GPRS無線遠程電站儀表監(jiān)控應用方案

　概述

　　隨著電力城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造的逐步完善，一戶一表工程、抄表到戶工作的完成，對線損管理、提高供電質(zhì)量、保證供電的可靠性、安全性提出了新的要求。近年來國民經(jīng)濟繼續(xù)保持了持續(xù)快速健康發(fā)展的良好態(tài)勢，全社會用電量也保持上升的趨勢。近兩年的電力行業(yè)體制改革和系統(tǒng)出現(xiàn)電源性缺電現(xiàn)象，全國大部分地區(qū)錯峰用電的情況下，簡單的電能計量已不能滿足對配變的監(jiān)測管理。反而對配變的運行狀況的實時測控提出了新的需求。同時對用電營銷管理的科學化和電力需求側(cè)管理(DSM)的智能化需求，要求對配變低壓側(cè)進行準確和科學的智能監(jiān)控，掌握配變的運行狀況并根據(jù)需求進行合理管理，改善供電質(zhì)量。

　　通過對電力網(wǎng)的實時監(jiān)控，可以及時掌握電力的運行情況，防止電力負荷嚴重超載導致設(shè)備的燒毀、三相負載嚴重不平衡導致的損壞，電力長期輕負荷運行導致的不經(jīng)濟運行狀態(tài)和大量感性負載運行導致的功率因數(shù)過低、高線損等。對電力運行實時監(jiān)測、抄取、分析、處理和控制，可以及時調(diào)整電力運行狀態(tài)，合理配置電力容量，調(diào)整智能無功補償控制等，保證電力安全、穩(wěn)定、高效的運行。完善、科學、準確的對電力實時監(jiān)控，為電力自動化管理提供可靠的運行數(shù)據(jù)和歷史資料，有效降低線損，為負荷預測、線損分析、電力需求管理提供準確的數(shù)據(jù)；準確打擊竊電，負荷預測指導擴容安裝等；為用電情況、用電性質(zhì)及用電負荷的增長趨勢分析，在進行系統(tǒng)增容、配變布點選擇等規(guī)劃工作提供科學的數(shù)據(jù)；同時提高工作效率，降低勞動成本，科學提高電力管理的自動化水平。

　　這些特點適合于提高企業(yè)計量信息的及時性、可靠性、準確性和實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化。通過對技術(shù)先進性、系統(tǒng)兼容性、擴展性、網(wǎng)絡覆蓋范圍、企業(yè)的投資規(guī)模和效益等幾個方面對比分析，廣泛查詢技術(shù)資料，決定采用中國移動的GPRS網(wǎng)絡作為通訊傳輸媒介。

選擇GPRS的優(yōu)勢

　　選擇合適的傳輸系統(tǒng)是系統(tǒng)構(gòu)造的基礎(chǔ)。GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務而在現(xiàn)有系統(tǒng)上發(fā)展起來的，它允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡資源，特別適用于電力網(wǎng)監(jiān)控這種間斷的、突發(fā)的和頻繁的少量數(shù)據(jù)傳輸。

　　GPRS技術(shù)從實驗室研究、地區(qū)范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過了長時間的完善，技術(shù)先進、可靠；GPRS設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳輸設(shè)備一開機就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡上，與數(shù)據(jù)中心實時在線進行實時數(shù)據(jù)通訊、高速傳輸、可靠性高；GPRS網(wǎng)絡覆蓋全球，不存在信號盲區(qū)。按照流量收費，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用，計費合理、科學；企業(yè)運行投資小，效益高。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　考慮到終端用戶數(shù)量的可擴充性，又不失其對性能的考慮，系統(tǒng)采用松散耦合的服務器/客戶端模式。單臺服務器（未來可擴充為服務器集群）作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)管理中心，負責對終端用戶的狀態(tài)進行監(jiān)控、采集、查詢；無線客戶終端的本地服務程序自動通過網(wǎng)絡鏈路與服務器端中心系統(tǒng)保持通訊，自動收發(fā)用戶提交和接收的數(shù)據(jù)。
根據(jù)以上功能需求，設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

　　如上圖所示，服務器端結(jié)構(gòu)采用當前運用最多、最成熟的三層分布式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)方式把數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層、應用層完全隔離開，嚴格對各層的接口進行封裝，各層之間全部進行權(quán)限驗證，實現(xiàn)了物理鏈路的透明，并且保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。這種服務器結(jié)構(gòu)當前已經(jīng)被運用在ERP、銀行系統(tǒng)、電子政務系統(tǒng)、企業(yè)辦公自動化系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡計費系統(tǒng)等大型系統(tǒng)軟件中，實踐證明，這是目前最為穩(wěn)定、可靠、安全又不失效率的服務器體系結(jié)構(gòu)。無線客戶端采用嵌入式軟硬件設(shè)備，完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣踊刂啤?br/>
服務器端結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

