配電綜合測控儀通信模塊的設(shè)計

0  引言

隨著經(jīng)濟(jì)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(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備來實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)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(diào)度中心主站，供調(diào)度人員或調(diào)度軟件分析和處理，以進(jìn)行合理的電網(wǎng)調(diào)度和事故處理。但配電房地理位置的分散性使配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和擴(kuò)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(jìn)行配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，但它有容量小、速度慢等缺點，隨著用電設(shè)備和配電房數(shù)量的日益增長，已經(jīng)滿足不了配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。近年來，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)以其傳輸容量大，且不需要為新增的配電綜合測控儀建設(shè)新的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點更適合配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。本文就給出了這樣一種基于CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)的配電綜合測控儀無線通信模塊設(shè)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(wǎng)參數(shù)信息到調(diào)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(jī)，首先采用ARM和μC／OS-II實時操作系統(tǒng)結(jié)合的開發(fā)平臺，來實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集功能、電網(wǎng)參數(shù)計算功能、電容器投切控制功能和下位機(jī)通信功能。而后下位機(jī)通信程序?qū)⒁獋魉徒o上位機(jī)的電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)組裝成幀，通過串行口傳送到H7710DTU無線數(shù)據(jù)傳輸單元。對于H7710DTU而言，此幀即為用戶數(shù)據(jù)，它自動將用戶數(shù)據(jù)組裝成符合IS-95A、IS-95BCDMA空中接口標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)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(jù)幀后，按照IS-95A、IS-95B標(biāo)準(zhǔn)自動將用戶數(shù)據(jù)從幀中取出，并通過RJ-45網(wǎng)口傳送給上位機(jī)做處理。系統(tǒng)中的H7710DTU和H7920 CDMA 1X路由器所構(gòu)成的用于配電綜合測控儀和調(diào)度中心之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该魍ǖ?，可以完成用戶?shù)據(jù)的可靠交付。

　　圖1中只給出一個配電綜合測控儀與調(diào)度中心主機(jī)的連接，實際上可隨意擴(kuò)展配電綜合測控儀的數(shù)量，只要多點同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不超過100 kB／s(CDMA 1X的實際應(yīng)用帶寬)。

　　由圖1可以看出，本文設(shè)計的無線通信模塊由三部分構(gòu)成，即：配電綜合測控儀中的下位機(jī)通信程序部分、H7710DTU和H7920無線路由器構(gòu)成的無線數(shù)據(jù)通道部分、調(diào)度中心主機(jī)中的上位機(jī)軟件部分。其中無線數(shù)據(jù)通道部分是其它兩部分的通信基礎(chǔ)，用以完成網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)一個(或多個)下位機(jī)到上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通道，此部分一經(jīng)配置好即可自動工作。上、下位機(jī)作為對等的通信實體，處于應(yīng)用層，不需要考慮下層數(shù)據(jù)通道的具體工作過程，只須通過串口或網(wǎng)口輸入輸出用戶數(shù)據(jù)即可，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)將電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)按電力通信規(guī)約組織成幀進(jìn)行通信和響應(yīng)上位機(jī)的命令，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)按相同電力規(guī)約提取幀中電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)并通過發(fā)命令給下位機(jī)來控制相關(guān)設(shè)備的動作。

　　2無線數(shù)據(jù)傳輸通道的配置

　　本文方案中的無線數(shù)據(jù)傳輸通道由深圳宏電技術(shù)開發(fā)有限公司的H7710DTU無線數(shù)據(jù)傳輸單元和H7920無線路由器兩部分構(gòu)成。其中的DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過GPRS或CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線設(shè)備。而無線路由器則是一種基于GPRS／CDMA1X公用移動網(wǎng)絡(luò)平臺通過無線接入Internet的網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(wù)中心設(shè)置、數(shù)據(jù)終端單元設(shè)置、數(shù)據(jù)服務(wù)中心設(shè)置(DSC)、用戶串口設(shè)置。

　　移動服務(wù)中心用來保存移動網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)信息，第一類是服務(wù)代碼，即為各移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的公用統(tǒng)一接入號碼，聯(lián)通CDMA用戶設(shè)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(shè)置為“card”，密碼也為“card"。

　　數(shù)據(jù)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(jù)的本地通訊端口號。

　　數(shù)據(jù)服務(wù)中心用來指定DTU要建立連接的數(shù)據(jù)服務(wù)中心(DSC)信息，主要包括把DSC服務(wù)器接入Internet所獲得的公網(wǎng)IP地址和DSC服務(wù)器的通訊端口號。

