基于無線通信技術的電力設備在線監控系統

畢楠

摘 要：無線通信技術（GPRS）具有傳輸速率高、接入速度快、支持IP協議、按流量計費等優點，適合工業監控的特點和需求。本文介紹一種基于GPRS技術的電力系統在線監控系統，系統構建簡單，不受地理位置限制，性價比高，工作穩定可靠。

關鍵詞：GPRS；監控；在線

1 系統總體設計

傳統的有線和無線通信方式已經在配電網監控系統中得到了成功的應用，但是網絡建設費用大，尤其是有線網絡還要受到空間的限制，建網施工工程量大。而GPRS已相當成熟，網絡資源非常強大，覆蓋范圍十分廣泛，加之以上所述優勢，若在配電自動化系統中能采用GPRS進行數據傳輸，則可輕易實現對系統的監控，而且系統擴展方便，工程實施快、簡單易行，性價比高，工程費用低，擴容方便，可靠性好，日常維護工作量小。因此，用GPRS來實現電力信息的傳輸，為電力網的監控開辟了新發方法。

數據的采集采用專用的傳感器，由于傳感器分布在現場的不同采集點，因此需要集中器，完成數據的集中再轉發。采集倒的數據經穩壓、濾波、A/D轉換之后，送至微處理器的I/O串口。微處理器對采集到的數據進行分析，如果有突變的數據需緊急處理，現場的報警模塊會提醒現場的操作人員，采取緊急措施。處理完的數據經串口送至編碼器按照GPRS碼規則進行編碼送至GPRS MODEM。至此，完成了數據的采集、處理等傳輸前的準備工作。當數據送至GPRS MODEM后，GPRS MODEM通過承載GPRS網絡的空中接口傳輸數據。此時GPRS網絡有兩種方法傳輸數據，方法的選擇視網絡狀況而定。一種方法是GPRS讓數據通過INTERNET將數據傳送到遠程控制中心；另一種方法是GPRS將分組數據通過空中接口，送至監控中心的GPRS MODEM，數據在解碼器中將分組數據譯碼成服務器能識別的數據，利用RS232/RS485輸入服務器。

數據送到服務器中后，服務器對數據進行分析，然后經路由送到人機交互界面。操作人員通過觀察服務器的分析報告，或者使用軟件與數據庫的數據進行比對，得出被監控對象的運行狀況，從而決定是否需要對被監控物采取動作。

2 系統軟件及硬件設計

采集到的數據采用RS232/RS485 總線，經MAX系列芯片進行電平后送至處理器串口。

處理器處理之后的數據采用同樣的方式將數據送至GPRS MODEM等待傳輸。GPRS MODEM選用西門子公司的MC39i，MC39i是西門子公司生產的工業級GSM/GPRS模塊，它包括有一個天線接口、SIM卡座接口和一個40腳的ZIF插座。ZIF接口包括電源部分、RS232接口部分、語音部分、在線升級接口部分和其他信號接口部分。

MCU部分采用的是ATMAL公司的16位單片機AT89C51，內含128KFLASH，SKRAM。16位MCU是裝置的核心，開發中充分利用AT89C51集成度高、模塊功能強的優點，裝置的軟件存放在片內大容量FLASHEEPROM，片內RAM存放實時數據、程序中變量等，E2ROM內存放定值。數據、地址總線不引出MCU，具有良好的抗干擾性能，而且Pl口、P2口可用來擴展并行接口的設備，如LCD和D/A轉換等。

配電變壓器的運行參數包括三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等。CS5460A是單相雙向芯片，它具有測量電流有效值、電壓有效值、瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率和計算能量的功能。

RESET是CS5460A的硬件復位引腳，給它一個低電平信號可以復位CS5460A，CS是CS5460A的片選引腳，用于是否選中CS5460A對其進行操作，CS5460A中的數據及命令字的輸入和輸出是通過SDI、SDO這2個管腳實現的，SCLK決定串行數據的速率，當SCLK為上升沿時在SDI上的數據可以寫入，在SDO上的數據可以讀出。另外，CPU也可以通過INT、EOUT、EDIR讀出測得的參數值。INT是中斷輸出端口，當該引腳為低電平時，說明結果寄存器已被更新，應從中讀出數據。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，能量輸出是與能量成正比的速率輸出。被測量的電壓和電流信號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行模數轉換，模數轉換的基準電源輸入由VREFIN給出。

由于同一模塊每次上線獲得的IP可能是不同的，因此一般情況下數據采集服務器無法主動對GPRS模塊進行定位。解決方法是數據采集服務器端使用靜態IP，并且事先將這一靜態IP寫入模塊中。

傳輸數據時，數據鏈路層采用PPP協議，傳輸層采用面向連接的TCP協議。在GPRS網絡中，數據傳輸就是IP數據報通信過程，模塊向網關發送的PPP報文都會傳送到INTERNET網中相應的地址，從而實現采集數據和INTERNET網絡通過GPRS MODEM的透明傳送。

3 結束語

本文提出了基于GPRS的電力設備遠程監控系統的總體設計方案，并初步完成了系統的整體設計。系統充分利用GPRS技術在遠程數據采集方面的優勢，使得該系統具有較強的可擴展性、通用性和靈活性。提高了電力自動化程度，彌補了當前電網監測系統的缺陷，為電網的正常運行提供了良好保障。

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