摘要：本文介紹了嵌入式IP、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）技術(shù)在配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并從硬件平臺(tái)和軟件實(shí)現(xiàn)方面闡述了相關(guān)的技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。強(qiáng)調(diào)了在現(xiàn)場(chǎng)多種通信方式綜合使用的優(yōu)點(diǎn)，為電力企業(yè)提供了更多、更實(shí)際的解決方案。
關(guān)鍵詞：通信方式、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）、嵌入式IP、配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一、引言

配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集電能量及相關(guān)數(shù)據(jù)采集、傳送和應(yīng)用于一體的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。采集信息主要包括1）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電量、報(bào)警值等，其中報(bào)警值一旦發(fā)生，可立即從采集終端主動(dòng)上報(bào)給系統(tǒng)主站；2）歷史數(shù)據(jù)：對(duì)處理過(guò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的備份及其它一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如最大、最小值、累計(jì)值等）、歷史事件記錄、計(jì)算數(shù)據(jù)（如負(fù)荷不平衡率、電壓合格率等），此類數(shù)據(jù)量大，保存時(shí)間長(zhǎng)，可靠性要求高；3）、管理數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)采集終端信息、廠站信息、通道信息、表計(jì)信息等，此類數(shù)據(jù)穩(wěn)定，容量不大，易于管理。對(duì)于眾多數(shù)據(jù)的傳送，選擇可靠、穩(wěn)定、容量大、實(shí)時(shí)在線的通信方式是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的先決條件。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是基于TCP/IP通信協(xié)議的因特網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和普及。IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道容量大、傳輸速率高、可靠性高，實(shí)時(shí)性高，因而是配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的優(yōu)選通道。

二、配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采集各個(gè)配電變電站的表計(jì)信息。配電變電站的通信條件是各種各樣的，有的已經(jīng)建好工業(yè)以太網(wǎng)，可直接利用以太網(wǎng)與主站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；有的與主站間具備非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL），可利用寬帶接入與主站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；有的與主站間沒(méi)有通信線路連接，但變電站處于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍之內(nèi)，可利用通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS，GeneralPacketRadioService）技術(shù)，以無(wú)線方式與主站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；有些老的變電站與主站之間的通信依靠無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)，為了節(jié)約成本，在對(duì)速率沒(méi)有特殊要求的情況下，可利用數(shù)傳電臺(tái)直接與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；對(duì)于數(shù)據(jù)量不大、實(shí)時(shí)性要求不強(qiáng)的變電站還可利用已有電話線路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮各種現(xiàn)場(chǎng)情況，適應(yīng)多種通信方式。數(shù)據(jù)采集終端模塊化設(shè)計(jì)，具備支持電話、GSM、GPRS、ADSL、無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)、工業(yè)以太網(wǎng)等多種通信模塊，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，直接配備一種或多種通信模塊；主站軟件設(shè)計(jì)采用多任務(wù)管理器，可同時(shí)以不同的通信方式與多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)框圖如圖1

三、嵌入式IP技術(shù)在采集終端中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信主要是基于PC機(jī)或工作站的軟硬件環(huán)境，依賴于內(nèi)嵌在操作系統(tǒng)（如WindowsNT、Windwos2000、UNIX等）中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，多任務(wù)、多通道通信也依賴于操作系統(tǒng)的多任務(wù)管理。在配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站端采用這種方式就能解決問(wèn)題。而對(duì)于數(shù)據(jù)采集終端，為降低硬件成本，采用的是8位微控制器，要實(shí)現(xiàn)基于IP的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、多通道數(shù)據(jù)通信，就需將IP通信協(xié)議及其它網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議固化在微控制器內(nèi)。要解決這一問(wèn)題我們采用嵌入式模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂嵌入式模塊就是將應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與硬件集成在一起，模塊上有微處理器和各種外圍芯片，應(yīng)用程序部分固化在Flash中，工作方式類似于BIOS。嵌入式系統(tǒng)在嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備以及特定的應(yīng)用程序支持下響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行，具有獨(dú)立性、及時(shí)性、交互性、可靠性的特點(diǎn)。在數(shù)據(jù)采集終端硬件設(shè)計(jì)中選用嵌入式的核心模塊，此模塊提供6個(gè)串口和一個(gè)10Mbps以太網(wǎng)口，選擇4個(gè)串口作為下行通道，可采集多種規(guī)約的三相智能表或計(jì)量模塊數(shù)據(jù)，選擇另外兩個(gè)串口和一個(gè)以太網(wǎng)口作為上行通道，可接入IEC102、DL/T645規(guī)約。為了兼容電話、GSM、GPRS、ADSL、無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)、工業(yè)以太網(wǎng)等多種通信方式，采集終端內(nèi)置MODEM模塊，方便不同條件的現(xiàn)場(chǎng)使用。固化在Flash中的應(yīng)用程序除了具備數(shù)據(jù)采集、計(jì)算處理的功能外，運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)的編程思想可完成高效的實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源利用以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信，同時(shí)為了完成網(wǎng)絡(luò)通信，將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族（TCP/IP）也內(nèi)嵌在應(yīng)用程序中，方便實(shí)現(xiàn)IP方式的數(shù)據(jù)通信。

