廣西壯族自治區(qū)水文水資源百色分局 黃定謀

1.引言

光纖通信是以光纖作為傳輸介質(zhì)實現(xiàn)信息傳輸，達到通信目的的一種新技術(shù)。這一技術(shù)自從上一世紀(jì)八十年代在我國初步進入實用化階段以來，短短三十年的時間里迅速在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文從應(yīng)用實例出發(fā)，介紹光纖通信技術(shù)在水文遙測系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，特別在組網(wǎng)方案選擇方面作了較詳細(xì)的介紹。

二000年初，西林縣人民政府引資對馱娘江水資源進行了開發(fā)利用，二00五年年底先后建成了西林縣威后等十一級梯級電站。系統(tǒng)投入運行后，為便于發(fā)電調(diào)度工作，業(yè)主委托廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計研究院圍繞上述電站群組建一個以話音通信為主的基于SDH的本地數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，這是一個具有自愈功能的環(huán)型通信網(wǎng)，所用的光端機為中興公司的ZXMP S320，復(fù)用器為ZXMP S310，采用G.652A單模光纖。2008年，為充分利用該網(wǎng)絡(luò)的資源，筆者設(shè)計一個基于上述光纖通信網(wǎng)絡(luò)的水文自動遙測系統(tǒng)，能將11個電站群的壩首雨量及上下游水位實時傳送到設(shè)在西林縣城的主調(diào)中心。

2.組網(wǎng)方案

根據(jù)該語音通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，遙測系統(tǒng)的組網(wǎng)方式可以采取：一基于原SDH數(shù)字語音通信網(wǎng)絡(luò)方式，二利用冗余光纖架構(gòu)光纖總線型遙測系統(tǒng)。各方式的基本原理介紹如下：

2.1 基于原SDH數(shù)字語音通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式

根據(jù)原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可設(shè)計成如圖1所示。這是一個基于SDH的語音和水文遙測綜合通信網(wǎng)，可以同時進行電話通信和水文遙測業(yè)務(wù)通信。從圖中可知，遙測業(yè)務(wù)通信過程是：每一個遙測點的數(shù)據(jù)（圖中僅畫出那維壩首RTU數(shù)據(jù)接入示意圖，其他地點給予省略）是通過當(dāng)?shù)氐膹?fù)用器S310的低速RS232通道經(jīng)復(fù)用處理變換成E1格式的接口信號后，由光端機S320完成電——光轉(zhuǎn)換后以STM-1（對應(yīng)速率155520Kb/s）速率將信號通過光纖傳送到梯級主調(diào)中心，梯級主調(diào)的S320完成光——電轉(zhuǎn)換后，由S310進行解復(fù)用，還原出RTU發(fā)來的RS-232信號，該信號通過接口板送到遙測數(shù)據(jù)中心的計算機，完成數(shù)據(jù)上行傳送過程。

圖1 基于SDH數(shù)字語音通信網(wǎng)絡(luò)的水情遙測組網(wǎng)方式示意圖

圖2 馱娘江梯級水電站光纜路由圖

2.2 光纖總線型組網(wǎng)方式

根據(jù)業(yè)主提供的如圖2所示的光纖路由圖可知，原語音通信網(wǎng)絡(luò)從梯級主調(diào)開始全程敷設(shè)12芯光纜至各個壩首發(fā)電機房，由于采用環(huán)型自愈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，收發(fā)各使用2芯共4芯光纖，剩余8芯。本方案是利用這些冗余光纖中的2芯來組建一個光纖總線型遙測系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。整個網(wǎng)絡(luò)由收發(fā)各一芯光纖、光節(jié)點機、RS-232光纖調(diào)制解調(diào)器和數(shù)據(jù)中心計算機等設(shè)備組成。這是一個典型的基于光纖通信的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，RTU（終端機）輸出的RS-232電信號通過本地光節(jié)點機的電端口接入，轉(zhuǎn)換成光信號后由光端口輸出然后通過光纖媒體發(fā)送到遙測中心的RS-232調(diào)制解調(diào)器還原出RS-232電信號，遙測中心計算機直接接收該信號，完成數(shù)據(jù)的上行通信過程。為避免通信過程中發(fā)生信號沖突現(xiàn)象，數(shù)據(jù)中心計算機下行的信息采取廣播式的通信方式向所有RTU發(fā)送數(shù)據(jù)或指令，各RTU則按“地址匹配”原則被動響應(yīng)遙測中心發(fā)來的的各種指令。

