劉 浩，袁偉民

(鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

0 前言

在國民經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，由于城市工業(yè)和民用負荷的快速增長，對供電企業(yè)安全可靠供電的要求也越來越高。但由于小區(qū)變電站(簡稱小區(qū)變)分布廣、數(shù)量大，供電企業(yè)往往難以及時發(fā)現(xiàn)其運行中出現(xiàn)的問題，從而造成設備故障或事故，導致用戶停電的情況時有發(fā)生。

國家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)戰(zhàn)略(配電網(wǎng)側主要是配電自動化)，主要是解決配電網(wǎng)盲調(diào)問題，實現(xiàn)對電力設備和電氣量的“三遙”功能，對諸如小區(qū)變等配電設施的門禁、安防、溫濕度等方面的輔助監(jiān)控未有涉及。小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種基于無線公網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決長期以來困擾小區(qū)變難以有效管理的難題，目前已在實際應用中取得了良好的效果。

通信規(guī)約是系統(tǒng)進行通信時，收發(fā)雙方數(shù)據(jù)傳達的格式。在小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)中，使用了Modbus規(guī)約，Modbus 規(guī)約透明、可靠，可以方便地將不同的設備連接成工業(yè)網(wǎng)絡，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了設備采購、軟件開發(fā)的費用。

1 小區(qū)變遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理及組成

1.1 系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的需要，可設置多種類型的檢測傳感器。在日常的監(jiān)控管理中，傳感器能實時采集到相應的檢測信號，并通過通訊總線傳送至現(xiàn)場監(jiān)控主機。這些信號經(jīng)過處理、運算、分析后通過通訊模塊，借助如GPRS 等移動無線公網(wǎng)上傳至集控中心服務器。當現(xiàn)場發(fā)生異常狀況時，如火災、人員闖入、SF6氣體泄漏超標、氧氣含量偏低等，報警系統(tǒng)將同步向預先設置的維護人員手機和管理終端單元發(fā)送報警短信。同時，運行維護人員也可以通過客戶端后臺，遠程控制現(xiàn)場大門開啟，對風扇、空調(diào)、除濕機進行起停等。并可預留配電自動化接口，實現(xiàn)對現(xiàn)場電氣設備和電氣量的遙信、遙測和遙控等“三遙”功能。

1.2 系統(tǒng)組成

小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場傳感器檢測單元、現(xiàn)場監(jiān)控工作站單元、通訊工作站單元以及管理終端單元等幾部分組成，如圖1 所示。

在系統(tǒng)中，傳感器單元負責采集現(xiàn)場各項檢測信號，并將采集到的現(xiàn)場檢測信號在現(xiàn)場監(jiān)控工作站單元中進行數(shù)模轉(zhuǎn)換、信號放大、參數(shù)補償、分析運算以及暫存等處理。通訊工作站單元負責將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)或?qū)崟r的報警信號通過無線公網(wǎng)上傳至管理終端單元。管理終端單元主要由監(jiān)控計算機(上位機)和監(jiān)控管理軟件組成，一個集控服務器和客戶端后臺可對上百個小區(qū)變進行集中監(jiān)控，可對各種監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分類管理，并可實現(xiàn)相應的遙測、遙信和遙控功能。

2 小區(qū)變遠程監(jiān)控系統(tǒng)的作用

小區(qū)變遠程監(jiān)控系統(tǒng)在小區(qū)變的監(jiān)控方面主要起以下作用。

（1）將安保、消防、異常報警等功能融為一體。針對當前小區(qū)變無人值守的狀況，通過增加防盜報警、火災報警、SF6氣體泄漏報警、缺氧報警等功能，及時將小區(qū)變的異常情況告知運行維護人員，以消除事故隱患，提高運行管理水平。

（2）對小區(qū)變的運行狀態(tài)進行測控及保護。保護方式有以下幾種：變壓器過溫，電力設備過流、過壓等。并可遠程控制大門開啟，對風扇、空調(diào)、除濕機進行起停等。

