變配電所GSM 網絡無線遠程報警系統研究

張道俊

0 引言

鄭州供電段五里堡客整所的作用是將引自接觸網單相電源，經降壓整流后為動車檢修所提供直流600 V 電源，因該所為動車檢修所配套設施，所內設備簡單，且附近沒有可利用的通訊光纜，故沒有設置SCADA 系統。當所內設備發生異常或事故跳閘后，檢修人員無法及時了解設備報警信息。為解決該問題，本文介紹利用中國移動GSM 網絡將報警信息傳送到檢修人員手機上的簡單遙信系統設計方案和報警裝置的研制過程。當設備發生事故或預告報警時，通過GSM 網絡發送手機短信到檢修人員手機上，以便及時掌握設備異常信息，及時處理，防止發生供電事故。

1 無線遠程報警裝置的功能與實現方案

GSM 網絡無線遠程報警裝置的主要功能是當所內發送事故跳閘或不正常預告信息時，能向檢修人員及時發送報警信息；能夠保存發生過的報警信息以供查閱；檢修人員可以修改報警短信的內容；可以根據需要變更接收短信的手機號碼。

中國移動GSM 網絡具有較高的可靠性，利用GSM 短信模塊發送配電所報警信息具有設備成本低廉、運行穩定可靠的特點。

該裝置由單片機開關量采集模塊采集13 個報警信息開關量，然后根據采集到的開關信息，單片機通過GSM 工業短信模塊發送報警短信，檢修人員接收到報警短信后及時到現場進行檢修處理，因此，該功能通過設計16 路開關量輸入對應16 條短信內容即可滿足要求。

2 報警裝置的研制

2.1 原理設計

報警裝置由開關量輸入單元，液晶顯示單元，鍵盤操作單元，單片機信息處理單元，工業短信模塊單元以及電源電路組成，圖1 是其原理方框圖。

開關量輸入單元主要完成報警信息的采集與電平隔離轉換，該單元采用光電隔離芯片TLP521、SN74HC244N 等元件組成。其中光耦TLP521-4 的作用是采集24 V 電壓的報警開關量，當由外部報警輸入時，光耦導通，輸出低電平到SN74HC244N，緩沖后送單片機進行進一步處理。開關量輸入單元的其中一路報警輸入原理如圖2 所示。

圖1 報警裝置原理方框圖

液晶顯示單元的主要原件是SG12864J5 液晶顯示屏，與單片機的P0 接口和P1 接口連接，完成歷史報警信息的查看顯示、配合鍵盤修改報警目的地址等功能。

鍵盤采用4×4 共16 個按鍵開關，占用單片機的P2 接口，完成查看信息、修改參數等操作。

單片微控制器C805IF020 是一款完全集成的混合信號系統級芯片，與8051 指令集完全兼容，是一款真正獨立工作的片上系統。采用C8051F020可大量減少外圍器件，充分發揮F020 的高速度特點，大大提高系統的集成度和系統硬件擴展能力。C8051FO20 有2 個串行通信接口UART，其中之一已分配給 GSM 通信模塊使用，另一個通過MAX3232 芯片與PC 機連接通訊，用來設置報警中文短信內容。

圖2 開關量輸入單元原理圖

GSM 通信模塊采用西門子公司的工業通信模塊TC35T。TC35T 具有語音、數據、短消息和FAX4種傳輸方式；工作在GSM 900 MHz 和1 800 MHz頻帶范圍內；工作電源 8～30 V；波特率為300 b/s～115 kb/s，在1 200 b/s～115 kb/s 為自動波特率設置；數據傳送采用AT 命令集；對外提供標準的RS-232 接口和電源接口。應用時，將單片微控制器C8051F020 配上標準的RS-232 串行口芯片與TC35T 的串行口用電纜直接連接。

因為單片機的串口通訊采用9 600 bit/s 的通信波特率，使用前，TC35T 模塊必須通過計算機進行初始化設置，并將設置參數存儲在TC35T 中，方可進行通訊。

TC35i 模塊短消息提供2 種格式，TEXT 和PDU。TEXT 模式相對來說比較簡單，特別適合傳輸字符。目前的漢字傳輸一般都采用PDU 模式，PDU 模式需要進行編碼，處理起來相當復雜。單片機沒有字庫，輸入與處理漢字均比較困難，考慮到報警短信內容設置完畢基本不需要修改，或者很少修改，因此，報警短信的內容輸入與修改均采用PC 機進行編輯與處理，處理完的PDU 編碼通過串口與單片機進行通信，單片機接收后保存在單片機的FLASH 存儲器里。該方案需要一個簡單的上位機PUD 短信處理程序。

2.2 程序設計

上位機程序采用DELPHI 語言編寫，主要完成PUD 短信編碼的生產及與報警裝置的串口通信，程序主界面如圖3 所示。

當完成報警短信內容的輸入后，點擊下載按鈕，程序開始將短信內容逐條下載到報警裝置，當一條內容下載完成后，等待單片機返回序號，接收到返回的序號后繼續下載下一條短信內容。16 條短信的PDU 碼全部下載完成后，接收到單片機返回的下載成功信息，給出下載成功的提示后，下載完成。在該過程中，若超過規定時間沒有收到單片機返回的短信序號，或收到單片機返回的下載失敗信息，均立即終止下載，并給出下載失敗提示。

報警裝置程序設計包括SIM300 通信程序模塊、鍵盤掃描與操作處理模塊、開關量采集與處理模塊、屏幕顯示刷新模塊。報警開關量的采集采用查詢方式，程序啟動后首先將工業短信模塊TC35i注冊到中國移動通信網絡，然后循環查詢報警與鍵盤，若有報警或鍵盤操作，則進行相應處理。為防止程序運行中發生死機，每次循環均要有一次喂狗指令，若程序死機，看門狗電路將自動進行復位操作，保證系統運行正常。主程序流程如圖4 所示。

圖3 報警裝置上位機程序圖

圖4 主程序流程圖

報警裝置與上位機的通信采用中斷方式，報警裝置接收到來自上位機的串口信號產生中斷后，首先判斷接收到的短信內容長度及格式符合規定，然后報警短信的PUD 碼存儲到單片機FLASH 存儲器的特定位置后向上位機報告短信保存成功的短信序號，上位機收到序號，且連續16 條短信內容均正確接收和保存后，單片機向上位機發送下載定值成功確認信息。當接收過程中有一處錯誤時，單片機即向上位機報告通訊錯誤信息，上位機接收到該信息后，立即中斷當前傳輸，給出下載失敗的提示，由操作人員檢查后重新下載。每條短信占用256 個字節，共占用4 096 個字節的存儲空間。其流程如圖5 所示。

圖5 短信內容修改流程圖

2.3 安裝試驗

報警裝置研制完成后，安裝在鄭州供電段五里堡客整所中央信號盤內，各開關量輸入端口通過電纜引入。經過試驗，各種報警短信均能夠正確發出。

3 結束語

本文通過對GSM 短信平臺的應用，介紹了一種低成本無人值班配電所報警信息遠程傳遞的新思路。實踐證明通過該報警裝置的運用給運行維護人員帶來了極大的方便。同時該短信報警裝置可以方便地移植到其他工業監控系統中去。