圖3 基于總線型光纖通信網(wǎng)絡(luò)的水情遙測組網(wǎng)方式示意圖

3.組網(wǎng)方案選擇

根據(jù)原語音通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，遙測系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)大致可以按上述兩種方案進行組網(wǎng)。方案一的優(yōu)點是：不占用光纖資源，不增加傳輸設(shè)備，在遙測數(shù)據(jù)中心一端增加一塊“接口板”用于管理各個RTU的通信狀態(tài)之后，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)全雙向的通信，通信系統(tǒng)基于SDH安全可靠。缺點是，增加復(fù)用器的通道板和“接口板”費用高，影響原系統(tǒng)的功能擴展。

方案二的優(yōu)點：不占用原系統(tǒng)復(fù)用器的通道，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，只需增加一些調(diào)制解調(diào)器和光節(jié)點機，不需要使用“接口板”，技術(shù)成本及設(shè)備成本均低于方案一。缺點是，占用光纖資源，為避免沖突現(xiàn)象只能采用被動應(yīng)答式的通信方式，通信可靠性遠(yuǎn)不如具有自愈功能的方案一。

設(shè)計技術(shù)要點：

根據(jù)節(jié)省資金投入等方面綜合考慮，本系統(tǒng)采用組網(wǎng)方案二。其設(shè)計過程中的技術(shù)要點簡單介紹如下：

組網(wǎng)方案確定之后接下來就是針對選定的方案進行詳細(xì)設(shè)計。設(shè)計過程要考慮以下幾個方面的問題：（1）通信網(wǎng)絡(luò)必須滿足RTU與遙測數(shù)據(jù)中心計算機之間“透明”傳輸?shù)囊螅魏晤愋偷腞TU均可實現(xiàn)“即插即用”；（2）選擇的光節(jié)點機或光纖調(diào)制解調(diào)器應(yīng)滿足：上一級光節(jié)機（或光纖調(diào)制解調(diào)器）輸出的光功率扣除光鏈路等各種損耗后剩余光功率必須大于或等于下一級光節(jié)點機最低的輸入光功率的要求，兩者之間不宜再增設(shè)“中繼”以減少資金投入和便于日常維護；（3）為進一步節(jié)省資金，網(wǎng)絡(luò)總線中的三個端點（數(shù)據(jù)中心、弄南和那賓三個終端端點）應(yīng)選用光纖調(diào)制解調(diào)器而不是光節(jié)點機，因為該三個端點僅需一個光口和一個電口的信號；（4）那雄光節(jié)機需選擇具有三個光口和一個電口的光節(jié)點機，因該節(jié)點有弄南、那沙等兩個光分支端口和一個本地電端口；（5）中心站軟件設(shè)計時應(yīng)考慮協(xié)議兼容性、通信可靠性（本設(shè)計采用數(shù)據(jù)多重發(fā)送，CRC循環(huán)冗余校驗等差錯檢驗技術(shù)提高通信的可靠性）及通信過程中避免信號沖突等問題。

4.應(yīng)用成功案例

百達水文站測驗站房處沒有手機信號，其后山山頂有GPRS/GSM信號，因此，2009年在百達水文站房安裝雨水情信息采集存儲單元，在山頂建設(shè)GPRS/GSM發(fā)送站，安裝GPRS/GSM的遠(yuǎn)程傳輸控制單元，在站房與山項GPRS/GSM發(fā)送站之間采用光纖有線傳輸方式連接。百達水文站采集水位、雨量數(shù)據(jù)存儲后，通過光纖通信方式傳輸至山頂GPRS/GSM發(fā)送站，并由遠(yuǎn)程傳輸控制單元將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒种行?；該站采用的光纖通信技術(shù)在水文遙測系統(tǒng)中屬于首創(chuàng)。

5.結(jié)語

本文是根據(jù)馱娘江梯級水電站群水文遙測系統(tǒng)的設(shè)計資料整理而成的。撰寫本文只有一個目的那就是通過本文告訴大家：水文自動遙測系統(tǒng)中光纖通信信道是一個可選項，在水文自動遙測系統(tǒng)設(shè)計時大家可以根據(jù)實際情況適時選擇光纖網(wǎng)絡(luò)作為通信信道，不必拘泥于大家知道所熟悉的音頻調(diào)制超短波、PSTN（公用電話交換網(wǎng)）、數(shù)字調(diào)制超短波、GSM/GPRS、衛(wèi)星中斷等通信信道。

[1]中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)(SL330-2005)[S].北京:中國水利水電出版社,2005.

[2]中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(SL61-2003)[S].北京:中國水利水電出版社,2003.