模块化通讯管理机在物联网系统中的应用

安科瑞刘鸿鹏

摘要

随着能源结构转型和智能化电网的推进，电力物联网逐渐成为智能电网的重要组成部分。本文以安科瑞ANet系列智能通信管理机为例，探讨其在电力物联网中的应用，包括数据采集、规约转换、边缘计算、远程控制等技术实践，为现代电力行业的数字化转型提供支持。

1. 引言

电力物联网作为物联网技术在电力行业的具体体现，通过将各类智能设备连接到统一的网络平台，实现设备间的信息交互与协同控制，提升了电网的运行效率与智能化水平。智能通信管理机作为电力物联网的重要组成部分，是实现数据采集与传输的关键节点。

2.电力物联网数据网关需要具备什么功能？

通讯网关是现代企业物联网系统中的核心组件之一，它起到连接设备、处理数据、传输信息的桥梁作用。在现代企业物联网中，通讯网关应具备以下关键功能：

2. 1多协议支持与转换

由于物联网设备可能来自不同厂家，使用不同通信协议（如Modbus、BACnet、OPC UA、LoRa等），网关需要支持多种协议并进行协议转换。

功能要求：

协议解析和翻译，确保设备与上位系统的互通。

兼容边缘设备和云平台之间的数据传输。

应用场景：将Modbus协议的工业设备数据转换为企业系统支持的REST API格式。

2.2数据采集与过滤

网关需要从多个设备采集数据，并能对数据进行初步处理，以减轻上位系统的负担。

功能要求：

采集数据的实时性与准确性。

数据过滤、聚合、格式化，去除冗余信息。

支持边缘计算功能，实现数据初步处理或分析。

应用场景：从多个传感器采集温湿度数据并计算平均值后上传。

2.3边缘计算与智能处理

现代企业强调分布式计算，网关应具备一定的计算能力，在边缘侧完成部分任务。

功能要求：

支持数据校验、逻辑判断、阈值报警等智能处理。

实现简单的机器学习模型推理，提高设备自动化水平。

应用场景：在边缘完成设备故障预测模型的推理，并上传结果。

2.4网络连接与通信管理

网关需要支持多种通信方式，确保设备与系统的可靠连接。

功能要求：

支持有线（如以太网）和无线（如Wi-Fi、4G/5G、LoRaWAN）通信。

提供网络冗余与自动切换功能，确保高可用性。

带宽管理与优化，避免通信网络过载。

应用场景：通过4G网络实现远程设备的稳定连接。

2.5安全性保障

由于物联网设备面临多种网络安全威胁，网关需要在通信链路和数据存储中提供安全保障。

功能要求：

数据传输加密（如TLS/SSL）。

支持设备认证和用户权限管理。

防火墙、入侵检测和防止拒绝服务（DoS）攻击的功能。

应用场景：对上传到云端的数据流进行加密，防止数据泄露。

2.6远程管理与维护

网关应具备远程管理功能，以方便运维人员监控和维护设备。

功能要求：

远程配置、固件升、日志监控。

支持设备状态实时监控与故障诊断。

应用场景：通过远程访问网关检查工业设备的运行状态，并更新规约配置。

2.7扩展性与兼容性

网关需要适应企业规模扩展和设备升的需求，同时与第三方系统兼容。

功能要求：

支持模块化设计，可灵活增加接口或功能模块。

与主流云平台（如AWS IoT、Azure IoT Hub）的集成能力。

应用场景：在企业扩展时，通过新增模块支持更多设备类型。

2.8数据转发与存储

网关作为数据枢纽，负责数据的可靠转发，并在必要时提供数据的短期存储功能。

功能要求：

支持数据的批量上传、断点续传功能。

提供缓存功能，避免短期通信中断导致数据丢失。

应用场景：在网络中断期间临时存储数据，恢复连接后自动上传。

2.9时间同步功能

在物联网系统中，数据的时间戳对分析与操作至关重要，网关需要提供时间同步功能。

功能要求：

支持通过NTP或GPS进行时间同步。

将同步时间分发到下设备，确保系统一致性。

应用场景：同步现场传感器时间，确保多设备数据的时序一致性。

通过以上功能的集成和优化，现代通讯网关能够更好地适应企业物联网系统的复杂需求，实现设备间的协作、数据的安全流转以及整体系统的高可靠性运行。

3. ANet智能通信管理机

本系列智能通信管理机是一款采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，用于将一个目标区域内所有的智能监控/保护装置的通信数据整理汇总后，实时上传主站系统，完成遥信、遥测等能源数据采集功能。同时，本系列智能通信管理机支持接收上主站系统下达的命令，并转发给目标区域内的智能系列单元，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定，实现遥控和遥调功能，以达到远动输出调度命令的目标。本系列智能通信管理机提供丰富的规约库支持，实现不同二次设备供应商的智能设备互联。作为自动化系统网络与监测设备之间的通信接口设备，本系列智能通信管理机实现了规约转换、接口匹配、数据转换等三项功能。本系列智能通信管理机提供 RS485 通信端口，每个端口多可带 32 台仪表设备（对于低压综合保护建议每个端口挂接不超过 4 个）；可根据仪表设备的通信波特率、通信线路长度及客户对通信数据的刷新速度要求终决定每个通信端口所带的设备数量。本系列智能通信管理机实时并行多任务处理与第三方设备的访问及上位系统的连接通信，支持软件组态。通过门的配置管理软件，可为不同通道挂载设备选择不同的通信协议，并可通过更改配置文件来改变通信管理机所连接仪表设备的数量及数据信息，而不需更改软件程序。

