基于GPRS通訊技術(shù)的新型配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
1前言
配電自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。配電自動(dòng)化系統(tǒng)具備兩大基本功能：(1)故障處理功能；(2)遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控功能［1］。配變屬于配電網(wǎng)的重要組成部分，位于配電自動(dòng)化的底層，對(duì)配變的各種運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要方面。
本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，解決了配變參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)負(fù)荷監(jiān)測(cè)的功能。并基于ARM控制器設(shè)計(jì)了一種先進(jìn)的配變監(jiān)測(cè)器，為電力部門(mén)的專(zhuān)業(yè)分析(如負(fù)荷預(yù)測(cè)、線損分析、故障判斷、用電質(zhì)量等)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高了配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。當(dāng)配變發(fā)生故障或異常運(yùn)行時(shí)，配變監(jiān)測(cè)器可以迅速地報(bào)警，監(jiān)控中心可以及時(shí)地優(yōu)化處理，保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2GPRS技術(shù)介紹
2.1GPRS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
GPRS（general packet radio service）通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之上發(fā)展起來(lái)的，為用戶提供高速的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種新的網(wǎng)絡(luò)。GPRS技術(shù)是當(dāng)今GSM網(wǎng)向3G移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡的關(guān)鍵技術(shù)，與GSM通信相比具有許多新的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)［2，3］。
（1）頻譜效率高
在GSM無(wú)線系統(tǒng)中，無(wú)線信道非常寶貴。GPRS引入了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無(wú)線信道，從而提高了資源的利用率。同時(shí)，GPRS用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)。
（2）傳輸速率高
在理論上，GPRS可以將最多8個(gè)時(shí)隙組合在一起，給用戶提供高達(dá)171.2kB/s的帶寬，從14.4kB/s到171kB/s，增大了10倍的傳輸速度，保證了更大數(shù)據(jù)的傳輸及更快的因特網(wǎng)接入。
（3）接入時(shí)間短
分組交換接入時(shí)間縮短為少于1s，能提供快速即時(shí)的連接。
?。?）支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議
GPRS支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使GPRS能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接入。
?。?）網(wǎng)絡(luò)安全性高
GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)采用隧道技術(shù)。隧道協(xié)議將其他協(xié)議大數(shù)據(jù)包重新封裝后通過(guò)隧道發(fā)送傳輸?shù)教囟ǖ刂?，從而屏蔽私有網(wǎng)絡(luò)地址。
2.2GPRS應(yīng)用于配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可行性
配變數(shù)目眾多、分布范圍廣、距離遠(yuǎn)，傳統(tǒng)上依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄讀，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確 性和應(yīng)用性等方面都有很大不足，人工成本也比較高?，F(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展為滿足上述技術(shù)要求提供了多種選擇。選擇合理的通信方式既要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)可靠性，又要考慮配變監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)性。
配變監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中通信數(shù)據(jù)主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是周期性的召測(cè)數(shù)據(jù)，如配變定點(diǎn)時(shí)刻的運(yùn) 行數(shù)據(jù)；另一類(lèi)是突發(fā)性的數(shù)據(jù)，如配變終端的報(bào)警信息。這兩類(lèi)數(shù)據(jù)規(guī)模都不大，每幀數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于1kB，GPRS網(wǎng)絡(luò)的帶寬完全可以滿足傳輸要求。同時(shí)，為保證越限報(bào)警等類(lèi)突發(fā)性數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，還要求配變終端時(shí)刻在線，GPRS網(wǎng)絡(luò)信道共享的特點(diǎn)和按流量計(jì)費(fèi)方法從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均可以保證配變監(jiān)測(cè)終端時(shí)時(shí)在線。
