|
本文提出了一種利用GSM通信來對剩余電流動作保護器的狀態(tài)數據進行遠程監(jiān)測的系統(tǒng)設計方案，該方案中的系統(tǒng)可在農網智能化改造中推廣應用。本系統(tǒng)采用單片機作為主控制系統(tǒng)對剩余電流動作保護器數據進行采集，通過GSM模塊TC35i進行數據遠程傳輸，以短信的方式發(fā)送到監(jiān)控計算機和移動終端上，實現(xiàn)對電網運行狀態(tài)的及時監(jiān)控。 0引言 剩余電流動作保護器是低壓電網中的重要保護裝置，在農網的智能化改造中對剩余電流動作保護器的實時狀態(tài)監(jiān)測，可以大大提高工作效率和節(jié)約人力成本。針對農網設備分布區(qū)域大而散的特點，本文提出了一種基于GSM的剩余電流動作保護器遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計方案。 剩余電流動作保護器遠程監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱檢測系統(tǒng))由前端剩余電流動作保護器、單片機控制系統(tǒng)、GSM短信收發(fā)模塊、監(jiān)控計算機和移動終端構成。一個單片機控制系統(tǒng)同時連接多臺剩余電流動作保護器，進行數據通信和傳輸控制。 監(jiān)測系統(tǒng)控制用的單片機選用某公司的MC68HC90JL8產品，檢測連接到的剩余電流動作保護器狀態(tài)并完成相關數據通信。設備狀態(tài)數據以短信方式傳送，通過GSM收發(fā)模塊到移動終端或監(jiān)控計算機上。 短信收發(fā)模塊選用某公司的G100型號產品，集成了關鍵的GSM模塊TC35i以及模塊的射頻處理電路、SIM卡槽和MCU微處理器單元，利用RS232通信協(xié)議實現(xiàn)透明數據傳輸。 1監(jiān)測系統(tǒng)工作原理 剩余電流動作保護器作為系統(tǒng)前端，安裝在各個低壓電網控制箱內，自動監(jiān)測用電線路的狀態(tài)數據(包括負載電壓/負載電流/漏電電流等)。當用電線路發(fā)生過載、短路、缺相、過壓、欠壓或剩余電流故障跳閘情況時，剩余電流動作保護器就會通過核心單片機控制系統(tǒng)和GSM短信收發(fā)模塊向移動終端或監(jiān)控計算機發(fā)送短信，主要內容包括告警地點、告警線路、告警原因、告警數值等狀態(tài)數據。管理人員就可以據此及時掌握故障信息，迅速采取措施，保證正常供電。 在整個系統(tǒng)工作過程中，單片機控制系統(tǒng)不但對保護器狀態(tài)數據進行了實時監(jiān)測，當用電線路的狀態(tài)和數據發(fā)生變化時，能夠自動將告警信息發(fā)送到管理平臺和移動終端上。同時，單片機控制系統(tǒng)還可接收管理人員的指令進行對應操作。 當控制系統(tǒng)接收到短信形式的指令后，也能實時采集剩余電流動作保護器的狀態(tài)信息和數據參數，并回傳給監(jiān)控平臺和移動終端，供管理人員分析和統(tǒng)計。 在管理平臺上，監(jiān)控計算機通過收集到的各個用電線路剩余電流動作保護器的狀態(tài)信息與數據參數，基于已有的比對數據，對運行情況進行統(tǒng)計分析，并且能以輸出報表的形式為管理部門決策提供有效的參考信息。 2監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計 監(jiān)測系統(tǒng)采用有比較優(yōu)勢的功能模塊化設計，主要可分為單片機控制系統(tǒng)與通信模塊設計;其中單片機控制系統(tǒng)與通信部分設計包括硬件電路設計、軟件設計。 控制系統(tǒng)與通信模塊主要由核心單片機、電源處理電路、鍵盤輸入電路、信號處理電路、液晶顯示電路、GSM收發(fā)模塊等單元構成，如圖1所示。 