GSM/GPRS通信在配電自動(dòng)化系統中的應用

摘　要：本文利用GSM和GPRS通信的突出優(yōu)點(diǎn)，將其分別應用于配電自動(dòng)化系統，提出了兩套切實(shí)可行的配電參數遠程監控系統的實(shí)現方案。
關(guān)鍵詞：GSM/GPRS；配電自動(dòng)化；UDP；串口通訊；監控系統

引言
配電網(wǎng)通信有終端節點(diǎn)多而分散、通信距離長(cháng)、每個(gè)終端的數據量小等特點(diǎn)。傳統的配電網(wǎng)通信一般都采用光纖、電力線(xiàn)載波，屏蔽雙絞線(xiàn)等介質(zhì)的通信方案。但往往在投資成本、擴容性、維護量等方面或多或少存在缺陷。尋求可以更好的解決這些缺陷的新通信方案一直以來(lái)都是電力領(lǐng)域的重要研究方向。本文利用GSM/GPRS通信的突出優(yōu)點(diǎn)，將其分別應用于配電自動(dòng)化系統，提出了兩套配電參數遠程實(shí)時(shí)監控系統的實(shí)現方案。通過(guò)實(shí)踐檢驗，可作為配電自動(dòng)化中一個(gè)重要的組成部分。

系統結構
圖1將GSM與GPRS兩套方案都表示出來(lái)。監控中心由一個(gè)以太網(wǎng)組成。其中數據庫服務(wù)器上安裝Microsoft SQL Server 2000，客戶(hù)機安裝監控中心軟件。一臺客戶(hù)機可帶多臺Modem且并時(shí)工作。方案一：監控中心可安裝GSM Modem或電話(huà)線(xiàn)撥號Modem與安裝GSM Modem的監測終端通信。方案二：監控中心可安裝GPRS Modem或網(wǎng)卡等支持其他ISP服務(wù)的設備與安裝GPRS Modem的監測終端通信。

監測終端
監測終端采用廣東歐宇公司的EU2506，它由單片機最小系統、GSM/GPRS Modem、電力參數采集模塊和溫度采集模塊等四部分組成。其中，單片機最小系統以89C52為核心，以時(shí)鐘芯片DS12887構成時(shí)間電路，以?xún)Υ嫘酒?28128構成歷史數據保存電路，以X25045構成程序運行監視定時(shí)器電路，以CPLD EPM7128構成最小系統接口器件協(xié)調控制電路；GSM/GPRS Modem采用Siemens公司的TC35或MC35；電力參數采集模塊以80C196單片機為核心；溫度采集模塊采用ABB公司W(wǎng)2000鉑電阻Pt100和TR204-Ex溫度變送器。

信息采集內容
常規遙測信息量：在配電自動(dòng)化系統中，遙測信息以采集電流信息和電壓信息為主。本項目對正常狀態(tài)下配電變壓器的三相電壓、電流、油槽溫度，以及有功、無(wú)功、視在功率和功率因數等參數進(jìn)行監測。當監測終端接到監控中心的問(wèn)詢(xún)命令時(shí)，即發(fā)送遙測量。
遙測信息量與遙控信息量：監測終端具有四路遙測和三路遙控，可以遠程監測和控制配電變壓器的開(kāi)關(guān)量信息，還可以根據需要組合檔位進(jìn)行有級的遙調。
報警信息量：為及時(shí)解決配電變壓器的啟/停信號報警，三相電流、三相電壓和三相油槽溫度上下限閥值的越復限報警。
特殊信息量：監測終端的運行參數，可在監控中心方便地查詢(xún)和下載。

規約制訂
設計了問(wèn)詢(xún)和數據主動(dòng)上傳兩種方式相結合的規約。以Modbus規約為基礎，通信幀格式(見(jiàn)表1)：報頭用于標識不同版本的規約，監測終端號用于唯一標識監測終端，系統可容納65536臺監測終端。功能碼用于標識本通信幀的內容。

