0 引言
隨著經濟的發(fā)展，眾多具有節(jié)能意義的配電房擺脫了人工抄表的方式，并利用配電綜合測控儀等配電網運行狀態(tài)監(jiān)測設備來實現(xiàn)用電數(shù)據的管理和分析。而單個配電綜合測控儀采集的配電房狀態(tài)信息，常常需要快速傳送到調度中心主站，供調度人員或調度軟件分析和處理，以進行合理的電網調度和事故處理。但配電房地理位置的分散性使配電網數(shù)據傳輸網絡的建設和擴展非常困難。
傳統(tǒng)的解決方法是利用覆蓋面廣的電話線路進行配電網數(shù)據的傳輸，但它有容量小、速度慢等缺點，隨著用電設備和配電房數(shù)量的日益增長，已經滿足不了配電網調度自動化系統(tǒng)的數(shù)據傳輸要求。近年來，無線網絡傳輸技術以其傳輸容量大，且不需要為新增的配電綜合測控儀建設新的數(shù)據傳輸網絡等優(yōu)點更適合配電網的數(shù)據傳輸。本文就給出了這樣一種基于CDMA 1X網絡的配電綜合測控儀無線通信模塊設計方案。
1通信模塊工作過程
本配電綜合測控儀發(fā)送電網參數(shù)信息到調度中心的通信過程示意圖見圖1所示。圖中的配電綜合測控儀作為下位機，首先采用ARM和μC／OS-II實時操作系統(tǒng)結合的開發(fā)平臺，來實現(xiàn)配電網數(shù)據采集功能、電網參數(shù)計算功能、電容器投切控制功能和下位機通信功能。而后下位機通信程序將要傳送給上位機的電網參數(shù)數(shù)據組裝成幀，通過串行口傳送到H7710DTU無線數(shù)據傳輸單元。對于H7710DTU而言，此幀即為用戶數(shù)據，它自動將用戶數(shù)據組裝成符合IS-95A、IS-95BCDMA空中接口標準的數(shù)據幀，并通過天線發(fā)送出去。接下來H7920 CDMA 1X路由器接收到與之建立無線連接的H7710DTU發(fā)送的數(shù)據幀后，按照IS-95A、IS-95B標準自動將用戶數(shù)據從幀中取出，并通過RJ-45網口傳送給上位機做處理。系統(tǒng)中的H7710DTU和H7920 CDMA 1X路由器所構成的用于配電綜合測控儀和調度中心之間數(shù)據傳輸?shù)耐该魍ǖ?，可以完成用戶?shù)據的可靠交付。
圖1中只給出一個配電綜合測控儀與調度中心主機的連接，實際上可隨意擴展配電綜合測控儀的數(shù)量，只要多點同時傳輸?shù)臄?shù)據量不超過100 kB／s(CDMA 1X的實際應用帶寬)。
由圖1可以看出，本文設計的無線通信模塊由三部分構成，即：配電綜合測控儀中的下位機通信程序部分、H7710DTU和H7920無線路由器構成的無線數(shù)據通道部分、調度中心主機中的上位機軟件部分。其中無線數(shù)據通道部分是其它兩部分的通信基礎，用以完成網絡層、數(shù)據鏈路層和物理層功能，負責建立和維護一個(或多個)下位機到上位機之間的數(shù)據通道，此部分一經配置好即可自動工作。上、下位機作為對等的通信實體，處于應用層，不需要考慮下層數(shù)據通道的具體工作過程，只須通過串口或網口輸入輸出用戶數(shù)據即可，下位機主要負責將電網參數(shù)數(shù)據按電力通信規(guī)約組織成幀進行通信和響應上位機的命令，上位機主要負責按相同電力規(guī)約提取幀中電網參數(shù)數(shù)據并通過發(fā)命令給下位機來控制相關設備的動作。
2無線數(shù)據傳輸通道的配置
本文方案中的無線數(shù)據傳輸通道由深圳宏電技術開發(fā)有限公司的H7710DTU無線數(shù)據傳輸單元和H7920無線路由器兩部分構成。其中的DTU是專門用于將串口數(shù)據通過GPRS或CDMA 1X網絡進行傳送的無線設備。而無線路由器則是一種基于GPRS／CDMA1X公用移動網絡平臺通過無線接入Internet的網絡設備。
2.1 H7710DTU的配置
H7710DTU需插入SIM卡才能使用，本方案中使用聯(lián)通的SIM卡，號碼是132********。配置工作主要包括四組參數(shù)，分別為：移動服務中心設置、數(shù)據終端單元設置、數(shù)據服務中心設置(DSC)、用戶串口設置。
移動服務中心用來保存移動網絡的服務信息，第一類是服務代碼，即為各移動網絡運營商提供的公用統(tǒng)一接入號碼，聯(lián)通CDMA用戶設置為號碼“#777”；另一類就是用戶名稱和用戶密碼，用于在撥號過程中驗證身份，聯(lián)通CDMA用戶設置為“card”，密碼也為“card"。
數(shù)據終端單元用來區(qū)分多個DTU，主要包括：a．DTU身份識別碼，給DTU終端取一個名稱，以方便用戶在中心端識別。b．本地通訊端口，指DTU收發(fā)數(shù)據的本地通訊端口號。
數(shù)據服務中心用來指定DTU要建立連接的數(shù)據服務中心(DSC)信息，主要包括把DSC服務器接入Internet所獲得的公網IP地址和DSC服務器的通訊端口號。
