  

遠(yuǎn)程配置、固件升、日志監(jiān)控。  

支持設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控與故障診斷。  

應(yīng)用場景：通過遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)關(guān)檢查工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并更新規(guī)約配置。  

2.7擴(kuò)展性與兼容性

網(wǎng)關(guān)需要適應(yīng)企業(yè)規(guī)模擴(kuò)展和設(shè)備升的需求，同時與第三方系統(tǒng)兼容。  

功能要求：  

支持模塊化設(shè)計，可靈活增加接口或功能模塊。  

與主流云平臺（如AWS IoT、Azure IoT Hub）的集成能力。  

應(yīng)用場景：在企業(yè)擴(kuò)展時，通過新增模塊支持更多設(shè)備類型。  

2.8數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與存儲 

網(wǎng)關(guān)作為數(shù)據(jù)樞紐，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠轉(zhuǎn)發(fā)，并在必要時提供數(shù)據(jù)的短期存儲功能。  

功能要求：  

支持?jǐn)?shù)據(jù)的批量上傳、斷點(diǎn)續(xù)傳功能。  

提供緩存功能，避免短期通信中斷導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。  

應(yīng)用場景：在網(wǎng)絡(luò)中斷期間臨時存儲數(shù)據(jù)，恢復(fù)連接后自動上傳。  

2.9時間同步功能

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的時間戳對分析與操作至關(guān)重要，網(wǎng)關(guān)需要提供時間同步功能。  

功能要求：  

支持通過NTP或GPS進(jìn)行時間同步。  

將同步時間分發(fā)到下設(shè)備，確保系統(tǒng)一致性。  

應(yīng)用場景：同步現(xiàn)場傳感器時間，確保多設(shè)備數(shù)據(jù)的時序一致性。  

通過以上功能的集成和優(yōu)化，現(xiàn)代通訊網(wǎng)關(guān)能夠更好地適應(yīng)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)作、數(shù)據(jù)的安全流轉(zhuǎn)以及整體系統(tǒng)的高可靠性運(yùn)行。

3. ANet智能通信管理機(jī)

本系列智能通信管理機(jī)是一款采用嵌入式硬件計算機(jī)平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行 網(wǎng)絡(luò)接口，用于將一個目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有的智能監(jiān)控/保護(hù)裝置的通信數(shù)據(jù)整理匯總后，實(shí)時上傳主站系統(tǒng)，完 成遙信、遙測等能源數(shù)據(jù)采集功能。 同時，本系列智能通信管理機(jī)支持接收上主站系統(tǒng)下達(dá)的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的智能系列單元， 完成對廠站內(nèi)各開關(guān)設(shè)備的分、合閘遠(yuǎn)方控制或裝置的參數(shù)整定，實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達(dá)到遠(yuǎn)動輸出調(diào) 度命令的目標(biāo)。 本系列智能通信管理機(jī)提供豐富的規(guī)約庫支持，實(shí)現(xiàn)不同二次設(shè)備供應(yīng)商的智能設(shè)備互聯(lián)。作為自動化 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測設(shè)備之間的通信接口設(shè)備，本系列智能通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)了規(guī)約轉(zhuǎn)換、接口匹配、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等 三項(xiàng)功能。 本系列智能通信管理機(jī)提供 RS485 通信端口，每個端口多可帶 32 臺儀表設(shè)備（對于低壓綜合保護(hù)建議 每個端口掛接不超過 4 個）；可根據(jù)儀表設(shè)備的通信波特率、通信線路長度及客戶對通信數(shù)據(jù)的刷新速度要 求終決定每個通信端口所帶的設(shè)備數(shù)量。 本系列智能通信管理機(jī)實(shí)時并行多任務(wù)處理與第三方設(shè)備的訪問及上位系統(tǒng)的連接通信，支持軟件組態(tài)。 通過門的配置管理軟件，可為不同通道掛載設(shè)備選擇不同的通信協(xié)議，并可通過更改配置文件來改變通信 管理機(jī)所連接儀表設(shè)備的數(shù)量及數(shù)據(jù)信息，而不需更改軟件程序。 

3.1命名規(guī)則

3.2主要功能

安科瑞ANet系列智能通信管理機(jī)集成了嵌入式硬件平臺和多種通信接口，適用于智能設(shè)備的集中管理與數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能如下：  

3.2.1 數(shù)據(jù)采集與上傳  

管理機(jī)通過RS485、以太網(wǎng)等多種通信方式，將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的智能設(shè)備（如電能表、保護(hù)裝置）數(shù)據(jù)采集并上傳至主站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測功能。其支持的規(guī)約包括Modbus、IEC104等，確保了多廠家設(shè)備的互聯(lián)互通。  

規(guī)約轉(zhuǎn)換與接口匹配  

ANet管理機(jī)通過內(nèi)置規(guī)約庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的規(guī)約轉(zhuǎn)換與接口匹配，支持主站與終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。  

3.2.2邊緣計算功能  

設(shè)備具備邊緣計算能力，通過內(nèi)置虛擬設(shè)備功能對多個物理設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算或求和，生成新的虛擬數(shù)據(jù)源。這種分布式計算方式有效減輕了主站系統(tǒng)的計算壓力，提高了響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)處理效率。  

3.2.3遠(yuǎn)程維護(hù)與管理  

ANet管理機(jī)支持4G、LoRa等遠(yuǎn)程通信方式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、配置更新和故障診斷。這為運(yùn)維人員提供了便捷的管理手段，大幅降低了維護(hù)成本。 

3.3技術(shù)參數(shù)

