基于GPRS的电力设备无线监控系统研究

发表时间:2019/4/18   来源:《电力设备》2018年第30期   作者:金杰
[导读] 摘要:电力公司利用GPRS移动数据网络对各重要电力节点进行监控,自动读取相关数据并加以分析,进一步进行远程控制或设备维护,不仅可减少人力资源,缩短修护时间并节省专线建设成本,还能大大提高系统的整体性能和效率,保障设备的正常运转。
        (身份证号:33252219770911xxxx  浙江省杭州市  310051)
        摘要:电力公司利用GPRS移动数据网络对各重要电力节点进行监控,自动读取相关数据并加以分析,进一步进行远程控制或设备维护,不仅可减少人力资源,缩短修护时间并节省专线建设成本,还能大大提高系统的整体性能和效率,保障设备的正常运转。
        关键词:GPRS;电力设备;无线监控
        1 基于GPRS的远程监控
        远程监控是管理人员在异地通过计算机网络(WAN)和异地拨号或双方都接入Internet等手段,连接目标计算机(产品设备),通过本地计算机对远程计算机(设备)进行管理维护的行为。远程监控软件实际上是一种客户机/服务器程序。两台机器建立连接,通过TCP/IP协议进行通信。 关于远程监控的数据通信方案,我们考虑了以下几种:
        (1) 公司提供Web Service,电厂设备通过与电厂内网连接的公司网上访问服务器提供的服务,达到远程监控的目的;
        (2) 通过Modem拨号连接的方式连接到公司的服务器,进行数据传输,实现远程监控; (3) 通过GPRS无线通信的手段,实现远程监控。
        第一种方案需要得到客户电厂的支持,配置相应的网关、防火墙,但是出于政策、安全性、便捷性的考虑,电厂一般不允许采取这种方案。第二种方案需要单独接一根电话外线,由于设备通常安放在室外或者集控室,条件不允许,该方案也不成立。第三种方案,即GPRS通信的方式,可以基本解决现在的困难,只要是在中国移动的服务区范围以内,就可以实现无线通信和数据传输。GPRS永远在线,按流量计费的方式正好符合在线监控的需求。只要数据流量不是很大,按照0.03元/kb的计费方式,其经济性还是可以接受的。也可以将联通的CDMA无线通信方式作为备选方案。
        GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承接业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。
        GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换话音业务信道极其相似,因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可以提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式和网络资源,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务,特别适用于间断的、突发性的和频繁少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2kb/s,实际应用带宽大约在10~70kb/s。在此信道上提供TCP/IP连接,可以用于INTERNET连接、数据传输等。
        2 系统物理拓扑结构
        整个系统由装置客户端、监控客户端和服务器端三个部分组成。在电厂客户一侧,GPRS模块被安装于我公司生产的设备上。设备软件采集设备运行数据,整理后发送给GPRS模块。GPRS模块负责连接到中国移动GPRS网络,与设在我公司的数据库服务器建立一条无线链路,在这个链路上进行数据的传输。设在我公司的服务器负责对链路进行维护管理,对传回的数据进行分析处理。
        我公司的工程服务人员或者电厂客户的工作人员通过我公司开发的监控端软件从服务器读取远程客户现场传回的设备数据。监控软件连接数据库服务器,将数据取出后进行分析还原,还原成装置产品的运行状态图(棒图、趋势图、频谱图等)。根据这些信息,达到对客户电厂运行设备实时监控的目的。
        该系统同时提供Web服务的方式,利用Web浏览器实现远程监控,我公司的工程服务人员或者电厂客户可以通过拨号上网的方式连接到公司的Web服务器,利用浏览器通过Web服务的方式获取电厂客户端设备信息,同样可以达到实时监控的目的。


        3 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。
        4 远程监控系统软件
        远程监控系统软件由客户端软件和服务器端软件组成。
        4.1 客户端软件的实现
        客户机通过串口通信的方式控制GPRS模块,通过向串口写命令,对模块发出指令控制,根据串口返回的信息判断执行的情况。这个过程和Windows里面的“超级终端”工具十分相似。消息是以“AT指令”的形式发出。AT指令集有一整套完备的功能,标准的通信模块都予以支持。本项目使用的GPRS通信模块采用西门子公司的MC35模块,支持标准的“AT指令集”,并且提供相应的扩展指令。GPRS模块支持断线重播机制,可以实现自动连接的功能。客户机端建立一个Socket,向具有固定IP地址的服务器发送一个连接申请,连接成功后等待服务器的指令,一旦接收到相应的指令,就对指令进行判断,根据不同的指令上传不同的参数。
        4.2 服务器端软件的实现
        在服务器端,服务器处于监听状态。当有数据到达后触发相应事件,另开一个套接字用一个单独的线程来接收数据。数据传输的格式是将基本信息头和数据放在一起,定义为如下的结构类型: typedef struct {BYTE m_client //客户机代号 BYTE m_type //传输的数据类型 CTime m_time //传输数据的时间 DWORD m_length //传输数据的长度 BYTE* m_data //传输的数据内容 } Data客户端在发送数据前先自动填写相应的信息,服务器收到后分离出相应的信息,根据传输的不同数据类型进行相应的处理。服务器会将收到的数据存储在数据库中。当需要这些数据时,公司技术人员利用监控客户端软件连接到数据库服务器读取需要的数据,客户端软件会对数据进行处理,还原成现场设备运行的状态图,供公司的技术人员调用、参考,为电厂客户提供服务。
        5结论
        为提高电力设备监控的实时性和经济性,引入通用分组无线业务(GPRS)技术作为数据传输途径,搭建了基于GPRS的电力设备监控系统整体框架,并对其安全性进行了分析,着重设计了关键部件GPRS数据传输终端,经测试性能良好,满足电力监控的需要。整套方案经济性高,可行性强。
        参考文献:
        [1]成春旺, 刘晓平, 孔兵, et al. 基于GPRS的电力设备无线监控系统研究[J]. 电力系统通信, 2006, 27(2):39-41.
        [2]滕志军, 王晨臣, 任举, et al. 基于GPRS技术的电力设备远程监控系统研究[J]. 徐州工程学院学报(自然科学版), 2010, 25(1).
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