（电气工程专业论文）基于gsm的配电变压器监控系统的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，g s m 通讯网络发展迅速，目前已基本上覆盖全国，网络通讯质量在不 断提高。利用g s m 公众通讯网络传输电力设备信息，这是应用在电力系统中的新 型通讯方式。也是实现分散电力设备监控的新思路。利用g s m 终端的数据传输功 能，可实现监控主站与配变侧监测终端之间的双向数据传递。这样主站通过g s m 通讯网络即可对配变运行情况实现进行远程无线监视，并可实现开关量的遥控。该 种通讯方式的应用对于实现分布分散配变的管理具有十分重要的意义。本文经过研 究论证、实践后，提出并研制了一种切实可行的基于g s m 网络配变监控主站软件。 用于实现串口与数据库之间数据传递。该模块提供通用的函数库接口，其它程序可 直接调用。配变监控主站软件的主体部分采用p o w e rb u i l d e r 开发，数据库采用p o w e r b u i l d e r 自带的本地关系型数据库s q l a n y w h e r e 。g s m 配变监控系统的主站软件采 用标准的w i n d o w s 界面风格，模块化设计。 该系统可作为用电管理的重要组成部分，也是城区配网自动化的有益补充，有 利于合理调度和分配负荷，因而具有良好的社会效益和经济效益。 【关键词】g s m 、配网、监控系统、主站软件 山东大学硕士学位论文 - - _ - - _ 一 2 m a n yk i n d so fc o m m u n i c a t i o nm e t h o d sa r eu s e di nd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ， s u c ha sl o c a lb u s ，p o w e rl i n ec a r r i e r , s p e c i a l t e l e p h o n el i n e ，o p t i c a lc a b l e o n eo rs e v e r a l m e t h o d sc a r lb eu s e di np o w e rs y s t e mt oa c c o m p l i s hm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n go f e q u i p m e n t ss u c c e s s f u l l yi nt r u n kl i n eo fd i s t r i b u t i o ns y s t e m b u ts e v e r a li m p o r t a n t d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r si n l a t e r a la r eh a r dt ob em o n i t o r e da n dc o n t r o l l e d t h r o u g h t r a d i t i o n a lc o m m u n i c a t i o nm e t h o d s i nr e c e n ty e a r s ，g s mh a sd e v e l o p e df a s ta n di t sn e t w o r k sh a v ec o v e r e dw h o l e n a t i o n t h eq u a l i t yo fc o m m u n i c a t i o ni s i m p r o v e dv e r yf a s t i ti san e wc o m m u n i c a t i o nm e t h o d i np o w e rs y s t e mb yw h i c ht h ei n f o r m a t i o no fe l e c t r i cp o w e r e q u i p m e n t si st r a n s m i t t e d t h i si san e wt h o u g h tt or e a l i z em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n go fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r t h r o u g hg s mt e r m i n a l ，d a t at r a n s m i s s i o nc a nb ea c c o m p l i s h e db e t w e e nt h ec o n t r o l t e r m i n a la n dt h em _ t s t e rw o r k s t a t i o n ，t h e n ，t h em a s t e rw o r k s t a t i o nc a nm o n i t o ra n de v e n c o n t r o ld i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r t h i sc o m m u n i c a t i o nm e t h o di sv e r yi m p o r t a n tf o rt h e m a n a g e m e n to fs e p a r a t ed i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r t h i sp a p e rp r o v i d e das y s t e ms o f t w a r eo fm o n i t o ra n dc o n t r o lb a s e do ng s m n e t w o r k s r u n n i n g o nw i n d o w s9 8 ，w i n d o w s2 0 0 0 。