3.1命名规则

3.2主要功能

安科瑞ANet系列智能通信管理机集成了嵌入式硬件平台和多种通信接口，适用于智能设备的集中管理与数据传输。其主要功能如下：

3.2.1 数据采集与上传

管理机通过RS485、以太网等多种通信方式，将目标区域内的智能设备（如电能表、保护装置）数据采集并上传至主站系统，实现遥信、遥测功能。其支持的规约包括Modbus、IEC104等，确保了多厂家设备的互联互通。

规约转换与接口匹配

ANet管理机通过内置规约库实现数据格式的规约转换与接口匹配，支持主站与终端设备之间的数据交互。

3.2.2边缘计算功能

设备具备边缘计算能力，通过内置虚拟设备功能对多个物理设备的数据进行逻辑运算或求和，生成新的虚拟数据源。这种分布式计算方式有效减轻了主站系统的计算压力，提高了响应速度和数据处理效率。

3.2.3远程维护与管理

ANet管理机支持4G、LoRa等远程通信方式，实现了设备的远程监控、配置更新和故障诊断。这为运维人员提供了便捷的管理手段，大幅降低了维护成本。

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可以随时问，5322

3.3技术参数

3.4设备规格

3.5接线与安装

本系列智能通信管理机均采用 35mm 标准导轨安装方式。

8 串口系列、4 串口系列 8 串口系列、4 串口系列插上网线后 LINK 绿色灯会亮起，有数据时闪烁，SPEED 黄色灯在 100Mb/s 时常亮，在 10Mb/s 时关闭；RS485 有数据传输接收数据 RX 红色灯闪烁，发送数据 TX 绿色灯闪烁。后板及底板均可安装导轨卡座。

2 串口系列 2 串口系列插上网线后绿色灯会亮起，有数据时闪烁，SPEED 黄色灯在 100Mb/s 时常亮，在 10Mb/s 时关闭；RS485 有数据传输接收数据 RX 红色灯闪烁，发送数据 TX 绿色灯闪烁。单型号不提供 SIM 无线功能，4G 接口用橡胶塞密封。 4G 型号提供 SIM 无线功能，外接 7 模用天线。 4G 型号 4G 灯无工作时 4 灭 1 亮，有数据时闪烁。后板及底板均可安装导轨卡座。本系列智能通信管理机所有接线端子全部在面板上。

ANet-2E4SM 模块化系列 2E4SM 设备的 LED 灯在上面板，全部为红色，有数据处理显示闪烁，无数据处理时灭。 ANet-M4G 模块、SIM 卡及 ANet-M485 模块均不支持热插拔，需断电等所有 LED 灯全部熄灭后，插入并上电才能正常工作。

4. 技术特点分析

4.1 模块化与灵活性

ANet系列支持模块化设计，可根据实际需求灵活扩展4G、CAN、MBUS等功能模块，满足不同应用场景的需求。

4.2 高可靠性

设备支持高等的电磁兼容性（ESD、EFT、SURGE等），适应复杂电磁环境。同时，平均无故障运行时间（MTBF）超过30000小时，确保了稳定运行。

4.3 可视化配置与管理

通过用的配置管理软件，用户可直观地完成项目工程的配置，包含通道设置、规约选择、数据转发等，并支持实时监控数据状态。

5.软件功能

软件功能分为两部分：项目文件配置和管理机监控。在使用通信管理机时，先需要配置一个工程文件，然后更新配置进通信管理机系统，才能完成通信管理机的数据采集与数据上传功能。通信管理机系统运行时可以进行实时数据监控与系统控制。关于项目文件配置，主要配置项有通道类型、规约、规约参数、通道参数、仪表参数、点位配置、转发方案等。

通道类型分为串口、Lora 和网口等，通道参数根据通道类型配置而不同；

规约分为主站侧和设备侧两种类型，支持 modbus、modbustcp、dlt-645、iec 104 等；现有一些常用的规约模板可供使用；规约模板可以配置和修改保存；

仪表参数与实际情况一致，可在配置完成后导出模板重复调用，仪表模板可继续配置修改；

点位配置为需要采集的数据集，要跟设备支持的功能相匹配，并支持二次计算等边缘计算。

初始时提供了一些设备的模板，可以自行修改与配置，详细操作请参考后面的模板部分；

数据的转发需要配置转发方案。请参考后面的转发方案部分。实时数据监控，可以查看当通信报文和实时数据。通信报文可以查看某一通道或者某一仪表详细收发报文；实时数据必须是特定的某一仪表。另外软件还集成了第三方开源的软件方便用户使用——SSH 和 FTP，并自研了局域网扫描等工具。