通信機制的設計
 問(wèn)詢(xún)式通信：用于查詢(xún)常規數據。為了最大限度的提高用戶(hù)操作的靈活度和方便度，采用了手動(dòng)調度和自動(dòng)調度結合的靈活方式。監控中心在設計時(shí)采用多線(xiàn)程多任務(wù)并發(fā)技術(shù)。采用兩個(gè)循環(huán)的任務(wù)線(xiàn)程用于調度，一個(gè)線(xiàn)程用于監測是否有到達預定時(shí)間的調度任務(wù)，若有任務(wù)，則將任務(wù)代號賦給調度線(xiàn)路下的所有變壓器。另一個(gè)線(xiàn)程用于循環(huán)監測每臺變壓器是否有調度任務(wù)，如果有， 則開(kāi)始一個(gè)新線(xiàn)程以建立連接，連通后執行任務(wù)并自動(dòng)斷開(kāi)連接。
主動(dòng)上傳式通信：用于報警操作，監測終端探測到變壓器啟/停報警或者電壓、電流和溫度的上下限越復限報警時(shí)，主動(dòng)連接監控中心，上傳報警數據，或者將報警信息通過(guò)短消息發(fā)送到用戶(hù)設置的手機號碼上。
GSM通信的具體實(shí)現
每臺GSM Modem都必須插入一張開(kāi)通帶有被叫數據服務(wù)業(yè)務(wù)的SIM卡，監控中心的最小化配置包括一臺安裝有數據庫系統和監控中心軟件的PC機，一臺兼容Hayes標準AT指令集的GSM Modem。系統支持多臺Modem并行工作以保證系統數據的及時(shí)傳送。
以監控中心與監測終端的一次連接為例，操作流程如圖2所示。
(1)初始化：監控中心在進(jìn)行連接之前，先檢測所有GSM Modem的狀態(tài),對仍未初始化的Modem進(jìn)行初始化。一般來(lái)說(shuō),初始化步驟在打開(kāi)監控中心軟件的同時(shí)會(huì )完成，但之后可能會(huì )中途卸裝Modem引起Modem狀態(tài)變化，而需要重新初始化。初始化AT命令字符串為“AT&D0&S0X0E0V0Q0S0=1S7=30”。
(2)撥號建立連接：搜索空閑的Modem，對其發(fā)送撥號命令“ATDT＋檢測終端Sim卡號碼”，然后系統會(huì )直接或間接地通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )與監測終端握手。握手成功后，建立通信線(xiàn)路，Modem返回31 0D的結果碼給監控中心計算機，Modem進(jìn)入聯(lián)機狀態(tài)。由此時(shí)起，計算機發(fā)送的命令幀將直接傳至監測終端的數據幀接收緩沖區；如果握手不成功，Modem返回33 0D以提醒系統重撥。重撥三次不通判為該次撥號失敗。
(3)執行任務(wù)：監控中心判斷本次連接是手動(dòng)連接還是自動(dòng)連接，如果是自動(dòng)連接，即開(kāi)始執行用戶(hù)預設任務(wù)。如果是手動(dòng)連接則等待用戶(hù)輸入實(shí)時(shí)任務(wù)，在執行之后又會(huì )進(jìn)入等待狀態(tài)。
(4)斷開(kāi)連接：如果是自動(dòng)連接，系統在預設任務(wù)完成后會(huì )自動(dòng)發(fā)送斷開(kāi)連接命令；如果是手動(dòng)連接，系統會(huì )在線(xiàn)等待用戶(hù)輸入斷開(kāi)連接指令，如果三分鐘內沒(méi)有任何用戶(hù)指令下達，系統將自動(dòng)斷開(kāi)連接以節省資源。斷開(kāi)連接時(shí)，系統先發(fā)送“＋＋＋”命令使Modem從聯(lián)機狀態(tài)切換為命令狀態(tài)，再發(fā)送“ATH0”掛斷Modem。
GPRS通信的具體實(shí)現
監控中心必須擁有一個(gè)固定IP，以便監測終端可以在登陸GPRS網(wǎng)絡(luò )后通過(guò)該IP找到監控中心。有兩種方式可以實(shí)現，一是監控中心向移動(dòng)公司申請APN服務(wù)以獲得綁定GPRS網(wǎng)內IP的Sim卡；一是向中國電信申請Internet公網(wǎng)上的固定IP。
GPRS通信支持TCP/IP協(xié)議并采用IP包作為數據傳輸的基本單位，本方案可以采用面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP或者無(wú)連接的用戶(hù)數據報協(xié)議UDP進(jìn)行傳輸。若使用前者，則通信流程與前面提到的GSM流程相似。以下著(zhù)重介紹后者。UDP特別適合于配電網(wǎng)監測點(diǎn)數據量小且頻繁突發(fā)的情況。監測終端每隔20分鐘會(huì )發(fā)送IP包向監控中心注冊一次，告知其終端IP、UDP端口號、Sim卡標識號和終端模塊號，避免因某一方的突然掉線(xiàn)而從此失去聯(lián)系。另外監測終端每隔幾分鐘發(fā)送一條實(shí)時(shí)監測數據給監控中心，保證整個(gè)系統數據能實(shí)時(shí)更新。監控中心在下達命令時(shí)同樣發(fā)送UDP包，并預留一定時(shí)間等待終端作出響應。經(jīng)過(guò)測試，GPRS偶爾會(huì )出現包丟失現象，但在正常的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)下，掉包率相當低。盡管如此，為了增強配電監控系統的穩定性與數據安全性，本方案在監控中心方面設計了重發(fā)機制，若命令下達后的一定時(shí)間內沒(méi)收到終端的回復，則判為超時(shí)并重發(fā)該命令。

系統擴展功能和其他應用場(chǎng)合
在獲得配電變壓器參數數據和報警信息的基礎上，可實(shí)現如下的擴展功能：報表打印和圖形曲線(xiàn)顯示，以及供電可靠率、電壓合格率、負荷率、負載率和電能損耗等配電自動(dòng)化的分析功能，并可提供方便直觀(guān)的操作，為電力MIS系統或調度自動(dòng)化系統提供數據庫共享接口。
該系統除了用于配電變壓器參數監控之外，還適合電力臺區負荷監測、防剪線(xiàn)、防偷電等應用場(chǎng)合。

結語(yǔ)
本文所構建的系統可以作為配電自動(dòng)化系統的一個(gè)子系統，特別適用于監測點(diǎn)分散分布且布線(xiàn)距離長(cháng)、難度大的情況。隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的日益發(fā)展以及資費的不斷下調，該方案的實(shí)用價(jià)值與經(jīng)濟價(jià)值不斷提升，已成為高性?xún)r(jià)比的解決方案?！?/P>

參考文獻
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