配電綜合測控儀通信模塊的設計

　　0? 引言

　　隨著經濟的發展，眾多具有節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運行狀態監測設備來實現用電數據的管理和分析。而單個配電綜合測控儀采集的配電房狀態信息，常常需要快速傳送到調度中心主站，供調度人員或調度軟件分析和處理，以進行合理的電網調度和事故處理。但配電房地理位置的分散性使配電網數據傳輸網絡的建設和擴展非常困難。

　　傳統的解決方法是利用覆蓋面廣的電話線路進行配電網數據的傳輸，但它有容量小、速度慢等缺點，隨著用電設備和配電房數量的日益增長，已經滿足不了配電網調度自動化系統的數據傳輸要求。近年來，無線網絡傳輸技術以其傳輸容量大，且不需要為新增的配電綜合測控儀建設新的數據傳輸網絡等優點更適合配電網的數據傳輸。本文就給出了這樣一種基于CDMA 1X網絡的配電綜合測控儀無線通信模塊設計方案。

　　1通信模塊工作過程

　　本配電綜合測控儀發送電網參數信息到調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，首先采用ARM和μC／OS-II實時操作系統結合的開發平臺，來實現配電網數據采集功能、電網參數計算功能、電容器投切控制功能和下位機通信功能。而后下位機通信程序將要傳送給上位機的電網參數數據組裝成幀，通過串行口傳送到H7710DTU 無線數據傳輸單元。對于H7710DTU而言，此幀即為用戶數據，它自動將用戶數據組裝成符合IS-95A、IS-95BCDMA空中接口標準的數據幀，并通過天線發送出去。接下來H7920 CDMA 1X路由器接收到與之建立無線連接的H7710DTU發送的數據幀后，按照IS-95A、IS-95B標準自動將用戶數據從幀中取出，并通過RJ-45網口傳送給上位機做處理。系統中的H7710DTU和H7920 CDMA 1X路由器所構成的用于配電綜合測控儀和調度中心之間數據傳輸的透明通道，可以完成用戶數據的可靠交付。

　　圖1中只給出一個配電綜合測控儀與調度中心主機的連接，實際上可隨意擴展配電綜合測控儀的數量，只要多點同時傳輸的數據量不超過100 kB／s(CDMA 1X的實際應用帶寬)。

　　由圖1可以看出，本文設計的無線通信模塊由三部分構成，即：配電綜合測控儀中的下位機通信程序部分、H7710DTU和H7920無線路由器構成的無線數據通道部分、調度中心主機中的上位機軟件部分。其中無線數據通道部分是其它兩部分的通信基礎，用以完成網絡層、數據鏈路層和物理層功能，負責建立和維護一個(或多個)下位機到上位機之間的數據通道，此部分一經配置好即可自動工作。上、下位機作為對等的通信實體，處于應用層，不需要考慮下層數據通道的具體工作過程，只須通過串口或網口輸入輸出用戶數據即可，下位機主要負責將電網參數數據按電力通信規約組織成幀進行通信和響應上位機的命令，上位機主要負責按相同電力規約提取幀中電網參數數據并通過發命令給下位機來控制相關設備的動作。

　　2無線數據傳輸通道的配置

　　本文方案中的無線數據傳輸通道由深圳宏電技術開發有限公司的H7710DTU無線數據傳輸單元和H7920無線路由器兩部分構成。其中的DTU是專門用于將串口數據通過GPRS或CDMA 1X網絡進行傳送的無線設備。而無線路由器則是一種基于GPRS／CDMA1X公用移動網絡平臺通過無線接入Internet的網絡設備。

　　2.1 H7710DTU的配置

　　H7710DTU需插入SIM卡才能使用，本方案中使用聯通的SIM卡，號碼是132********。配置工作主要包括四組參數，分別為：移動服務中心設置、數據終端單元設置、數據服務中心設置(DSC)、用戶串口設置。

　　移動服務中心用來保存移動網絡的服務信息，第一類是服務代碼，即為各移動網絡運營商提供的公用統一接入號碼，聯通CDMA用戶設置為號碼“#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，聯通CDMA用戶設置為“card”，密碼也為“card"。

