小水電站手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

陳 艇，周雨風(fēng)

(杭州亞太水電設(shè)備成套技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310012)

?

小水電站手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

陳 艇，周雨風(fēng)

(杭州亞太水電設(shè)備成套技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310012)

針對(duì)只配備PLC控制系統(tǒng)的小水電站，優(yōu)化設(shè)計(jì)了手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)與電站PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)程信息交換，可用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，真正實(shí)現(xiàn)無人值守。圖3幅。

小水電站；PLC；GPRS DTU模塊；手機(jī)短信

0 引 言

水電站自動(dòng)化系統(tǒng)一般除了現(xiàn)地控制單元外，還配有上位機(jī)通訊系統(tǒng)；而一些小電站，業(yè)主出于成本考慮，并未配置上位機(jī)系統(tǒng)，這樣無人值守的小水電站一旦發(fā)生故障或者事故，業(yè)主往往不能在第一時(shí)間得知該信息，會(huì)給業(yè)主帶來一定的損失。如何避免這種情況發(fā)生呢？如果把手機(jī)與電站PLC控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，就可以通過手機(jī)對(duì)電站控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢并控制，即可解決上述問題。

1 方案設(shè)計(jì)

水電站的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段：人工監(jiān)控，電話調(diào)度；遠(yuǎn)動(dòng)化(遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控)監(jiān)控；以計(jì)算機(jī)為核心，以現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的大部分計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，基本能實(shí)現(xiàn)電站少人值守的目的。但并不是所有的電站都會(huì)配備計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，特別是一些小型水電站，為了節(jié)約成本，往往只配有下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，即PLC監(jiān)控系統(tǒng)。

如果需要使用手機(jī)對(duì)小電站監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢并控制，首先需要解決通訊問題，即手機(jī)怎樣才能與電站監(jiān)控系統(tǒng)(PLC)進(jìn)行通訊，從而達(dá)到手機(jī)監(jiān)控的目的。

目前，手機(jī)與PLC通訊的解決方案有如下幾個(gè)：

(1)PLC經(jīng)過RS232與通訊模塊建立連接，手機(jī)通過收發(fā)短信方式與通訊模塊進(jìn)行信息交換。

(2)PLC經(jīng)過RS232與通訊模塊建立連接，通訊模塊連入移動(dòng)服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)(GPRS、EDGE、3G、4G)與手機(jī)建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。

(3)PLC經(jīng)過上位機(jī)與公用因特網(wǎng)相連，而手機(jī)通過移動(dòng)服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)連至公用因特網(wǎng)，從而建立手機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)交換。

不論是哪種方案，對(duì)于電站業(yè)主來說，最基本的要求就是經(jīng)濟(jì)，即性價(jià)比要高，并且還應(yīng)滿足系統(tǒng)安全可靠、操作方便快捷等要求。上述方案中，第三種方案需要架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)，成本比較高。而第二種方案，鑒于小水電站普遍位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，移動(dòng)服務(wù)商所提供的服務(wù)可能只有普通的GSM業(yè)務(wù)，無法提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，達(dá)不到安全可靠的要求。因此，方案1是目前最適合的方案。

GSM，即Global System For Mobile Communications，是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂頒發(fā)的數(shù)字移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它的空中接口采用時(shí)分多址技術(shù)，并且能夠與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)形成互聯(lián)。自20世紀(jì)90年代中期投入商用以來，GSM已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，被全球超過200個(gè)國(guó)家采用，采用其標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備占據(jù)當(dāng)前全球蜂窩移動(dòng)通信設(shè)備市場(chǎng)80%以上。GSM的SMS(即短信通訊功能)本身具有數(shù)據(jù)傳送功能，可進(jìn)行雙向傳輸，性能穩(wěn)定，其信息傳遞是實(shí)時(shí)可靠的，在數(shù)據(jù)采集、GPS定位、短信報(bào)警、銀行繳費(fèi)通知等方面都有廣泛應(yīng)用。在SMS通訊中，每個(gè)短消息的最大信息量為不超過140個(gè)字節(jié)，足以滿足普通小水電站監(jiān)控系統(tǒng)信息的傳遞。因此，采用短信通訊方式控制監(jiān)視小水電站運(yùn)行完全可行。再加上該方案只需在原有PLC控制系統(tǒng)上增加1個(gè)通訊模塊，即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控，在成本控制上具備很大優(yōu)勢(shì)，用戶操作使用也很方便。

