配电综合测控仪通信模块的设计

0  引言

随着经济的发展，众多具有节能意义的配电房摆脱了人工抄表的方式，并利用配电综合测控仪等配电网运行状态监测设备来实现用电数据的管理和分析。而单个配电综合测控仪采集的配电房状态信息，常常需要快速传送到调度中心主站，供调度人员或调度软件分析和处理，以进行合理的电网调度和事故处理。但配电房地理位置的分散性使配电网数据传输网络的建设和扩展非常困难。

　　传统的解决方法是利用覆盖面广的电话线路进行配电网数据的传输，但它有容量小、速度慢等缺点，随着用电设备和配电房数量的日益增长，已经满足不了配电网调度自动化系统的数据传输要求。近年来，无线网络传输技术以其传输容量大，且不需要为新增的配电综合测控仪建设新的数据传输网络等优点更适合配电网的数据传输。本文就给出了这样一种基于CDMA 1X网络的配电综合测控仪无线通信模块设计方案。

　　1通信模块工作过程

　　本配电综合测控仪发送电网参数信息到调度中心的通信过程示意图见图1所示。图中的配电综合测控仪作为下位机，首先采用ARM和μC／OS-II实时操作系统结合的开发平台，来实现配电网数据采集功能、电网参数计算功能、电容器投切控制功能和下位机通信功能。而后下位机通信程序将要传送给上位机的电网参数数据组装成帧，通过串行口传送到H7710DTU无线数据传输单元。对于H7710DTU而言，此帧即为用户数据，它自动将用户数据组装成符合IS-95A、IS-95BCDMA空中接口标准的数据帧，并通过天线发送出去。接下来H7920 CDMA 1X路由器接收到与之建立无线连接的H7710DTU发送的数据帧后，按照IS-95A、IS-95B标准自动将用户数据从帧中取出，并通过RJ-45网口传送给上位机做处理。系统中的H7710DTU和H7920 CDMA 1X路由器所构成的用于配电综合测控仪和调度中心之间数据传输的透明通道，可以完成用户数据的可靠交付。

　　图1中只给出一个配电综合测控仪与调度中心主机的连接，实际上可随意扩展配电综合测控仪的数量，只要多点同时传输的数据量不超过100 kB／s(CDMA 1X的实际应用带宽)。

　　由图1可以看出，本文设计的无线通信模块由三部分构成，即：配电综合测控仪中的下位机通信程序部分、H7710DTU和H7920无线路由器构成的无线数据通道部分、调度中心主机中的上位机软件部分。其中无线数据通道部分是其它两部分的通信基础，用以完成网络层、数据链路层和物理层功能，负责建立和维护一个(或多个)下位机到上位机之间的数据通道，此部分一经配置好即可自动工作。上、下位机作为对等的通信实体，处于应用层，不需要考虑下层数据通道的具体工作过程，只须通过串口或网口输入输出用户数据即可，下位机主要负责将电网参数数据按电力通信规约组织成帧进行通信和响应上位机的命令，上位机主要负责按相同电力规约提取帧中电网参数数据并通过发命令给下位机来控制相关设备的动作。

　　2无线数据传输通道的配置

　　本文方案中的无线数据传输通道由深圳宏电技术开发有限公司的H7710DTU无线数据传输单元和H7920无线路由器两部分构成。其中的DTU是专门用于将串口数据通过GPRS或CDMA 1X网络进行传送的无线设备。而无线路由器则是一种基于GPRS／CDMA1X公用移动网络平台通过无线接入Internet的网络设备。

　　2.1 H7710DTU的配置

　　H7710DTU需插入SIM卡才能使用，本方案中使用联通的SIM卡，号码是132********。配置工作主要包括四组参数，分别为：移动服务中心设置、数据终端单元设置、数据服务中心设置(DSC)、用户串口设置。

　　移动服务中心用来保存移动网络的服务信息，第一类是服务代码，即为各移动网络运营商提供的公用统一接入号码，联通CDMA用户设置为号码“#777”；另一类就是用户名称和用户密码，用于在拨号过程中验证身份，联通CDMA用户设置为“card”，密码也为“card"。

　　数据终端单元用来区分多个DTU，主要包括：a．DTU身份识别码，给DTU终端取一个名称，以方便用户在中心端识别。b．本地通讯端口，指DTU收发数据的本地通讯端口号。