　　1、獨立的數(shù)據(jù)層。這種獨立的數(shù)據(jù)層意味著用戶數(shù)據(jù)可以存在于不同的服務器中，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)跨操作系統(tǒng)平臺、跨數(shù)據(jù)庫平臺的共享。

　　2、獨立的業(yè)務邏輯層。獨立的業(yè)務層通過兩端的接口連接數(shù)據(jù)層和應用層，通過運用當前成熟的COM+、CORBA等軟件中間件技術(shù)，讓用戶的業(yè)務邏輯可以在不影響用戶使用和不破壞現(xiàn)有數(shù)據(jù)的情況下，安全平穩(wěn)的進行修改、升級，并可以實現(xiàn)與服務器操作系統(tǒng)無關(guān)的跨平臺接口，給今后的業(yè)務擴展打下了良好的基礎(chǔ)。中間件技術(shù)的另一個優(yōu)越性是，可以通過開發(fā)分配調(diào)度系統(tǒng)，讓同一個中間件可以在大型服務器集群中協(xié)同工作，發(fā)揮海量計算的巨大優(yōu)勢。

　　3、獨立的應用層。獨立的應用層代表用戶可以用過現(xiàn)有的任何操作系統(tǒng)平

　　臺通過開放的接口連接業(yè)務邏輯層，比如用戶可以在Windows/Linux的各個版本操作系統(tǒng)上進行應用操作，只要在各個平臺上安裝適合的應用程序即可。

服務器端方案：

　　針對以上的服務器結(jié)構(gòu)模式，目前有幾種方案，但考慮到具體實施的可操作性，和未來的可擴展性，又要保證實施成本的最高性價比，故設(shè)計了一套目前最為高效又成本低廉的解決方案，具體如下：采用1臺數(shù)據(jù)庫服務器+1臺業(yè)務邏輯服務器（配置視具體要求而定）；

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用MS SQL Server 2000；
業(yè)務邏輯服務器采用Windows 2000 Server;
應用/前端用戶操作系統(tǒng)采用 Windows 2000 Professional；
每服務器上安裝本系統(tǒng)專門開發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)軟件。

客戶端方案：

傳輸系統(tǒng)的客戶端采用GPRS嵌入式終端設(shè)備。

　　實現(xiàn)GPRS通信的整個嵌入式系統(tǒng)包括硬件平臺和軟件模塊兩部分。
　　硬件平臺采用了性能先進，運行可靠的內(nèi)核微處理器，-40℃到+80℃的工作范圍。系統(tǒng)提供了內(nèi)存，能有效地支持突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸。GPRS無線調(diào)制解調(diào)器采用了Wavecom公司的產(chǎn)品，提供了穩(wěn)定可靠的無線分組數(shù)據(jù)傳輸。軟件模塊包括實時操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、PPP協(xié)議棧和上層應用軟件四部分，前三個模塊稱作系統(tǒng)軟件，向上層應用軟件提供了實現(xiàn)各領(lǐng)域功能的運行環(huán)境，實現(xiàn)了構(gòu)造完整領(lǐng)域應用的通信基礎(chǔ)架構(gòu)。

　　軟件模塊的核心單元是：實時操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧和PPP協(xié)議棧，與上述硬件平臺一起構(gòu)成上層軟件運行的通信平臺和控制平臺。通過引入先進的通信軟件設(shè)計模，將核心單元有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成通用、易于移植的軟件架構(gòu)。使得通信平臺對于上層軟件來說是透明的，后者無需考慮數(shù)據(jù)傳輸通道是怎么建立、維護和拆除的，只需直接調(diào)用發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口函數(shù)（API）。從而方便了領(lǐng)域應用軟件的編寫、測試和維護，并能最大限度的重用代碼。

實時操作系統(tǒng)