t h ed l li n v o l v i n gd a t a c o m m u n i c a t i o nh a dd e v e l o p e di nv i s u a lc + + 6 0t or e s o l v et h ec o m m u n i c a t i o nq u e s t i o n i nb a s el a y e r , w h i c hp r o v i d e sg e n e r a lf u n c t i o ni n t e r f a c ef o ro t h e rp r o g r a mt oc a l li t s f u n c t i o n st ot r a n s m i td a t af r o ms e r i e sp o r ti n t od a t a b a s et a b l e s p o w e r b u i l d e r 6 5d e v e l o p s t h em a i np a r to fs o f t w a r ea n dd a t a b a s ei s d e s i g n e di ns q la n y w h e r e ，w h i c hi st h e p o r t a b l er e l a t i o n a ld a t as y s t e mo fp o w e rb u i l d e r6 5 t h es o f t w a r ea d o p t s s t a n d a r d w i n d o w si n t e r f a c es t y l ea n di sd e v e l o p e di nm o d u l e s g s mm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mc a nb eu s ea sap a r to fp o w e ru s a g es y s t e mo r d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a t i o nt od i s p a t c ha n dd i s t r i b u t e l o a d i th a sg r e a tb e n e f i bt os o c i e t ya n de c o n o m y k e yw o r d s g s m ；d i s t r i b u t i o ns y s t e m ；t h em o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m ； s y s t e ms o f t w a r e 山东大学硕士学位论文 引言 配电变压器作为电网末端设备，其运行状况直接关系到用户能否可靠使用电能， 因此，对其运行数据进行实时采集积监测十分必要。根据配电网中配电变压器的分 布特点，选择合适的通讯方式进行通信，是全面实现配变监测和管理的关键问题。 传统的通讯方式包括现场总线、电力线载波、电话专线、光缆、无线电台等。实际 的配电网中，配变数量众多，分散性大。这一特点决定了单一的通讯方式不可能满 足配变监测的需要。各种通讯方式的特点及应用如下： 光纤通信具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、抗电磁干扰等优点，可实现 对主干线上重要配变的实时在线监控。但光纤的接入点过多会增加费用，降低系统 可靠性，因此该方式不能将主干线上所有配变去不包括，对干线周边及支线上的配 变更是无能为力。 现场总线方式，如4 8 5 总线，数据传输可靠性高、实时性强；其缺点为需专门 布线，且室外布线长期运行其可靠性会降低，相应的维护费用也会增大。因此主要 应用于室内设备的连接。 电力线载波通讯的优点是可以利用现有的电力线资源，投资省，其缺点是容量 小、传输速率低( 低于6 0 0 b i t s ) ，信号衰减大、易受干扰等。主要应用于1 0 k v 配 网自动化开关监控和低压用户抄表。 数传电台方式实时性较好，能满足分散变对数据传输的要求。但此方式需申请 专用频点，城市使用易受干扰，该方式性价比不理想。 由于配电网系统设备分散且电气设备多等原因，传统的通讯方式实施起来难度 较大，g s m 通讯是近年提出的可应用于配变监溅的薪方式，其基于数字通信网络， 借助移动通讯蜂窝基站，利用短信平台或g s m 数据业务来实现数据传输。