單工藝　李清武

[摘要]針對配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸可靠性和實時性的要求，探討一種無線通信的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，提出基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配電變壓器遠程監(jiān)控的解決方案。

[關(guān)鍵詞]GPRS 配電變壓器 遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310013－02

一、引言

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

二、基礎(chǔ)知識準備

（一）GPRS知識

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，采用的是基于GSM系統(tǒng)的無線高速數(shù)據(jù)分組傳輸技術(shù)，是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說這項技術(shù)位于第二代(2G)和第三代(3G)移動通訊技術(shù)之間。它通過利用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)式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。這項全新技術(shù)可以令您在任何時間、任何地點都能快速方便地實現(xiàn)連接，同時費用又很合理。簡單地說：速度上去了，內(nèi)容豐富了，應(yīng)用增加了，而費用卻更加合理。

目前，在遠距離的通信中，主要采用專線接入、光纖接入、GSM短消息等方式。GSM短消息方式可以實現(xiàn)主動發(fā)送，但是按條收費，運行費用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時延時相當長。專線接入、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題，數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接受，按流量計費，傳輸速度56～115Kbps，完全能滿足的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信要求。

（二）RTU知識

RTU(remote terminal unit)是一種遠端測控單元裝置，負責對現(xiàn)場信號、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容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。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。

遠程終端設(shè)備(RTU)是安裝在遠程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從計算機發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實現(xiàn)對設(shè)備的功能控制，從而實現(xiàn)了遠距離控制和監(jiān)視。

遠程終端設(shè)備(RTU)可以用各種不同的硬件和軟件來實現(xiàn)，這取決于被控現(xiàn)場的性質(zhì)、系統(tǒng)的復(fù)雜性、對數(shù)據(jù)通信的要求、實時報警報告、模擬信號測量精度、狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備的調(diào)節(jié)控制和開關(guān)控制。

（三）SCADA知識

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)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(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。對應(yīng)于原有的HMI（人機接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，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，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對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)的開發(fā)目標是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實施提供較強功能的開放式平臺和運行在該平臺的多個相對獨立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的分布式、開放式、模塊化、可擴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)庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機界面、實時環(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、線損管理、諧波數(shù)據(jù)、購電量管理、數(shù)據(jù)查詢、自動報表、圖表和與其它系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實現(xiàn)有機的橫向和縱向集成，形成一個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交互工作，負責網(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

（一）遠程終端的設(shè)計

配電變壓器遠程終端包括以下功能單元電路：單片機存儲器擴展電路、遙測電路、開關(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)成整個遠程終端系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)軟件的設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)負責對遠程終端設(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算機相連的通信設(shè)備，連接、斷開設(shè)備以及對收到的信息進行管理等。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。

遠程終端管理模塊包括遠程終端設(shè)置、遙測參數(shù)設(shè)置、遙信遙控參數(shù)設(shè)置、定時傳送設(shè)置等。遠程終端設(shè)置：系統(tǒng)所管理的每個遠程終端設(shè)備都必須在此增加，該單元用于增加、修改或刪除遠程終端設(shè)備，設(shè)置的項目包括：設(shè)備編碼、設(shè)備名稱、規(guī)格型號、所在臺區(qū)、SIM卡號、報警卡號等。遙測參數(shù)設(shè)置：該單元的功能是設(shè)置遠程終端設(shè)備遙測參數(shù)的上限值、下限值、標準值；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個狀態(tài)量和2路遙控。該單元用于設(shè)置每個狀態(tài)量的類型和名稱，以及每路遙控對應(yīng)的開關(guān)項。定時傳送設(shè)置：遠程終端設(shè)備定時向監(jiān)控中心上傳遙測、遙信數(shù)據(jù)，該單元設(shè)置遠程終端設(shè)備向監(jiān)控中心自動傳送數(shù)據(jù)的時間間隔和監(jiān)控中心的電話號碼。

設(shè)備監(jiān)控模塊包括臺區(qū)設(shè)備監(jiān)控、事故（事件）查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備遙控等。臺區(qū)設(shè)備監(jiān)控：該單元通過查看每個遠程終端設(shè)備上傳的最新遙測、遙信、SOE數(shù)據(jù)，監(jiān)控臺區(qū)變壓器的運行狀況。

五、系統(tǒng)基本功能

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)配電變壓器的遠程監(jiān)控，可及時、準確、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四線電流、三相功率（負荷）、三相無功功率、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)備開關(guān)狀態(tài)、箱門狀態(tài)、報警狀態(tài)及通訊狀態(tài)等開關(guān)量等。

2．分析功能：可對各種數(shù)據(jù)分類管理，根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)分析計算，生成線損、相損，用戶用電曲線等報表或圖表數(shù)據(jù)，并可檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)及異常用戶狀況。

3．控制功能：遠方或就地進行切合開關(guān)的控制；根據(jù)預(yù)定的判據(jù)對無功補償電容進行自動投切控制。

4．故障檢測與報警：系統(tǒng)異常、故障報警與記錄，故障定位，報警遠程提示。

六、系統(tǒng)參考配置

系統(tǒng)由選擇國內(nèi)外知名廠商的產(chǎn)品組成，應(yīng)保證其具有可靠性高、綜合性價比高、開放性好、易擴展、易維護、易安裝等特點。

假定測一個變壓器，基本配置設(shè)備清單如下：

監(jiān)控中心：

工控計算機1臺打印機 1臺

UPS電源 1臺組態(tài)軟件 1套

現(xiàn)場：

GRPS DTU數(shù)傳裝置1臺GPRS SIM 卡1張

STC-2 RTU 1臺溫度變送器 1個

PT100或CU50溫度傳感器 1個脈沖電度表 1個

24V開關(guān)電源 1個戶外防水箱 1個

七、結(jié)束語

我國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)用成功有利于實現(xiàn)我國中低壓配電網(wǎng)監(jiān)控自動化，有利于提高供電質(zhì)量。

參考文獻：

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

[2]《過程可視化組態(tài)軟件InTouch應(yīng)用技術(shù)》，馬正午，機械工業(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.