電網(wǎng)低壓配電遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)
本文利用移動(dòng)GPRS模塊的無線網(wǎng)絡(luò)功能,開發(fā)配電臺(tái)區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),可很好地解決對(duì)配電變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)控及各種電參數(shù)的采集、運(yùn)轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)、調(diào)用等問題。當(dāng)發(fā)生故障或出現(xiàn)異常時(shí),迅速發(fā)短信給責(zé)任人報(bào)警,以便及時(shí)讓責(zé)任人處理故障,可以減少停電時(shí)間,及時(shí)恢復(fù)正常供電。在正常供電時(shí),根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的電壓、電流、功率、電能等各項(xiàng)參數(shù),可以及時(shí)調(diào)整或平衡配變的負(fù)載,降低線損,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行,改善供電質(zhì)量。另外,低壓配電實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還具有防竊電功能,有效防止竊電行為發(fā)生,提高了監(jiān)控的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
1 電網(wǎng)配電UML監(jiān)控的結(jié)構(gòu)
UML易于表達(dá)且功能強(qiáng)大,適用于許多不同系統(tǒng)的開發(fā),如Web應(yīng)用程序、信息管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等?,F(xiàn)以低壓配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)為實(shí)例,采用基于RUP軟件開發(fā)過程的UML建模方法,分別繪制用例圖、順序圖和類圖等UML圖形對(duì)電網(wǎng)低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行建模。
1.1監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
由下位機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)組成,下位機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)命令的交互、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)控,上位機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)命令的交互、數(shù)據(jù)的傳輸、和數(shù)據(jù)的處理以及自動(dòng)生成報(bào)表。數(shù)據(jù)采集器與GPRS通訊模塊通訊接口通過RS232總線,控制GPRS模塊的接收命令或發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.
當(dāng)數(shù)據(jù)采集器接收到終端主機(jī)要求采集命令后,采集多功能表的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并存儲(chǔ)數(shù)據(jù),通過GPRS通訊模塊發(fā)送到供電所終端主機(jī)上;終端主機(jī)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集器傳送的各種數(shù)據(jù)并分析。數(shù)據(jù)管理軟件對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄管理,通過人機(jī)交互界面管理所有轄區(qū)內(nèi)的多功能表的歷史信息及自動(dòng)生成報(bào)表等工作。一旦發(fā)生報(bào)警,報(bào)警數(shù)據(jù)將主動(dòng)上傳供電所終端,同時(shí)以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)短信形式發(fā)送到指定責(zé)任人手機(jī)上。
1.2系統(tǒng)的用例設(shè)計(jì)
用例圖表示一個(gè)系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)外部的交互者的功能,用例是系統(tǒng)提供的高級(jí)功能塊,監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行者主要包括操作員和管理員以及下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集終端部分,操作員和管理員的操作權(quán)限不一樣¨J。根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)用例如下:①系統(tǒng)登錄;②系統(tǒng)工具(記錄操作人員及進(jìn)出系統(tǒng)的時(shí)間以及對(duì)每個(gè)臺(tái)區(qū)進(jìn)行校時(shí),設(shè)定數(shù)據(jù)采集時(shí)需查看的當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和采集歷史數(shù)據(jù));③臺(tái)帳管理(對(duì)每個(gè)臺(tái)區(qū)臺(tái)變信息進(jìn)行增加、刪除、修改及查看所有臺(tái)區(qū)的臺(tái)變信息);④數(shù)據(jù)采集:⑤數(shù)據(jù)查詢(對(duì)已采集的歷史數(shù)據(jù)用曲線圖或表格的形式顯示):
⑥報(bào)表打印(對(duì)已采集的歷史數(shù)據(jù)可自動(dòng)生成單個(gè)臺(tái)變或綜合的日、月、季、年報(bào)表);⑦系統(tǒng)維護(hù)(管理操作員和管理員信息)⑧系統(tǒng)管理(注銷、鎖定系統(tǒng),修改密碼)。系統(tǒng)的用例圖如圖2。
圖2系統(tǒng)的用例圖.
2數(shù)據(jù)采集器
數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)多功能表的數(shù)據(jù)采集和對(duì)上位機(jī)終端數(shù)據(jù)的傳輸,采用雙串口的單片機(jī),可實(shí)現(xiàn)同時(shí)與多功能表和無線GPRS模塊通訊。該電路由單片機(jī)W77E58B、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、串行通訊接口、看門狗電路、硬件時(shí)鐘模塊、人機(jī)界面模塊,擴(kuò)展接口8255等部分組成。硬件框圖如圖3。
圖3數(shù)據(jù)采集器.
數(shù)據(jù)采集包括當(dāng)前數(shù)據(jù)采集,一個(gè)星期的歷史數(shù)據(jù)采集,校時(shí)功能,停電、全失壓、失電以及撤消命令事件處理功能等。擴(kuò)展接口8255可進(jìn)行事件報(bào)警、遠(yuǎn)程通訊、備用電源、工作指示等作用。多功能電能表采用的是河南許繼集團(tuán)的產(chǎn)品,具有可編程測(cè)量、顯示、數(shù)字通訊和電能脈沖變送輸出等功能的多功能智能電表,能夠完成電量測(cè)量、電能計(jì)量、數(shù)據(jù)顯示、采集及傳輸,實(shí)現(xiàn)LED現(xiàn)場(chǎng)顯示和遠(yuǎn)程RS.485數(shù)字接口通訊,數(shù)據(jù)采集順序如圖4。
圖4數(shù)據(jù)采集順序圖.