具有数 传电台通讯方式的优点，又无申请频点和发射功率的限制，特别适合大量分散与偏 远设备的监测和抄表。因此，采用g s m 方式对配网自动化中量大面广的配变进行 监控，对电力部门来说是一种经济可靠的选择，具有较广阔的应用前景。 本课题所开发的g s m 配变监控系统综合应用现代计算机技术和数字无线移动 通讯技术。实现对远方电力设备( 配变、箱式变、柱上开关断路器等) 的遥控、遥 信、遥测、运行故障的监视报警以及远方自动抄表等功能。 本论文结合g s m 网络在s m s 、v o i c e 和d a t a 三种通讯方式的实现机理和实 山东大学硕士学位论文 4 现过程，介绍了基于g s m 网络的配变监控警报系统的开发和应用。并针对其后台 管理软件做了一些初步的研究。 山东大学硕士学位论文 1 g s m 系统简介 1 1 g s m 系统概述 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e ) 全球移动通信系统最初为一个欧洲的移动通 信标准是第一个数字移动通信系统，能够在欧洲范围内进行国际漫游。现在已经 不仅局限于欧洲范围内，世界上许多国家也采用g s m 系统，迄今为止已经成为商 业化运营最为成功的移动通信系统。我国采用e t a c s 体制9 0 0 m h z 频段作为我国 蜂窝移动通信系统的标准。1 9 9 2 年g s m 系统由我国联通首先引入广州，经过 _ 年 庄右的发展g s m 网络已经覆盖了全国大多数的城市和乡镇。其用户数量也在迅速 与日俱增。 在g s m 系统的发展中，陆续发展出几个系列通信系统。最初的g s m 系统被称 为p g s m 系统( p g s m 系统的上行频带分配为8 9 0 m h z 9 1 5 m h z ：下行频带为 9 3 5 m h z 9 6 0 m h z ) ，在此基础上通过频带的加宽又发展成为e g s m 系统( e g s m 系统的上行频带分配为8 8 0 m h z 9 1 5 m h z ；下行频带为9 2 5 m h z 9 6 0 m h z ) ，它的工 作频带比p g s m 的工作频带向下拓展了1 0 m h z 。只能在p g s m e g s m 系统工作的 手机称为单频手机( 例如m o t o r o l as t a r3 2 8 ；k r u n c h 3 3 8 ) 。对于一个移动通信系 统来说，在同一个小区范围内的用户数量可能很多，而用于通信的频率资源是有限 的，有时可能无法同时满足众多用户使用，为此通过改变g s m 的工作频率建立了 d c s ( d i g i t a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统。d c s 的上行频率为1 7 1 0 m t t z - 1 7 8 5 m h z ， f 行频率为1 8 0 5 m h z 1 8 8 0 m h z ，这样使手机在g s m 系统和d c s 系统通信成为可 能，及双频手机( 例如：m o t o r o l a c d 9 2 8 v 9 8 8 等) 。在北美一些国家还采用了p c s 系统( p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 庀的上行频带为1 8 5 0 n h z * 1 9 1 0 m h z ，下行 频带为1 9 3 0 m h z - 1 9 9 0 m h z ，这就是通常所说的三频，即能够在g s m d c s p c s 三 系统通信的手机叫三频手机( 如：m o t o r o l a l 2 0 0 0 l f 2 0 0 0 ：注：d c s 和p c s 在同一 地区只能有一个存在) 。所有的g s m 系列的移动通信系统只是工作频率和手机的发 射功率有所不同，射频调制、解调方式则完全相同。为此，g s m 系统已经发展成为 一个庞大的通信系统家族，而我国目前采用的仅仅是p g s m 系统和d c s 系统，但 大多数城市只仅仅采用了p g s m 系统，目前只有北京、上海、广州、天津等少数城 市采用了双频系统。 市采用了双频系统。 山东大学硕士学位论文 6 g s m d c s p s c 系统的主要组成基本相同，都是由m s ，b s s ，m s c 三部分组 成。 1 移动台m s m o b i l es t a t i o n - - 移动台( 手机) ：手机是移动通信系统服务用户的终端设备，用 户通过手机进行通信并将用户语音、数据信号转换为能够传播的射频信号，同时进 行反方向传输。 2 移动交换中心m s c m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r - - 移动交换中心：主要功能是负责燕个移动通信系统数 据语音传输交换、网络管理、通信系统的连接、手机用户的身份确认与位置更新、 通信信道的选择等功能，以及系统提供的其他功能( 如：短信息等) 也需要m s c 来完成。 3 基站系统b s s b a s es t a t i o ns y s t e m - - 基站系统：b s s 的主要功能是负责将m s c 与m s 连接起 来，基站必须具备与m s c 的固定有线( 或无线) 连接方式，同时还要具备与m s 的无线连接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区中的手机都可以与基站通信。 