手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案選取GPRS DTU作為通訊模塊，其設(shè)計(jì)原理如下所示(見圖1)。

圖1 GPRS DTU通訊模塊設(shè)計(jì)原理示意

在該方案所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，用戶將待發(fā)短信息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)至手機(jī)通訊模塊DTU中，通過DTU與PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，最終達(dá)到手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的；而DTU與PLC的通訊，則由其自帶的RS232標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口來實(shí)現(xiàn)。通訊模式采用AT指令控制，并且符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705。

基于這種技術(shù)，該手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有覆蓋面積廣、傳播距離遠(yuǎn)、可靠性高等特點(diǎn)，相較于其他需要通過有線網(wǎng)絡(luò)連接的方案來說，節(jié)省了有線網(wǎng)絡(luò)架設(shè)的大額投資，并且在運(yùn)營(yíng)期間也無需維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行成本較低。

當(dāng)然，現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展迅速，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的逐步推廣，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的速度和可靠性等方面也已逐步完善，因此，第二個(gè)方案在未來還是有很廣闊的應(yīng)用空間?；谠摲桨傅氖謾C(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，目前筆者所在公司正在積極研發(fā)中。

2 GPRS DTU介紹

GPRS DTU是一種無線數(shù)據(jù)終端，內(nèi)置有工業(yè)級(jí) GPRS 無線模塊，可利用運(yùn)營(yíng)商的GPRS網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能。GPRS DTU配備了標(biāo)準(zhǔn)RS232/485/422 數(shù)據(jù)接口，可與RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備連接，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，在完成初始化配置后，可以與服務(wù)器端通過 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)和 Internet 網(wǎng)絡(luò)建立連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。DTU不僅可以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，還具備短信收發(fā)功能，用戶可使用手機(jī)將短信發(fā)送至DTU，而DTU也會(huì)按照設(shè)置內(nèi)容將需要發(fā)送的短信息發(fā)送至用戶指定手機(jī)中(見圖2)。

圖2 GPRS DTU模塊示意

GPRS DTU有如下功能特性：

筆者所在公司正是利用了GPRS DTU可直接收發(fā)短信這一特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上，輔以相應(yīng)PLC通訊控制程序，研制開發(fā)出了手機(jī)短信監(jiān)控系統(tǒng)。

3 應(yīng)用實(shí)例

杭州亞太水電設(shè)備成套技術(shù)有限公司在研制箱式整裝小水電站的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外小水電發(fā)展現(xiàn)狀，并且經(jīng)過多年來不斷開發(fā)完善，已經(jīng)將該產(chǎn)品升級(jí)至第三代——智能整裝小水電設(shè)備。增加了智能控制，即手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控功能和電腦遠(yuǎn)程控制功能，極大地方便了業(yè)主監(jiān)視電站運(yùn)行情況，控制機(jī)組開停機(jī)并且可以及時(shí)收到故障信息，使其在第一時(shí)間內(nèi)做出處理，減少機(jī)組故障造成的損失。

馬其頓特瑞吉電站是具有手機(jī)通訊功能的智能整裝小水電站在國(guó)外的成功案例(見圖3)，于2012年通過能源部驗(yàn)收，目前已經(jīng)成功運(yùn)行了3年多時(shí)間，運(yùn)行情況十分穩(wěn)定；手機(jī)通訊功能完全正常，可以實(shí)時(shí)故障報(bào)警、手機(jī)控制機(jī)組開停機(jī)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢，真正做到了電站無人值守(該電站額定水頭46 m，額定出力146 kW，采用臥式混流機(jī)型，利用上游已建成水庫(kù)的灌溉用水及引用供水進(jìn)行發(fā)電)。

圖3 馬其頓特瑞吉電站智能集成式小水電設(shè)備

4 結(jié) 語

手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)借助GSM短信息技術(shù)和PLC控制技術(shù)，構(gòu)建出手機(jī)與PLC一對(duì)一的獨(dú)立通訊方式。由于使用的是GSM網(wǎng)絡(luò)，采用SMS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，設(shè)備成本及運(yùn)行維護(hù)成本比較低，使用方便，運(yùn)行可靠，十分適合小水電站使用。

■

責(zé)任編輯 吳 昊

2015-06-11

陳 艇(1983-)，男，工程師，主要從事水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。 E_mail: tchen@hrcshp.org