基于GPRS的电力系统远程监控设计与研究

【摘要】随着科技的快速进步，GPRS技术不断成熟和发展，已经应用到各行业中，对其智能操作发挥重要作用。本文对电力系统远程监控技术进行分析，以供参考。

【关键词】GPRS；电力系统；远程监控；设计

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

当前的远程监控系统已经应用在各行业，其与人工作业相比具有很多优点，比如节省人力物力、随时监测数据，掌握环境变化，真正实现了智能化管理。

二、GPRS网络简介

GPRS(整合封包无线服务，General Packet Ra-dio System)是封包分组交换数据的标准技术。它具备随时随地联机的特性，可以让使用者随时都在上线的状态。它不是以联机时问累计来计费，而是按照数据流量多少来收费的，GPRS数据包服务产生的花费比电路交换服务业务费用要少很多。因为信道使用共享，再是需要的时候才有数据包产生，比起专用连接来说肯定节省资源，所以对用户来说费用比较合理。GPRS技术与GSM网络配合，在理论上，数据传输速度可以达到115 kbit/s,甚至更高的速率。手机就是利用GPRS技术来实现网络连接的。

1、GPRS的发展过程

GPRS网络技术的发展分两个阶段。第一阶段具有以下的功能和业务：

（1）GPRS附加的相关业务；

（2）GPRS网络空中接口加密技术。提供了安全保证。

（3）网络通信ＴＣＰ／ＩＰ协议和Ｘ．２５业务。这样可以方便快捷链接到互联网上。用户可以通过手机上网浏览网页，也可以通过手机聊天。

（4）方式灵活的用户短信服务业务（即Ｅ －ＳＭＳ）。如我国的短信可分为普通文字短信，彩信，语音信息。随着网络的更新换代，

GPRS网络的第二阶段也会有新的发展，它将为用户提供更多崭新的功能、新的服务业务，以及更灵活的服务项目。

2、GPRS网络特点

（1）网络结构GPRS网络结构主要应用的是分组交换和分组传输技术。从本质上看来GPRS其实是叠加在成熟的GSM网络技术之上，GPRS网络和USM网络资源共享，比如USM网络中的BSS系统，只需要进行少量的硬件和软件升级团。但功能力一面更为先进的另一种新的网络服务产物。从网络内部看一个GPRS终端用户可以同时占用8个无线信道，而且多个GPRS终端用户也可以共同使用同一个无线信道。具体来说，它是在GSM网络基础上增加了服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点两个新功能实体。GPRS的网络节点GSN除了可以进行移动网络的路由管理外，也可以连接访问其他各种不同类型的数据网络，并且还具可以对GPRS模块寄存器的访问功能。

（2）业务种类GPRS移动数据业务为用户提供的服务很丰富，常见的有:多媒体业务，如可视电话、网上游戏、音乐、视屏点播等;商务业务力一面有移动电子银行、移动电子理财等;信息服务业务如信息定制、天气预报服务、旅游信息、各类广告信息等。

（3）网络优点和GSM网络的拨号力一式的电路交换数据传送力一式相比，GPRS网络应用的是分组交换技术，具有以下优点。

①传输速度高。电路交换数据业务，速率为每秒9. 6K比特，因此电路交换数据业务(简称LSD)与UPRS的关系就象是9. 6 K猫和33.6 K、56 K猫的区别一样，UPRS的最高速率可达每秒115 K比特。

②覆盖范围广。近年GPRS网络体系己经发展到一个可以覆盖全国范围的数据网络，所以在任何地力一都可以根据自己实际需要去组建数据信息采集的终端检测设备，由于是无线网络，所以在通信距离长短这力一面没有限制。从功率力一面来衡量，UPRS网络终端的发射功率在一般情况下都很小，经过测试一般小于2瓦。

③永远在线。除了以上的优势，GPRS还有“永远在线”的特点，即用户随时与网络保持联系。

④频带较宽，接入便捷。因为GPRS网络可以应用的频段较宽，这样一来，在进行实际应用联网的时候，网络数据中心几乎可以同时向所有的终端检测设备查询数据信息。在利用GPRS去组建信息采集传输网络川时，对测量终端设备的数量却没有另外的限制。可以根据总带宽的需求，申请合适的中心接入力一式与带宽。这使得GPRS在很多行业里实现大范围的应用监控川变为可能。比如天气预报、电力系统等信息无线传输。

⑤安全实惠。举例来说，当用户点击访问一个网页链接时，这时手机就发送和接受数据，但主页下载到本地完毕之后，没有数据传送，也就没有流量费用产生，减少了一些不必要的开销，此时手机释放所用的无线信道给其他用户使用，当该用户再次点击网页时，手机立即向网络请求无线信道用来传送数据，不需要重新连接才能上网。这样便提高了资源利用率。并且在网络的部分环节上增加了控制，提高了安全性。

三、基于GPRS的应用

总体来说，GPRS应用主要分为横向应用和纵向应用两种。横向主要是面向个人用户，而纵向应用主要是面向单位或集团用户。横向应用主要是GPRS网络提供的个人ｉｎｔｅｒｎｅｔ公网连接及浏览（即手机上网）、文件传输、数据库查询、增强型短消息等业务。横向应用几乎不需要用户自行进行设置，只要开通了GPRS功能就可直接进行。而面向行业领域的纵向应用，由于行业之间的差异，在进行GPRS应用时需要自行进行设计。