（3）解決了電力系統(tǒng)對小區(qū)變難以集中管理的難題。通過對多個小區(qū)變無線組網(wǎng)，用1 臺終端即可監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)所有的小區(qū)變，實現(xiàn)對所轄小區(qū)變集中遙信、遙測和遙控。

3 監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)約的研究

為保證數(shù)據(jù)有效、有序傳輸，通信雙方需對數(shù)據(jù)傳送格式進行約定，通常將這種約定稱之為通信規(guī)約。小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部不同的設備往往采用不用的通訊規(guī)約，本文采用的通訊規(guī)約主要是Modbus 協(xié)議。小區(qū)變綜合監(jiān)控系統(tǒng)的各類探測器，包含門禁控制器、防盜傳感器、煙霧探測器、人體感應傳感器、SF6/O2探測器、溫濕度傳感器等，構成了下文所說的變送器。

3.1 Modbus 協(xié)議概述

Modbus 是Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發(fā)明，是為PLC 設計的一種串行通信協(xié)議。從功能上看，它可以認為是一種現(xiàn)場總線。它通過24 種總線命令實現(xiàn)PLC 與外界的信息交換，是一種面向設備現(xiàn)場的字符型通訊協(xié)議，從站最多可達247 個。主站具有主動權，而從站只可以被動的響應。

圖1 小區(qū)變遠程監(jiān)控系統(tǒng)的組成

3.2 Modbus 的傳輸模式

Modbus 有2 種傳送方式：RTU(Remote Terminal Unit)方式和ASCII 方式。在小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)中一般使用RTU 通訊方式。主站發(fā)出的指令字符串的通常格式如表1 所示。

表1 Modbus 指令字符串格式

地址碼：表明由用戶設置地址的從站將接收由主站發(fā)送來的信息。每個從機都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送信息。

功能碼：決定本次通訊要求從站執(zhí)行的動作。功能碼占一個字節(jié)，Modbus 通訊規(guī)約可定義的功能碼為1～127。變送器僅用到其中的一部分功能碼。作為主站請求發(fā)送，通過功能碼告訴從站應執(zhí)行什么動作。作為從站響應，從站返回的功能碼與從主站發(fā)送來的功能碼一樣，并表明從站已響應主站并且已進行了相關的操作。部分功能碼如表2 所示。

表2 Modbus 部分功能碼

數(shù)據(jù)區(qū)：命令中進行讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)數(shù)量，這些數(shù)據(jù)從起始地址開始連續(xù)地址排列。在對模擬量進行操作時，每個數(shù)據(jù)具有2 byte，在對數(shù)字量進行操作時每8 個數(shù)據(jù)為1 byte，數(shù)據(jù)量占用2 byte。

CRC 冗余校驗:Modbus 通訊協(xié)議采用CRC-16 冗余校驗進行通訊錯誤校驗。其校驗方法是將整個通訊字符串(不包括最后2 個校驗字節(jié))的所有字節(jié)進行移位并進行異或計算，接收方按同樣的方法對收到的所有字符串進行校驗，并將結果與收到的冗余校驗結果進行比較，若一致則表明收到的字符串正確，否則接收到的字符串有錯誤，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會被采用。

3.3 Modbus 通訊信息傳輸過程

當通訊命令由發(fā)送設備(主站)發(fā)送至接收設備(從站)時，符合相應地址碼的從機接收通訊命令，并根據(jù)功能碼及相關要求讀取信息。如果CRC 校驗無誤，則執(zhí)行相應的任務， 然后把執(zhí)行結果(數(shù)據(jù))返送給主站。返回的信息中包括從站地址、功能碼、執(zhí)行后的數(shù)據(jù)以及CRC 校驗碼。如果CRC校驗出錯就不返回任何信息。

4 結論

介紹了小區(qū)變監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理及組成。在整個系統(tǒng)中，通訊使用了Modbus 規(guī)約，該規(guī)約具有幀錯識別能力強、數(shù)據(jù)傳輸量大、實時性好等特點。遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用為小區(qū)變的可靠供電構筑了安全防線。

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