基于无线通信技术的电力设备在线监控系统

毕楠

摘 要：无线通信技术（GPRS）具有传输速率高、接入速度快、支持IP协议、按流量计费等优点，适合工业监控的特点和需求。本文介绍一种基于GPRS技术的电力系统在线监控系统，系统构建简单，不受地理位置限制，性价比高，工作稳定可靠。

关键词：GPRS；监控；在线

1 系统总体设计

传统的有线和无线通信方式已经在配电网监控系统中得到了成功的应用，但是网络建设费用大，尤其是有线网络还要受到空间的限制，建网施工工程量大。而GPRS已相当成熟，网络资源非常强大，覆盖范围十分广泛，加之以上所述优势，若在配电自动化系统中能采用GPRS进行数据传输，则可轻易实现对系统的监控，而且系统扩展方便，工程实施快、简单易行，性价比高，工程费用低，扩容方便，可靠性好，日常维护工作量小。因此，用GPRS来实现电力信息的传输，为电力网的监控开辟了新发方法。

数据的采集采用专用的传感器，由于传感器分布在现场的不同采集点，因此需要集中器，完成数据的集中再转发。采集倒的数据经稳压、滤波、A/D转换之后，送至微处理器的I/O串口。微处理器对采集到的数据进行分析，如果有突变的数据需紧急处理，现场的报警模块会提醒现场的操作人员，采取紧急措施。处理完的数据经串口送至编码器按照GPRS码规则进行编码送至GPRS MODEM。至此，完成了数据的采集、处理等传输前的准备工作。当数据送至GPRS MODEM后，GPRS MODEM通过承载GPRS网络的空中接口传输数据。此时GPRS网络有两种方法传输数据，方法的选择视网络状况而定。一种方法是GPRS让数据通过INTERNET将数据传送到远程控制中心；另一种方法是GPRS将分组数据通过空中接口，送至监控中心的GPRS MODEM，数据在解码器中将分组数据译码成服务器能识别的数据，利用RS232/RS485输入服务器。

数据送到服务器中后，服务器对数据进行分析，然后经路由送到人机交互界面。操作人员通过观察服务器的分析报告，或者使用软件与数据库的数据进行比对，得出被监控对象的运行状况，从而决定是否需要对被监控物采取动作。

2 系统软件及硬件设计

采集到的数据采用RS232/RS485 总线，经MAX系列芯片进行电平后送至处理器串口。

处理器处理之后的数据采用同样的方式将数据送至GPRS MODEM等待传输。GPRS MODEM选用西门子公司的MC39i，MC39i是西门子公司生产的工业级GSM/GPRS模块，它包括有一个天线接口、SIM卡座接口和一个40脚的ZIF插座。ZIF接口包括电源部分、RS232接口部分、语音部分、在线升级接口部分和其他信号接口部分。

MCU部分采用的是ATMAL公司的16位单片机AT89C51，内含128KFLASH，SKRAM。16位MCU是装置的核心，开发中充分利用AT89C51集成度高、模块功能强的优点，装置的软件存放在片内大容量FLASHEEPROM，片内RAM存放实时数据、程序中变量等，E2ROM内存放定值。数据、地址总线不引出MCU，具有良好的抗干扰性能，而且Pl口、P2口可用来扩展并行接口的设备，如LCD和D/A转换等。

配电变压器的运行参数包括三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等。CS5460A是单相双向芯片，它具有测量电流有效值、电压有效值、瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率和计算能量的功能。

RESET是CS5460A的硬件复位引脚，给它一个低电平信号可以复位CS5460A，CS是CS5460A的片选引脚，用于是否选中CS5460A对其进行操作，CS5460A中的数据及命令字的输入和输出是通过SDI、SDO这2个管脚实现的，SCLK决定串行数据的速率，当SCLK为上升沿时在SDI上的数据可以写入，在SDO上的数据可以读出。另外，CPU也可以通过INT、EOUT、EDIR读出测得的参数值。INT是中断输出端口，当该引脚为低电平时，说明结果寄存器已被更新，应从中读出数据。EDIR、EOUT是能量方向和能量输出端口，能量方向指出能量的正负，能量输出是与能量成正比的速率输出。被测量的电压和电流信号通过变压和变流器接入IIN+、IIN-、UIN+、UIN-差分电流、电压输入管脚以供进行模数转换，模数转换的基准电源输入由VREFIN给出。

由于同一模块每次上线获得的IP可能是不同的，因此一般情况下数据采集服务器无法主动对GPRS模块进行定位。解决方法是数据采集服务器端使用静态IP，并且事先将这一静态IP写入模块中。

传输数据时，数据链路层采用PPP协议，传输层采用面向连接的TCP协议。在GPRS网络中，数据传输就是IP数据报通信过程，模块向网关发送的PPP报文都会传送到INTERNET网中相应的地址，从而实现采集数据和INTERNET网络通过GPRS MODEM的透明传送。

3 结束语

本文提出了基于GPRS的电力设备远程监控系统的总体设计方案，并初步完成了系统的整体设计。系统充分利用GPRS技术在远程数据采集方面的优势，使得该系统具有较强的可扩展性、通用性和灵活性。提高了电力自动化程度，弥补了当前电网监测系统的缺陷，为电网的正常运行提供了良好保障。

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