無(wú)線通信SCADA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.2 無(wú)線通信

3.2.1 通信介質(zhì)

無(wú)線通信SCADA系統(tǒng)監(jiān)控中心與RTU之間采用VHF/UHF無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，工作頻率為203～450Hz（須向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門申請(qǐng)相應(yīng)的頻點(diǎn)），數(shù)據(jù)通信的調(diào)制方式為FSK，傳送速率為300～1200bps。RTU站點(diǎn)間分布較散，與監(jiān)控中心距離較遠(yuǎn)，因此通信體制采用大區(qū)制。監(jiān)控中心選用TAIT 855/856基地臺(tái)，發(fā)射功率為45W，工作在全雙工方式，覆蓋范圍與高增益全向天線鐵塔的高度有關(guān)，半徑可達(dá)幾十公里。RTU采用Motorola GM300車載電臺(tái)，配以定向天線，發(fā)射功率為25W，工作在半雙工方式。

3.2.2 通信方式

監(jiān)控中心采用廣播方式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式向RTU發(fā)送命令。采用廣播方式時(shí)，RTU只接收命令并執(zhí)行，如校對(duì)時(shí)間、修改開(kāi)/關(guān)燈時(shí)間等命令；采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式時(shí)，如遙測(cè)、遙控等命令，RTU先進(jìn)行站點(diǎn)編號(hào)確認(rèn)，若是則根據(jù)命令格式執(zhí)行相應(yīng)操作，如控制路為開(kāi)/關(guān)、向監(jiān)迭中心返回電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障碼數(shù)據(jù)幀等。

3.3 外圍站RTU結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線通信SCADA系統(tǒng)的外圍站RTU結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

RTU主要由單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成，包括數(shù)據(jù)采集處理及A/D轉(zhuǎn)換電路、鍵盤顯示電路、時(shí)鐘電路、路燈全夜燈/半夜燈控制電路、無(wú)線通信電路。外圍站都可獨(dú)立運(yùn)行，即使因通信故障等原因無(wú)法與監(jiān)控中心聯(lián)系，也可單獨(dú)完成路燈系統(tǒng)的日益監(jiān)控。

單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)采用80C31作為CPU，27C256作為EPROM，62256作為RAM，在地址譯碼電路中采用74LS138，P2.7分別接62256的片選信號(hào)(為零選中)及74LS138管腳G1（為1選中），P2.4、P2.5、P2.6分別接74LS138管腳A、B、C，輸出片選信號(hào)控制多路開(kāi)關(guān)、ICL7109、DS12887、74HC245、液晶顯示。

（1）數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路

RTU實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)包括線路的電壓、電流、電度表讀數(shù)等。該模塊模擬輸入信號(hào)有三相交流電壓UA～UC。線路總電流IA～I(xiàn)C，各支路電流（本系統(tǒng)最多可檢測(cè)8條支路）I1A～I(xiàn)1C、…、I8A～I(xiàn)8C，信號(hào)經(jīng)V/I變送器、多路開(kāi)關(guān)（4051×4片）、信號(hào)處理電路（包括對(duì)交流信號(hào)整流、濾波等變換）后送入雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109，轉(zhuǎn)換成十二位二進(jìn)制數(shù)，其中低八位D1～D8與P0.0～P0.7相連，高四位D9～D12與P0.0～P0.3相連，CPU通過(guò)控制高/低字節(jié)使能端HBEN、LBEN分別從數(shù)據(jù)總線上讀取高四位及低八位數(shù)據(jù)。

（2）鍵盤顯示電路

采用液晶顯示。鍵功能主要有：設(shè)置站號(hào)、時(shí)間、各支路電流變化值、電流/電壓調(diào)零校正、全夜燈/半夜燈模式，巡檢/定點(diǎn)檢測(cè)每一支路參數(shù)等。

（3）時(shí)鐘電路

采用時(shí)鐘芯片DS12C887提供精確時(shí)鐘信號(hào)，包括年、月、日、時(shí)、分?？赏ㄟ^(guò)手動(dòng)方式修改時(shí)間，也可由監(jiān)控中心統(tǒng)一校時(shí)。

（4）路燈開(kāi)/關(guān)電路

可通過(guò)固化在EPROM中的每日開(kāi)/關(guān)燈時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行該站點(diǎn)路燈線路的通/斷，也可通過(guò)手動(dòng)設(shè)置方式或由監(jiān)控中心進(jìn)行遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)線路通/斷。

（5）無(wú)線通信電路

由調(diào)制/解調(diào)芯片TCM3105將接收的模擬載波信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)傳給CPU，將需發(fā)送的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬載波信號(hào)并通過(guò)GM300車載電臺(tái)、定向天線與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

4 路燈無(wú)線通信SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的注意事項(xiàng)

采用VFH/UFH電臺(tái)通信的城市路燈無(wú)線通信SCADA系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)幾年正常運(yùn)行。經(jīng)驗(yàn)表明，只要解決好數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)目煽啃詥?wèn)題，在城市大容量監(jiān)控系統(tǒng)中該方法明顯優(yōu)于有線傳輸方式，性能價(jià)格比高，且可方便地任意擴(kuò)展RTU。筆者認(rèn)為在設(shè)計(jì)調(diào)試安裝過(guò)程中還需要注意以下幾方面：

（1）尤其要重視無(wú)線信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試。在外圍站安裝前，由監(jiān)控中心基地臺(tái)發(fā)送信號(hào)，每一個(gè)RTU安裝處都要進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試，應(yīng)無(wú)明顯的同頻干擾和異頻互調(diào)干擾，信號(hào)電平應(yīng)在20dB以上。若某個(gè)RTU不能滿足，須改變其地址；當(dāng)大部分 RTU都不能滿足要求時(shí)，必須改變無(wú)線電臺(tái)的工作頻點(diǎn)。

（2）不能選擇過(guò)高的通信波特率，否則極易引起丟碼現(xiàn)象。

（3）在A/D轉(zhuǎn)換電路調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，ICL7109芯片引腳17（TEST）、27（SEND）不能懸空，應(yīng)與26（RUN/HOLD）同接+5V。否則A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

（4）用于測(cè)量三相電壓的V/I變送器不能直接裝在主板上，否則極易受雷擊而燒毀主板。

（5）在多山地區(qū)若無(wú)線信號(hào)受影響可設(shè)立中斷站。