劉長(zhǎng)征，耿海菊，張 強(qiáng)，李同艷

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GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸通道在滄州供電調(diào)度通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉長(zhǎng)征1，耿海菊2，張 強(qiáng)3，李同艷3

(1.河北省滄州市水利科學(xué)研究所，河北 滄州 061000，2.滄州市世紀(jì)昭陽(yáng)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，河北 滄州 061001，3.河北明德通信工程有限公司，河北 衡水 053000)

供電調(diào)度通信系統(tǒng)中需要對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，調(diào)度中心多架設(shè)光纖和變電站終端(RTU)進(jìn)行通信。但是變電站一般地處偏遠(yuǎn)，光纜布設(shè)線路復(fù)雜，很容易被破壞，調(diào)度通信中斷時(shí)有發(fā)生。GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以在各個(gè)變電站的遠(yuǎn)端采集單元RTU和調(diào)度中心服務(wù)器之間架設(shè)傳輸通道，有效地利用供電調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，性能穩(wěn)定可靠，幾乎不受站點(diǎn)位置的限制，可作為光纖調(diào)度通信通道的有效補(bǔ)充。

供電調(diào)度；GPRS通信；變電站監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化

1 概述

1.1 現(xiàn)狀分析

供電公司調(diào)度工作需要對(duì)變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙信、遙控、遙視操作，一般架設(shè)光纖通道進(jìn)行通信，變電站數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到調(diào)度中心進(jìn)行處理。由于變電站分布分散，而且光纜被破壞的幾率很高，利用中國(guó)移動(dòng)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)作為備用調(diào)度通道通信，已經(jīng)成為各級(jí)供電部門調(diào)度通信的有效補(bǔ)充手段之一。GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以通過分散在各變電站的遠(yuǎn)端采集單元RTU利用供電調(diào)度通信數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、控制與調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與顯示、越限報(bào)警、計(jì)算統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、事件日志追憶等功能。

1.2 GPRS通信網(wǎng)絡(luò)

GPRS網(wǎng)絡(luò)主要包括GPRS骨干網(wǎng)、GGSN、本地位置寄存器HLR、移動(dòng)交換中心(MsQ)、拜訪位置寄存器(ⅥJR)、移動(dòng)臺(tái)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)和短消息業(yè)務(wù)互通移動(dòng)交換中心，是中國(guó)移動(dòng)的第2.75代通信技術(shù)，理論速率172.1kbps，目前滄州地區(qū)實(shí)際測(cè)試速率為140 kbps，3 G的GPRS在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2 Mbps、384 kbps以及184 kbps的傳輸速度，特別適合供電遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等行業(yè)的通信需求，可以完全取代傳統(tǒng)的光纜通信方式。GPRS通信方式具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)可隨意移動(dòng)和分布監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，建設(shè)新監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行拉線、埋線等工作。

2)通信設(shè)備價(jià)格低，并便于維護(hù)、安裝。

3)計(jì)費(fèi)合理，資費(fèi)便宜。傳輸數(shù)據(jù)才計(jì)費(fèi)，占線不計(jì)費(fèi)。

4)支持突發(fā)型、頻繁的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸業(yè)務(wù)。

5)網(wǎng)絡(luò)接入速度快，僅幾秒鐘即可建立有效連接，通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。

6)站點(diǎn)覆蓋好，信號(hào)強(qiáng)度高。

2 工作原理

供電調(diào)度系統(tǒng)由調(diào)度中心通信設(shè)備和變電站通信管理機(jī)組成。 GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信是基于APN網(wǎng)絡(luò)IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，調(diào)度中心GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)配置固定IP地址，對(duì)應(yīng)的變電站采用GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)和其進(jìn)行一對(duì)一通信。

變電站RTU的數(shù)據(jù)首先由前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器傳送，經(jīng)處理、存儲(chǔ)后，經(jīng)GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)進(jìn)行T634規(guī)約的TCP/IP協(xié)議封包，通過GPRS APN網(wǎng)絡(luò)向調(diào)度中心傳送。調(diào)度中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)通過串口服務(wù)器至GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)，進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包，再通過GPRS APN網(wǎng)絡(luò)傳送到變電站的通信管理機(jī)，完成一次數(shù)據(jù)的通信。

變電站的GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)通過串口設(shè)備連接在通訊管理機(jī)上，和光纖通信設(shè)備處于同一層級(jí)，光纖網(wǎng)為主通道、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信為備用通道，光纖網(wǎng)絡(luò)和GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以互相無(wú)縫切換，也可以同時(shí)處于聯(lián)通狀態(tài)。

變電站使用GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)采用一對(duì)一的獨(dú)立聯(lián)網(wǎng)方式和調(diào)度中心對(duì)應(yīng)的GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。所有接入點(diǎn)統(tǒng)一使用固定的APN，SIM卡綁定固定的IP地址。

圖1 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)拓?fù)鋱D

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 組網(wǎng)方式

變電站的數(shù)據(jù)首先由GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)進(jìn)行T634規(guī)約的TCP/IP協(xié)議封包, 經(jīng)處理、存儲(chǔ)后，通過GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向調(diào)度中心發(fā)送。調(diào)度中心的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)進(jìn)行T634規(guī)約的TCP/IP協(xié)議封包再通過GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到變電站。通信結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 通信結(jié)構(gòu)圖

3.2 GPRS通信設(shè)備

采用一對(duì)一的獨(dú)立聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制，獨(dú)立通道，調(diào)度中心的GPRS通信設(shè)備直接和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通道板相連，變電站GPRS通信設(shè)備通過串口設(shè)備和現(xiàn)地站的設(shè)備相連。GPRS通信設(shè)備表見表1。

表1 GPRS通信設(shè)備表

3.3 調(diào)度中心(調(diào)度所)

