劉 浩，袁偉民

(鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

0 前言

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，由于城市工業(yè)和民用負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，對(duì)供電企業(yè)安全可靠供電的要求也越來(lái)越高。但由于小區(qū)變電站(簡(jiǎn)稱小區(qū)變)分布廣、數(shù)量大，供電企業(yè)往往難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，從而造成設(shè)備故障或事故，導(dǎo)致用戶停電的情況時(shí)有發(fā)生。

國(guó)家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)戰(zhàn)略(配電網(wǎng)側(cè)主要是配電自動(dòng)化)，主要是解決配電網(wǎng)盲調(diào)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備和電氣量的“三遙”功能，對(duì)諸如小區(qū)變等配電設(shè)施的門禁、安防、溫濕度等方面的輔助監(jiān)控未有涉及。小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種基于無(wú)線公網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決長(zhǎng)期以來(lái)困擾小區(qū)變難以有效管理的難題，目前已在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

通信規(guī)約是系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，收發(fā)雙方數(shù)據(jù)傳達(dá)的格式。在小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)中，使用了Modbus規(guī)約，Modbus 規(guī)約透明、可靠，可以方便地將不同的設(shè)備連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了設(shè)備采購(gòu)、軟件開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。

1 小區(qū)變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理及組成

1.1 系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需要，可設(shè)置多種類型的檢測(cè)傳感器。在日常的監(jiān)控管理中，傳感器能實(shí)時(shí)采集到相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，并通過(guò)通訊總線傳送至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主機(jī)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)處理、運(yùn)算、分析后通過(guò)通訊模塊，借助如GPRS 等移動(dòng)無(wú)線公網(wǎng)上傳至集控中心服務(wù)器。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生異常狀況時(shí)，如火災(zāi)、人員闖入、SF6氣體泄漏超標(biāo)、氧氣含量偏低等，報(bào)警系統(tǒng)將同步向預(yù)先設(shè)置的維護(hù)人員手機(jī)和管理終端單元發(fā)送報(bào)警短信。同時(shí)，運(yùn)行維護(hù)人員也可以通過(guò)客戶端后臺(tái)，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)大門開(kāi)啟，對(duì)風(fēng)扇、空調(diào)、除濕機(jī)進(jìn)行起停等。并可預(yù)留配電自動(dòng)化接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備和電氣量的遙信、遙測(cè)和遙控等“三遙”功能。

1.2 系統(tǒng)組成

小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)單元、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站單元、通訊工作站單元以及管理終端單元等幾部分組成，如圖1 所示。

在系統(tǒng)中，傳感器單元負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)檢測(cè)信號(hào)，并將采集到的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站單元中進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、參數(shù)補(bǔ)償、分析運(yùn)算以及暫存等處理。通訊工作站單元負(fù)責(zé)將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)的報(bào)警信號(hào)通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)上傳至管理終端單元。管理終端單元主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)(上位機(jī))和監(jiān)控管理軟件組成，一個(gè)集控服務(wù)器和客戶端后臺(tái)可對(duì)上百個(gè)小區(qū)變進(jìn)行集中監(jiān)控，可對(duì)各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，并可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的遙測(cè)、遙信和遙控功能。

2 小區(qū)變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的作用

小區(qū)變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在小區(qū)變的監(jiān)控方面主要起以下作用。

（1）將安保、消防、異常報(bào)警等功能融為一體。針對(duì)當(dāng)前小區(qū)變無(wú)人值守的狀況，通過(guò)增加防盜報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、SF6氣體泄漏報(bào)警、缺氧報(bào)警等功能，及時(shí)將小區(qū)變的異常情況告知運(yùn)行維護(hù)人員，以消除事故隱患，提高運(yùn)行管理水平。

（2）對(duì)小區(qū)變的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)控及保護(hù)。保護(hù)方式有以下幾種：變壓器過(guò)溫，電力設(shè)備過(guò)流、過(guò)壓等。并可遠(yuǎn)程控制大門開(kāi)啟，對(duì)風(fēng)扇、空調(diào)、除濕機(jī)進(jìn)行起停等。

（3）解決了電力系統(tǒng)對(duì)小區(qū)變難以集中管理的難題。通過(guò)對(duì)多個(gè)小區(qū)變無(wú)線組網(wǎng)，用1 臺(tái)終端即可監(jiān)測(cè)網(wǎng)內(nèi)所有的小區(qū)變，實(shí)現(xiàn)對(duì)所轄小區(qū)變集中遙信、遙測(cè)和遙控。

