GPRS無線網(wǎng)絡傳輸通道在滄州供電調度通信系統(tǒng)中的應用

劉長征，耿海菊，張 強，李同艷

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GPRS無線網(wǎng)絡傳輸通道在滄州供電調度通信系統(tǒng)中的應用

劉長征1，耿海菊2，張 強3，李同艷3

(1.河北省滄州市水利科學研究所，河北 滄州 061000，2.滄州市世紀昭陽網(wǎng)絡科技有限公司，河北 滄州 061001，3.河北明德通信工程有限公司，河北 衡水 053000)

供電調度通信系統(tǒng)中需要對變電站設備進行實時監(jiān)測，調度中心多架設光纖和變電站終端(RTU)進行通信。但是變電站一般地處偏遠，光纜布設線路復雜，很容易被破壞，調度通信中斷時有發(fā)生。GPRS無線網(wǎng)絡可以在各個變電站的遠端采集單元RTU和調度中心服務器之間架設傳輸通道，有效地利用供電調度數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，性能穩(wěn)定可靠，幾乎不受站點位置的限制，可作為光纖調度通信通道的有效補充。

供電調度；GPRS通信；變電站監(jiān)測；自動化

1 概述

1.1 現(xiàn)狀分析

供電公司調度工作需要對變電站進行實時遙測、遙信、遙控、遙視操作，一般架設光纖通道進行通信，變電站數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到調度中心進行處理。由于變電站分布分散，而且光纜被破壞的幾率很高，利用中國移動GPRS無線網(wǎng)絡來作為備用調度通道通信，已經(jīng)成為各級供電部門調度通信的有效補充手段之一。GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以通過分散在各變電站的遠端采集單元RTU利用供電調度通信數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的遠程采集、控制與調節(jié)、實時電網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)視與顯示、越限報警、計算統(tǒng)計、運行狀態(tài)監(jiān)視、事件日志追憶等功能。

1.2 GPRS通信網(wǎng)絡

GPRS網(wǎng)絡主要包括GPRS骨干網(wǎng)、GGSN、本地位置寄存器HLR、移動交換中心(MsQ)、拜訪位置寄存器(ⅥJR)、移動臺、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(PDN)和短消息業(yè)務互通移動交換中心，是中國移動的第2.75代通信技術，理論速率172.1kbps，目前滄州地區(qū)實際測試速率為140 kbps，3 G的GPRS在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2 Mbps、384 kbps以及184 kbps的傳輸速度，特別適合供電遠程監(jiān)測等行業(yè)的通信需求，可以完全取代傳統(tǒng)的光纜通信方式。GPRS通信方式具有以下優(yōu)勢：

1)可隨意移動和分布監(jiān)測站點，建設新監(jiān)測點無需進行拉線、埋線等工作。

2)通信設備價格低，并便于維護、安裝。

3)計費合理，資費便宜。傳輸數(shù)據(jù)才計費，占線不計費。

4)支持突發(fā)型、頻繁的數(shù)據(jù)實時傳輸業(yè)務。

5)網(wǎng)絡接入速度快，僅幾秒鐘即可建立有效連接，通信質量穩(wěn)定可靠，永不掉線。

6)站點覆蓋好，信號強度高。

2 工作原理

供電調度系統(tǒng)由調度中心通信設備和變電站通信管理機組成。 GPRS無線網(wǎng)絡通信是基于APN網(wǎng)絡IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡，調度中心GPRS無線智能傳輸機配置固定IP地址，對應的變電站采用GPRS無線智能傳輸機和其進行一對一通信。

變電站RTU的數(shù)據(jù)首先由前置機/數(shù)據(jù)服務器傳送，經(jīng)處理、存儲后，經(jīng)GPRS無線智能傳輸機進行T634規(guī)約的TCP/IP協(xié)議封包，通過GPRS APN網(wǎng)絡向調度中心傳送。調度中心服務器的數(shù)據(jù)通過串口服務器至GPRS無線智能傳輸機，進行TCP/IP協(xié)議封包，再通過GPRS APN網(wǎng)絡傳送到變電站的通信管理機，完成一次數(shù)據(jù)的通信。

