摘要
隨著能源結構轉型和智能化電網的推進，電力物聯(lián)網逐漸成為智能電網的重要組成部分。本文以安科瑞ANet系列智能通信管理機為例，探討其在電力物聯(lián)網中的應用，包括數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉換、邊緣計算、遠程控制等技術實踐，為現(xiàn)代電力行業(yè)的數(shù)字化轉型提供支持。
1. 引言
電力物聯(lián)網作為物聯(lián)網技術在電力行業(yè)的具體體現(xiàn)，通過將各類智能設備連接到統(tǒng)一的網絡平臺，實現(xiàn)設備間的信息交互與協(xié)同控制，提升了電網的運行效率與智能化水平。智能通信管理機作為電力物聯(lián)網的重要組成部分，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)年P鍵節(jié)點。
2.電力物聯(lián)網數(shù)據(jù)網關需要具備什么功能？
通訊網關是現(xiàn)代企業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)中的核心組件之一，它起到連接設備、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)網中，通訊網關應具備以下關鍵功能：
2. 1多協(xié)議支持與轉換
由于物聯(lián)網設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），網關需要支持多種協(xié)議并進行協(xié)議轉換。
功能要求：
協(xié)議解析和翻譯，確保設備與上位系統(tǒng)的互通。
兼容邊緣設備和云平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸。
應用場景：將Modbus協(xié)議的工業(yè)設備數(shù)據(jù)轉換為企業(yè)系統(tǒng)支持的REST API格式。
2.2數(shù)據(jù)采集與過濾
網關需要從多個設備采集數(shù)據(jù)，并能對數(shù)據(jù)進行初步處理，以減輕上位系統(tǒng)的負擔。
功能要求：
采集數(shù)據(jù)的實時性與準確性。
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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)初步處理或分析。
應用場景：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)強調分布式計算，網關應具備一定的計算能力，在邊緣側完成部分任務。
功能要求：
支持數(shù)據(jù)校驗、邏輯判斷、閾值報警等智能處理。
實現(xiàn)簡單的機器學習模型推理，提高設備自動化水平。
應用場景：在邊緣完成設備故障預測模型的推理，并上傳結果。
2.4網絡連接與通信管理
網關需要支持多種通信方式，確保設備與系統(tǒng)的可靠連接。
功能要求：
支持有線（如以太網）和無線（如Wi-Fi、4G/5G、LoRaWAN）通信。
提供網絡冗余與自動切換功能，確保高可用性。
帶寬管理與優(yōu)化，避免通信網絡過載。
應用場景：通過4G網絡實現(xiàn)遠程設備的穩(wěn)定連接。
2.5安全性保障
由于物聯(lián)網設備面臨多種網絡安全威脅，網關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）。
支持設備認證和用戶權限管理。
防火墻、入侵檢測和防止拒絕服務（DoS）攻擊的功能。
應用場景：對上傳到云端的數(shù)據(jù)流進行加密，防止數(shù)據(jù)泄露。
2.6遠程管理與維護
網關應具備遠程管理功能，以方便運維人員監(jiān)控和維護設備。
功能要求：
遠程配置、固件升、日志監(jiān)控。
支持設備狀態(tài)實時監(jiān)控與故障診斷。
應用場景：通過遠程訪問網關檢查工業(yè)設備的運行狀態(tài)，并更新規(guī)約配置。
2.7擴展性與兼容性
網關需要適應企業(yè)規(guī)模擴展和設備升的需求，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。
應用場景：在企業(yè)擴展時，通過新增模塊支持更多設備類型。
2.8數(shù)據(jù)轉發(fā)與存儲
網關作為數(shù)據(jù)樞紐，負責數(shù)據(jù)的可靠轉發(fā)，并在必要時提供數(shù)據(jù)的短期存儲功能。
功能要求：
支持數(shù)據(jù)的批量上傳、斷點續(xù)傳功能。
提供緩存功能，避免短期通信中斷導致數(shù)據(jù)丟失。
應用場景：在網絡中斷期間臨時存儲數(shù)據(jù)，恢復連接后自動上傳。
2.9時間同步功能
在物聯(lián)網系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的時間戳對分析與操作至關重要，網關需要提供時間同步功能。
功能要求：
支持通過NTP或GPS進行時間同步。
將同步時間分發(fā)到下設備，確保系統(tǒng)一致性。
應用場景：同步現(xiàn)場傳感器時間，確保多設備數(shù)據(jù)的時序一致性。
通過以上功能的集成和優(yōu)化，現(xiàn)代通訊網關能夠更好地適應企業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)的復雜需求，實現(xiàn)設備間的協(xié)作、數(shù)據(jù)的安全流轉以及整體系統(tǒng)的高可靠性運行。
3. ANet智能通信管理機
