基于無線通信技術(shù)的電力設(shè)備在線監(jiān)控系統(tǒng)

畢楠

摘 要：無線通信技術(shù)（GPRS）具有傳輸速率高、接入速度快、支持IP協(xié)議、按流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)監(jiān)控的特點(diǎn)和需求。本文介紹一種基于GPRS技術(shù)的電力系統(tǒng)在線監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)單，不受地理位置限制，性價(jià)比高，工作穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：GPRS；監(jiān)控；在線

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的有線和無線通信方式已經(jīng)在配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，但是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用大，尤其是有線網(wǎng)絡(luò)還要受到空間的限制，建網(wǎng)施工工程量大。而GPRS已相當(dāng)成熟，網(wǎng)絡(luò)資源非常強(qiáng)大，覆蓋范圍十分廣泛，加之以上所述優(yōu)勢(shì)，若在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中能采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則可輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，而且系統(tǒng)擴(kuò)展方便，工程實(shí)施快、簡(jiǎn)單易行，性價(jià)比高，工程費(fèi)用低，擴(kuò)容方便，可靠性好，日常維護(hù)工作量小。因此，用GPRS來實(shí)現(xiàn)電力信息的傳輸，為電力網(wǎng)的監(jiān)控開辟了新發(fā)方法。

數(shù)據(jù)的采集采用專用的傳感器，由于傳感器分布在現(xiàn)場(chǎng)的不同采集點(diǎn)，因此需要集中器，完成數(shù)據(jù)的集中再轉(zhuǎn)發(fā)。采集倒的數(shù)據(jù)經(jīng)穩(wěn)壓、濾波、A/D轉(zhuǎn)換之后，送至微處理器的I/O串口。微處理器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果有突變的數(shù)據(jù)需緊急處理，現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警模塊會(huì)提醒現(xiàn)場(chǎng)的操作人員，采取緊急措施。處理完的數(shù)據(jù)經(jīng)串口送至編碼器按照GPRS碼規(guī)則進(jìn)行編碼送至GPRS MODEM。至此，完成了數(shù)據(jù)的采集、處理等傳輸前的準(zhǔn)備工作。當(dāng)數(shù)據(jù)送至GPRS MODEM后，GPRS MODEM通過承載GPRS網(wǎng)絡(luò)的空中接口傳輸數(shù)據(jù)。此時(shí)GPRS網(wǎng)絡(luò)有兩種方法傳輸數(shù)據(jù)，方法的選擇視網(wǎng)絡(luò)狀況而定。一種方法是GPRS讓數(shù)據(jù)通過INTERNET將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制中心；另一種方法是GPRS將分組數(shù)據(jù)通過空中接口，送至監(jiān)控中心的GPRS MODEM，數(shù)據(jù)在解碼器中將分組數(shù)據(jù)譯碼成服務(wù)器能識(shí)別的數(shù)據(jù)，利用RS232/RS485輸入服務(wù)器。

數(shù)據(jù)送到服務(wù)器中后，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后經(jīng)路由送到人機(jī)交互界面。操作人員通過觀察服務(wù)器的分析報(bào)告，或者使用軟件與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出被監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行狀況，從而決定是否需要對(duì)被監(jiān)控物采取動(dòng)作。

2 系統(tǒng)軟件及硬件設(shè)計(jì)

采集到的數(shù)據(jù)采用RS232/RS485 總線，經(jīng)MAX系列芯片進(jìn)行電平后送至處理器串口。

處理器處理之后的數(shù)據(jù)采用同樣的方式將數(shù)據(jù)送至GPRS MODEM等待傳輸。GPRS MODEM選用西門子公司的MC39i，MC39i是西門子公司生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊，它包括有一個(gè)天線接口、SIM卡座接口和一個(gè)40腳的ZIF插座。ZIF接口包括電源部分、RS232接口部分、語音部分、在線升級(jí)接口部分和其他信號(hào)接口部分。

MCU部分采用的是ATMAL公司的16位單片機(jī)AT89C51，內(nèi)含128KFLASH，SKRAM。16位MCU是裝置的核心，開發(fā)中充分利用AT89C51集成度高、模塊功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，裝置的軟件存放在片內(nèi)大容量FLASHEEPROM，片內(nèi)RAM存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、程序中變量等，E2ROM內(nèi)存放定值。數(shù)據(jù)、地址總線不引出MCU，具有良好的抗干擾性能，而且Pl口、P2口可用來擴(kuò)展并行接口的設(shè)備，如LCD和D/A轉(zhuǎn)換等。

配電變壓器的運(yùn)行參數(shù)包括三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。CS5460A是單相雙向芯片，它具有測(cè)量電流有效值、電壓有效值、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流、瞬時(shí)功率和計(jì)算能量的功能。

RESET是CS5460A的硬件復(fù)位引腳，給它一個(gè)低電平信號(hào)可以復(fù)位CS5460A，CS是CS5460A的片選引腳，用于是否選中CS5460A對(duì)其進(jìn)行操作，CS5460A中的數(shù)據(jù)及命令字的輸入和輸出是通過SDI、SDO這2個(gè)管腳實(shí)現(xiàn)的，SCLK決定串行數(shù)據(jù)的速率，當(dāng)SCLK為上升沿時(shí)在SDI上的數(shù)據(jù)可以寫入，在SDO上的數(shù)據(jù)可以讀出。另外，CPU也可以通過INT、EOUT、EDIR讀出測(cè)得的參數(shù)值。INT是中斷輸出端口，當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，說明結(jié)果寄存器已被更新，應(yīng)從中讀出數(shù)據(jù)。EDIR、EOUT是能量方向和能量輸出端口，能量方向指出能量的正負(fù)，能量輸出是與能量成正比的速率輸出。被測(cè)量的電壓和電流信號(hào)通過變壓和變流器接入IIN+、IIN-、UIN+、UIN-差分電流、電壓輸入管腳以供進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電源輸入由VREFIN給出。

由于同一模塊每次上線獲得的IP可能是不同的，因此一般情況下數(shù)據(jù)采集服務(wù)器無法主動(dòng)對(duì)GPRS模塊進(jìn)行定位。解決方法是數(shù)據(jù)采集服務(wù)器端使用靜態(tài)IP，并且事先將這一靜態(tài)IP寫入模塊中。

傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層采用PPP協(xié)議，傳輸層采用面向連接的TCP協(xié)議。在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸就是IP數(shù)據(jù)報(bào)通信過程，模塊向網(wǎng)關(guān)發(fā)送的PPP報(bào)文都會(huì)傳送到INTERNET網(wǎng)中相應(yīng)的地址，從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和INTERNET網(wǎng)絡(luò)通過GPRS MODEM的透明傳送。

3 結(jié)束語

本文提出了基于GPRS的電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并初步完成了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)充分利用GPRS技術(shù)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢(shì)，使得該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性、通用性和靈活性。提高了電力自動(dòng)化程度，彌補(bǔ)了當(dāng)前電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺陷，為電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供了良好保障。

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