配電自動(dòng)化開關(guān)加密通訊模塊運(yùn)維監(jiān)控和自動(dòng)重啟裝置的研究與設(shè)計(jì)

陳娟

摘要： 配電網(wǎng)作為當(dāng)前我國(guó)居民在日常生產(chǎn)生活中主要的供電網(wǎng)，也是當(dāng)前實(shí)施智能電網(wǎng)在配電領(lǐng)域的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。配電自動(dòng)化開關(guān)作為其中一個(gè)重要 的智能化設(shè)備，其加密通訊模塊的穩(wěn)定可靠工作對(duì)整個(gè)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行有著重要的作用。為確保加密通訊模塊的可持續(xù)工作，有效提升自動(dòng)化終端在線 率指標(biāo)，開展本項(xiàng)目研究，研制一款自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊自主重啟裝置，有效解決因長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行導(dǎo)致終端掉線問題。

關(guān)鍵詞： 配電自動(dòng)化;通訊模塊;自動(dòng)重啟

隨著配電自動(dòng)化技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，越來越多的自動(dòng)化開關(guān)投入 運(yùn)行，支撐實(shí)現(xiàn)自愈功能，但運(yùn)行中存在自動(dòng)化開關(guān)的通訊模塊由于長(zhǎng)時(shí) 間運(yùn)行后內(nèi)置程序跑飛、死機(jī)等，導(dǎo)致通訊功能失效， 具體表現(xiàn)為自動(dòng)化 開關(guān)掉線，同時(shí)， 自動(dòng)化開關(guān)在線率作為一個(gè)關(guān)鍵的自動(dòng)化開關(guān)運(yùn)維管理 考核指標(biāo)，對(duì)運(yùn)行管理單位具有重要意義。本文介紹了筆者的一個(gè)職創(chuàng)項(xiàng) 目成果，其具有自主斷電重啟功能， 能有效確保自動(dòng)化開關(guān)的通訊模塊持 續(xù)有效連接主站，提高自動(dòng)化開關(guān)的在線率。

1.項(xiàng)目實(shí)施背景分析

智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的體現(xiàn)，是實(shí)施新的能 源戰(zhàn)略和優(yōu)化能源資源配置的重要平臺(tái)。智能電網(wǎng)建設(shè)是“新基建”的重 要組成部分，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展“安全、可靠、綠色、高效”的有效途徑。? 為更好的滿足人民追求美好生活的電力需求，近年來大力開展智能配電網(wǎng) 建設(shè)。其中，智能配電網(wǎng)中的信息通信猶如智能配電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，是構(gòu) 建配電網(wǎng)智能化不可或缺的一環(huán)。自動(dòng)化開關(guān)的實(shí)時(shí)通信保證智能配電網(wǎng) 構(gòu)建的重要保證， 當(dāng)前電網(wǎng)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化終端在線率指標(biāo)考核要求越來越 高。然而目前處理自動(dòng)化終端掉線這類重大缺陷仍然主要依靠人工消缺，? 而且， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出自動(dòng)化終端掉線 80%因終端程序跑死所致， 重啟后即可恢復(fù)?，F(xiàn)依靠人工作業(yè)處理終端掉線的模式被動(dòng)低效，耗費(fèi)大 量人力物力，增加作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，不利于現(xiàn)有智能配電網(wǎng)發(fā)揮先進(jìn)自愈功能。

2.項(xiàng)目的實(shí)施目標(biāo)

本項(xiàng)目研發(fā)一種針對(duì)配電自動(dòng)化開關(guān)的通信監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)通信設(shè)備運(yùn) 行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控， 通信模塊正常運(yùn)行時(shí)，不產(chǎn)生任何影響。當(dāng)設(shè)備監(jiān)測(cè)到 通信模塊通信異常時(shí)，自動(dòng)重啟通信模塊。最終可實(shí)現(xiàn)的效果：

1）通信模塊通信狀態(tài)監(jiān)測(cè);

2）通信模塊通信異常時(shí)的自動(dòng)重啟，達(dá)到無人干預(yù)智能運(yùn)維;

3）未來根據(jù)需要可以支持對(duì)通信模塊重啟的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和上傳， 實(shí) 現(xiàn)通信模塊的遠(yuǎn)程運(yùn)維。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 需求分析

當(dāng)前智能配電自動(dòng)建設(shè)步伐加快，自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)維工作量同時(shí)持續(xù) 增加。，因此針對(duì)運(yùn)維過程中發(fā)現(xiàn)的由于通信裝置導(dǎo)致開關(guān)掉線的終端進(jìn)行 技術(shù)改進(jìn)和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)少人、無人化運(yùn)維就變成亟需解決的問題。

經(jīng)過技術(shù)分析，存在自動(dòng)化開關(guān)掉線的原因主要有兩類，一類是因?yàn)?自動(dòng)化通信模塊長(zhǎng)時(shí)間在惡劣環(huán)境工作，容易導(dǎo)致模塊長(zhǎng)時(shí)間工作后裝置 死機(jī);另外一類跟通信通道采用移動(dòng)公網(wǎng)相關(guān)，因?yàn)樽詣?dòng)化終端設(shè)備采用 無線公網(wǎng)通信，盡管已經(jīng)采用 VPN 網(wǎng)絡(luò)來保障通信安全和通信質(zhì)量保障， 但因?yàn)椴皇菍Ｓ脽o線網(wǎng)絡(luò)，因此還是會(huì)出現(xiàn)基站鏈接數(shù)量過多，基站通信 擁塞導(dǎo)致通信模塊掉線。

