安科瑞劉鴻鵬

摘要

隨著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和智能化電網(wǎng)的推進，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、遠程控制等技術(shù)實踐，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)的運行效率與智能化水平。智能通信管理機作為電力物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點。

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、邏輯判斷、閾值報警等智能處理。

實現(xiàn)簡單的機器學(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)實現(xiàn)遠程設(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)流進行加密，防止數(shù)據(jù)泄露。

2.6遠程管理與維護

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

功能要求：

遠程配置、固件升、日志監(jiān)控。

支持設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控與故障診斷。

應(yīng)用場景：通過遠程訪問網(wǎng)關(guān)檢查工業(yè)設(shè)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(wǎng)關(guān)需要適應(yīng)企業(yè)規(guī)模擴展和設(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(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(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、合閘遠方控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達到遠動輸出調(diào) 度命令的目標(biāo)。 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(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實現(xiàn)了規(guī)約轉(zhuǎn)換、接口匹配、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shè)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(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實時并行多任務(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(shè)備的互聯(lián)互通。

規(guī)約轉(zhuǎn)換與接口匹配

ANet管理機通過內(nèi)置規(guī)約庫實現(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(yīng)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(shè)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。

172有任何問題，6972可以隨時問

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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)實際需求靈活擴展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(shè)置、規(guī)約選擇、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(guān)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(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。實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，可以查看當(dāng)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(wǎng)掃描等工具。

6.應(yīng)用案例

ANet系列智能通信管理機已廣泛應(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、遠程控制等方面的實踐，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)奠定了堅實基礎(chǔ)。未來，隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展，這些設(shè)備將在能源管理域展現(xiàn)更大的潛力。

審核編輯 黃宇