調(diào)度中心平行布設(shè)多個(gè)GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)，分別和變電站的GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)網(wǎng)關(guān)系，建立各自相對(duì)獨(dú)立的聯(lián)網(wǎng)通道。無(wú)線智能傳輸機(jī)使用移動(dòng)公司SIM卡，并開通GPRS上網(wǎng)功能，綁定滄州供電系統(tǒng)專用GPRS網(wǎng)絡(luò)APN(power8-caz.he)接入點(diǎn)的固定IP地址(地址范圍11.27.216.1—11.27.216.255)，和變電站的設(shè)備進(jìn)行通信。

3.4 供電所(變電站)

供電所(變電站)的GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)處于同一層級(jí)，光纖網(wǎng)為主通道、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為備用通道，光纖通道和GPRS 備用通道可以互相切換。GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)自動(dòng)采通過RS232接口與集變電站自控設(shè)備相連，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，再傳至調(diào)度中心。

3.5 GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

變電站采集的數(shù)據(jù)經(jīng)T634規(guī)約封裝處理，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳送格式后，通過移動(dòng)公司的GPRS專用 APN網(wǎng)絡(luò)，綁定固定IP地址段進(jìn)行傳輸，傳送到調(diào)度中心上與之對(duì)應(yīng)的GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)上。

4 GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)

GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)基于中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，提供標(biāo)準(zhǔn)RS232接口可直接與上位機(jī)、智能儀表、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等連接，具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制功能。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

GPRS無(wú)線智能傳輸機(jī)采用的RS232/RS485串口設(shè)備的串口通信，轉(zhuǎn)換模塊為GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備。傳輸機(jī)內(nèi)嵌供電CDT、T634、T645等通信規(guī)約，采用透明傳輸?shù)姆绞?，不用知道?fù)雜的GPRS通訊原理和TCP/IP、UDP協(xié)議，不用更改程序即可實(shí)現(xiàn)原有串口設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，可用于遠(yuǎn)程通信或控制。能快速實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備的遙控功能，支持RS232/RS485串口接口，直接連接串口設(shè)備使得串口設(shè)備立即具備遙控功能。支持遠(yuǎn)程維護(hù)，具有遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級(jí)和重啟動(dòng)的功能。

4.1 硬件組成

* 32位低功耗單片機(jī)，ARM級(jí)芯片，16 M緩存；

* 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，獨(dú)立運(yùn)行Linux系統(tǒng)；

* 工業(yè)級(jí)的緩存芯片和電路的看門狗電路設(shè)計(jì)；

* 無(wú)線模塊: 西門子MC39i芯片；

* 防雷、抗干擾的電路優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2 技術(shù)參數(shù)

* 支持寬電壓輸入：DC 5～12 V；

* 內(nèi)置開關(guān)電源，提高電源的穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性；

* 耗電流(典型)：空閑50mA、平均250mA；

* 天線接口：50Ω/SMA陰頭 ，外接高增益天線；

* 工作溫度：-30℃～+60℃；

* 存儲(chǔ)溫度：-40℃～+80℃；

* 尺寸：80 mm×60 mm×20 mm。

4.3 功能特點(diǎn)

* 彈出式SIM卡卡座；

* 數(shù)據(jù)透明傳輸，變底層的串口協(xié)議為廣泛使用的TCP/IP協(xié)議；

* 支持UDP/TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

* 低功耗、傳輸穩(wěn)定、可靠；

* 支持實(shí)時(shí)在線和按需撥號(hào)(定時(shí)及IP包檢測(cè))；

* 支持靜態(tài)IP、域名、SMS找IP等多種主機(jī)發(fā)現(xiàn)方式。

5 結(jié)語(yǔ)

供電調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送的是電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息、裝置控制、繼電保護(hù)、調(diào)度指令與信息等重要數(shù)據(jù)，是供電系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，安全性是其首要要求。 GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送，同時(shí)還利用APN虛擬子網(wǎng)的GRE專用通道進(jìn)行加密傳輸，所有數(shù)據(jù)均與公眾互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，大大提高了通信傳輸?shù)陌踩浴?/p>

基于GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的供電調(diào)度通信系統(tǒng)具有較高的綜合性能價(jià)格比。通過組網(wǎng)方式的設(shè)備投入、運(yùn)行成本、安全穩(wěn)定性分析，GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用串口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸(一對(duì)一)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，改變只是的通信方式，對(duì)上位機(jī)運(yùn)行的應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響，變電站監(jiān)測(cè)設(shè)備也不需要進(jìn)行硬件電路更改和更換。GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以在各個(gè)變電站的遠(yuǎn)端采集單元RTU和調(diào)度中心服務(wù)器架之間設(shè)傳輸通道，有效地利用供電調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，幾乎不受變電站位置的限制，可作為光纖調(diào)度通信的有效補(bǔ)充。

[1]劉長(zhǎng)征.GPRS長(zhǎng)距離管道輸水實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究技術(shù)報(bào)告.滄州市水利科學(xué)研究所.

[2]劉長(zhǎng)征，耿海菊.泊頭市供電公司電力調(diào)度通信控制系統(tǒng)GPRS通道建設(shè)方案書.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]沈振元，葉芝慧.通信系統(tǒng)原理(第二版).西安電子科技大學(xué)出版社.2008.

[5]張明德，孫小菡.光纖通信原理與系統(tǒng) (第3版).東南大學(xué)出版社.2003.

[6]劉艦石.基于GPRS技術(shù)的調(diào)度自動(dòng)化通信系統(tǒng)方案.電子世界.2012.

TN914

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1004-1184(2016)06-0208-03

2016-08-14

劉長(zhǎng)征(1978-)男，河北海興人，高級(jí)工程師，主要從事水利科研和水利自動(dòng)化工作。