單工藝　李清武

[摘要]針對(duì)配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性和實(shí)時(shí)性的要求，探討一種無(wú)線(xiàn)通信的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提出基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控的解決方案。

[關(guān)鍵詞]GPRS 配電變壓器 遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310013－02

一、引言

隨著科技的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控已成為可能。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此，本文對(duì)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡(jiǎn)單的討論。

二、基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備

（一）GPRS知識(shí)

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，采用的是基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)高速數(shù)據(jù)分組傳輸技術(shù)，是GSM移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)位于第二代(2G)和第三代(3G)移動(dòng)通訊技術(shù)之間。它通過(guò)利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。

GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。這項(xiàng)全新技術(shù)可以令您在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能快速方便地實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)費(fèi)用又很合理。簡(jiǎn)單地說(shuō)：速度上去了，內(nèi)容豐富了，應(yīng)用增加了，而費(fèi)用卻更加合理。

目前，在遠(yuǎn)距離的通信中，主要采用專(zhuān)線(xiàn)接入、光纖接入、GSM短消息等方式。GSM短消息方式可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)發(fā)送，但是按條收費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時(shí)延時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)。專(zhuān)線(xiàn)接入、光纖接入等通信穩(wěn)定可靠，但是成本投入大。而GPRS通信則避免了這些問(wèn)題，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接受，按流量計(jì)費(fèi)，傳輸速度56～115Kbps，完全能滿(mǎn)足的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信要求。

（二）RTU知識(shí)

RTU(remote terminal unit)是一種遠(yuǎn)端測(cè)控單元裝置，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)控和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲(chǔ)容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計(jì)算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU產(chǎn)品在SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。

遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的電子設(shè)備，用來(lái)監(jiān)視和測(cè)量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和設(shè)備。RTU將測(cè)得的狀態(tài)或信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的功能控制，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離控制和監(jiān)視。

遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)可以用各種不同的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這取決于被控現(xiàn)場(chǎng)的性質(zhì)、系統(tǒng)的復(fù)雜性、對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求、實(shí)時(shí)報(bào)警報(bào)告、模擬信號(hào)測(cè)量精度、狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備的調(diào)節(jié)控制和開(kāi)關(guān)控制。

（三）SCADA知識(shí)

SCADA，即Supervision Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制），組態(tài)軟件，又稱(chēng)監(jiān)控組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。

組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶(hù)能快速建立自己的HMI的軟件工具或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶(hù)通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě)HMI應(yīng)用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿(mǎn)足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶(hù)從這些困境中解脫出來(lái)，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)目標(biāo)是建立一個(gè)安全可靠，能提供各種高級(jí)服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實(shí)施提供較強(qiáng)功能的開(kāi)放式平臺(tái)和運(yùn)行在該平臺(tái)的多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個(gè)符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的分布式、開(kāi)放式、模塊化、可擴(kuò)充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)。

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)除提供基本的硬件技術(shù)內(nèi)核外，還提供諸如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、信息傳遞、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)?；诖嘶A(chǔ)之上的各應(yīng)用功能包括：配電變壓器管理、線(xiàn)損管理、諧波數(shù)據(jù)、購(gòu)電量管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)、自動(dòng)報(bào)表、圖表和與其它系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有機(jī)的橫向和縱向集成，形成一個(gè)完整的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)。

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別是監(jiān)控中心、通訊、終端監(jiān)控。監(jiān)控中心主要完成人機(jī)交互工作，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)處理；通訊是利用GPRS協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)控終端主要完成數(shù)字量與模擬量的采集以及監(jiān)控中心發(fā)出指令的執(zhí)行。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）遠(yuǎn)程終端的設(shè)計(jì)

配電變壓器遠(yuǎn)程終端包括以下功能單元電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、遙測(cè)電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路（遙信）、脈沖量輸入電路、遙控電路、通訊接口電路。這些單元電路構(gòu)成整個(gè)遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)遠(yuǎn)程終端設(shè)備的監(jiān)控、控制和管理，其主要功能包括：通信管理、遠(yuǎn)程終端管理、設(shè)備監(jiān)控三部分。

通信管理模塊主要用于管理和計(jì)算機(jī)相連的通信設(shè)備，連接、斷開(kāi)設(shè)備以及對(duì)收到的信息進(jìn)行管理等。該模塊包括通信參數(shù)設(shè)置、通信信息管理和其他信息管理。