3 GPRS通訊模塊
采用的是天工實(shí)驗(yàn)室研制的M300A型GPRS模塊,它是一款完全透明的GPRS無線調(diào)制解調(diào)器,模塊提供靈活透明的數(shù)據(jù)傳輸、內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議、動(dòng)態(tài)IP地址管理等功能。對(duì)于GPRS模塊可以采用超級(jí)終端對(duì)包括通訊波特率設(shè)置、接入網(wǎng)關(guān)設(shè)置、移動(dòng)終端類別設(shè)置。由于GPRS是基于IP協(xié)議的,數(shù)據(jù)包在主機(jī)與GPRS服務(wù)器群中間的傳輸使用IP的分組,一般采用PPP協(xié)議進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)傳送,通過RS232串口和AT命令集來控制GPRS模塊完成控制接收與數(shù)據(jù)發(fā)送。
(1)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)格式.
120個(gè)字節(jié)的一天一個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)容:月,日,U∞“,U鋤in,Ua,Um,UbrIlin,Ub,UcM,UcIIlin,Uc,I刪,IaIIlin,1a,lb眥,lbIIlin,lb,eⅢ,Iclnin,Ic,A相正常運(yùn)行時(shí)I'日q(min),A相超上限運(yùn)行時(shí)間,A相超下限運(yùn)行時(shí)間,B相正常運(yùn)行時(shí)間(rain),B相超上限運(yùn)行時(shí)間,B相超下限運(yùn)行時(shí)間, C相正常運(yùn)行時(shí)間(min),C相超上限運(yùn)行時(shí)間,C相超下限運(yùn)行時(shí)間,三相有功最大需量(kW),月日時(shí)分有功最大需量產(chǎn)生時(shí)間,三相無功最大需量(kvar),月日時(shí)分無功最大需量產(chǎn)生時(shí)間,費(fèi)率1有功電能(kWh),費(fèi)率2有功電能,費(fèi)率3有功電能,費(fèi)率4有功電能,費(fèi)率1無功電能(kvarh),費(fèi)率2無功電能,費(fèi)率3無功電能,費(fèi)率4無功電能。
(2)事件記錄與短信息功能.
GPRS通訊模塊接通電源后,就擁有了一個(gè)動(dòng)態(tài)m地址,它主動(dòng)向監(jiān)控中心發(fā)出連接申請(qǐng),監(jiān)控中心為其建立連接,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接單元通過串口送給GPRS模塊的數(shù)據(jù)就被發(fā)送到監(jiān)控中心,實(shí)現(xiàn)終端主機(jī)與采集器實(shí)時(shí)通訊連接。發(fā)生事故時(shí)的短信內(nèi)容見表1。
表1短信內(nèi)容與事故的對(duì)應(yīng)關(guān)系.
4系統(tǒng)功能及應(yīng)用
4.1系統(tǒng)主要功能
軟件包括下位機(jī)應(yīng)用軟件和上位機(jī)終端應(yīng)用軟件,終端軟件在Delphi7.0與SQL SERVER數(shù)據(jù)庫方式上構(gòu)建而成。
(1)遠(yuǎn)程電量抄收,可以采集多功能表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和凍結(jié)數(shù)據(jù),包括有功和無功總電能、有功最大需量及發(fā)生時(shí)間、有功峰、平、谷電量,以及三相電壓、電流等,并可實(shí)時(shí)監(jiān)控電能表的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)[41。
(2)故障自動(dòng)上傳報(bào)警和短信通知功能。當(dāng)失壓、失流、斷相、電池欠壓和逆相序等情況時(shí)立即主動(dòng)上報(bào)給主站,并同時(shí)通過發(fā)送短信的及時(shí)通知管理人員。
(3)可隨時(shí)查詢電能表異常情況記錄,設(shè)定操作權(quán)限,如用戶登錄、抄收、檔案管理,參數(shù)設(shè)定、修改等。對(duì)抄收的電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,生成查詢報(bào)表、電量和需量曲線,打印抄收?qǐng)?bào)表及各類分析圖表。
(4)通過安裝控制裝置,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電,記錄停電及恢復(fù)時(shí)間,計(jì)算供電可靠率。
4.2系統(tǒng)主要特點(diǎn)
(1)實(shí)時(shí)通信。通過GPRS網(wǎng)絡(luò),管理中心可以實(shí)時(shí)抄收電能表的數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)終端設(shè)備的異常運(yùn)行并做出相應(yīng)處理。
(2)適用范圍廣。由于GMS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣,開通GPRS業(yè)務(wù)的地區(qū)越來越多,上網(wǎng)方便,基于GPRS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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