电力辅助设施监控系统中通信方案的设计和实现

摘要

针对电力运行环境监控过程中存在的监测指标不全面、灾情信息传达不及时、人工巡检成本高、数据统计费时费力、环境因素严重影响设备运行寿命等问题，以保障变电站的可靠、安全、稳定、高效运行为目的，设计并实现了一套具备远程监控能力的变电站辅助设施监控系统。本文的研究内容主要是设计并实现与该监控系统配套的满足重庆市电力生产管理制度需求的通信方案。该通信方案的设计中采用的组网方式和通信规约是在分析现有的组网技术和通信标准后进行选择，并根据当前变电站的需求、结构和环境进行设计，通过利用网络传输封装监控数据的规约信息帧，实现对管理范围内区域变电站的运行状况的实时监控，减轻巡检人员的工作量，快速发现危险和隐患，保证运行环境的安全，提高自动化的统一分布式管理。
　　本文完成的主要工作和创新点如下：
　　①通过分析当前电力场所的环境特征和监控系统通信需求，研究常用通信组网技术特点，选择ZigBee短距离组网技术和GPRS远距离组网技术，对辅助远程监控系统的通信组网进行设计。
　　通过对比分析当前主要远动通信规约的通信特点、设备间通信的数据帧类型和数据流的交互规程，选择符合系统通信需求的Modbus和类104远动通信规约。
　　②研究Modbus通信规约，设计了监控前端设备中的规约帧内容，并实现了规约的交互规程。研究104通信规约，针对本系统整体组网结构和通信需求，对该规约的帧格式、帧所封装的数据内容和设备之间的交互过程进行重新定义和设计，称为类104规约。并在该通信方案中进行了实现。
　　104规约的重新定义，解决了主站只能调度子站（即集控器）的问题，实现了主站可以通过集控器透传指令，达到远程控制监控前端的目的。
　　③研究系统的通信模式，倒置服务器/客户端的工作模式，解决了由于IP不足引起信息综合管理困难这一难题，即集控器作为TCP客户端，主站作为服务器。为主站分配一个公共IP地址，而只需为每个集控器分配一个私网地址。

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英文摘要

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景和意义

1.3 课题研究现状

1.4 论文结构安排

2 电力辅助设施监控系统中通信的需求分析

2.1 系统架构的分析

2.2 通信业务逻辑需求

2.3 系统中通信功能需求

2.4 系统中通信非功能需求

2.5 本章小结

3 电力辅助设施监控系统中通信方案的技术选择和介绍

3.1 通信方案的描述

3.2 通信组网方式的技术选择和介绍

3.3 远动通信规约的分析和介绍

3.4 本章小结

4 电力辅助设施监控系统的通信方案中规约的设计与实现

4.1 开发工具

4.2 系统中通信数据处理流程的设计

4.3 Modbus通信协议的设计和实现

4.4 类104通信规约的设计和实现

4.5 本章小结

5 电力辅助设施监控系统中通信效果的测试及结果分析

5.1 无线组网状态测试

5.2 有线组网状态测试

5.3 Modbus通信效果测试

5.4 类104通信效果测试

5.5 系统应用实现

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献