基于ZigBee技術(shù)的變電站無線監(jiān)控
一、 前言
變電站綜合自控是利用微機技術(shù)，將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠(yuǎn)動裝置等）進(jìn)行功能組合和優(yōu)化設(shè)計、實現(xiàn)對變電站的主 要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。目前我國每天投入電網(wǎng)運行的數(shù)百座新建電站均采用了綜合自 動化系統(tǒng)，同時，每年還有一定數(shù)量的老變電站的技術(shù)改造也以綜合自動化系統(tǒng)模式為主。
傳統(tǒng)的變電站綜合自動系統(tǒng)是通過有線的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號的采集、傳輸和發(fā)送。變電站設(shè)備雜多、信號繁多，這給綜合布線及檢查維修帶來了不便，工程量大，維護費用高。無線ZigBee的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已成為勢不可擋的趨勢，無線網(wǎng)絡(luò)不僅可提供更大的靈活性、活動性，還可以省去花在綜合布線上的費用和精力，這無疑更符合未來網(wǎng)絡(luò)的特點。
二、項目架構(gòu)實施方案
2．1 系統(tǒng)組成
整個變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是前端監(jiān)控數(shù)據(jù)采集設(shè)備、ZigBee傳輸設(shè)備、中心監(jiān)控系統(tǒng)。
2.1.1 前端監(jiān)控數(shù)據(jù)采集設(shè)備
整個變電站的正常運行需要實時監(jiān)控多個參數(shù)的運行狀況，數(shù)據(jù)采集設(shè)備就是用于實現(xiàn)各個監(jiān)控節(jié)點的參數(shù)采集，并將采集得到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給ZigBee傳輸設(shè)備。
2.1.2 ZigBee傳輸設(shè)備
ZigBee傳輸設(shè)備在整個系統(tǒng)中用于實現(xiàn)傳輸通道的建立，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自組網(wǎng)功能，最大可支持65000個點。當(dāng)ZigBee設(shè)備從采集終端接收到監(jiān)控數(shù)據(jù)后，通過自組建的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送到監(jiān)控中心，同時，監(jiān)控中心也可通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)對各個監(jiān)控節(jié)點發(fā)出控制指令，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信以達(dá)到遙測、遙控的目的。
這個方案中我們所采用的ZigBee傳輸設(shè)備有兩種，一種是只有ZigBee的F8914，還有一種是帶ZigBee+GPRS的F8114，兩者的區(qū)別在于前者完全用ZigBee無線網(wǎng)來傳輸，而后者可先通過ZigBee無線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行墓?jié)點（由F8114擔(dān)當(dāng)），然后再通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心。
2.1.3 中心監(jiān)控系統(tǒng)
中心監(jiān)控系統(tǒng)主要由服務(wù)器機組和平臺軟件主組成，當(dāng)中心監(jiān)控系統(tǒng)接收到監(jiān)控數(shù)據(jù)后，會對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析，并據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行各種控制操作，如發(fā)出告警信息、向終端監(jiān)控設(shè)備發(fā)出控制指令等等。
2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
根據(jù)監(jiān)控中心與實際變電站的距離，我們提出兩種網(wǎng)絡(luò)實施架構(gòu)，當(dāng)監(jiān)控中心就布設(shè)在變電站時，數(shù)據(jù)傳輸采用ZigBee無線直接進(jìn)行短距離傳輸接入，整個ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)采用F8914進(jìn)行組建，如下圖
當(dāng)中心監(jiān)控與變電站的距離較遠(yuǎn)時，終端數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)傳輸?shù)街行墓?jié)點，然后中心節(jié)點再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控室，中心節(jié)點采用帶有GPRS的設(shè)備F8114。組網(wǎng)如下圖
當(dāng)中心節(jié)點通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心時，中心網(wǎng)絡(luò)有多種網(wǎng)絡(luò)接入方式： 1）中心采用APN專線， 所有終端都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，客戶中心通過一條APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間建立GRE隧道。為客戶分配專用的APN，其他的用戶不得申請該APN。只有該專網(wǎng)內(nèi)的SIM卡才能進(jìn)入該APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶可以內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下的最佳組網(wǎng)方式。
2）控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3）控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
四、方案特點
Zigbee以其靈活、可靠、易于布置等特點在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將其應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點在于：
1、無線化，減少變電站的連線的復(fù)雜度。
2、成本低，Zigbee協(xié)議簡單且免收專利費。
3、智能化，各Zigbee節(jié)點自動搜索建立連接。
4、支持星型，樹型，網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最大網(wǎng)絡(luò)連接能力強，可支持65000個節(jié)點。
5、傳輸模塊采用工業(yè)級設(shè)計，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V)；工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC；儲存溫度 -40~+85ºC；相對濕度 95%(無凝結(jié))；多重軟硬件看門狗設(shè)計，適用于油井野外工作。
6、ZigBee終端空曠視距離環(huán)境無線通信距離800米。
7、Zigbee通訊不需要任何費，為整個項目節(jié)省大量的費用支出
8、設(shè)備配置操作簡單，易懂 ，集成化程度高，技術(shù)成熟，安裝方便。
隨著需求的增長和技術(shù)的進(jìn)一步成熟，Zigbee在變電站綜合自動化系統(tǒng)中會有更為廣闊的應(yīng)用前景。
五、方案總結(jié)
Zigbee無線數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)采集穩(wěn)定、可靠、方便、實用。安裝費用低廉，維護簡單，無優(yōu)升級，不需要租用公網(wǎng)，也無須巨額運行費用。這是現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的最優(yōu)解決方案！
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