GPRS无线网络传输通道在沧州供电调度通信系统中的应用

刘长征，耿海菊，张 强，李同艳



GPRS无线网络传输通道在沧州供电调度通信系统中的应用

刘长征1，耿海菊2，张 强3，李同艳3

(1.河北省沧州市水利科学研究所，河北 沧州 061000，2.沧州市世纪昭阳网络科技有限公司，河北 沧州 061001，3.河北明德通信工程有限公司，河北 衡水 053000)

供电调度通信系统中需要对变电站设备进行实时监测，调度中心多架设光纤和变电站终端(RTU)进行通信。但是变电站一般地处偏远，光缆布设线路复杂，很容易被破坏，调度通信中断时有发生。GPRS无线网络可以在各个变电站的远端采集单元RTU和调度中心服务器之间架设传输通道，有效地利用供电调度数据网实现数据传输，性能稳定可靠，几乎不受站点位置的限制，可作为光纤调度通信通道的有效补充。

供电调度；GPRS通信；变电站监测；自动化

1 概述

1.1 现状分析

供电公司调度工作需要对变电站进行实时遥测、遥信、遥控、遥视操作，一般架设光纤通道进行通信，变电站数据需要实时发送到调度中心进行处理。由于变电站分布分散，而且光缆被破坏的几率很高，利用中国移动GPRS无线网络来作为备用调度通道通信，已经成为各级供电部门调度通信的有效补充手段之一。GPRS无线数据传输系统可以通过分散在各变电站的远端采集单元RTU利用供电调度通信数据网传输，实现实时数据的远程采集、控制与调节、实时电网运行状态的监视与显示、越限报警、计算统计、运行状态监视、事件日志追忆等功能。

1.2 GPRS通信网络

GPRS网络主要包括GPRS骨干网、GGSN、本地位置寄存器HLR、移动交换中心(MsQ)、拜访位置寄存器(ⅥJR)、移动台、分组数据网络(PDN)和短消息业务互通移动交换中心，是中国移动的第2.75代通信技术，理论速率172.1kbps，目前沧州地区实际测试速率为140 kbps，3 G的GPRS在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2 Mbps、384 kbps以及184 kbps的传输速度，特别适合供电远程监测等行业的通信需求，可以完全取代传统的光缆通信方式。GPRS通信方式具有以下优势：

1)可随意移动和分布监测站点，建设新监测点无需进行拉线、埋线等工作。

2)通信设备价格低，并便于维护、安装。

3)计费合理，资费便宜。传输数据才计费，占线不计费。

4)支持突发型、频繁的数据实时传输业务。

5)网络接入速度快，仅几秒钟即可建立有效连接，通信质量稳定可靠，永不掉线。

6)站点覆盖好，信号强度高。

2 工作原理

供电调度系统由调度中心通信设备和变电站通信管理机组成。 GPRS无线网络通信是基于APN网络IP地址的数据分组通信网络，调度中心GPRS无线智能传输机配置固定IP地址，对应的变电站采用GPRS无线智能传输机和其进行一对一通信。

变电站RTU的数据首先由前置机/数据服务器传送，经处理、存储后，经GPRS无线智能传输机进行T634规约的TCP/IP协议封包，通过GPRS APN网络向调度中心传送。调度中心服务器的数据通过串口服务器至GPRS无线智能传输机，进行TCP/IP协议封包，再通过GPRS APN网络传送到变电站的通信管理机，完成一次数据的通信。

变电站的GPRS无线智能传输机通过串口设备连接在通讯管理机上，和光纤通信设备处于同一层级，光纤网为主通道、GPRS网络通信为备用通道，光纤网络和GPRS无线网络可以互相无缝切换，也可以同时处于联通状态。

变电站使用GPRS无线智能传输机通过GPRS网络采用一对一的独立联网方式和调度中心对应的GPRS无线智能传输机进行数据通信。所有接入点统一使用固定的APN，SIM卡绑定固定的IP地址。

图1 网络联网拓扑图

3 系统结构

3.1 组网方式

变电站的数据首先由GPRS无线智能传输机进行T634规约的TCP/IP协议封包, 经处理、存储后，通过GPRS无线网络向调度中心发送。调度中心的数据处理后发送到GPRS无线智能传输机进行T634规约的TCP/IP协议封包再通过GPRS无线网络发送到变电站。通信结构图如图2所示：

图2 通信结构图

3.2 GPRS通信设备

采用一对一的独立联网运行机制，独立通道，调度中心的GPRS通信设备直接和综合自动化系统的通道板相连，变电站GPRS通信设备通过串口设备和现地站的设备相连。GPRS通信设备表见表1。

表1 GPRS通信设备表

3.3 调度中心(调度所)

