基于移动网络的电力设备监测装置

摘要:工业和电力设备现场复杂,布线困难,而且缺乏现场监测手段。使用GPRS或3G网络,利用其无线,永久在线,高带宽特性,可以满足工业现场对环境设备实时监测,控制调节的需求,解决工业,电力检测设备的部署和安装,特别是通信线路的铺设问题,并极大降低设备通信部分的建设和维护成本。

关键词:第三代移动通信网络;GPRS;无线通信

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)19-5218-02

Electrical Equipment Monitoring System Based on Mobile Network

YU Wen-hua1, FENG Hai-bin2

(1.Henan Star Hi-Tech Co.,Ltd. ,Zhengzhou 450001,China; 2.Henan Daily Newspaper Group, Zhengzhou 450000, China)

Abstract: Complex field of industrial and electrical equipment, wiring problems, and lack of on-site monitoring tool. Using GPRS or 3G network, its wireless, permanent line, high-bandwidth features, site of environmental equipment to meet industry real-time monitoring, control and regulation needs to solve industrial, electrical testing equipment deployment and installation, in particular the laying of communication lines problemand significantly reduce the communication part of the building and equipment maintenance costs.

Key words: 3G; GPRS; wireless communications

1 概述

电力设备的监测是电力工业中的普遍需求,一般来说,发电,输电,变电,配电四个主要环节中,只有输电设备和线路位于偏远的地理环境中,因为输电是最难监测的部分。当然,在某些特殊的发电或变电现场,由于现场布线等原因,也存在监测设备部署困难的问题。

通用分组无线业务(简称GPRS)是在全球移动通信(GSM)系统基础上发展起来的一种新的承载业务,它能为用户提供一种高效,低成本的无线分组数据业务,在电力系统远程抄表,变电站综合自动化,配网自动化等方面得到普遍应用。第三代移动通信技术(3G),是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,近年来得到国家的大力推广;相对于GPRS技术,3G具有实时性高,带宽高等优点,随着视频监控的普及,3G技术也逐渐应用到视频监控。

基于GPRS或3G移动网络的电力设备监测装置,是一种通用的通信设备,其具备各种可扩展的本地通信接入端口,可以方便和各种本地设备集成,完成本地设备信息通过移动网络透传,从而实现设备的快速安装部署。

2 监测装置的硬件组成

2.1 软件模块组成

基于移动通信的电力设备监测装置(以下简称监测装置),其组成如图1所示。

监测装置由四大部分组成:装置核心主控模块,接口扩展模块,可插拔配置的输入模块,上行通信的无线模块(可插拔);视频输入模块,作为可选择部分提供。

监测装置的核心主控模块是一个最小应用系统,主要提供最核心的通信交换,逻辑运算,算法处理等,同时也提供监测装置软件的存储运行环境。在设计时考虑到对不同场合的兼容,此模块可以根据现场需求灵活更换。如现场对功耗要求较高,则替换为基于单片机构建的最小系统;当现场要求较高的计算能力时,可以替换为基于高速DSP或应用处理器构建的最小系统。

接口扩展模块提供了主要的通信扩展接口,如主要的串行扩展接口提供,CAN总线扩展接口提供等。其与可插拔的输入模块一并组成了装置中可配置,可替换的接口模块,根据现场需求,可以灵活配置,提供最经济且扩展性良好的解决方案。

上行通信无线模块设计为可插拔替换。主要基于两种考虑:一是现场同时需要GPRS和3G通信时可以同时配置两种模块(具备两种不同类型的插槽);另一方面由于国内及国际上存在不同的3G网络标准,在不同的地域应用时,电力公司可能会选择不同的移动运营商。在系统内部硬件及软件设计中,对CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA都进行兼容,可以根据用户需求更换外部3G通信模块。

视频输入端口部分是可选配置。此端口的选择是为了增加现场视频监控功能。由于视频处理需要核心板上的CPU提供密集运算的编码算法支持,视频处理端口和核心模块必须配合使用。

2.2 视频监控功能

视频监控需要两个必备条件,一是具备可用的3G网络:3G网络覆盖所在区域并可以达到1Mbps以上的带宽;二是具备可提供编码能力的核心主控模块,一般此模块采用DSP作为主控CPU来完成视频编码,为保证编码清晰度和低带宽占用,选择H.264作为编码格式,最终保证CIF格式,不低于15帧的视频流能够在低于1Mbps的带宽条件下传输。

3 监测装置的软件功能

3.1 软件模块组成

监测器软件模块如图2所示。其中各种端口通信管理模块负责相应端口的下行通信处理;网络通信模块负责上行通信处理;视频编码及传输模块负责视频信号的编码,流复用及传输封装等;上下行协议转发、转换管理模块是软件中的核心,其主要负责上下行协议的转换及收发控制,并可以在其中安装不同插件模块用以支持各种非标准规约的处理。

3.2 GPRS拨号方法

应用程序通过 GPRS模块进入互联网的方法是通过串口将有关的AT指令代码串发送到无线网络模块上,无线网络模块会对接收的指令作出响应,并向串口发回结果码。和有线 modem一样,GPRS模块一般存在AT指令和数据通讯两种模式。模块加电后,应用程序通过IO口操作模块相关控制位,使模块正式启动,如存在有效SIM卡,模块将附着在GPRS网络上。拨号成功后,模块进入PPP模式,不再响应AT指令,如果需要进行AT指令操作,则必须停止PPP模式。

4 电力设备监测装置的系统组成

一般来说,原有设备可以使用电力设备监测装置完成基于移动网络的部署。其部署方式如图3所示。

5 结论

基于无线移动网络,电力设备监测装置可以灵活部署;电力设备监测装置的硬件及软件也可根据现场情况配置,为现场部署提供了更好保证;基于3G网络,装置还可以在高带宽的条件下提供对现场的视频监控。该装置功能齐全,布线简单,易于工程集成,是各种工业现场监测的理想设备。

参考文献:

[1] 李涛,徐建政.基于GPRS无线技术的配电变压器监测系统[J].电测与仪表,2004,41(462):55-57.

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[3] 黄东健.3G终端及业务技术[M].北京:机械工业出版社,2009.