　　GPRS嵌入式系統(tǒng)又是實時系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件和上層應用軟件必須能及時、并行、協(xié)調(diào)地對數(shù)據(jù)通信事件和其它外部事件做出正確地響應，并能有效地利用系統(tǒng)資源，避免競爭資源造成系統(tǒng)崩潰。單任務軟件是不能滿足這些要求的。單純提高處理器速度，則效率低下,甚至無法完成。只有多任務實時操作系統(tǒng)才能勝任，能對重要性各不相同的任務進行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度，保證每個任務及時執(zhí)行。
基于實時操作系統(tǒng)編寫的軟件，模塊化程度高，便于移植，從而能提高軟件生產(chǎn)效率，提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量，符合軟件工程需求，增強生產(chǎn)廠商的競爭力。總之，實時操作系統(tǒng)是知識集成的平臺，是走向標準化道路的基礎(chǔ)。

　　我們的實時操作系統(tǒng)具有高度安全性、微內(nèi)核和實時響應等特征，能適應惡劣的工作環(huán)境，提供了統(tǒng)一的編程界面，并能有效地支持各種通信協(xié)議棧的運行。其特點包括：

（1）實時性

　　實時性是指能夠在限定時間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能，并對外部的異步事件作出反應的能力。實時性的強弱以完成規(guī)定功能和作出響應時間的長短來衡量。提高硬件的處理能力可以在一定程度上提高計算機控制系統(tǒng)的實時性，但是當硬件確定以后，控制系統(tǒng)的實時性能主要由操作系統(tǒng)來決定。在工業(yè)自動化領(lǐng)域，我們的實時操作系統(tǒng)為應用程序提供內(nèi)建的實時支持，使其具備確定的響應能力。

（2）可靠性

　　工業(yè)控制系統(tǒng)對可靠性要求很高，計算機控制系統(tǒng)發(fā)生故障或死機對于企業(yè)安全高效生產(chǎn)帶來不利的影響。可靠性主要包含兩個方面的含義：一是控制計算機本身要連續(xù)穩(wěn)定運行，二是系統(tǒng)檢查出故障后要有保持安全狀態(tài)的能力。雖然軟硬件抗干擾技術(shù)、熱冗余技術(shù)可以在一定程度上提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性，但是操作系統(tǒng)的可靠性仍然影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的運行。我們的實時操作系統(tǒng)能從結(jié)構(gòu)支持實現(xiàn)可靠的軟件。

（3）開放性

　　我們的實時操作系統(tǒng)能有效地支持各種通信協(xié)議棧的運行，廣泛支持各種通信硬件、局域網(wǎng)連接以及撥號連接。還具有良好的可擴展性，用戶可根據(jù)實際需要定制合適的領(lǐng)域軟件模塊，集成到實時操作系統(tǒng)之上。

（4）開發(fā)環(huán)境

　　工作方式靈活，生成和調(diào)試工具方便易用。我們的實時操作系統(tǒng)是一個適合下一代互連工業(yè)自動化設(shè)備的理想小體積嵌入平臺。實時操作系統(tǒng)能從FLASH啟動，從而避免了暴露在灰塵、高溫和震動環(huán)境下，使它可以適應惡劣的外界環(huán)境。



　　為了統(tǒng)一各配電綜合測控儀的時間基準，配變監(jiān)控管理系統(tǒng)可定時對各配電綜合測控儀進行校時。

D、統(tǒng)計分析和報表、曲線處理功能

　　電表監(jiān)控管理系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析功能，為用戶提供準確實用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為配變科學管理提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖2。


　　電力監(jiān)控管理系統(tǒng)可以針對某一變電所自動生成日報表、月報表、年度報表等匯總報表及。日報表統(tǒng)計一天24小時內(nèi)的運行參數(shù)如：負荷、電流、電壓、有功無功等情況生成報表；報表可直接進行預覽、打印。自動生成趨勢曲線，直觀的反映出運行趨勢。曲線圖如圖3。


　　此圖表直接放到服務器做成網(wǎng)頁格式，可供局域網(wǎng)內(nèi)所有用戶查詢、統(tǒng)計、分析、打印等。

結(jié)束語

　　一戶一表、抄表到戶工程結(jié)束，能源緊缺，系統(tǒng)電源性缺電，全國拉閘限電、有序錯峰用電的形勢下；國家電網(wǎng)公司要求全面推進電力需求側(cè)管理，滿足用戶對用電質(zhì)量和用電可靠性的要求，要求加快配電低壓負荷控制管理自動化水平，同時對電業(yè)局監(jiān)控、管理的科學化和電力需求側(cè)管理(DSM)的智能化提出新的需求：采用GPRS通訊電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)以其先進的技術(shù)，精確的測量準確度和科學的設(shè)計、制造，在電力監(jiān)控的科學管理中將大展身手，保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、可靠地運行，在電業(yè)局自動化管理中發(fā)揮重要地作用。


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