變電站的GPRS無線智能傳輸機通過串口設備連接在通訊管理機上，和光纖通信設備處于同一層級，光纖網(wǎng)為主通道、GPRS網(wǎng)絡通信為備用通道，光纖網(wǎng)絡和GPRS無線網(wǎng)絡可以互相無縫切換，也可以同時處于聯(lián)通狀態(tài)。

變電站使用GPRS無線智能傳輸機通過GPRS網(wǎng)絡采用一對一的獨立聯(lián)網(wǎng)方式和調度中心對應的GPRS無線智能傳輸機進行數(shù)據(jù)通信。所有接入點統(tǒng)一使用固定的APN，SIM卡綁定固定的IP地址。

圖1 網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)拓撲圖

3 系統(tǒng)結構

3.1 組網(wǎng)方式

變電站的數(shù)據(jù)首先由GPRS無線智能傳輸機進行T634規(guī)約的TCP/IP協(xié)議封包, 經(jīng)處理、存儲后，通過GPRS無線網(wǎng)絡向調度中心發(fā)送。調度中心的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到GPRS無線智能傳輸機進行T634規(guī)約的TCP/IP協(xié)議封包再通過GPRS無線網(wǎng)絡發(fā)送到變電站。通信結構圖如圖2所示：

圖2 通信結構圖

3.2 GPRS通信設備

采用一對一的獨立聯(lián)網(wǎng)運行機制，獨立通道，調度中心的GPRS通信設備直接和綜合自動化系統(tǒng)的通道板相連，變電站GPRS通信設備通過串口設備和現(xiàn)地站的設備相連。GPRS通信設備表見表1。

表1 GPRS通信設備表

3.3 調度中心(調度所)

調度中心平行布設多個GPRS無線智能傳輸機，分別和變電站的GPRS無線智能傳輸機構成一一對應的獨立聯(lián)網(wǎng)關系，建立各自相對獨立的聯(lián)網(wǎng)通道。無線智能傳輸機使用移動公司SIM卡，并開通GPRS上網(wǎng)功能，綁定滄州供電系統(tǒng)專用GPRS網(wǎng)絡APN(power8-caz.he)接入點的固定IP地址(地址范圍11.27.216.1—11.27.216.255)，和變電站的設備進行通信。

3.4 供電所(變電站)

供電所(變電站)的GPRS無線通信網(wǎng)絡和光纖網(wǎng)絡處于同一層級，光纖網(wǎng)為主通道、GPRS無線網(wǎng)絡為備用通道，光纖通道和GPRS 備用通道可以互相切換。GPRS無線智能傳輸機自動采通過RS232接口與集變電站自控設備相連，對數(shù)據(jù)進行采集和處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS無線網(wǎng)絡，再傳至調度中心。

3.5 GPRS網(wǎng)絡建設

變電站采集的數(shù)據(jù)經(jīng)T634規(guī)約封裝處理，轉換數(shù)據(jù)傳送格式后，通過移動公司的GPRS專用 APN網(wǎng)絡，綁定固定IP地址段進行傳輸，傳送到調度中心上與之對應的GPRS無線智能傳輸機上。

4 GPRS無線智能傳輸機

GPRS無線智能傳輸機基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡，提供標準RS232接口可直接與上位機、智能儀表、數(shù)據(jù)采集設備等連接，具有遠程監(jiān)測、控制功能。結構示意圖如圖3所示。

