基于ZigBee技術(shù)的變電站無(wú)線(xiàn)監控解決方案

一、 前言

變電站綜合自控是利用微機技術(shù)，將變電站的二次設備(包括測量?jì)x表、信號系統、繼電保護、自動(dòng)裝置和遠動(dòng)裝置等)進(jìn)行功能組合和優(yōu)化設計、實(shí)現對變電站的主要設備和輸配電線(xiàn)路的自動(dòng)監視、測量、自動(dòng)控制和微機保護，以及調度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。目前我國每天投入電網(wǎng)運行的數百座新建電站均采用了綜合自動(dòng)化系統，同時(shí)，每年還有一定數量的老變電站的技術(shù)改造也以綜合自動(dòng)化系統模式為主。

傳統的變電站綜合自動(dòng)系統是通過(guò)有線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行信號的采集、傳輸和發(fā)送。變電站設備雜多、信號繁多，這給綜合布線(xiàn)及檢查維修帶來(lái)了不便，工程量大，維護費用高。無(wú)線(xiàn)ZigBee的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用于各種網(wǎng)絡(luò )系統已成為勢不可擋的趨勢，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不僅可提供更大的靈活性、活動(dòng)性，還可以省去花在綜合布線(xiàn)上的費用和精力，這無(wú)疑更符合未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)。

二、項目架構實(shí)施方案

2.1 系統組成

整個(gè)變電站監控系統主要由三部分組成，分別是前端監控數據采集設備、ZigBee傳輸設備、中心監控系統。

2.1.1前端監控數據采集設備

整個(gè)變電站的正常運行需要實(shí)時(shí)監控多個(gè)參數的運行狀況，數據采集設備就是用于實(shí)現各個(gè)監控節點(diǎn)的參數采集，并將采集得到的數據通過(guò)串口發(fā)送給ZigBee傳輸設備。

2.1.2 ZigBee傳輸設備

ZigBee傳輸設備在整個(gè)系統中用于實(shí)現傳輸通道的建立，設備能夠實(shí)現自組網(wǎng)功能，最大可支持65000個(gè)點(diǎn)。當ZigBee設備從采集終端接收到監控數據后，通過(guò)自組建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸發(fā)送到監控中心，同時(shí)，監控中心也可通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )對各個(gè)監控節點(diǎn)發(fā)出控制指令，從而實(shí)現數據的雙向通信以達到遙測、遙控的目的。

這個(gè)方案中我們所采用的ZigBee傳輸設備有兩種，一種是只有ZigBee的F8914，還有一種是帶ZigBee+GPRS的F8114，兩者的區別在于前者完全用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)來(lái)傳輸，而后者可先通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)將數據傳輸到中心節點(diǎn)(由F8114擔當)，然后再通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸到遠程監控中心。

2.1.3 中心監控系統

中心監控系統主要由服務(wù)器機組和平臺軟件主組成，當中心監控系統接收到監控數據后，會(huì )對數據進(jìn)行各種分析，并據分析結果進(jìn)行各種控制操作，如發(fā)出告警信息、向終端監控設備發(fā)出控制指令等等。

2.2網(wǎng)絡(luò )架構

根據監控中心與實(shí)際變電站的距離，我們提出兩種網(wǎng)絡(luò )實(shí)施架構，當監控中心就布設在變電站時(shí)，數據傳輸采用ZigBee無(wú)線(xiàn)直接進(jìn)行短距離傳輸接入，整個(gè)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用F8914進(jìn)行組建，如下圖

當中心監控與變電站的距離較遠時(shí)，終端數據通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)傳輸到中心節點(diǎn)，然后中心節點(diǎn)再通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸到中心監控室，中心節點(diǎn)采用帶有GPRS的設備F8114。組網(wǎng)如下圖

當中心節點(diǎn)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )將數據傳送到監控中心時(shí)，中心網(wǎng)絡(luò )有多種網(wǎng)絡(luò )接入方式：

1)中心采用APN專(zhuān)線(xiàn)， 所有終端都采用內網(wǎng)固定IP，客戶(hù)中心通過(guò)一條APN專(zhuān)線(xiàn)接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò )，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間建立GRE隧道。為客戶(hù)分配專(zhuān)用的APN，其他的用戶(hù)不得申請該APN。只有該專(zhuān)網(wǎng)內的SIM卡才能進(jìn)入該APN，防止其他非法用戶(hù)的進(jìn)入。用戶(hù)可以?xún)炔拷ADIUS服務(wù)器，以保證用戶(hù)內部安全。用戶(hù)在內部建立DHCP服務(wù)器(或在A(yíng)PN路由器內，啟用DHCP功能)，為通過(guò)認證的用戶(hù)分配用戶(hù)內部地址。

此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下的最佳組網(wǎng)方式。

2)控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻?hù)先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開(kāi)通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務(wù)器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規模應用。

3)控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運營(yíng)商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

三、方案特點(diǎn)

Zigbee以其靈活、可靠、易于布置等特點(diǎn)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。將其應用于變電站監控系統的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、無(wú)線(xiàn)化，減少變電站的連線(xiàn)的復雜度。

2、成本低，Zigbee協(xié)議簡(jiǎn)單且免收專(zhuān)利費。

3、智能化，各Zigbee節點(diǎn)自動(dòng)搜索建立連接。

4、支持星型，樹(shù)型，網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò )等多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，最大網(wǎng)絡(luò )連接能力強，可支持65000個(gè)節點(diǎn)。

5、傳輸模塊采用工業(yè)級設計，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA;通信電流：250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無(wú)凝結);多重軟硬件看門(mén)狗設計，適用于油井野外工作。

6、ZigBee終端空曠視距離環(huán)境無(wú)線(xiàn)通信距離800米。

7、Zigbee通訊不需要任何費，為整個(gè)項目節省大量的費用支出

8、設備配置操作簡(jiǎn)單，易懂 ，集成化程度高，技術(shù)成熟，安裝方便。

隨著(zhù)需求的增長(cháng)和技術(shù)的進(jìn)一步成熟，Zigbee在變電站綜合自動(dòng)化系統中會(huì )有更為廣闊的應用前景。

四、方案總結

Zigbee無(wú)線(xiàn)數據采集傳輸系統采集穩定、可靠、方便、實(shí)用。安裝費用低廉，維護簡(jiǎn)單，無(wú)優(yōu)升級，不需要租用公網(wǎng)，也無(wú)須巨額運行費用。這是現代數據采集遠傳系統的最優(yōu)解決方案!