按通信傳輸介質(zhì)劃分，現(xiàn)代通信技術(shù)大致可以分為有線通信方式（如光纖、電纜）和無(wú)線通信方式。在配變監(jiān)控應(yīng)用場(chǎng)合中，有線通信鋪設(shè)復(fù)雜、維護(hù)困難、成本較高［4］；采用GPRS通信技術(shù)則可直接利用覆蓋全國(guó)的中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)，可以極大節(jié)省投資、充分利用現(xiàn)有資源、接入快速、維護(hù)簡(jiǎn)單、環(huán)保節(jié)能。
因此，在配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中采用GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)配變參數(shù)實(shí)時(shí)且可靠傳輸?shù)睦硐脒x擇。
2.1GPRS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
GPRS（general packet radio service）通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之上發(fā)展起來(lái)的，為用戶提供高速的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種新的網(wǎng)絡(luò)。GPRS技術(shù)是當(dāng)今GSM網(wǎng)向3G移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡的關(guān)鍵技術(shù)，與GSM通信相比具有許多新的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)［2，3］。
（1）頻譜效率高
在GSM無(wú)線系統(tǒng)中，無(wú)線信道非常寶貴。GPRS引入了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無(wú)線信道，從而提高了資源的利用率。同時(shí)，GPRS用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)。
（2）傳輸速率高
在理論上，GPRS可以將最多8個(gè)時(shí)隙組合在一起，給用戶提供高達(dá)171.2kB/s的帶寬，從14.4kB/s到171kB/s，增大了10倍的傳輸速度，保證了更大數(shù)據(jù)的傳輸及更快的因特網(wǎng)接入。
（3）接入時(shí)間短
分組交換接入時(shí)間縮短為少于1s，能提供快速即時(shí)的連接。
?。?）支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議
GPRS支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使GPRS能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接入。
?。?）網(wǎng)絡(luò)安全性高
GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)采用隧道技術(shù)。隧道協(xié)議將其他協(xié)議大數(shù)據(jù)包重新封裝后通過(guò)隧道發(fā)送傳輸?shù)教囟ǖ刂?，從而屏蔽私有網(wǎng)絡(luò)地址。
2.2GPRS應(yīng)用于配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可行性
配變數(shù)目眾多、分布范圍廣、距離遠(yuǎn)，傳統(tǒng)上依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄讀，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確 性和應(yīng)用性等方面都有很大不足，人工成本也比較高?，F(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展為滿足上述技術(shù)要求提供了多種選擇。選擇合理的通信方式既要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)可靠性，又要考慮配變監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)性。
配變監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中通信數(shù)據(jù)主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是周期性的召測(cè)數(shù)據(jù)，如配變定點(diǎn)時(shí)刻的運(yùn) 行數(shù)據(jù)；另一類(lèi)是突發(fā)性的數(shù)據(jù)，如配變終端的報(bào)警信息。這兩類(lèi)數(shù)據(jù)規(guī)模都不大，每幀數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于1kB，GPRS網(wǎng)絡(luò)的帶寬完全可以滿足傳輸要求。同時(shí)，為保證越限報(bào)警等類(lèi)突發(fā)性數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，還要求配變終端時(shí)刻在線，GPRS網(wǎng)絡(luò)信道共享的特點(diǎn)和按流量計(jì)費(fèi)方法從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均可以保證配變監(jiān)測(cè)終端時(shí)時(shí)在線。
按通信傳輸介質(zhì)劃分，現(xiàn)代通信技術(shù)大致可以分為有線通信方式（如光纖、電纜）和無(wú)線通信方式。在配變監(jiān)控應(yīng)用場(chǎng)合中，有線通信鋪設(shè)復(fù)雜、維護(hù)困難、成本較高［4］；采用GPRS通信技術(shù)則可直接利用覆蓋全國(guó)的中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)，可以極大節(jié)省投資、充分利用現(xiàn)有資源、接入快速、維護(hù)簡(jiǎn)單、環(huán)保節(jié)能。
因此，在配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中采用GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)配變參數(shù)實(shí)時(shí)且可靠傳輸?shù)睦硐脒x擇。