　　用戶串口設(shè)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(jù)位、校驗位和停止。此設(shè)置應(yīng)與配電綜合測控儀串口的設(shè)置一致。

　　配置好H7710DTU之后，只要加電運(yùn)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(jù)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(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置和路由參數(shù)設(shè)置。

　　網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置用來指定無線路由器所連接的局域網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)信息，主要包括：a．局域網(wǎng)接口參數(shù)，可根據(jù)需要配置局域網(wǎng)絡(luò)IP地址。b．移動網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，與H7710DTU的移動服務(wù)中心設(shè)置相同。

　　路由參數(shù)設(shè)置是指通過路由表來確定IP數(shù)據(jù)包需要發(fā)往的物理接口地址。如果用戶網(wǎng)絡(luò)有多個路由器和子網(wǎng)，就需要啟用路由表，以使數(shù)據(jù)包能走恰當(dāng)?shù)穆窂?，且使不同的子網(wǎng)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(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，并在確定網(wǎng)絡(luò)信號正常的前提下，按所設(shè)定的號碼(中國聯(lián)通：#777)向運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行撥號連接，然后在經(jīng)過一系列的協(xié)議認(rèn)證，且用戶名／密碼驗證通過后，運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(jī)通信程序的設(shè)計

　　通信模塊下位機(jī)采用廣州致遠(yuǎn)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(nèi)嵌μC／OS-II實時操作系統(tǒng)和對所有硬件的驅(qū)動支持庫，可以通過API函數(shù)來操作硬件。本文下位機(jī)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(jī)通信程序完成的主要功能有：a．調(diào)用API開啟、關(guān)閉及設(shè)置串口；b．調(diào)用API接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；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(wǎng)參數(shù)組織成數(shù)據(jù)幀并發(fā)送；d．接收上位機(jī)下達(dá)的命令幀，提取出控制信息，并傳送給設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　配電綜合測控儀采集到的實時電網(wǎng)參數(shù)以文件形式存放在Flash存儲器中。當(dāng)調(diào)度中心輪詢到本配電綜合測控儀時，通信程序負(fù)責(zé)解釋下達(dá)的數(shù)據(jù)請求命令，并將要上傳的電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)按約定的電力通信規(guī)約組織成一條或多條數(shù)據(jù)幀，以規(guī)定的交互方式發(fā)送給調(diào)度中心軟件。程序流程如圖2所示。

　　4調(diào)度中心軟件的設(shè)計

　　調(diào)度中心上位機(jī)軟件DSC(Data Service Center)主要用于接收DTU數(shù)據(jù)和向DTU發(fā)送數(shù)據(jù)。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(nèi)含和DTU通訊所需要的全部API函數(shù)，包括服務(wù)的啟動、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、關(guān)閉服務(wù)等。DSC實際上是架構(gòu)在wcomm_dll.dll所提供的功能之上的數(shù)據(jù)處理軟件，其主要功能如下：

　　(1)調(diào)用API啟動服務(wù)和停止服務(wù)；

　　(2)調(diào)用API接收數(shù)據(jù)和向DTU發(fā)送數(shù)據(jù)；

　　(3)按照約定的電力規(guī)約，從接到的數(shù)據(jù)幀中提取電網(wǎng)參數(shù)信息：

　　(4)電網(wǎng)參數(shù)信息的顯示及存儲；

　　(5)根據(jù)調(diào)度操作人員的輸入，組織控制命令幀并下發(fā)。

　　根據(jù)配電綜合測控儀上傳的數(shù)據(jù)類型幀的不同，來調(diào)用相應(yīng)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(diào)度人員查看，同時將數(shù)據(jù)備份存人Access數(shù)據(jù)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(jù)庫連接來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的讀寫，而數(shù)據(jù)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(diào)度中心軟件程序流程如圖3所示。

　　5結(jié)束語

　　在當(dāng)前能源緊缺的形勢下，建設(shè)配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)具有重要的節(jié)能意義。本文設(shè)計的基于CDMA 1X無線網(wǎng)絡(luò)的配電綜合測控儀通信模塊，經(jīng)實驗驗證，其通信速度快，可靠性高，且配置和擴(kuò)展非常方便，可滿足配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求，對推進(jìn)配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的建設(shè)具有一定的參考價值。