圖1 檢測系統(tǒng)功能模塊和外部連接結構圖 根據實地調研分析，一般情況下連接在同一低壓電網變壓器上的剩余電流動作保護器基本布局在同一配電柜中，安裝的保護器的數量相對較少，并且相互安裝之間距離較近，這是在低壓電網中剩余電流動作保護器的安裝特點。針對其特點本系統(tǒng)中剩余電流動作保護器與單片機控制系統(tǒng)的連接采用TTL電平直接方式，同時滿足每個單片機控制系統(tǒng)可以連接控制4個剩余電流動作保護器。 單片機控制系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊的供電主要采用AC220V輸入經過變壓、整流、濾波后來供給其使用;剩余電流動作保護器的編號由單片機控制系統(tǒng)的通訊接口編碼來決定;按鍵輸入部分采用4*4行列掃描查詢的方式，實現(xiàn)數字和相應字符命令的輸入;顯示單元部分采用點陣顯示液晶，既能顯示按鍵輸入對應中文信息，也在收發(fā)短信、收發(fā)模塊初始化和工作失常狀態(tài)下顯示相應的告警信息。 3監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計 3.1系統(tǒng)主要功能 監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能： (1)實現(xiàn)對所控制的剩余電流動作保護器的狀態(tài)數據采集; (2)按照規(guī)定格式，實現(xiàn)收發(fā)模塊之間的雙向通信; (3)實現(xiàn)對剩余電流動作保護器的狀態(tài)數據的分析、處理、編碼工作，并生成數據幀，再通過GSM模塊將數據發(fā)送到監(jiān)控計算機和移動終端上; (4)實現(xiàn)對接收到的短信的解碼、分析、處理，將控制命令作用于剩余電流動作保護器，使之完成相應的動作; (5)此外，可以靈活實現(xiàn)利用按鍵來設置或更改要發(fā)送的手機號碼，同時在液晶單元上顯示相關信息; (6)將剩余電流動作保護器的各種故障顯示在液晶單元上。 3.2主要功能模塊設計 3.2.1數據采集模塊設計 單片機數據采集模塊對所連接的多臺剩余電流動作保護器的狀態(tài)數據進行實時采集。剩余電流動作保護器本身會在線路上有欠壓、過壓、短路、漏電流過大等故障發(fā)生時有相應的保護動作，現(xiàn)在，單片機要對這類故障信息做到即時的采集，并做出相應的識別、處理，以判斷出發(fā)生故障的具體線路和具體的故障類型。后期完成故障信息整合，準備發(fā)出線路故障告警信息，故障信息內容一般包括發(fā)生故障的地點，線路和具體的時間等。圖2為數據采集模塊程序流程圖。 圖2 數據采集部分程序流程圖 3.2.2 TC35i模塊初始化 監(jiān)測系統(tǒng)軟件的另一主要功能是實現(xiàn)數據的可靠雙向通信傳輸。一是能準確地把線路的具體告警信息及時發(fā)送給計算機管理平臺或移動終端上，一線管理人員可以實時掌握線路的運行狀態(tài);二是能實現(xiàn)被動的查詢，在管理人員發(fā)送的查詢請求信息傳輸給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)完成相應的查詢任務并把獲得的信息重新發(fā)送回管理人員。 數據通信部分的軟件設計主要包括TC35i模塊的初始化、接口定義、對短信的編碼格式設定以及與單片機的通信等內容。 監(jiān)測系統(tǒng)中TC35i模塊初始化過程為：(1)發(fā)送握手信號(3個字節(jié)的數據)，也就是指令AT ; (2)發(fā)送指令AT+IPR=9600，設置串口通信波特率為9600HZ ; (3)發(fā)送指令AT+CSCA=+8613800573500，設置短信服務中心號碼; (4)發(fā)送指令AT+CNMI=2，1，設置短信的工作模式; (5)發(fā)送指令AT+CMGF=0，短信發(fā)送采用PDU編碼模式。 