基站对手机的通信的状态参数( 包括频率、功率、时序等) 进行控制和管理，当手 机移动到另一个基站小区时，将在基站的控制下进行越区切换。 1 2 g s m 短信业务 g s m 短信业务以数字蜂窝终端发送和或接收字母数字消息的能力为基础，与 普通的寻呼业务不同的是，g s m 短消息的传递是有保证的。即使一个目的蜂窝终端 不可达( 比如关机或者不在服务区内) ，网络也会保留发送给它的消息并当蜂窝终端 又出现在网络中后传递。短消息分为两类一小区广播消息( c b s ) 和点到点短消息 ( s m s ) 。在点到点短消息服务中，消息可以从一个移动台，从一个p c 到一个移动 台，或者相反。这些消息由短消息中心( s m s c ) 来保存，并在可以传递时转发消 息。每个g s m 网络必须支持一个或多个s m s c 对消息进行分类和确定路由。 g s m 系统支持用户点对点的短消息( s m s p p ) 和小区广播型短消息( s m s c b ) 两种业务。 s m s 网络结构的主要部分见图1 1 。在确定一个移动台总结短消息的路由时， s m s c 把短消息发送到短消息业务网关移动交换中心( s m s - - g m s c ) 。s m s 山东大学硕士学位论文 g m s c 祥目的移动台的归属位置寄存器( h l r ) 询问路由信息并把信息发送到合适 的移动交换中心( m s c ) ，由该m s c 把消息发给目的移动台。相反，当确定一个移 动台发起的短小路由时，移动台根据全球称谓( g l o b a lt i t l e ) 寻址到需要的s m s c 。 如果是在外漫游，被访问的移动网把短消息路由到合适的短消息业务，互联移动交换 中心( s m s - - i w m s c ) 。 s m s c 用加时间戳的方法来唯一地标识每个短消息。短消息到达s m s c 的时间 精确道秒，s m s c 必须确保给在同一秒内到达的两个或更多短消息赋予不同的时间 戳。 g s m 系统支持用户点对点的短消息( s m s - - p p ) 和小区广播型短消息 图1 ，ls m s 网络结构 ( s m s 。c b ) 两种业务。 1 点对点短消息 点对点短消息是g s mp h a s e l 标准定义的业务，它通过信令信道传送，在无业 务信道呼叫时使用独立专用控制信道( s d c c h ) 。有业务信道呼叫时使用慢伴随控 制信道( s a c c h ) ，最大消息长度为1 4 0 字节或1 6 0 字母数字。 点对点的短消息可以在用户之间传送信息，它分为两种基本业务。 移动台接受点对点短消息( s m s m t p p ) 。它说明了从短消息服务中心( s m s c ) 向移动用户( m s ) 发送短消息的机制。 移动台发送点对点短消息( s m s m o - p p ) 。它说弱了一个移动用户( m s ) 通过 短消息服务中心( s m s c ) 向一个短消息实体( s m e ) 发送短消息的机制。 这两种机制保证了短消息传送的双向性，为灵活的使用短消息业务提供了可能。 这两种机制的具体处理过程是移动台( m s ) 发起一个短消息业务，这个信息通过信 山东大学硕士学位论文 8 道传送到移动服务交换中心( m s c ) ，移动服务交换中心根据来访位置寄存器( v l r ) 的信息向移动台提供服务并且将短消息传送到与短消息服务中心接口的网内互联移 动服务交换中心( s m s i w m s c ) ，s m s i w m s c 查询归属位置寄存器( h l r ) 的信 息将短消息送到相应的短消息服务中心( s m s c ) ，最后由短消息服务中心将短消息 递交给相应的短消息实体，这个实体可以是移动台、固定网中的用户或是另一个短 消息服务中心，这样就完成了一次移动台发送短消息服务。移动台接受一个短消息， 这个过程相对前一个可以说是一个相反的过程，只是其中涉及的实体有所不同。具 体过程是短消息服务中心将短消息发送到与其接口的移动服务交换中心 ( s m c g m s c ) ，这个移动服务交换中心查询归属位置寄存器( h l r ) 的信息得到 目前移动台所在移动服务交换中心( m s c ) 的地址并将短消息发送到相应的 m s c s g c n ，m s c 再查询相应的来访位置寄存器得到移动台的信息，最后将短消息 转发给目的移动台，从而使移动台完成一次短消息的接收。根据上述的过程可以得 到短消息传送的基本网络结构，如图1 2 所示。 图1 2 短消息传送的主要网络结构 2 小区厂播短消恩 小区广播短消息是g s mp h a s e 2 标准定义的在某一特定区域内广播短消息的业 务。所有位于这一区域并注册了该项服务的用户，只要激活此功能就可以接收到广 播的短消息。与点对点短消息不同的是，小区广播短消息是在专用的小区广播信遭 ( c b c h ) 中发送，其消息长度为8 3 字节或9 3 字母数字。c b s 的实现见图1 3 。信 息源通过小区广播中心( 可单独设立或与s m s c 合设) 直接传送到基站控制器 ( b s c ) ，b s c 存储短消息并根据指定的时间、次数等，依次向设定的各个基站传 输系统( b t s ) 播出。小区广播型短消息业务发送的是一些通用信息，它可以被小 山东大学硕士学位论文 区中的所有用户接收。 