　　数据服务中心用来指定DTU要建立连接的数据服务中心(DSC)信息，主要包括把DSC服务器接入Internet所获得的公网IP地址和DSC服务器的通讯端口号。

　　用户串口设置用来匹配用户端串口的输入方式，主要包括波特率、数据位、校验位和停止。此设置应与配电综合测控仪串口的设置一致。

　　配置好H7710DTU之后，只要加电运行且DSC在线，DTU就会自动拨号并与H7920无线路由器建立数据连接通道。

　　2.2 H7920无线路由器的配置

　　H7920无线路由器也需要插入SIM卡才能使用，本方案中使用联通的SIM卡。配置工作主要包括网络参数设置和路由参数设置。

　　网络参数设置用来指定无线路由器所连接的局域网和移动网络信息，主要包括：a．局域网接口参数，可根据需要配置局域网络IP地址。b．移动网络参数，与H7710DTU的移动服务中心设置相同。

　　路由参数设置是指通过路由表来确定IP数据包需要发往的物理接口地址。如果用户网络有多个路由器和子网，就需要启用路由表，以使数据包能走恰当的路径，且使不同的子网间能互相通讯。

　　H7920无线移动路由器在接通电源后，会立即检测运营商网络，并在确定网络信号正常的前提下，按所设定的号码(中国联通：#777)向运营商的网络服务器进行拨号连接，然后在经过一系列的协议认证，且用户名／密码验证通过后，运营商的网络服务器会分配一个IP地址给移动路由器，至此PPP拨号连接完成。

　　3下位机通信程序的设计

　　通信模块下位机采用广州致远电子有限公司的M2020-FNU20工控模块为核心开发板。M2020-FNU20是基于LPC2220 (ARM7TDMI)工业级微控制器，内嵌μC／OS-II实时操作系统和对所有硬件的驱动支持库，可以通过API函数来操作硬件。本文下位机通信程序是在ADS1.2集成开发环境中开发的，采用C语言和开发板提供的API函数来编写。

　　下位机通信程序完成的主要功能有：a．调用API开启、关闭及设置串口；b．调用API接收和发送数据；c．按照约定的电力规约，将配电综合测控仪测量和计算得到的电网参数组织成数据帧并发送；d．接收上位机下达的命令帧，提取出控制信息，并传送给设备执行机构。

　　配电综合测控仪采集到的实时电网参数以文件形式存放在Flash存储器中。当调度中心轮询到本配电综合测控仪时，通信程序负责解释下达的数据请求命令，并将要上传的电网参数数据按约定的电力通信规约组织成一条或多条数据帧，以规定的交互方式发送给调度中心软件。程序流程如图2所示。

　　4调度中心软件的设计

　　调度中心上位机软件DSC(Data Service Center)主要用于接收DTU数据和向DTU发送数据。DSC和DTU之间的通讯需采用无线路由器开发包中动态库wcomm_dll.dll文件来完成，该文件内含和DTU通讯所需要的全部API函数，包括服务的启动、数据发送、数据接收、关闭服务等。DSC实际上是架构在wcomm_dll.dll所提供的功能之上的数据处理软件，其主要功能如下：

　　(1)调用API启动服务和停止服务；

　　(2)调用API接收数据和向DTU发送数据；

　　(3)按照约定的电力规约，从接到的数据帧中提取电网参数信息：

　　(4)电网参数信息的显示及存储；

　　(5)根据调度操作人员的输入，组织控制命令帧并下发。

　　根据配电综合测控仪上传的数据类型帧的不同，来调用相应的帧处理函数，并将遥测、遥信、电能脉冲量及事件顺序记录分别提取出来，以图表方式显示在DSC界面上供调度人员查看，同时将数据备份存人Access数据库。本方案中使用Delphi 7集成开发环境，采用ADOConnect组件租ADODataSet组件与Access数据库连接来实现对数据库的读写，而数据在界面上的图表方式显示则采用DataSource组件和DBGrid组件的配合来完成。其调度中心软件程序流程如图3所示。

　　5结束语

　　在当前能源紧缺的形势下，建设配电网调度自动化系统具有重要的节能意义。本文设计的基于CDMA 1X无线网络的配电综合测控仪通信模块，经实验验证，其通信速度快，可靠性高，且配置和扩展非常方便，可满足配电网调度自动化系统的数据传输要求，对推进配电网调度自动化系统的建设具有一定的参考价值。