3配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
3.1配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及VPN接入方式
配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由配變監(jiān)測(cè)器、公共GPRS網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)部門(mén)通信終端、電力系統(tǒng)內(nèi)部通信中心服務(wù)器（監(jiān)控中心）、電力系統(tǒng)內(nèi)部客戶端等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖如圖1所示。
3.1配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及VPN接入方式
配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由配變監(jiān)測(cè)器、公共GPRS網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)部門(mén)通信終端、電力系統(tǒng)內(nèi)部通信中心服務(wù)器（監(jiān)控中心）、電力系統(tǒng)內(nèi)部客戶端等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖如圖1所示。
配變監(jiān)測(cè)器主要是對(duì)配變的各種實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行采集和處理，并可以按照監(jiān)控中心的指令進(jìn)行一定的保護(hù)操作。公共GPRS網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)部門(mén)通信終端、電力系統(tǒng)內(nèi)部通信中心服務(wù)器組成了整個(gè)系統(tǒng)上行和下行數(shù)據(jù)的通信通道。電力系統(tǒng)內(nèi)部客戶端主要功能有：登錄查詢配變的實(shí)時(shí)參數(shù)、分析電網(wǎng)的負(fù)荷和修改配變參數(shù)等功能。考慮到電力部門(mén)行業(yè)的特殊性，接入監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)必須是安全可靠的，同時(shí)要能快速的傳輸采集的數(shù)據(jù)，以滿足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。直接向移動(dòng)部門(mén)租用專(zhuān)線可以滿足電力系統(tǒng)的以上要求，但是這會(huì)需要大筆的費(fèi)用，同時(shí)電力部門(mén)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性也會(huì)大大降低。因此，綜合考慮以上因素，在監(jiān)控中心采用虛擬數(shù)據(jù)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)VPN（virtual private network）從GPRS網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)據(jù)。VPN是采用隧道技術(shù)以及加密、身份認(rèn)證等方法，在公共網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。VPN采用公共網(wǎng)絡(luò)傳輸企業(yè)數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)施隧道交換，可以區(qū)別用戶身份，從而采用不同的傳送優(yōu)先級(jí)進(jìn)行任務(wù)處理，用公用網(wǎng)絡(luò)中的高速部分來(lái)處理企業(yè)的數(shù)據(jù)。VPN是一種可靠且經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)接入方式，可以滿足應(yīng)用于電力系統(tǒng)的要求。
3.2基于B/S結(jié)構(gòu)的配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)及優(yōu)點(diǎn)
本配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于B/S結(jié)構(gòu)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.2基于B/S結(jié)構(gòu)的配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)及優(yōu)點(diǎn)
本配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于B/S結(jié)構(gòu)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
B/S結(jié)構(gòu)即Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)是一種在傳統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)上做了很大改進(jìn)的新型結(jié)構(gòu)，其最顯著的特點(diǎn)是一部分事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，用戶界面完全通過(guò)Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)，形成所謂的“數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器/WW W應(yīng)用服務(wù)器/Web瀏覽器”三層結(jié)構(gòu)。
