基于GSM的變電所的遠程監(jiān)測及應用

1 遠程監(jiān)測技術及應用
對于任何生產(chǎn)活動都須輔以科學的管理，為此，首先必須及時拿捏生產(chǎn)過程的實際情況，然后才能做出正確的判斷，進行必要的干預，使生產(chǎn)過程盡可能地維持在最佳狀態(tài)。因此采集生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和控制是科學管理生產(chǎn)的重要基礎。對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制，在初級階段由人工進行。工作人員憑自身的感官或借助表計等來監(jiān)視生產(chǎn)過程，用頭腦做出判斷決策，并視情況進行必要的控制。在對生產(chǎn)效率要求日益提高的信息化背景下，這種監(jiān)控手段已經(jīng)顯得力不從心；在高級階段，這種監(jiān)視、判斷決策和控制由計算機承擔，按照人們的意志自動地完成，就構(gòu)成閉環(huán)自動控制，有利用現(xiàn)代化生產(chǎn)的高效性、準確性，為CIMS（computer integrated manufacture system）技術的推廣應用打下良好的基礎,再配以先進的企業(yè)MIS（Management Information System），就能實施各種先進的生產(chǎn)管理模式，如JIT（JUST IN TIME）等。如果生產(chǎn)過程分布范圍不大，相距不遠，通常可采用就近監(jiān)視和就近控制的辦法實現(xiàn)近距離監(jiān)測。但有的生產(chǎn)過程分布的地域極廣，相距遙遠，可達幾十、幾百甚至上千公里，如電力、鐵路、采礦和石油等。這些部門要對相距遙遠的生產(chǎn)過程進行遠程監(jiān)視和控制，如仍沿用就近監(jiān)測的辦法，則在技術上和經(jīng)濟上都是不足取的，必須采用專門的措施來克服主要由相距遙遠所造成的因難。

1.1 遠程監(jiān)測技術在電力系統(tǒng)中的應用

為了適應這種客觀需要，逐步發(fā)展了遠動技術。所謂遠動，就是應用通信技術對遠方的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)遠程測量、遠程信號、遠程控制和遠程調(diào)節(jié)等各項功能。以電力系統(tǒng)為例，電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和用戶的用電設備等組成，電力調(diào)度控制中心對全系統(tǒng)的遠行進行統(tǒng)一的管理。對電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程的監(jiān)測，如按地域的遠近，則可分為近程監(jiān)測和遠程監(jiān)測兩大類。發(fā)電廠內(nèi)部鍋爐、汽機、發(fā)電機等所配備的自動裝置、監(jiān)控盤等都屬于近程監(jiān)測范疇，而調(diào)度控制中心耍對電力系統(tǒng)中分布地域遼闊的發(fā)電廠、變電所等進行的監(jiān)控就屬于遠程監(jiān)測。現(xiàn)代的電力系統(tǒng)，調(diào)度控制中心得要采集和處理的數(shù)據(jù)數(shù)量多，實時性要求高．早期的靠電話采集數(shù)據(jù)、下達命令的調(diào)度手段顯然速度慢，實時性差，已無法滿足要求。特別是在事故情況下，喪失時機可能就會造成極大的危害。科學技術的發(fā)展為調(diào)度自動化提供了有力的支持，目前已使用電子計算機對電力系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。采用計算機進行監(jiān)測的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)也就稱為電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化首先耍采集實時數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)的運行進行監(jiān)視和控制遠動系統(tǒng)可為調(diào)度控制中心采集實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對遠方設備的監(jiān)視和控制，因此它是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的基礎，無異于耳目和手足，遠動系統(tǒng)已成為電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的重要組成部分。