用戶串口設置用來匹配用戶端串口的輸入方式，主要包括波特率、數(shù)據位、校驗位和停止。此設置應與配電綜合測控儀串口的設置一致。
配置好H7710DTU之后，只要加電運行且DSC在線，DTU就會自動撥號并與H7920無線路由器建立數(shù)據連接通道。
2.2 H7920無線路由器的配置
H7920無線路由器也需要插入SIM卡才能使用，本方案中使用聯(lián)通的SIM卡。配置工作主要包括網絡參數(shù)設置和路由參數(shù)設置。
網絡參數(shù)設置用來指定無線路由器所連接的局域網和移動網絡信息，主要包括：a．局域網接口參數(shù)，可根據需要配置局域網絡IP地址。b．移動網絡參數(shù)，與H7710DTU的移動服務中心設置相同。
路由參數(shù)設置是指通過路由表來確定IP數(shù)據包需要發(fā)往的物理接口地址。如果用戶網絡有多個路由器和子網，就需要啟用路由表，以使數(shù)據包能走恰當?shù)穆窂剑沂共煌淖泳W間能互相通訊。
H7920無線移動路由器在接通電源后，會立即檢測運營商網絡，并在確定網絡信號正常的前提下，按所設定的號碼(中國聯(lián)通：#777)向運營商的網絡服務器進行撥號連接，然后在經過一系列的協(xié)議認證，且用戶名／密碼驗證通過后，運營商的網絡服務器會分配一個IP地址給移動路由器，至此PPP撥號連接完成。
3下位機通信程序的設計
通信模塊下位機采用廣州致遠電子有限公司的M2020-FNU20工控模塊為核心開發(fā)板。M2020-FNU20是基于LPC2220 (ARM7TDMI)工業(yè)級微控制器，內嵌μC／OS-II實時操作系統(tǒng)和對所有硬件的驅動支持庫，可以通過API函數(shù)來操作硬件。本文下位機通信程序是在ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)的，采用C語言和開發(fā)板提供的API函數(shù)來編寫。
下位機通信程序完成的主要功能有：a．調用API開啟、關閉及設置串口；b．調用API接收和發(fā)送數(shù)據；c．按照約定的電力規(guī)約，將配電綜合測控儀測量和計算得到的電網參數(shù)組織成數(shù)據幀并發(fā)送；d．接收上位機下達的命令幀，提取出控制信息，并傳送給設備執(zhí)行機構。
配電綜合測控儀采集到的實時電網參數(shù)以文件形式存放在Flash存儲器中。當調度中心輪詢到本配電綜合測控儀時，通信程序負責解釋下達的數(shù)據請求命令，并將要上傳的電網參數(shù)數(shù)據按約定的電力通信規(guī)約組織成一條或多條數(shù)據幀，以規(guī)定的交互方式發(fā)送給調度中心軟件。程序流程如圖2所示。
4調度中心軟件的設計
調度中心上位機軟件DSC(Data Service Center)主要用于接收DTU數(shù)據和向DTU發(fā)送數(shù)據。DSC和DTU之間的通訊需采用無線路由器開發(fā)包中動態(tài)庫wcomm_dll.dll文件來完成，該文件內含和DTU通訊所需要的全部API函數(shù)，包括服務的啟動、數(shù)據發(fā)送、數(shù)據接收、關閉服務等。DSC實際上是架構在wcomm_dll.dll所提供的功能之上的數(shù)據處理軟件，其主要功能如下：
(1)調用API啟動服務和停止服務；
(2)調用API接收數(shù)據和向DTU發(fā)送數(shù)據；
(3)按照約定的電力規(guī)約，從接到的數(shù)據幀中提取電網參數(shù)信息：
(4)電網參數(shù)信息的顯示及存儲；
(5)根據調度操作人員的輸入，組織控制命令幀并下發(fā)。
根據配電綜合測控儀上傳的數(shù)據類型幀的不同，來調用相應的幀處理函數(shù)，并將遙測、遙信、電能脈沖量及事件順序記錄分別提取出來，以圖表方式顯示在DSC界面上供調度人員查看，同時將數(shù)據備份存人Access數(shù)據庫。本方案中使用Delphi 7集成開發(fā)環(huán)境，采用ADOConnect組件租ADODataSet組件與Access數(shù)據庫連接來實現(xiàn)對數(shù)據庫的讀寫，而數(shù)據在界面上的圖表方式顯示則采用DataSource組件和DBGrid組件的配合來完成。其調度中心軟件程序流程如圖3所示。
5結束語
在當前能源緊缺的形勢下，建設配電網調度自動化系統(tǒng)具有重要的節(jié)能意義。本文設計的基于CDMA 1X無線網絡的配電綜合測控儀通信模塊，經實驗驗證，其通信速度快，可靠性高，且配置和擴展非常方便，可滿足配電網調度自動化系統(tǒng)的數(shù)據傳輸要求，對推進配電網調度自動化系統(tǒng)的建設具有一定的參考價值。
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