本項(xiàng)目提出的無線加密通信模塊運(yùn)行監(jiān)控和自動(dòng)重啟裝置，可以很好? 的解決普遍存在的通信模塊通信異常、通信模塊死機(jī)導(dǎo)致的設(shè)備掉線。裝? 置設(shè)計(jì)巧妙，現(xiàn)場(chǎng)改造工作量少，智能化程度高，使用方便靈活，可極大? 效提升運(yùn)維效率， 提高自動(dòng)化設(shè)備在線率， 提高配電自動(dòng)化安全運(yùn)行水平。

3.2 設(shè)計(jì)方案

3.2.1 設(shè)計(jì)原理

目前配電自動(dòng)化設(shè)備大部分采用 GPRS/4G 無線加密通信模塊與主站后 臺(tái)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，無線加密通信模塊作為一個(gè)獨(dú)立的組件，配電自動(dòng)化終端與無線加密通信模塊采用 RS232 通信，由配電自動(dòng)化終端給通信模塊供電。

為了減少無線加密通信模塊經(jīng)常出現(xiàn)掉線維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)終端通信 進(jìn)行復(fù)位重啟的工作量。經(jīng)過調(diào)研和分析，本項(xiàng)目采用在無線加密通信模 塊旁邊安裝自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置，自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊監(jiān) 控和重啟裝置并接在在無線通信端子上，不影響原來的數(shù)據(jù)通信，自動(dòng)化 開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置只監(jiān)控通信過程，自動(dòng)監(jiān)視通信線上的數(shù)據(jù) 通信，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，或者是持續(xù)一段時(shí)間沒有通信數(shù)據(jù)時(shí)（超過主站 的報(bào)文輪詢時(shí)間）， 判斷無線通信異常， 自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝 置發(fā)出復(fù)位信號(hào)， 控制無線加密通信模塊斷電復(fù)位，從而自動(dòng)恢復(fù)正常， 不需要運(yùn)維人員到現(xiàn)場(chǎng)。

3.2.2 硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置由核心處理板和接口板組成?？?慮到監(jiān)測(cè)裝置的使用環(huán)境較為惡劣， 自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置 采用輕質(zhì)金屬外殼，裝置主板采用低功耗設(shè)計(jì)，其中主處理器采用工業(yè)級(jí) 低功耗 MCU 確保設(shè)備工作穩(wěn)定同時(shí)盡量減少功率消耗。 同時(shí)用于監(jiān)控通信 的接口采用工業(yè)級(jí)電氣隔離設(shè)計(jì)，減少現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)閺?fù)雜電磁環(huán)境導(dǎo)致的不穩(wěn) 定和損壞，提高設(shè)備使用壽命，不增加額外運(yùn)維工作量。在加密通信模塊 接口設(shè)計(jì)方面采用了兼容拔插式設(shè)計(jì)，兼容當(dāng)前配電網(wǎng)常見的加密通信模 塊，做到了隨時(shí)拔插接入，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)的安裝時(shí)間和降低對(duì)人員操作技能 水平的要求。

3.2.3 軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用主流的 RTOS 或者嵌入式的前后臺(tái)程序設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)軟件 接口規(guī)范，結(jié)構(gòu)健壯，性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。軟件的關(guān)鍵流程設(shè)計(jì)主要分 為三大部分： 1、上電自檢程序、工作模式程序及裝置自監(jiān)測(cè)告警程序。

3.2.4 軟件運(yùn)行機(jī)制設(shè)計(jì)

在 main（?? ）函數(shù)中首先進(jìn)行 CPU 的硬件配置， 初始化 CPU 的相關(guān) SFR， 然后執(zhí)行 CMX 操作系統(tǒng)的初始化， 開放中斷， 創(chuàng)建并啟動(dòng)各個(gè)任務(wù)， 進(jìn)入操作系統(tǒng)。之后，各個(gè)功能模塊的運(yùn)行次序由預(yù)先設(shè)定的，中斷執(zhí)行 程序由 CPU 直接調(diào)度執(zhí)行。監(jiān)測(cè)到通信異常時(shí)驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行對(duì)通信模 塊的重啟動(dòng)。

4.結(jié)語

本項(xiàng)目通過研制一款自動(dòng)化開關(guān)通訊模塊自主重啟裝置，實(shí)現(xiàn)定時(shí)重 啟或檢測(cè)異常重啟通訊模塊功能，主動(dòng)避免因長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行導(dǎo)致通訊模塊掉線 問題。該裝置可以對(duì)自動(dòng)化開關(guān)的通訊模塊進(jìn)行定期的重啟或者是自動(dòng)檢 測(cè)通訊信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)重啟， 兼容當(dāng)前主流廠家的電氣接口， 現(xiàn)場(chǎng)安裝方便， 運(yùn)行可靠，可以有效提升自動(dòng)化開關(guān)通訊裝置的運(yùn)行可靠性，提升自動(dòng)化 終端在線率，減少人工現(xiàn)場(chǎng)處理的時(shí)間，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性。

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