電力系統(tǒng)遠程監(jiān)測的主要任務是：將表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)和各發(fā)電廠和變電所的有關實時信息采集到調(diào)度控制中心;把調(diào)度控制中心的命令發(fā)往發(fā)電廠和變電所，對設備進行控制和調(diào)節(jié)。從發(fā)電廠和變電所發(fā)往調(diào)度按制中心的信息有測量量和狀態(tài)量等，測量量有有功功率、無功功率、電壓、電流、頻率、水庫的水位等。狀態(tài)量有斷路器、隔離開關的位置狀態(tài)，自動裝置、繼電保護的動作狀態(tài)，發(fā)電機組、遠動設備的運行狀態(tài)等。應用通信技術傳送被測變量的測量值，稱為遠程測量，簡稱遙測。應用通信技術完成對設備狀態(tài)信息的監(jiān)視，稱為遠程信號，簡稱遙信。調(diào)度控制中心送給發(fā)電廠或變電所的遠程命令有控制命令和調(diào)節(jié)命令等。應用通信技術，完成改變運行設備狀態(tài)的命令稱為遠程命令，又稱遙控。當調(diào)度控制中心需要直接抑制發(fā)電廠、變電所中的某些設備，如斷路器的合閘、分間，發(fā)電機的開機、停機等，就發(fā)出相應的控制命令。這種應用通信技術，完成對有兩個確定狀態(tài)的運行設備的控制稱為遠程切換。在我國，通常把遠程切換也稱為遙控。當調(diào)度控制中心需要對發(fā)電廠、變電所中的某些設備的運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，例如改變發(fā)電機組的有功出力，就發(fā)出相應的調(diào)節(jié)命令，用以改變機組有功調(diào)節(jié)器的整定位。這種對于具有兩個以上狀態(tài)的運行設備發(fā)出的遠程命令，稱為遠程調(diào)節(jié)，簡稱遙調(diào)。遙測、遙信、遙控和遙調(diào)是運動系統(tǒng)的四項基本功能，在我國稱之為四遙。遠動是應用通信技術完成迢遙測、遙信、遙控和遙調(diào)等功能的總稱。隨著科學技術的進步，遠動系統(tǒng)的功能根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的實際需要還在不斷地擴展，例如為了有助于分析電力系統(tǒng)的事故，遠動裝置可以按順序記錄斷路器事故跳閘的時間，這稱為事件順序記錄；也可以記錄事故發(fā)生前后一段時間的遙測值，這稱為事故追憶。此外，為了保證遠動裝置的正常運行和便于維護，還具有自檢查、自診斷功能等等。

1.2 無人值守系統(tǒng)應用

隨著科學技術的不斷進步，工礦企業(yè)的自動化程度不斷提高，正向著無人值守的方向發(fā)展。另外，隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，不同的生產(chǎn)部門可能在地域上分布極廣，為了使生產(chǎn)設備能連續(xù)高效無故障運行，工程技術人員不得不奔波于各個生產(chǎn)部門之間，以了解各種實時生產(chǎn)狀況。這種工作方式不僅效率低下，而且浪費大量的人力物力。近年來，計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展與應用，使得企業(yè)進行遠程監(jiān)測和管理成為可能。以有線通信為例，目前通常采用專線網(wǎng)和公共網(wǎng)兩種方式：專線網(wǎng)通信是在監(jiān)控中心與各現(xiàn)場設備之間鋪設專用線纜，采用現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術實現(xiàn)；公共網(wǎng)通信是借助程控交換網(wǎng)、電力線網(wǎng)等已存在的公共線路網(wǎng)，采用調(diào)制解調(diào)技術實現(xiàn)。專線網(wǎng)具有傳輸速度快、信號質(zhì)量好等優(yōu)點，但網(wǎng)絡的建設和維護需由企業(yè)自行解決，對于那些各個生產(chǎn)部門之間相隔幾十甚至上百公里的企業(yè)，建設與管理這樣一個網(wǎng)絡會需要大量的資金。而現(xiàn)有的公共網(wǎng)絡資源，特別是公共電話網(wǎng)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，具有網(wǎng)絡分布廣泛、接通率高等優(yōu)點，其可靠性和通訊質(zhì)量也不斷得到提高。特別是網(wǎng)絡的建設與維護均由電信局負責，企業(yè)只需按時繳納電話費即可。因此，公共電話網(wǎng)遠程監(jiān)控技術能節(jié)約網(wǎng)絡建設和管理經(jīng)費，具有很強的實用性。隨著GSM等新型無線網(wǎng)絡的發(fā)展，基于GSM、CDMA等無線移動網(wǎng)絡的遠程無線監(jiān)控亦逐步壯大，成為遠程監(jiān)控領域的新寵。

2 遠程監(jiān)測技術的現(xiàn)狀與發(fā)展

無線通信技術也正以前所未有的高速向前發(fā)展，很多無線通信技術被用于工業(yè)領域,這同時也帶動了遠程監(jiān)測技術的飛速發(fā)展。傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信、微波通信依舊勢不可擋，在新時期的各項領域起著不可替代的作用。此外，出現(xiàn)了許多新型的通信技術，如訊馳技術、CDMA移動通信技術。移動通信網(wǎng)絡逐步壯大，例如GSM技術就逐漸深入人心，個人移動電話日益普及，不再是脫離生活和普通大眾的消費品，而是實實在在地成為生活不可缺乏的一份子；在工業(yè)領域，傳統(tǒng)的電臺通信、近距離調(diào)頻通信因為穩(wěn)定性差、保密不良而逐漸被GSM等提供先進的無線業(yè)務趕超并替。

