小区变电站远程监控系统及通信规约的研究

刘 浩，袁伟民

(镇江供电公司，江苏 镇江 212001)

0 前言

在国民经济飞速发展的今天，由于城市工业和民用负荷的快速增长，对供电企业安全可靠供电的要求也越来越高。但由于小区变电站(简称小区变)分布广、数量大，供电企业往往难以及时发现其运行中出现的问题，从而造成设备故障或事故，导致用户停电的情况时有发生。

国家电网公司的智能电网战略(配电网侧主要是配电自动化)，主要是解决配电网盲调问题，实现对电力设备和电气量的“三遥”功能，对诸如小区变等配电设施的门禁、安防、温湿度等方面的辅助监控未有涉及。小区变综合监控系统是一种基于无线公网的远程监控系统，旨在解决长期以来困扰小区变难以有效管理的难题，目前已在实际应用中取得了良好的效果。

通信规约是系统进行通信时，收发双方数据传达的格式。在小区变监控系统中，使用了Modbus规约，Modbus 规约透明、可靠，可以方便地将不同的设备连接成工业网络，提高了系统的集成度，降低了设备采购、软件开发的费用。

1 小区变远程监控系统的工作原理及组成

1.1 系统的工作原理

根据远程监控系统的需要，可设置多种类型的检测传感器。在日常的监控管理中，传感器能实时采集到相应的检测信号，并通过通讯总线传送至现场监控主机。这些信号经过处理、运算、分析后通过通讯模块，借助如GPRS 等移动无线公网上传至集控中心服务器。当现场发生异常状况时，如火灾、人员闯入、SF6气体泄漏超标、氧气含量偏低等，报警系统将同步向预先设置的维护人员手机和管理终端单元发送报警短信。同时，运行维护人员也可以通过客户端后台，远程控制现场大门开启，对风扇、空调、除湿机进行起停等。并可预留配电自动化接口，实现对现场电气设备和电气量的遥信、遥测和遥控等“三遥”功能。

1.2 系统组成

小区变监控系统由现场传感器检测单元、现场监控工作站单元、通讯工作站单元以及管理终端单元等几部分组成，如图1 所示。

在系统中，传感器单元负责采集现场各项检测信号，并将采集到的现场检测信号在现场监控工作站单元中进行数模转换、信号放大、参数补偿、分析运算以及暂存等处理。通讯工作站单元负责将经过处理的数据或实时的报警信号通过无线公网上传至管理终端单元。管理终端单元主要由监控计算机(上位机)和监控管理软件组成，一个集控服务器和客户端后台可对上百个小区变进行集中监控，可对各种监控数据进行分类管理，并可实现相应的遥测、遥信和遥控功能。

2 小区变远程监控系统的作用

小区变远程监控系统在小区变的监控方面主要起以下作用。

（1）将安保、消防、异常报警等功能融为一体。针对当前小区变无人值守的状况，通过增加防盗报警、火灾报警、SF6气体泄漏报警、缺氧报警等功能，及时将小区变的异常情况告知运行维护人员，以消除事故隐患，提高运行管理水平。

（2）对小区变的运行状态进行测控及保护。保护方式有以下几种：变压器过温，电力设备过流、过压等。并可远程控制大门开启，对风扇、空调、除湿机进行起停等。

（3）解决了电力系统对小区变难以集中管理的难题。通过对多个小区变无线组网，用1 台终端即可监测网内所有的小区变，实现对所辖小区变集中遥信、遥测和遥控。

3 监控系统通信规约的研究

为保证数据有效、有序传输，通信双方需对数据传送格式进行约定，通常将这种约定称之为通信规约。小区变监控系统内部不同的设备往往采用不用的通讯规约，本文采用的通讯规约主要是Modbus 协议。小区变综合监控系统的各类探测器，包含门禁控制器、防盗传感器、烟雾探测器、人体感应传感器、SF6/O2探测器、温湿度传感器等，构成了下文所说的变送器。

3.1 Modbus 协议概述

Modbus 是Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明，是为PLC 设计的一种串行通信协议。从功能上看，它可以认为是一种现场总线。它通过24 种总线命令实现PLC 与外界的信息交换，是一种面向设备现场的字符型通讯协议，从站最多可达247 个。主站具有主动权，而从站只可以被动的响应。

图1 小区变远程监控系统的组成

3.2 Modbus 的传输模式

Modbus 有2 种传送方式：RTU(Remote Terminal Unit)方式和ASCII 方式。在小区变监控系统中一般使用RTU 通讯方式。主站发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

地址码：表明由用户设置地址的从站将接收由主站发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送信息。

功能码：决定本次通讯要求从站执行的动作。功能码占一个字节，Modbus 通讯规约可定义的功能码为1～127。变送器仅用到其中的一部分功能码。作为主站请求发送，通过功能码告诉从站应执行什么动作。作为从站响应，从站返回的功能码与从主站发送来的功能码一样，并表明从站已响应主站并且已进行了相关的操作。部分功能码如表2 所示。

表2 Modbus 部分功能码

数据区：命令中进行读出或写入的数据数量，这些数据从起始地址开始连续地址排列。在对模拟量进行操作时，每个数据具有2 byte，在对数字量进行操作时每8 个数据为1 byte，数据量占用2 byte。

CRC 冗余校验:Modbus 通讯协议采用CRC-16 冗余校验进行通讯错误校验。其校验方法是将整个通讯字符串(不包括最后2 个校验字节)的所有字节进行移位并进行异或计算，接收方按同样的方法对收到的所有字符串进行校验，并将结果与收到的冗余校验结果进行比较，若一致则表明收到的字符串正确，否则接收到的字符串有错误，所传输的数据不会被采用。

3.3 Modbus 通讯信息传输过程

当通讯命令由发送设备(主站)发送至接收设备(从站)时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息。如果CRC 校验无误，则执行相应的任务， 然后把执行结果(数据)返送给主站。返回的信息中包括从站地址、功能码、执行后的数据以及CRC 校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息。

4 结论

介绍了小区变监控系统的工作原理及组成。在整个系统中，通讯使用了Modbus 规约，该规约具有帧错识别能力强、数据传输量大、实时性好等特点。远程监控系统的应用为小区变的可靠供电构筑了安全防线。

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