近年来，世界各国都在利用GPRS技术进行无线数据信息采集及监控方面取得了迅猛发展，GPRS技术也因自身的优势，逐渐向各个行业领域渗透。用户可以利用GPRS网络平台开发遥控、遥测、数据传输的无线信息终端产品。在此，笔者主要对基于GPRS网络平台的遥测、遥控、无线数据传输终端进行分析研究。

1、组网方案

基于GPRS的无线数据传输技术有两种应用模式，第一种模式是关于无线网关方面的，而另一种模式是关于客户端／服务器的应用。无线数据传输在实践中的应用一般采用第二种模式较多。现结合

第二种模式介绍常见的几种组网方式。

GPRS网络无线数据传输系统组网可应用的方式较多，不同用户可以依据自身的实际需要和预期功能进行选择。用户数据中心接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络方式不同，便形成以下常见的４种组网方案：

（1）客户向电信或网通等运营商直接申请并使用固定的、合法ＩＰ地址和端口号 。

（2）用户数据中心没有合法的ＩＰ地址，但连接的路由器有固定的合法的ＩＰ地址。

（3）用户数据中心采用动态的ＩＰ地址。此方式的特点是每一次的链接断开之后，第二次进行连接时将会分配给和上次连接时不同的ＩＰ地址。用户数据中心没有一个固定的全局的ＩＰ地址。

（4）监控中心经专线接入无线网。相比而言方案（4）在实时性、安全性、稳定性方面都有很大的提高，它适合于对网络质量和安全性要求较高的行业领域，比如金融系统就可采用此种方式。它是一种在其它因素允许下的最佳组网方式。但缺点是有线连接，耗资较大。

2、组网应用实践

GPRS网络可应用的领域非常广泛，几乎所有的行业都能用到。但每种行业的实际需求和应用环境的复杂程度都大不相同，因而每种行业都会有自己特有的功能要求和组网方式。

四、基于 GPRS 的电力线路监控系统

1、系统组成

整个监控管理系统由现场监控终端、GPRS 通信模块、GPRS 网络、外部数据网和监控中心服务器几大部分组成, 如图 1 所示 :

图 1 系统结构框图

现场监控终端通过通信模块( GPRS 模块) 把传送数据分组, 无线送到 GPRS 网络, 再经由外部数据网送到监控中心服务器上; 监控中心也可以反向传送各种指令到现场监控设备, 控制终端的运行。外部数据网可以是因特网或专用数据网,都以 TCP/ IP 传输协议为基础。监控中心服务器以专线或ADSL 的方式接入到外部数据网中, 分配有固定IP 地址。服务器端也备有GPRS 模块, 必要的时候同时采用短消息通信方式进行辅助。

2、系统实现的功能

系统实现的功能主要包括数据采集传送、故障报警、实时控制和数据处理。现场监控设备采集温度、湿度、风速、风向、电力线振动等 8 项数据后, 根据中心命令实时上传。监控中心收到采集数据后, 绘出电力线路一个运行周期内各项数据的曲线图,供技术人员分析电力线路运行状况。在现场出现故障( 包括温度过高、风速太大、通讯不畅) 的情况下, 监控终端也能够实时上传故障信息。

3、现场监控终端组成及原理

（1）监控终端硬件组成

现场监控终端的硬件结构连接如图 2 所示,主要由通信模块( GPRS 模块) 、外部存储器( Flash) 、传感器和MCU ( 微处理器) 组成, 下面具体介绍各部分功能。

图 2 监控终端硬件框图

①通信模块。

②存储器。存储器采用 Flash 型存储器, 保存一些重要的数据,这些数据在系统掉电后是不能丢失的。主要存储监控中心 IP 和端口号、口令、采集数据等。它与MCU 之间采用地址总线和数据总线复用的方式, 中间加地址锁存器,来锁定低8 位地址。

③传感器。本系统采用了 3 个传感器, 来完成对电力线路状态的监测。其中, 温度传感器和风速/风向传感器分别用于测量电力线路上的温度和周围环境中的风速/风向信息; 振动传感器用于测量电力线路上的振动信号。如果距离较远, 也可以采用 485 总线通信模式, 通过电平转换器和MCU 的串口相连, 数据更新时间为 15 min。

④M CU。MCU 采用三星公司生产的 44BOX32位 ARM 处理器。该芯片具有功能强大、集成度高、性能稳定等特点, 不仅能够满足终端系统设计的需要, 而且也非常适合于电力线路这种恶劣环境。在此系统中主要应用该芯片的下述功能:

（2）软件控制部分

软件部分主要是通过ARM 微处理器处理采集上来的数据以及控制 GPRS 模块实现数据的无线传输。下面主要对其中的网络连接和数据采集传送部分作介绍。

①GPRS 网络连接

本设计的最终目的是要把数据送到网络中, 并要接收网络传来的数据。

②数据采集传送过程

数据采集主要是指电力线路运行中的一个采集周期内, 温度传感器、风速/风向传感器、振动传感器输出的 AD 转换值。

五、结束语

综上所述，随着电力技术的不断深化发展和市场的改革，对智能化的要求也会更，GPRS远程监控系统的应用必将得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]秦开宇, 段红. 基于移动通信网的电力远程监测系统[ J] .电力需求侧管理, 2012

[2]王元明，谈GPRS在电力系统中的应用[J]计算机信息技术，2012