目前，GSM提供的服務，可以使得人們不受空間、地域的限制，隨時隨地獲取所需的信息，可以在移動中收發(fā)短信，收發(fā)E-mail、收發(fā)傳真、訪問Internet等通信。GSM提供了的短消息系統(tǒng)、電路交換型（CSD）和通用分組交換業(yè)務（GPRS）等多種數(shù)據(jù)業(yè)務服務。所有的服務為我們在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境里，營造相對平穩(wěn)、安全、有效的各種工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)提高了可能與方便。GSM（Globle System for Mobile Communication）意為全球移動通信系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)業(yè)務通信是在數(shù)據(jù)通信基礎上發(fā)展起來的一種通信方式。以往的數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸，因此只適合于固定終端或計算機之間的通信，而現(xiàn)在的無線移動數(shù)據(jù)通信是通過無線電波來傳送數(shù)據(jù)的，因而有可能實現(xiàn)更遠距離的數(shù)據(jù)通信。作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡媒介，GSM可以實現(xiàn)了跨省市區(qū)全國性的數(shù)據(jù)雙向?qū)崟r通信。它可以把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應用擴展到移動和便攜用戶。此外GSM 通信還具有保密性高、可靠性高、抗干擾能力強等特點，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和穩(wěn)定性，并提供雙方完備的通信協(xié)議，使用戶在此通信平臺上的開發(fā)簡單易行。

GSM系統(tǒng)有著常規(guī)無線通信或者有線通信載體難以媲美的優(yōu)點，因此，基于GSM的遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)正逐步得到廣泛應用。一些特殊的行業(yè)，如鐵路、石油、采礦等，傳統(tǒng)的監(jiān)控往往存在諸多的問題：成本高、效率的、安全性能不良、維護不方便。而基于GSM的遠程監(jiān)測系統(tǒng)較好地克服了這些不足，通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡，非常方便地建立起一種快捷有效的監(jiān)測系統(tǒng)。GSM（Global system for mobile）是目前基于時分多址技術的移動通信體制中最成熟、用戶最多、應用最廣的一種系統(tǒng)。我國已建成了覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)。利用它所提供的多種業(yè)務，除了基本的話務業(yè)務，還提供了傳真、短消息、數(shù)據(jù)傳送等增值業(yè)務，可以開展基于GSM的遠程監(jiān)控工作。首先，在工業(yè)現(xiàn)場布置各種表計和監(jiān)測站，進行一手的數(shù)據(jù)采集。通過現(xiàn)場總線把現(xiàn)場采集到的各種信息數(shù)據(jù)匯總到現(xiàn)場的監(jiān)控工作站，該工作站作為下位機。遠程監(jiān)控終端（計算機、手機）作為上位機可以通過指令主動呼叫，或者下位機主動向遠程上位機主動機發(fā)出現(xiàn)場數(shù)據(jù)。因此，工程技術人員可以節(jié)省許多人力物力，有序地完成各項維護監(jiān)控任務，保障整個企業(yè)單位地安全高效地運行。例如，在鐵路系統(tǒng)中，水電段的工作量特別大。供電系統(tǒng)為鐵路系統(tǒng)生產(chǎn)和生活持續(xù)提供電壓和能源，給水系統(tǒng)為鐵路生產(chǎn)和生活不間斷的提供水質(zhì)、水壓符合相關標準的生活用水。由此，鐵路給水、供電系統(tǒng)是保障鐵路正常生產(chǎn)的基礎部門，其生產(chǎn)管理水平直接關系到鐵路的安全、有序的生產(chǎn)。利用現(xiàn)代計算機、電子測量和通信網(wǎng)絡等技術為水電段進行技術改造，對變電所等實行基于GSM的遠程在線監(jiān)測和管理，自動進行工況記錄和數(shù)據(jù)管理，達到單人甚至無人管理的生產(chǎn)目的。基于GSM的遠程監(jiān)測依仗其前沿的技術和顯而易見的優(yōu)點正逐步發(fā)展壯大，具有非常廣闊的應用前景。因此，最終提出了基于GSM的變電所遠程監(jiān)測方案。