配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是電力企業(yè)利用現(xiàn)有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件和服務(wù)器建立的電力企業(yè) 內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，用戶端采用標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器，無(wú)需另外重新開(kāi)發(fā)軟件。本網(wǎng)絡(luò)歸配變監(jiān)控中心使用，對(duì)用戶有嚴(yán)格的權(quán)限控制，能夠?qū)崟r(shí)反映配變的運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控中心內(nèi)部用戶除了查詢數(shù)據(jù)庫(kù)之外，根據(jù)不同的權(quán)限范圍還可以增加、修改和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容?；贐/S結(jié)構(gòu)的配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與以往的配變監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）用戶使用統(tǒng)一的Browser軟件，用Web瀏覽器即可獲得復(fù)雜專(zhuān)用軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能（獲得配變各種參數(shù)和監(jiān)視配變運(yùn)行的狀態(tài)），這不僅節(jié)約了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，還有利于監(jiān)控中心軟件的體系結(jié)構(gòu)的合并；
?。?）B/S模式提供了一個(gè)統(tǒng)一的客戶端，使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不再與具體的客戶環(huán)境相關(guān)，無(wú)需再關(guān)心客戶端的維護(hù)，維護(hù)工作基本上集中于服務(wù)器端，大大提高了系統(tǒng)維護(hù)的效率；
?。?）通過(guò)設(shè)置防火墻與Internet連接，大大提高了監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性；
?。?）TCP/IP、HTTP的標(biāo)準(zhǔn)性使采用B/S結(jié)構(gòu)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以直接接入In ternet，具有良好的擴(kuò)展性。
配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是電力企業(yè)利用現(xiàn)有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件和服務(wù)器建立的電力企業(yè) 內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，用戶端采用標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器，無(wú)需另外重新開(kāi)發(fā)軟件。本網(wǎng)絡(luò)歸配變監(jiān)控中心使用，對(duì)用戶有嚴(yán)格的權(quán)限控制，能夠?qū)崟r(shí)反映配變的運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控中心內(nèi)部用戶除了查詢數(shù)據(jù)庫(kù)之外，根據(jù)不同的權(quán)限范圍還可以增加、修改和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容?；贐/S結(jié)構(gòu)的配變監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與以往的配變監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）用戶使用統(tǒng)一的Browser軟件，用Web瀏覽器即可獲得復(fù)雜專(zhuān)用軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能（獲得配變各種參數(shù)和監(jiān)視配變運(yùn)行的狀態(tài)），這不僅節(jié)約了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，還有利于監(jiān)控中心軟件的體系結(jié)構(gòu)的合并；
?。?）B/S模式提供了一個(gè)統(tǒng)一的客戶端，使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不再與具體的客戶環(huán)境相關(guān)，無(wú)需再關(guān)心客戶端的維護(hù)，維護(hù)工作基本上集中于服務(wù)器端，大大提高了系統(tǒng)維護(hù)的效率；
?。?）通過(guò)設(shè)置防火墻與Internet連接，大大提高了監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性；
?。?）TCP/IP、HTTP的標(biāo)準(zhǔn)性使采用B/S結(jié)構(gòu)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以直接接入In ternet，具有良好的擴(kuò)展性。
4配變監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)
4.1配變監(jiān)測(cè)器的硬件設(shè)計(jì)
配變監(jiān)測(cè)器硬件采用了性能優(yōu)越的雙CPU結(jié)構(gòu)，利用ARM控制器和DSP處理器組成了典型的雙機(jī)系統(tǒng)。ARM控制器為中心處理器，配合配變參數(shù)采集模塊和GPRS Mode m通信模塊，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，利用VPN方式接入監(jiān)控中心，將配變的實(shí)時(shí)參數(shù)（如三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電量、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度等）傳送到監(jiān)控中心供分析處理，并接收監(jiān)控中心下發(fā)召測(cè)指令，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。配變監(jiān)測(cè)器的硬件總體框圖如圖3所示。
4.1配變監(jiān)測(cè)器的硬件設(shè)計(jì)