四、GPRS技術(shù)在配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是適合配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，在已建成工業(yè)以太網(wǎng)或已具備其它網(wǎng)絡(luò)條件的變電站上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是非常方便的，但對(duì)于未有網(wǎng)絡(luò)硬件基礎(chǔ)的變電站，如何進(jìn)行可靠、實(shí)時(shí)在線的數(shù)據(jù)傳輸一直以來(lái)都是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。隨著中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通在全國(guó)大面積范圍內(nèi)鋪設(shè)基站，幾乎神州大地的各個(gè)角落都被覆蓋在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)范圍之內(nèi)，而分組無(wú)限業(yè)務(wù)（GPRS）的產(chǎn)生為以無(wú)線方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的解決方案。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的英文簡(jiǎn)稱，是GSMPhase2 階段引入的一種基于分組的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)從空中接口到外部網(wǎng)絡(luò)之間的分組數(shù)據(jù)傳輸，GPRS可以接入基于TCP/IP的外部網(wǎng)絡(luò)和X.25網(wǎng)絡(luò)。GPRS的主要特點(diǎn)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(wú)線資源可動(dòng)態(tài)地向單個(gè)用戶分配位于同一載頻上的1到8個(gè)時(shí)隙。無(wú)線接口資源可根據(jù)業(yè)務(wù)流量和運(yùn)營(yíng)者的選擇在語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間共享。GPRS支持上行和下行的非對(duì)稱傳輸，更為有效地實(shí)現(xiàn)和IP網(wǎng)絡(luò)的互通。GPRS從協(xié)議結(jié)構(gòu)上提供了和IP網(wǎng)絡(luò)、X.25網(wǎng)絡(luò)的互通功能。GPRS能向用戶提供Internet所提供的一切功能，GPRS對(duì)于Internet的其它組成部分來(lái)說(shuō)，只是一個(gè)普通的子網(wǎng)。用戶在擁有一個(gè)電話號(hào)碼的同時(shí)將擁有一個(gè)固定的或動(dòng)態(tài)分配的IP地址。GPRS用戶的建立時(shí)間更短，而且GPRS是以業(yè)務(wù)流量作為收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述GPRS的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）瞬間上網(wǎng)——GPRS的用戶一開(kāi)機(jī)，就始終附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時(shí)只需一個(gè)激活過(guò)程，一般只需2～3秒的時(shí)間就能登錄至網(wǎng)絡(luò)上；2）永遠(yuǎn)在線——GPRS由于使用了“分組”技術(shù)，只要用戶的GPRSMODEM處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)，就隨時(shí)與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系；3）快速傳輸——采用分組交換技術(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可達(dá)到56kbps—114kbps；4）按量計(jì)費(fèi)——GPRS技術(shù)是一種面向非連接的技術(shù)，用戶只有在真正收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)才需要保持與網(wǎng)絡(luò)的連接，因此大大提高了無(wú)線資源的利用率，用戶總是在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本；5）自由切換——GPRS具有數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸可同時(shí)進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢(shì)。