從以上分析可以看出，TC35i模塊初始化時，通過發(fā)送一系列的AT指令就可以完成工作方式的相關設置。 3.2.3發(fā)送線路告警短信 剩余電流動作保護器在線路故障時的相關狀態(tài)信息被單片機采集并處理編輯，具體內容包括故障位置、線路標號、采集時間，最后通過TC35i模塊將短信發(fā)送給管理平臺。管理平臺如果成功接收短信，系統(tǒng)能自動返回“OK”信息，提示告警短信發(fā)送成功;相反，短信如果發(fā)送失敗，系統(tǒng)能在短暫延時后重發(fā)信息，以保證故障報警信息的成功接收。 3.2.4系統(tǒng)接收查詢短信 要使系統(tǒng)能接收短信，先要在TC35i初始化過程中設置系統(tǒng)工作方式為可以接收短信。處理流程是，管理人員可以實現(xiàn)通過監(jiān)控計算機或者移動終端發(fā)送規(guī)定格式的查詢請求短信，請求短信通過TC35i模塊經過GSM網絡傳輸給中心控制系統(tǒng)，單片機成功接收信息后經過信息解碼、讀取、識別、判斷等處理，對查詢信息的正確性進行判斷。如果是的正確查詢信息，單片機系統(tǒng)執(zhí)行查詢請求并將查詢結果以短信的形式回傳給管理人員;如果是錯誤的查詢請求，系統(tǒng)不予執(zhí)行，并返回“ERROR”警告信息進行提示。 管理人員發(fā)送的查詢信息的格式規(guī)定為：線路編號+剩余電流動作保護器編號。 3.2.5液晶顯示模塊 該部分主要針對選取的LCM12864點陣液晶顯示模塊進行編程。LCM12864點陣液晶顯示模塊的優(yōu)勢在于內置行列驅動控制模塊，有專門的液晶模塊指令集，模塊的指令比較簡潔，包括顯示開關指令，顯示起始行控制命令，頁設置命令，列地址設置指令，讀狀態(tài)指令，寫狀態(tài)指令和讀數據指令。通過編程，最終實現(xiàn)128點*64點大小的平板顯示。 3.2.6鍵盤輸入設計 系統(tǒng)設計中選擇矩陣式鍵盤，為單片機系統(tǒng)節(jié)省了I/O口資源，采用掃描法來進行行列鍵盤的掃描來獲取鍵盤輸入的鍵值。具體程序實現(xiàn)流程如下： (1)第一步判斷是否有按鍵按下。先向行掃描口輸出全零掃描碼，再從列檢測口開始檢測信號，只要有信號不為“1”，就表示有鍵被按下，并判斷按下鍵所在的列。 (2)第二步查詢按鍵所在的行和列的位置。第一步已經得到了按下鍵所在的列號，下來只要確定按鍵所在行。即采取的是逐行掃描的方法，進行逐行檢測，直到找到按下鍵所在的行。 (3)第三步對以上獲得的行號和列號進行譯碼就能得到具體的鍵值。 4系統(tǒng)調試結果分析 經過前期的局部仿真和后期多次實體試驗，本系統(tǒng)實現(xiàn)預定全部功能并正常工作：實時數據或故障信息可GSM網絡可靠發(fā)到計算機平臺和移動終端上;對于管理人員的查詢請求能做到即時準確回復;管理人員也可以通過鍵盤更改手機號碼，在LCD顯示相關信息。該系統(tǒng)完成軟硬件開發(fā)、調試后，經過測試，所有功能和性能指標均達到系統(tǒng)功能要求。 5結論 本方案中所設計的監(jiān)測系統(tǒng)通過GSM網絡進行通信，可以覆蓋整個線路上的保護器，無線通信方式可以使其不受安裝地點的限制。在實際應用中，本監(jiān)測系統(tǒng)簡潔、實用、性價比較高。在設計時，主要考慮到現(xiàn)階段對成本、可靠性等因素的要求，但隨著相關技術的發(fā)展，采用更為先進的3G網絡或是物聯(lián)網技術，在較大供電范圍內，對剩余電流動作保護器實現(xiàn)聯(lián)網管理，處理的數據量可以更大，管理起來也更加方便，應用層面可以更智能化。 |