配變監(jiān)測(cè)器硬件采用了性能優(yōu)越的雙CPU結(jié)構(gòu)，利用ARM控制器和DSP處理器組成了典型的雙機(jī)系統(tǒng)。ARM控制器為中心處理器，配合配變參數(shù)采集模塊和GPRS Mode m通信模塊，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，利用VPN方式接入監(jiān)控中心，將配變的實(shí)時(shí)參數(shù)（如三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電量、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度等）傳送到監(jiān)控中心供分析處理，并接收監(jiān)控中心下發(fā)召測(cè)指令，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。配變監(jiān)測(cè)器的硬件總體框圖如圖3所示。
?。?）主處理模塊
a.主處理器采用的S3C44B0X芯片是三星公司生產(chǎn)的基于32位的ARM7系列的AR M7TDMI內(nèi)核的SOC，它是目前應(yīng)用很廣的嵌入式RISC處理器。ARM是Advanc ed RISC（reduced instruction set computer）Machines的簡(jiǎn)稱(chēng)。ARM技術(shù)是近年來(lái)十分流行的一項(xiàng)技術(shù)，ARM芯片高性能與靈活性相統(tǒng)一，靈活的微控制器與DSP的數(shù)據(jù)處理能力相結(jié)合，提供擴(kuò)充的增強(qiáng)的固定長(zhǎng)的16/32位的雙指令集［5］。S3C44B0X集成片上資源有：8 kB緩存的2.5V靜態(tài)ARM7TCMICPU核；擴(kuò)展內(nèi)存控制器；帶有1個(gè)專(zhuān)用DMA通道的LCD控制器；2個(gè)DMA通道，1個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的DMA通道；1個(gè)I2C總線 控制器；5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器；看門(mén)狗定時(shí)器；71個(gè)通用I/O口，8個(gè)外部中斷源；8個(gè)10位ADC。
b.閃速存儲(chǔ)器和EPROM類(lèi)似，可用電擦寫(xiě)，使用方便而且壽命很長(zhǎng)，系統(tǒng)中選用的是1M x 16 bit的Flash SST39VF160。
c.2片4M x 16 bit的SDRAM組成4M x 32 bit的memory，本系統(tǒng)中采用32位總線。
d.1片電源芯片TPS767D301和1片復(fù)位芯片IMP811。
（2）GPRS通信模塊
GPRS通信模塊用的是SIEMENS TC45。蜂窩通信引擎TC45是Siemens在2004年推出的新一代GSM通信模塊。TC45模塊功能框圖如圖4所示，從功能分析主要由5部分組成［6］：GSM控制器(GSM controller)，GSM射頻部分(GSM RF Tra nsceiver，RF power amplifier，RF frontend Antenna connector)；電源ASIC(Appli cation Speciffic Intergrated Circuit)；Flash；SRAM及應(yīng)用接口(Application interface)。
TC45模塊的主要特性和技術(shù)指標(biāo)：①支持雙重波段EGSM900，GSM1800；②采用GPRS分時(shí)復(fù)用的Class 8的標(biāo)準(zhǔn)，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息和傳真服務(wù)，適應(yīng)GSM Phase2/2+標(biāo)準(zhǔn)；③內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧；④支持JAVA編程；⑤單電源使 用；⑥低功耗，處于睡眠狀態(tài)時(shí)僅3.0mA電流；⑦自動(dòng)波特率1 200~230 400bps，支持三種語(yǔ)音編碼的傳送速率；⑧支持兩種規(guī)程協(xié)議PAP(口令鑒定規(guī)程協(xié)議和CHAP (口令同步交換鑒別規(guī)程協(xié)議)，一般適合PPP連接使用。在本系統(tǒng)中選用此通信模塊，其內(nèi)置TCP/IP協(xié)議?？梢圆粚?duì)GPRS模塊編寫(xiě)通信協(xié)議軟件，大大降低了軟件工作量，而且其操作簡(jiǎn)便可以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。
a.主處理器采用的S3C44B0X芯片是三星公司生產(chǎn)的基于32位的ARM7系列的AR M7TDMI內(nèi)核的SOC，它是目前應(yīng)用很廣的嵌入式RISC處理器。ARM是Advanc ed RISC（reduced instruction set computer）Machines的簡(jiǎn)稱(chēng)。ARM技術(shù)是近年來(lái)十分流行的一項(xiàng)技術(shù)，ARM芯片高性能與靈活性相統(tǒng)一，靈活的微控制器與DSP的數(shù)據(jù)處理能力相結(jié)合，提供擴(kuò)充的增強(qiáng)的固定長(zhǎng)的16/32位的雙指令集［5］。S3C44B0X集成片上資源有：8 kB緩存的2.5V靜態(tài)ARM7TCMICPU核；擴(kuò)展內(nèi)存控制器；帶有1個(gè)專(zhuān)用DMA通道的LCD控制器；2個(gè)DMA通道，1個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的DMA通道；1個(gè)I2C總線 控制器；5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器；看門(mén)狗定時(shí)器；71個(gè)通用I/O口，8個(gè)外部中斷源；8個(gè)10位ADC。
b.閃速存儲(chǔ)器和EPROM類(lèi)似，可用電擦寫(xiě)，使用方便而且壽命很長(zhǎng)，系統(tǒng)中選用的是1M x 16 bit的Flash SST39VF160。
c.2片4M x 16 bit的SDRAM組成4M x 32 bit的memory，本系統(tǒng)中采用32位總線。
d.1片電源芯片TPS767D301和1片復(fù)位芯片IMP811。
（2）GPRS通信模塊