圖3 GPRS無線智能傳輸機結構示意圖

GPRS無線智能傳輸機采用的RS232/RS485串口設備的串口通信，轉換模塊為GPRS無線網(wǎng)絡通信的雙向轉換傳輸設備。傳輸機內(nèi)嵌供電CDT、T634、T645等通信規(guī)約，采用透明傳輸?shù)姆绞?，不用知道復雜的GPRS通訊原理和TCP/IP、UDP協(xié)議，不用更改程序即可實現(xiàn)原有串口設備的無線網(wǎng)絡連接，可用于遠程通信或控制。能快速實現(xiàn)串口設備的遙控功能，支持RS232/RS485串口接口，直接連接串口設備使得串口設備立即具備遙控功能。支持遠程維護，具有遠程配置、遠程升級和重啟動的功能。

4.1 硬件組成

* 32位低功耗單片機，ARM級芯片，16 M緩存；

* 嵌入式系統(tǒng)設計，獨立運行Linux系統(tǒng)；

* 工業(yè)級的緩存芯片和電路的看門狗電路設計；

* 無線模塊: 西門子MC39i芯片；

* 防雷、抗干擾的電路優(yōu)化設計。

4.2 技術參數(shù)

* 支持寬電壓輸入：DC 5～12 V；

* 內(nèi)置開關電源，提高電源的穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性；

* 耗電流(典型)：空閑50mA、平均250mA；

* 天線接口：50Ω/SMA陰頭 ，外接高增益天線；

* 工作溫度：-30℃～+60℃；

* 存儲溫度：-40℃～+80℃；

* 尺寸：80 mm×60 mm×20 mm。

4.3 功能特點

* 彈出式SIM卡卡座；

* 數(shù)據(jù)透明傳輸，變底層的串口協(xié)議為廣泛使用的TCP/IP協(xié)議；

* 支持UDP/TCP網(wǎng)絡協(xié)議；

* 低功耗、傳輸穩(wěn)定、可靠；

* 支持實時在線和按需撥號(定時及IP包檢測)；

* 支持靜態(tài)IP、域名、SMS找IP等多種主機發(fā)現(xiàn)方式。

5 結語

供電調度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送的是電網(wǎng)實時信息、裝置控制、繼電保護、調度指令與信息等重要數(shù)據(jù)，是供電系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡，安全性是其首要要求。 GPRS無線網(wǎng)絡的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送，同時還利用APN虛擬子網(wǎng)的GRE專用通道進行加密傳輸，所有數(shù)據(jù)均與公眾互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，大大提高了通信傳輸?shù)陌踩浴?/p>

基于GPRS無線網(wǎng)絡的供電調度通信系統(tǒng)具有較高的綜合性能價格比。通過組網(wǎng)方式的設備投入、運行成本、安全穩(wěn)定性分析，GPRS無線通信網(wǎng)絡采用串口點對點傳輸(一對一)方式進行數(shù)據(jù)傳輸，改變只是的通信方式，對上位機運行的應用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響，變電站監(jiān)測設備也不需要進行硬件電路更改和更換。GPRS無線網(wǎng)絡可以在各個變電站的遠端采集單元RTU和調度中心服務器架之間設傳輸通道，有效地利用供電調度數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)實時傳輸，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，幾乎不受變電站位置的限制，可作為光纖調度通信的有效補充。

[1]劉長征.GPRS長距離管道輸水實時監(jiān)測系統(tǒng)研究技術報告.滄州市水利科學研究所.

[2]劉長征，耿海菊.泊頭市供電公司電力調度通信控制系統(tǒng)GPRS通道建設方案書.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化.機械工業(yè)出版社.

[4]沈振元，葉芝慧.通信系統(tǒng)原理(第二版).西安電子科技大學出版社.2008.

[5]張明德，孫小菡.光纖通信原理與系統(tǒng) (第3版).東南大學出版社.2003.

[6]劉艦石.基于GPRS技術的調度自動化通信系統(tǒng)方案.電子世界.2012.

TN914

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1004-1184(2016)06-0208-03

2016-08-14

劉長征(1978-)男，河北海興人，高級工程師，主要從事水利科研和水利自動化工作。