配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在不方便建立電力系統(tǒng)專用通道的地方采用GPRS進(jìn)行無(wú)線方式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是非常適合的。GPRS快速的傳輸速率可滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集量大的要求；GPRS的實(shí)時(shí)在線可滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的及時(shí)傳送；GPRS的按流量計(jì)費(fèi)可大大節(jié)省系統(tǒng)的運(yùn)行成本，為系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了可能；GPRS的自由切換在處理系統(tǒng)主站與終端均未有固定IP地址時(shí)起了重大的作用，一旦終端處的GPRSMODEM獲得動(dòng)態(tài)IP地址，立刻以GSM短消息的方式通知給系統(tǒng)主站，然后自動(dòng)從GSM短消息狀態(tài)切換到GPRS數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。GPRS在配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體應(yīng)用中有兩種模式：1）系統(tǒng)主站具備固定的IP地址——系統(tǒng)主站建立DDN專線或?qū)Ｓ梅?wù)器或以其它方式具備固定IP地址，將IP地址設(shè)置到采集終端設(shè)備中，采集終端處的GPRS模塊設(shè)置為上電后自動(dòng)連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，連接上網(wǎng)絡(luò)后將獲得一動(dòng)態(tài)IP地址，并自動(dòng)將獲得的IP地址以透明方式向預(yù)先設(shè)定的主站IP地址處請(qǐng)求建立連接，當(dāng)主站對(duì)建立連接回復(fù)響應(yīng)后，主站與終端便建立了透明的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。此外采集終端還應(yīng)具備自動(dòng)檢測(cè)功能，不斷檢測(cè)GPRS模塊是否連接在網(wǎng)絡(luò)上，一旦發(fā)生掉線，GPRS模塊能馬上聯(lián)網(wǎng)，重新獲得一動(dòng)態(tài)IP地址并發(fā)送到主站處，從而保證系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)在線；2）系統(tǒng)主站只有動(dòng)態(tài)分配的IP地址——系統(tǒng)主站以寬帶ADSL或無(wú)線GPRSMODEM或其它方式以不透明方式上網(wǎng)可獲得一動(dòng)態(tài)IP地址，采集終端處的GPRS模塊設(shè)置為上電后自動(dòng)連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，連接上網(wǎng)絡(luò)后將獲得一動(dòng)態(tài)IP地址，GPRS模塊先切換到GSM短消息狀態(tài)，以短消息的方式將獲得的動(dòng)態(tài)IP地址發(fā)送給系統(tǒng)主站，然后再自動(dòng)切換到數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，系統(tǒng)主站連接上GPRS網(wǎng)絡(luò)后首先通過(guò)短消息的方式查詢下端各個(gè)數(shù)據(jù)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(gè)已知IP地址的數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送連接確認(rèn)命令和主站的動(dòng)態(tài)IP地址，從而與采集終端建立透明的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道，可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一旦主站發(fā)生網(wǎng)絡(luò)掉線，主站需再次上網(wǎng)，并將重新獲得的主站動(dòng)態(tài)IP地址發(fā)送給下端各個(gè)采集終端，同樣當(dāng)下端某個(gè)GPRS模塊掉線后，也應(yīng)馬上重新上網(wǎng)，并將重新獲得的動(dòng)態(tài)IP地址以短消息的方式發(fā)送給系統(tǒng)主站，來(lái)保證系統(tǒng)的通信連接實(shí)時(shí)在線。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文主要闡述了嵌入式IP技術(shù)、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）技術(shù)在配電線損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及具體應(yīng)用方案，強(qiáng)調(diào)了一個(gè)良好的系統(tǒng)必須具備靈活性、適用性，對(duì)于不同的現(xiàn)場(chǎng)需因地制宜地配置最適合的通信方案，建立可靠、快速、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的通信信道，從根本意義上提高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)管理水平，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，為廣大電力用戶提供切實(shí)可行的解決方案。

作者簡(jiǎn)介：
趙東艷中國(guó)電力科學(xué)研究院通信與信息技術(shù)公司工程師，主要從事配電系統(tǒng)自動(dòng)化方面的軟件開(kāi)發(fā)工作。
趙羨龍中國(guó)電力科學(xué)研究院通信與信息技術(shù)公司工程師，主要從事配電系統(tǒng)自動(dòng)化方面的硬件開(kāi)發(fā)工作。
田世明中國(guó)電力科學(xué)研究院通信與信息技術(shù)公司高級(jí)工程師，開(kāi)發(fā)部經(jīng)理，主要從事配電系統(tǒng)自動(dòng)化方面的研究工作。

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