3 監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)約的研究

為保證數(shù)據(jù)有效、有序傳輸，通信雙方需對(duì)數(shù)據(jù)傳送格式進(jìn)行約定，通常將這種約定稱之為通信規(guī)約。小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部不同的設(shè)備往往采用不用的通訊規(guī)約，本文采用的通訊規(guī)約主要是Modbus 協(xié)議。小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)的各類探測(cè)器，包含門禁控制器、防盜傳感器、煙霧探測(cè)器、人體感應(yīng)傳感器、SF6/O2探測(cè)器、溫濕度傳感器等，構(gòu)成了下文所說(shuō)的變送器。

3.1 Modbus 協(xié)議概述

Modbus 是Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌)在1979年發(fā)明，是為PLC 設(shè)計(jì)的一種串行通信協(xié)議。從功能上看，它可以認(rèn)為是一種現(xiàn)場(chǎng)總線。它通過(guò)24 種總線命令實(shí)現(xiàn)PLC 與外界的信息交換，是一種面向設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的字符型通訊協(xié)議，從站最多可達(dá)247 個(gè)。主站具有主動(dòng)權(quán)，而從站只可以被動(dòng)的響應(yīng)。

圖1 小區(qū)變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成

3.2 Modbus 的傳輸模式

Modbus 有2 種傳送方式：RTU(Remote Terminal Unit)方式和ASCII 方式。在小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)中一般使用RTU 通訊方式。主站發(fā)出的指令字符串的通常格式如表1 所示。

表1 Modbus 指令字符串格式

地址碼：表明由用戶設(shè)置地址的從站將接收由主站發(fā)送來(lái)的信息。每個(gè)從機(jī)都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送信息。

功能碼：決定本次通訊要求從站執(zhí)行的動(dòng)作。功能碼占一個(gè)字節(jié)，Modbus 通訊規(guī)約可定義的功能碼為1～127。變送器僅用到其中的一部分功能碼。作為主站請(qǐng)求發(fā)送，通過(guò)功能碼告訴從站應(yīng)執(zhí)行什么動(dòng)作。作為從站響應(yīng)，從站返回的功能碼與從主站發(fā)送來(lái)的功能碼一樣，并表明從站已響應(yīng)主站并且已進(jìn)行了相關(guān)的操作。部分功能碼如表2 所示。

表2 Modbus 部分功能碼

數(shù)據(jù)區(qū)：命令中進(jìn)行讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)數(shù)量，這些數(shù)據(jù)從起始地址開(kāi)始連續(xù)地址排列。在對(duì)模擬量進(jìn)行操作時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)具有2 byte，在對(duì)數(shù)字量進(jìn)行操作時(shí)每8 個(gè)數(shù)據(jù)為1 byte，數(shù)據(jù)量占用2 byte。

CRC 冗余校驗(yàn):Modbus 通訊協(xié)議采用CRC-16 冗余校驗(yàn)進(jìn)行通訊錯(cuò)誤校驗(yàn)。其校驗(yàn)方法是將整個(gè)通訊字符串(不包括最后2 個(gè)校驗(yàn)字節(jié))的所有字節(jié)進(jìn)行移位并進(jìn)行異或計(jì)算，接收方按同樣的方法對(duì)收到的所有字符串進(jìn)行校驗(yàn)，并將結(jié)果與收到的冗余校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，若一致則表明收到的字符串正確，否則接收到的字符串有錯(cuò)誤，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)被采用。

3.3 Modbus 通訊信息傳輸過(guò)程

當(dāng)通訊命令由發(fā)送設(shè)備(主站)發(fā)送至接收設(shè)備(從站)時(shí)，符合相應(yīng)地址碼的從機(jī)接收通訊命令，并根據(jù)功能碼及相關(guān)要求讀取信息。如果CRC 校驗(yàn)無(wú)誤，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)， 然后把執(zhí)行結(jié)果(數(shù)據(jù))返送給主站。返回的信息中包括從站地址、功能碼、執(zhí)行后的數(shù)據(jù)以及CRC 校驗(yàn)碼。如果CRC校驗(yàn)出錯(cuò)就不返回任何信息。

4 結(jié)論

介紹了小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理及組成。在整個(gè)系統(tǒng)中，通訊使用了Modbus 規(guī)約，該規(guī)約具有幀錯(cuò)識(shí)別能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸量大、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用為小區(qū)變的可靠供電構(gòu)筑了安全防線。

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