GPRS通信模塊用的是SIEMENS TC45。蜂窩通信引擎TC45是Siemens在2004年推出的新一代GSM通信模塊。TC45模塊功能框圖如圖4所示，從功能分析主要由5部分組成［6］：GSM控制器(GSM controller)，GSM射頻部分(GSM RF Tra nsceiver，RF power amplifier，RF frontend Antenna connector)；電源ASIC(Appli cation Speciffic Intergrated Circuit)；Flash；SRAM及應(yīng)用接口(Application interface)。
TC45模塊的主要特性和技術(shù)指標(biāo)：①支持雙重波段EGSM900，GSM1800；②采用GPRS分時(shí)復(fù)用的Class 8的標(biāo)準(zhǔn)，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息和傳真服務(wù)，適應(yīng)GSM Phase2/2+標(biāo)準(zhǔn)；③內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧；④支持JAVA編程；⑤單電源使 用；⑥低功耗，處于睡眠狀態(tài)時(shí)僅3.0mA電流；⑦自動(dòng)波特率1 200~230 400bps，支持三種語(yǔ)音編碼的傳送速率；⑧支持兩種規(guī)程協(xié)議PAP(口令鑒定規(guī)程協(xié)議和CHAP (口令同步交換鑒別規(guī)程協(xié)議)，一般適合PPP連接使用。在本系統(tǒng)中選用此通信模塊，其內(nèi)置TCP/IP協(xié)議?？梢圆粚?duì)GPRS模塊編寫(xiě)通信協(xié)議軟件，大大降低了軟件工作量，而且其操作簡(jiǎn)便可以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。
?。?）數(shù)據(jù)采集模塊
配變監(jiān)測(cè)器中的數(shù)據(jù)采集模塊由電壓電流高精度采樣器、高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速數(shù)據(jù)處理器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)接口設(shè)備組成。其功能方框圖如圖5所示。
數(shù)據(jù)采集模塊以高速數(shù)據(jù)處理器ADSP2183為核心，主要完成對(duì)配變運(yùn)行時(shí)各實(shí)時(shí)參數(shù)的采集，實(shí)時(shí)監(jiān)視配變的運(yùn)行狀況。
本模塊針對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)互感器及傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換等處理，其中數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs，轉(zhuǎn)換精度為12位，保證了系統(tǒng)對(duì)配變運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和高精度的要求。
配變監(jiān)測(cè)器中的數(shù)據(jù)采集模塊由電壓電流高精度采樣器、高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速數(shù)據(jù)處理器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)接口設(shè)備組成。其功能方框圖如圖5所示。
數(shù)據(jù)采集模塊以高速數(shù)據(jù)處理器ADSP2183為核心，主要完成對(duì)配變運(yùn)行時(shí)各實(shí)時(shí)參數(shù)的采集，實(shí)時(shí)監(jiān)視配變的運(yùn)行狀況。
本模塊針對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)互感器及傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換等處理，其中數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs，轉(zhuǎn)換精度為12位，保證了系統(tǒng)對(duì)配變運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和高精度的要求。
4.2基于GPRS的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)
?。?）可靠性高
配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性包括現(xiàn)場(chǎng)配變運(yùn)行可靠和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可靠。配變監(jiān)測(cè)器的硬件 設(shè)計(jì)中采用了看門(mén)狗（WATCHDOG）設(shè)計(jì)，對(duì)主CPU和電源狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證程序正常運(yùn)行，不會(huì)跑飛導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
配變監(jiān)測(cè)器通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)和配變監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行通信，而在接入Internet時(shí)采用的是VPN接入方式。VPN的安全性主要體現(xiàn)在：①網(wǎng)絡(luò)接入層安全；②終端的合法性安全；③數(shù)據(jù)在GPRS網(wǎng)絡(luò)中傳輸安全；④防火墻過(guò)濾和嚴(yán)格的認(rèn)證管理提供安全保障；⑤在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸之前對(duì)自身的應(yīng)用層加密，可以確保安全。這種多層的安全保障保證了傳送到配變監(jiān)控中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是可靠的，符合電力系統(tǒng)安全可靠的要求。
?。?）數(shù)據(jù)吞吐量大
通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，配變監(jiān)控中心可以采集各個(gè)配變的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括正常或者異常運(yùn)行），通過(guò)實(shí)時(shí)分析，可以對(duì)配變的異常作出實(shí)時(shí)的處理。而且不必要擔(dān)心數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生堵塞。