调度中心平行布设多个GPRS无线智能传输机，分别和变电站的GPRS无线智能传输机构成一一对应的独立联网关系，建立各自相对独立的联网通道。无线智能传输机使用移动公司SIM卡，并开通GPRS上网功能，绑定沧州供电系统专用GPRS网络APN(power8-caz.he)接入点的固定IP地址(地址范围11.27.216.1—11.27.216.255)，和变电站的设备进行通信。

3.4 供电所(变电站)

供电所(变电站)的GPRS无线通信网络和光纤网络处于同一层级，光纤网为主通道、GPRS无线网络为备用通道，光纤通道和GPRS 备用通道可以互相切换。GPRS无线智能传输机自动采通过RS232接口与集变电站自控设备相连，对数据进行采集和处理、协议封装后发送到GPRS无线网络，再传至调度中心。

3.5 GPRS网络建设

变电站采集的数据经T634规约封装处理，转换数据传送格式后，通过移动公司的GPRS专用 APN网络，绑定固定IP地址段进行传输，传送到调度中心上与之对应的GPRS无线智能传输机上。

4 GPRS无线智能传输机

GPRS无线智能传输机基于中国移动的GPRS网络，提供标准RS232接口可直接与上位机、智能仪表、数据采集设备等连接，具有远程监测、控制功能。结构示意图如图3所示。

图3 GPRS无线智能传输机结构示意图

GPRS无线智能传输机采用的RS232/RS485串口设备的串口通信，转换模块为GPRS无线网络通信的双向转换传输设备。传输机内嵌供电CDT、T634、T645等通信规约，采用透明传输的方式，不用知道复杂的GPRS通讯原理和TCP/IP、UDP协议，不用更改程序即可实现原有串口设备的无线网络连接，可用于远程通信或控制。能快速实现串口设备的遥控功能，支持RS232/RS485串口接口，直接连接串口设备使得串口设备立即具备遥控功能。支持远程维护，具有远程配置、远程升级和重启动的功能。

4.1 硬件组成

* 32位低功耗单片机，ARM级芯片，16 M缓存；

* 嵌入式系统设计，独立运行Linux系统；

* 工业级的缓存芯片和电路的看门狗电路设计；

* 无线模块: 西门子MC39i芯片；

* 防雷、抗干扰的电路优化设计。

4.2 技术参数

* 支持宽电压输入：DC 5～12 V；

* 内置开关电源，提高电源的稳定性，增强系统稳定性；

* 耗电流(典型)：空闲50mA、平均250mA；

* 天线接口：50Ω/SMA阴头 ，外接高增益天线；

* 工作温度：-30℃～+60℃；

* 存储温度：-40℃～+80℃；

* 尺寸：80 mm×60 mm×20 mm。

4.3 功能特点

* 弹出式SIM卡卡座；

* 数据透明传输，变底层的串口协议为广泛使用的TCP/IP协议；

* 支持UDP/TCP网络协议；

* 低功耗、传输稳定、可靠；

* 支持实时在线和按需拨号(定时及IP包检测)；

* 支持静态IP、域名、SMS找IP等多种主机发现方式。

5 结语

供电调度数据网传送的是电网实时信息、装置控制、继电保护、调度指令与信息等重要数据，是供电系统的神经网络，安全性是其首要要求。 GPRS无线网络的物理链路数据本身已经采用了加密传送，同时还利用APN虚拟子网的GRE专用通道进行加密传输，所有数据均与公众互联网物理隔离，大大提高了通信传输的安全性。

基于GPRS无线网络的供电调度通信系统具有较高的综合性能价格比。通过组网方式的设备投入、运行成本、安全稳定性分析，GPRS无线通信网络采用串口点对点传输(一对一)方式进行数据传输，改变只是的通信方式，对上位机运行的应用软件系统几乎没有任何影响，变电站监测设备也不需要进行硬件电路更改和更换。GPRS无线网络可以在各个变电站的远端采集单元RTU和调度中心服务器架之间设传输通道，有效地利用供电调度数据网实现实时传输，数据传输稳定可靠，几乎不受变电站位置的限制，可作为光纤调度通信的有效补充。

[1]刘长征.GPRS长距离管道输水实时监测系统研究技术报告.沧州市水利科学研究所.

[2]刘长征，耿海菊.泊头市供电公司电力调度通信控制系统GPRS通道建设方案书.

[3]韩斌杰.GPRS原理及其网络优化.机械工业出版社.

[4]沈振元，叶芝慧.通信系统原理(第二版).西安电子科技大学出版社.2008.

[5]张明德，孙小菡.光纤通信原理与系统 (第3版).东南大学出版社.2003.

[6]刘舰石.基于GPRS技术的调度自动化通信系统方案.电子世界.2012.

TN914

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1004-1184(2016)06-0208-03

2016-08-14

刘长征(1978-)男，河北海兴人，高级工程师，主要从事水利科研和水利自动化工作。