摘要：本文介紹了嵌入式IP、通用分組無線業務（GPRS）技術在配電線損在線監測系統中的應用，并從硬件平臺和軟件實現方面闡述了相關的技術及實現方法。強調了在現場多種通信方式綜合使用的優點，為電力企業提供了更多、更實際的解決方案。
關鍵詞：通信方式、通用分組無線業務（GPRS）、嵌入式IP、配電線損在線監測系統

一、引言

配電線損在線監測系統是一個集電能量及相關數據采集、傳送和應用于一體的計算機信息系統。采集信息主要包括1）、實時數據：電壓、電流、功率、功率因數、電量、報警值等，其中報警值一旦發生，可立即從采集終端主動上報給系統主站；2）歷史數據：對處理過的實時數據的備份及其它一些統計數據（如最大、最小值、累計值等）、歷史事件記錄、計算數據（如負荷不平衡率、電壓合格率等），此類數據量大，保存時間長，可靠性要求高；3）、管理數據：數據采集終端信息、廠站信息、通道信息、表計信息等，此類數據穩定，容量不大，易于管理。對于眾多數據的傳送，選擇可靠、穩定、容量大、實時在線的通信方式是系統實現的先決條件。

隨著現代通信技術的發展，網絡技術特別是基于TCP/IP通信協議的因特網技術得到了廣泛的應用和普及。IP網絡數據傳輸通道容量大、傳輸速率高、可靠性高，實時性高，因而是配電網數據傳送的優選通道。

二、配電線損在線監測系統結構

配電線損在線監測系統主要采集各個配電變電站的表計信息。配電變電站的通信條件是各種各樣的，有的已經建好工業以太網，可直接利用以太網與主站進行網絡數據傳輸；有的與主站間具備非對稱數字用戶環路（ADSL），可利用寬帶接入與主站進行網絡數據傳輸；有的與主站間沒有通信線路連接，但變電站處于移動網絡覆蓋范圍之內，可利用通用分組無線業務（GPRS，GeneralPacketRadioService）技術，以無線方式與主站進行網絡數據傳輸；有些老的變電站與主站之間的通信依靠無線數傳電臺，為了節約成本，在對速率沒有特殊要求的情況下，可利用數傳電臺直接與主站進行數據通信；對于數據量不大、實時性要求不強的變電站還可利用已有電話線路進行數據通信。配電線損在線監測系統的硬件、軟件設計應綜合考慮各種現場情況，適應多種通信方式。數據采集終端模塊化設計，具備支持電話、GSM、GPRS、ADSL、無線數傳電臺、工業以太網等多種通信模塊，可根據現場應用情況，直接配備一種或多種通信模塊；主站軟件設計采用多任務管理器，可同時以不同的通信方式與多個數據采集終端進行數據交換。系統通信結構框圖如圖1

三、嵌入式IP技術在采集終端中的應用

傳統的網絡數據通信主要是基于PC機或工作站的軟硬件環境，依賴于內嵌在操作系統（如WindowsNT、Windwos2000、UNIX等）中的網絡協議等，多任務、多通道通信也依賴于操作系統的多任務管理。在配電線損在線監測系統主站端采用這種方式就能解決問題。而對于數據采集終端，為降低硬件成本，采用的是8位微控制器，要實現基于IP的網絡數據傳輸、多通道數據通信，就需將IP通信協議及其它網絡通信協議固化在微控制器內。要解決這一問題我們采用嵌入式模塊來實現。所謂嵌入式模塊就是將應用程序開發與硬件集成在一起，模塊上有微處理器和各種外圍芯片，應用程序部分固化在Flash中，工作方式類似于BIOS。嵌入式系統在嵌入式微處理器、外圍硬件設備以及特定的應用程序支持下響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地進行，具有獨立性、及時性、交互性、可靠性的特點。在數據采集終端硬件設計中選用嵌入式的核心模塊，此模塊提供6個串口和一個10Mbps以太網口，選擇4個串口作為下行通道，可采集多種規約的三相智能表或計量模塊數據，選擇另外兩個串口和一個以太網口作為上行通道，可接入IEC102、DL/T645規約。為了兼容電話、GSM、GPRS、ADSL、無線數傳電臺、工業以太網等多種通信方式，采集終端內置MODEM模塊，方便不同條件的現場使用。固化在Flash中的應用程序除了具備數據采集、計算處理的功能外，運用嵌入式系統的編程思想可完成高效的實時多任務調度、中斷管理、實時的系統資源利用以及實時的任務間通信，同時為了完成網絡通信，將網絡協議族（TCP/IP）也內嵌在應用程序中，方便實現IP方式的數據通信。