（3）經(jīng)濟(jì)性高
現(xiàn)在GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)很完善，覆蓋范圍越來(lái)越廣。利用本文中設(shè)計(jì)的配變監(jiān)測(cè)器，可以在中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)造配變監(jiān)控系統(tǒng)，即使在偏遠(yuǎn)地區(qū)構(gòu)建配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也是很可行的。這是最大限度節(jié)約投資的方案。在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)按流量計(jì)費(fèi)，比較其他的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運(yùn)行費(fèi)用低廉。
?。?）可靠性高
配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性包括現(xiàn)場(chǎng)配變運(yùn)行可靠和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可靠。配變監(jiān)測(cè)器的硬件 設(shè)計(jì)中采用了看門(mén)狗（WATCHDOG）設(shè)計(jì)，對(duì)主CPU和電源狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證程序正常運(yùn)行，不會(huì)跑飛導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
配變監(jiān)測(cè)器通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)和配變監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行通信，而在接入Internet時(shí)采用的是VPN接入方式。VPN的安全性主要體現(xiàn)在：①網(wǎng)絡(luò)接入層安全；②終端的合法性安全；③數(shù)據(jù)在GPRS網(wǎng)絡(luò)中傳輸安全；④防火墻過(guò)濾和嚴(yán)格的認(rèn)證管理提供安全保障；⑤在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸之前對(duì)自身的應(yīng)用層加密，可以確保安全。這種多層的安全保障保證了傳送到配變監(jiān)控中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是可靠的，符合電力系統(tǒng)安全可靠的要求。
?。?）數(shù)據(jù)吞吐量大
通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，配變監(jiān)控中心可以采集各個(gè)配變的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括正常或者異常運(yùn)行），通過(guò)實(shí)時(shí)分析，可以對(duì)配變的異常作出實(shí)時(shí)的處理。而且不必要擔(dān)心數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生堵塞。
（3）經(jīng)濟(jì)性高
現(xiàn)在GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)很完善，覆蓋范圍越來(lái)越廣。利用本文中設(shè)計(jì)的配變監(jiān)測(cè)器，可以在中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)造配變監(jiān)控系統(tǒng)，即使在偏遠(yuǎn)地區(qū)構(gòu)建配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也是很可行的。這是最大限度節(jié)約投資的方案。在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)按流量計(jì)費(fèi)，比較其他的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運(yùn)行費(fèi)用低廉。
5結(jié)語(yǔ)
配電變壓器通過(guò)裝設(shè)配變監(jiān)測(cè)器，構(gòu)建基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使配電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，符合新型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)配變監(jiān)測(cè)器在供電公司的安裝運(yùn)行表明，本文中設(shè)計(jì)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為配電自動(dòng)化提供了一個(gè)理想的方案，它對(duì)配電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和保證供電質(zhì)量等方面具有重要意義。
配電變壓器通過(guò)裝設(shè)配變監(jiān)測(cè)器，構(gòu)建基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使配電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，符合新型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)配變監(jiān)測(cè)器在供電公司的安裝運(yùn)行表明，本文中設(shè)計(jì)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為配電自動(dòng)化提供了一個(gè)理想的方案，它對(duì)配電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和保證供電質(zhì)量等方面具有重要意義。
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