本系列智能通信管理機是一款采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行 網絡接口，用于將一個目標區(qū)域內所有的智能監(jiān)控/保護裝置的通信數(shù)據(jù)整理匯總后，實時上傳主站系統(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支持接收上主站系統(tǒng)下達的命令，并轉發(fā)給目標區(qū)域內的智能系列單元， 完成對廠站內各開關設備的分、合閘遠方控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調功能，以達到遠動輸出調 度命令的目標。 本系列智能通信管理機提供豐富的規(guī)約庫支持，實現(xiàn)不同二次設備供應商的智能設備互聯(lián)。作為自動化 系統(tǒng)網絡與監(jiān)測設備之間的通信接口設備，本系列智能通信管理機實現(xiàn)了規(guī)約轉換、接口匹配、數(shù)據(jù)轉換等 三項功能。 本系列智能通信管理機提供 RS485 通信端口，每個端口多可帶 32 臺儀表設備（對于低壓綜合保護建議 每個端口掛接不超過 4 個）；可根據(jù)儀表設備的通信波特率、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備數(shù)量。 本系列智能通信管理機實時并行多任務處理與第三方設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 管理機所連接儀表設備的數(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集成了嵌入式硬件平臺和多種通信接口，適用于智能設備的集中管理與數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能如下：
3.2.1 數(shù)據(jù)采集與上傳
管理機通過RS485、以太網等多種通信方式，將目標區(qū)域內的智能設備（如電能表、保護裝置）數(shù)據(jù)采集并上傳至主站系統(tǒng)，實現(xiàn)遙信、遙測功能。其支持的規(guī)約包括Modbus、IEC104等，確保了多廠家設備的互聯(lián)互通。
規(guī)約轉換與接口匹配
ANet管理機通過內置規(guī)約庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的規(guī)約轉換與接口匹配，支持主站與終端設備之間的數(shù)據(jù)交互。
3.2.2邊緣計算功能
設備具備邊緣計算能力，通過內置虛擬設備功能對多個物理設備的數(shù)據(jù)進行邏輯運算或求和，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，提高了響應速度和數(shù)據(jù)處理效率。
3.2.3遠程維護與管理
ANet管理機支持4G、LoRa等遠程通信方式，實現(xiàn)了設備的遠程監(jiān)控、配置更新和故障診斷。這為運維人員提供了便捷的管理手段，大幅降低了維護成本。
3.3技術參數(shù)
3.4設備規(guī)格
3.5接線與安裝
本系列智能通信管理機均采用 35mm 標準導軌安裝方式。
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軌卡座。
2 串口系列 2 串口系列插上網線后綠色燈會亮起，有數(shù)據(jù)時閃爍，SPEED 黃色燈在 100Mb/s 時常亮，在 10Mb/s 時關 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軌卡座。 本系列智能通信管理機所有接線端子全部在面板上。
ANet-2E4SM 模塊化系列 2E4SM 設備的 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. 技術特點分析
4.1 模塊化與靈活性
ANet系列支持模塊化設計，可根據(jù)實際需求靈活擴展4G、CAN、MBUS等功能模塊，滿足不同應用場景的需求。
4.2 高可靠性
設備支持高等的電磁兼容性（ESD、EFT、SURGE等），適應復雜電磁環(huán)境。同時，平均無故障運行時間（MTBF）超過30000小時，確保了穩(wěn)定運行。
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目工程的配置，包含通道設置、規(guī)約選擇、數(shù)據(jù)轉發(fā)等，并支持實時監(jiān)控數(shù)據(jù)狀態(tài)。
5.軟件功能
軟件功能分為兩部分：項目文件配置和管理機監(jiān)控。在使用通信管理機時，先需要配置一個工程文件， 然后更新配置進通信管理機系統(tǒng)，才能完成通信管理機的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)上傳功能。通信管理機系統(tǒng)運行時 可以進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控與系統(tǒng)控制。 關于項目文件配置，主要配置項有通道類型、規(guī)約、規(guī)約參數(shù)、通道參數(shù)、儀表參數(shù)、點位配置、轉發(fā) 方案等。
通道類型分為串口、Lora 和網口等，通道參數(shù)根據(jù)通道類型配置而不同；
規(guī)約分為主站側和設備側兩種類型，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)與實際情況一致，可在配置完成后導出模板重復調用，儀表模板可繼續(xù)配置修改；
點位配置為需要采集的數(shù)據(jù)集，要跟設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備的模板，可以自行修改與配置，詳細操作請參考后面的模板部分；
數(shù)據(jù)的轉發(fā)需要配置轉發(fā)方案。請參考后面的轉發(fā)方案部分。 實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，可以查看當通信報文和實時數(shù)據(jù)。通信報文可以查看某一通道或者某一儀表詳細收發(fā) 報文；實時數(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，并自研了局域網掃描等工具。
6.應用案例
ANet系列智能通信管理機已廣泛應用于電力企業(yè)、工礦企業(yè)及大型公共建筑的電力監(jiān)控系統(tǒng)中，特別是在電能質量監(jiān)測、負荷管理、遠程調控等場景中發(fā)揮了重要作用。
7.認證資質
結論
安科瑞ANet系列智能通信管理機通過多功能集成與技術創(chuàng)新，推動了現(xiàn)代電力物聯(lián)網技術的落地應用。其在數(shù)據(jù)采集、邊緣計算、遠程控制等方面的實踐，為實現(xiàn)智能電網的目標奠定了堅實基礎。未來，隨著電力物聯(lián)網技術的進一步發(fā)展，這些設備將在能源管理域展現(xiàn)更大的潛力。
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