四、GPRS技術在配電線損在線監測系統中的應用

網絡數據傳輸是適合配電線損在線監測系統的數據傳輸通道，在已建成工業以太網或已具備其它網絡條件的變電站上進行網絡數據傳輸是非常方便的，但對于未有網絡硬件基礎的變電站，如何進行可靠、實時在線的數據傳輸一直以來都是一個技術難點。隨著中國移動、中國聯通在全國大面積范圍內鋪設基站，幾乎神州大地的各個角落都被覆蓋在移動網絡范圍之內，而分組無限業務（GPRS）的產生為以無線方式進行網絡數據傳輸提供了可靠的解決方案。GPRS是通用分組無線業務的英文簡稱，是GSMPhase2 階段引入的一種基于分組的數據業務，它能夠實現從空中接口到外部網絡之間的分組數據傳輸，GPRS可以接入基于TCP/IP的外部網絡和X.25網絡。GPRS的主要特點是：GPRS向用戶提供從9kbps到多于171.2kbps的接入速率。更為有效地利用無線資源可動態地向單個用戶分配位于同一載頻上的1到8個時隙。無線接口資源可根據業務流量和運營者的選擇在語音和數據業務之間共享。GPRS支持上行和下行的非對稱傳輸，更為有效地實現和IP網絡的互通。GPRS從協議結構上提供了和IP網絡、X.25網絡的互通功能。GPRS能向用戶提供Internet所提供的一切功能，GPRS對于Internet的其它組成部分來說，只是一個普通的子網。用戶在擁有一個電話號碼的同時將擁有一個固定的或動態分配的IP地址。GPRS用戶的建立時間更短，而且GPRS是以業務流量作為收費標準。綜上所述GPRS的主要優點是：1）瞬間上網——GPRS的用戶一開機，就始終附著在GPRS網絡上，每次使用時只需一個激活過程，一般只需2～3秒的時間就能登錄至網絡上；2）永遠在線——GPRS由于使用了“分組”技術，只要用戶的GPRSMODEM處于開機狀態，就隨時與移動GPRS網絡保持聯系；3）快速傳輸——采用分組交換技術，無線網絡的傳輸速率可達到56kbps—114kbps；4）按量計費——GPRS技術是一種面向非連接的技術，用戶只有在真正收發數據時才需要保持與網絡的連接，因此大大提高了無線資源的利用率，用戶總是在線且按流量計費，迅速降低了服務成本；5）自由切換——GPRS具有數據傳輸與話音傳輸可同時進行或切換進行的優勢。

配電線損在線監測系統在不方便建立電力系統專用通道的地方采用GPRS進行無線方式的網絡數據傳輸是非常適合的。GPRS快速的傳輸速率可滿足系統數據采集量大的要求；GPRS的實時在線可滿足系統對實時數據、報警數據的及時傳送；GPRS的按流量計費可大大節省系統的運行成本，為系統的實際應用提供了可能；GPRS的自由切換在處理系統主站與終端均未有固定IP地址時起了重大的作用，一旦終端處的GPRSMODEM獲得動態IP地址，立刻以GSM短消息的方式通知給系統主站，然后自動從GSM短消息狀態切換到GPRS數據傳輸狀態。GPRS在配電線損在線監測系統的具體應用中有兩種模式：1）系統主站具備固定的IP地址——系統主站建立DDN專線或專用服務器或以其它方式具備固定IP地址，將IP地址設置到采集終端設備中，采集終端處的GPRS模塊設置為上電后自動連接GPRS網絡，連接上網絡后將獲得一動態IP地址，并自動將獲得的IP地址以透明方式向預先設定的主站IP地址處請求建立連接，當主站對建立連接回復響應后，主站與終端便建立了透明的數據網絡傳輸通道，就可進行數據傳送。此外采集終端還應具備自動檢測功能，不斷檢測GPRS模塊是否連接在網絡上，一旦發生掉線，GPRS模塊能馬上聯網，重新獲得一動態IP地址并發送到主站處，從而保證系統通信實時在線；2）系統主站只有動態分配的IP地址——系統主站以寬帶ADSL或無線GPRSMODEM或其它方式以不透明方式上網可獲得一動態IP地址，采集終端處的GPRS模塊設置為上電后自動連接GPRS網絡，連接上網絡后將獲得一動態IP地址，GPRS模塊先切換到GSM短消息狀態，以短消息的方式將獲得的動態IP地址發送給系統主站，然后再自動切換到數據傳輸狀態，系統主站連接上GPRS網絡后首先通過短消息的方式查詢下端各個數據采集終端的GPRS模塊的IP地址，并可將此IP地址存貯，再向各個已知IP地址的數據采集終端發送連接確認命令和主站的動態IP地址，從而與采集終端建立透明的網絡數據傳輸通道，可進行數據傳輸。一旦主站發生網絡掉線，主站需再次上網，并將重新獲得的主站動態IP地址發送給下端各個采集終端，同樣當下端某個GPRS模塊掉線后，也應馬上重新上網，并將重新獲得的動態IP地址以短消息的方式發送給系統主站，來保證系統的通信連接實時在線。

五、結束語

本文主要闡述了嵌入式IP技術、通用分組無線業務（GPRS）技術在配電線損在線監測系統中應用的優點及具體應用方案，強調了一個良好的系統必須具備靈活性、適用性，對于不同的現場需因地制宜地配置最適合的通信方案，建立可靠、快速、穩定、經濟的通信信道，從根本意義上提高系統監測管理水平，有效降低系統運行維護費用，為廣大電力用戶提供切實可行的解決方案。

作者簡介：
趙東艷中國電力科學研究院通信與信息技術公司工程師，主要從事配電系統自動化方面的軟件開發工作。
趙羨龍中國電力科學研究院通信與信息技術公司工程師，主要從事配電系統自動化方面的硬件開發工作。
田世明中國電力科學研究院通信與信息技術公司高級工程師，開發部經理，主要從事配電系統自動化方面的研究工作。

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