　　數據終端單元用來區分多個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收發數據的本地通訊端口號。

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

　　用戶串口設置用來匹配用戶端串口的輸入方式，主要包括波特率、數據位、校驗位和停止。此設置應與配電綜合測控儀串口的設置一致。

　　配置好H7710DTU之后，只要加電運行且DSC在線，DTU就會自動撥號并與H7920無線路由器建立數據連接通道。

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，本方案中使用聯通的SIM卡。配置工作主要包括網絡參數設置和路由參數設置。

　　網絡參數設置用來指定無線路由器所連接的局域網和移動網絡信息，主要包括：a．局域網接口參數，可根據需要配置局域網絡IP地址。b．移動網絡參數，與H7710DTU的移動服務中心設置相同。

　　路由參數設置是指通過路由表來確定IP數據包需要發往的物理接口地址。如果用戶網絡有多個路由器和子網，就需要啟用路由表，以使數據包能走恰當的路徑，且使不同的子網間能互相通訊。

　　H7920無線移動路由器在接通電源后，會立即檢測運營商網絡，并在確定網絡信號正常的前提下，按所設定的號碼(中國聯通：#777)向運營商的網絡服務器進行撥號連接，然后在經過一系列的協議認證，且用戶名／密碼驗證通過后，運營商的網絡服務器會分配一個IP地址給移動路由器，至此PPP撥號連接完成。

　　3下位機通信程序的設計

　　通信模塊下位機采用廣州致遠電子有限公司的M2020-FNU20工控模塊為核心開發板。M2020-FNU20是基于LPC2220 (ARM7TDMI)工業級微控制器，內嵌μC／OS-II實時操作系統和對所有硬件的驅動支持庫，可以通過API函數來操作硬件。本文下位機通信程序是在ADS1.2集成開發環境中開發的，采用C語言和開發板提供的API函數來編寫。

　　下位機通信程序完成的主要功能有：a．調用API開啟、關閉及設置串口；b．調用API接收和發送數據；c．按照約定的電力規約，將配電綜合測控儀測量和計算得到的電網參數組織成數據幀并發送；d．接收上位機下達的命令幀，提取出控制信息，并傳送給設備執行機構。

　　配電綜合測控儀采集到的實時電網參數以文件形式存放在Flash存儲器中。當調度中心輪詢到本配電綜合測控儀時，通信程序負責解釋下達的數據請求命令，并將要上傳的電網參數數據按約定的電力通信規約組織成一條或多條數據幀，以規定的交互方式發送給調度中心軟件。程序流程如圖2所示。

　　4調度中心軟件的設計

　　調度中心上位機軟件DSC(Data Service Center)主要用于接收DTU數據和向DTU發送數據。DSC和DTU之間的通訊需采用無線路由器開發包中動態庫wcomm_dll.dll文件來完成，該文件內含和DTU通訊所需要的全部API函數，包括服務的啟動、數據發送、數據接收、關閉服務等。DSC實際上是架構在wcomm_dll.dll 所提供的功能之上的數據處理軟件，其主要功能如下：

　　(1)調用API啟動服務和停止服務；

　　(2)調用API接收數據和向DTU發送數據；

　　(3)按照約定的電力規約，從接到的數據幀中提取電網參數信息：

　　(4)電網參數信息的顯示及存儲；

　　(5)根據調度操作人員的輸入，組織控制命令幀并下發。

　　根據配電綜合測控儀上傳的數據類型幀的不同，來調用相應的幀處理函數，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 界面上供調度人員查看，同時將數據備份存人Access數據庫。本方案中使用Delphi 7集成開發環境，采用ADOConnect組件租ADODataSet組件與Access數據庫連接來實現對數據庫的讀寫，而數據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。其調度中心軟件程序流程如圖3所示。

　　5結束語

　　在當前能源緊缺的形勢下，建設配電網調度自動化系統具有重要的節能意義。本文設計的基于CDMA 1X無線網絡的配電綜合測控儀通信模塊，經實驗驗證，其通信速度快，可靠性高，且配置和擴展非常方便，可滿足配電網調度自動化系統的數據傳輸要求，對推進配電網調度自動化系統的建設具有一定的參考價值。