遠(yuǎn)程終端管理模塊包括遠(yuǎn)程終端設(shè)置、遙測(cè)參數(shù)設(shè)置、遙信遙控參數(shù)設(shè)置、定時(shí)傳送設(shè)置等。遠(yuǎn)程終端設(shè)置：系統(tǒng)所管理的每個(gè)遠(yuǎn)程終端設(shè)備都必須在此增加，該單元用于增加、修改或刪除遠(yuǎn)程終端設(shè)備，設(shè)置的項(xiàng)目包括：設(shè)備編碼、設(shè)備名稱(chēng)、規(guī)格型號(hào)、所在臺(tái)區(qū)、SIM卡號(hào)、報(bào)警卡號(hào)等。遙測(cè)參數(shù)設(shè)置：該單元的功能是設(shè)置遠(yuǎn)程終端設(shè)備遙測(cè)參數(shù)的上限值、下限值、標(biāo)準(zhǔn)值；TV、TA變比系數(shù)；電量脈沖系數(shù)和底數(shù)等。遙信遙控參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)有8個(gè)狀態(tài)量和2路遙控。該單元用于設(shè)置每個(gè)狀態(tài)量的類(lèi)型和名稱(chēng)，以及每路遙控對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)項(xiàng)。定時(shí)傳送設(shè)置：遠(yuǎn)程終端設(shè)備定時(shí)向監(jiān)控中心上傳遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)，該單元設(shè)置遠(yuǎn)程終端設(shè)備向監(jiān)控中心自動(dòng)傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔和監(jiān)控中心的電話(huà)號(hào)碼。

設(shè)備監(jiān)控模塊包括臺(tái)區(qū)設(shè)備監(jiān)控、事故（事件）查詢(xún)、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、設(shè)備遙控等。臺(tái)區(qū)設(shè)備監(jiān)控：該單元通過(guò)查看每個(gè)遠(yuǎn)程終端設(shè)備上傳的最新遙測(cè)、遙信、SOE數(shù)據(jù)，監(jiān)控臺(tái)區(qū)變壓器的運(yùn)行狀況。

五、系統(tǒng)基本功能

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配電變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地獲得配電變壓器的全面連續(xù)的信息，從而為系統(tǒng)的分析、預(yù)測(cè)提供可靠的依據(jù)。它應(yīng)具備以下基本功能：

1．采集功能：采集包括變壓器的ABC三相電壓、ABCN四線(xiàn)電流、三相功率（負(fù)荷）、三相無(wú)功功率、三相不平衡電流、功率因數(shù)、諧波、脈沖表的電度、變壓器的溫度等，還要采集設(shè)備開(kāi)關(guān)狀態(tài)、箱門(mén)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)及通訊狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量等。

2．分析功能：可對(duì)各種數(shù)據(jù)分類(lèi)管理，根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)分析計(jì)算，生成線(xiàn)損、相損，用戶(hù)用電曲線(xiàn)等報(bào)表或圖表數(shù)據(jù)，并可檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及異常用戶(hù)狀況。

3．控制功能：遠(yuǎn)方或就地進(jìn)行切合開(kāi)關(guān)的控制；根據(jù)預(yù)定的判據(jù)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償電容進(jìn)行自動(dòng)投切控制。

4．故障檢測(cè)與報(bào)警：系統(tǒng)異常、故障報(bào)警與記錄，故障定位，報(bào)警遠(yuǎn)程提示。

六、系統(tǒng)參考配置

系統(tǒng)由選擇國(guó)內(nèi)外知名廠(chǎng)商的產(chǎn)品組成，應(yīng)保證其具有可靠性高、綜合性?xún)r(jià)比高、開(kāi)放性好、易擴(kuò)展、易維護(hù)、易安裝等特點(diǎn)。

假定測(cè)一個(gè)變壓器，基本配置設(shè)備清單如下：

監(jiān)控中心：

工控計(jì)算機(jī)1臺(tái)打印機(jī) 1臺(tái)

UPS電源 1臺(tái)組態(tài)軟件 1套

現(xiàn)場(chǎng)：

GRPS DTU數(shù)傳裝置1臺(tái)GPRS SIM 卡1張

STC-2 RTU 1臺(tái)溫度變送器 1個(gè)

PT100或CU50溫度傳感器 1個(gè)脈沖電度表 1個(gè)

24V開(kāi)關(guān)電源 1個(gè)戶(hù)外防水箱 1個(gè)

七、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)許多中小型城市及農(nóng)村的配電變壓器的監(jiān)控工作很少開(kāi)展，居民用電質(zhì)量不能得到很好地保障。這一系統(tǒng)的應(yīng)用成功有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)中低壓配電網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化，有利于提高供電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第2版）》，胡漢才，清華大學(xué)出版社，2004.7.

[2]《過(guò)程可視化組態(tài)軟件InTouch應(yīng)用技術(shù)》，馬正午，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6.

[3]《GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》，文志成，電子工業(yè)出版社，2005.6.