3.4設(shè)備規(guī)格

3.5接線與安裝 

本系列智能通信管理機(jī)均采用 35mm 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式。 

8 串口系列、4 串口系列 8 串口系列、4 串口系列插上網(wǎng)線后 LINK 綠色燈會亮起，有數(shù)據(jù)時閃爍，SPEED 黃色燈在 100Mb/s 時常 亮，在 10Mb/s 時關(guān)閉；RS485 有數(shù)據(jù)傳輸接收數(shù)據(jù) RX 紅色燈閃爍，發(fā)送數(shù)據(jù) TX 綠色燈閃爍。 后板及底板均可安裝導(dǎo)軌卡座。 

2 串口系列 2 串口系列插上網(wǎng)線后綠色燈會亮起，有數(shù)據(jù)時閃爍，SPEED 黃色燈在 100Mb/s 時常亮，在 10Mb/s 時關(guān) 閉；RS485 有數(shù)據(jù)傳輸接收數(shù)據(jù) RX 紅色燈閃爍，發(fā)送數(shù)據(jù) TX 綠色燈閃爍。 單型號不提供 SIM 無線功能，4G 接口用橡膠塞密封。 4G 型號提供 SIM 無線功能，外接 7 模用天線。 4G 型號 4G 燈無工作時 4 滅 1 亮，有數(shù)據(jù)時閃爍。 后板及底板均可安裝導(dǎo)軌卡座。 本系列智能通信管理機(jī)所有接線端子全部在面板上。

 ANet-2E4SM 模塊化系列 2E4SM 設(shè)備的 LED 燈在上面板，全部為紅色，有數(shù)據(jù)處理顯示閃爍，無數(shù)據(jù)處理時滅。 ANet-M4G 模塊、SIM 卡及 ANet-M485 模塊均不支持熱插拔，需斷電等所有 LED 燈全部熄滅后，插入并上 電才能正常工作。

4. 技術(shù)特點(diǎn)分析  

4.1 模塊化與靈活性  

ANet系列支持模塊化設(shè)計，可根據(jù)實(shí)際需求靈活擴(kuò)展4G、CAN、MBUS等功能模塊，滿足不同應(yīng)用場景的需求。  

4.2 高可靠性  

設(shè)備支持高等的電磁兼容性（ESD、EFT、SURGE等），適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境。同時，平均無故障運(yùn)行時間（MTBF）超過30000小時，確保了穩(wěn)定運(yùn)行。  

4.3 可視化配置與管理  

通過用的配置管理軟件，用戶可直觀地完成項(xiàng)目工程的配置，包含通道設(shè)置、規(guī)約選擇、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等，并支持實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)狀態(tài)。  

5.軟件功能

軟件功能分為兩部分：項(xiàng)目文件配置和管理機(jī)監(jiān)控。在使用通信管理機(jī)時，先需要配置一個工程文件， 然后更新配置進(jìn)通信管理機(jī)系統(tǒng)，才能完成通信管理機(jī)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)上傳功能。通信管理機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時 可以進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控與系統(tǒng)控制。 關(guān)于項(xiàng)目文件配置，主要配置項(xiàng)有通道類型、規(guī)約、規(guī)約參數(shù)、通道參數(shù)、儀表參數(shù)、點(diǎn)位配置、轉(zhuǎn)發(fā) 方案等。 

通道類型分為串口、Lora 和網(wǎng)口等，通道參數(shù)根據(jù)通道類型配置而不同； 

規(guī)約分為主站側(cè)和設(shè)備側(cè)兩種類型，支持 modbus、modbustcp、dlt-645、iec 104 等；現(xiàn)有一 些常用的規(guī)約模板可供使用；規(guī)約模板可以配置和修改保存； 

 儀表參數(shù)與實(shí)際情況一致，可在配置完成后導(dǎo)出模板重復(fù)調(diào)用，儀表模板可繼續(xù)配置修改； 

 點(diǎn)位配置為需要采集的數(shù)據(jù)集，要跟設(shè)備支持的功能相匹配，并支持二次計算等邊緣計算。 

 初始時提供了一些設(shè)備的模板，可以自行修改與配置，詳細(xì)操作請參考后面的模板部分； 

數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)需要配置轉(zhuǎn)發(fā)方案。請參考后面的轉(zhuǎn)發(fā)方案部分。 實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控，可以查看當(dāng)通信報文和實(shí)時數(shù)據(jù)。通信報文可以查看某一通道或者某一儀表詳細(xì)收發(fā) 報文；實(shí)時數(shù)據(jù)必須是特定的某一儀表。 另外軟件還集成了第三方開源的軟件方便用戶使用——SSH 和 FTP，并自研了局域網(wǎng)掃描等工具。

6.應(yīng)用案例  

ANet系列智能通信管理機(jī)已廣泛應(yīng)用于電力企業(yè)、工礦企業(yè)及大型公共建筑的電力監(jiān)控系統(tǒng)中，特別是在電能質(zhì)量監(jiān)測、負(fù)荷管理、遠(yuǎn)程調(diào)控等場景中發(fā)揮了重要作用。  

7.認(rèn)證資質(zhì)

結(jié)論  

安科瑞ANet系列智能通信管理機(jī)通過多功能集成與技術(shù)創(chuàng)新，推動了現(xiàn)代電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的落地應(yīng)用。其在數(shù)據(jù)采集、邊緣計算、遠(yuǎn)程控制等方面的實(shí)踐，為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。未來，隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這些設(shè)備將在能源管理域展現(xiàn)更大的潛力。