小區變電站遠程監控系統及通信規約的研究

劉 浩，袁偉民

(鎮江供電公司，江蘇 鎮江 212001)

0 前言

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

國家電網公司的智能電網戰略(配電網側主要是配電自動化)，主要是解決配電網盲調問題，實現對電力設備和電氣量的“三遙”功能，對諸如小區變等配電設施的門禁、安防、溫濕度等方面的輔助監控未有涉及。小區變綜合監控系統是一種基于無線公網的遠程監控系統，旨在解決長期以來困擾小區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。

通信規約是系統進行通信時，收發雙方數據傳達的格式。在小區變監控系統中，使用了Modbus規約，Modbus 規約透明、可靠，可以方便地將不同的設備連接成工業網絡，提高了系統的集成度，降低了設備采購、軟件開發的費用。

1 小區變遠程監控系統的工作原理及組成

1.1 系統的工作原理

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

1.2 系統組成

小區變監控系統由現場傳感器檢測單元、現場監控工作站單元、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。

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

2 小區變遠程監控系統的作用

小區變遠程監控系統在小區變的監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）對小區變的運行狀態進行測控及保護。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、除濕機進行起停等。

（3）解決了電力系統對小區變難以集中管理的難題。通過對多個小區變無線組網，用1 臺終端即可監測網內所有的小區變，實現對所轄小區變集中遙信、遙測和遙控。

3 監控系統通信規約的研究

為保證數據有效、有序傳輸，通信雙方需對數據傳送格式進行約定，通常將這種約定稱之為通信規約。小區變監控系統內部不同的設備往往采用不用的通訊規約，本文采用的通訊規約主要是Modbus 協議。小區變綜合監控系統的各類探測器，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 協議概述

Modbus 是Modicon(現為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發明，是為PLC 設計的一種串行通信協議。從功能上看，它可以認為是一種現場總線。它通過24 種總線命令實現PLC 與外界的信息交換，是一種面向設備現場的字符型通訊協議，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 小區變遠程監控系統的組成

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。在小區變監控系統中一般使用RTU 通訊方式。主站發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行的動作。功能碼占一個字節，Modbus 通訊規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。作為主站請求發送，通過功能碼告訴從站應執行什么動作。作為從站響應，從站返回的功能碼與從主站發送來的功能碼一樣，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

數據區：命令中進行讀出或寫入的數據數量，這些數據從起始地址開始連續地址排列。在對模擬量進行操作時，每個數據具有2 byte，在對數字量進行操作時每8 個數據為1 byte，數據量占用2 byte。

CRC 冗余校驗:Modbus 通訊協議采用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)的所有字節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，所傳輸的數據不會被采用。

3.3 Modbus 通訊信息傳輸過程

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

4 結論

介紹了小區變監控系統的工作原理及組成。在整個系統中，通訊使用了Modbus 規約，該規約具有幀錯識別能力強、數據傳輸量大、實時性好等特點。遠程監控系統的應用為小區變的可靠供電構筑了安全防線。

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