图1 3 小区广播短消息的实现 1 3 g s m 数据业务 g s m 数据业务的发展大致经历了以下几个阶段：第一阶段提供的数据传输速率 最高为9 6 k b i t s ，属于低速电路交换无线数据业务，包括透明翮非透明2 种传输方式。 透明方式传输精确度较差，但速度快，适合要求速度较快但精确度不高的需求。非 透明方式传输精度高，数据传输过程中除了前向纠错编码外，还要通过无线琏路协 议( r l p ) 进行控制，不合格的帧需要重传，故而传输速度较慢。为了突破9 6 k b i t s 的瓶颈限制，g s m 在低速电路数据的基础上，提出了高速电路交换数据业务 ( h s c s d ) ，通过改进编码调制方式使得一个时隙的传输速度从9 6 k b i t s 提高到 1 4 4 k b i t s ，并且它还允许几个时隙同时传送一路数据，理论上可打开1 1 5 k b i t s ，h s c s d 更适合实时性高的应用，如高速传真，其缺点是信道利用率低。 g s m 数据业务的第三阶段是通用无线分组交换业务( g p r s ) ，它引入了分组交 换传输技术，具有无线资源利用率高、接入速度快的优点，最高速率可达1 7 1 k b i t s ， 并且有多种服务质量，可以灵活支持多种数据应用。 g s m 数据业务的第四阶段是增强数据速率业务( e d g e ) 。它采用高效的调制 方式，每时隙传输速率高达4 8 k b i t s ，可同时使用8 个时隙传送一路数据。e d g e 包 括增强型g p r s 和增强型h s c s d 两种。 1 4 g s m 通讯模块 目前，g s m 通讯模块有多家公司生产和提供，如s i e m e n s 公司的t c 3 5 及 t c 3 5 t 模块，w a v e c o n 公司的w a v e c o mg s m 调制解调器，以及上海贝尔公司 9 山东大学硕士学位论文 的s b t 6 2 0 1 c m p t 模块等。它们是工业级手机模块或其封装产品，可以像手机一样 具备使用g s m 网络的能力。大部分模块都提供了标准r s 2 3 2 接口，只需将用串口 线将其联至计算机或用户自己的设备，接通电源，即可使用。控制命令采用调制解 调器常用的a t 命令集，可控制模块进行短消息、话音通讯或数据通讯，并实现双 向无线通讯功能。 1 0 1 4 1t c 3 5 t 模块 在我们所开发的配变监控系统中，主站侧采用了s i e m e n s 公司的t c 3 5 t 模块， 对该模块简介如下： 西门子公司的t c 3 5 是一款双频9 0 0 1 8 0 0 m h z 高度集成的g s m 模块。在g s m 网络日臻完善的今天，它易于集成，使用方便。在远程监控和无线公话以及无线p o s 终端等领域应用很广。 t c 3 5 t 是西门予公司的一个便捷的即插即用解决方案。作为一个终端产品它内 置了t c 3 5 无线模块，集成了标准的r s 2 3 2 接口以及s i m 卡，可以在p c 机上用a t 命令通过串口对它进行设置。这使它成为在声音和数据通讯上通用的一个g s m 双 频终端产品，具有可传送话音、传真及数据，以及根据应用移植升级到g p r s 是该 模块的几大特点。因此其在远程通讯，现场监控等诸多无线通讯领域应用非常广泛。 1 4 2t c 3 5 t 的a t 指令操作 1 a t 命令集 主站g s m 装置采用s i m e n s 公司生产的t c 3 5 t ( t c 3 5t e r m i n a l ) ，它与p c 机 之间通过标准r s 2 3 2 串行口连接，通讯协议是a t ( a t t e n t i o n ) 指令集。a t 指令集 应属于m o d e m 自身通信的一套规则和标准。h a y e s 公司的s m a r tm o d e m 系列产品 已经成为m o d e m 事实上的标准。丽几乎所有应用于计算机通信的m o d e m 均号 称与h a y e ss m a r tm o d e m 兼容。所谓h a y e s 兼容m o d e m ，主要是指它能识别并执 行称为a t 命令的某些命令和命令串。目前各种m o d e m 除了可执行最基本的h a y e s 命令集外，还有自己特有的命令。 在h a y e s 公司建立a t 命令之前，d t e ( d i g i t a l t e r m i n a l e q u i p m e n t ) 与m o d e m 之间是通过硬件电路来实现直接控制的。a t 命令的建立使得d t e 解脱出来，振铃 山东大学硕士学位论文 检测、载波检测、速率选择等等都可以由m o d e m 来完成，此时t x t 和r x d 不仅 仅传输数均，还传送a = r 命令。d t e 发送a t 命令到m o d e m ，m o d e m 执行后通 过r x d 返回结果给d t e 。而我们这里的g s m 模块就极类似一个无线的m o d e m 。 a t 命令集中几乎所有的指令都以a t 开始，以回车结尾。每个命令执行与成功 与否都有相应的返回( 返回结果码的类型、格式等可设置) 。其他一些非预期的信息 ( 如有人拨号进来，线路无信号等) ，模块将有对应的一些信息提示，接收端可以做 相应的处理。a t 指令集主要有常用命令，呼叫控制命令、网络服务命令、安全命令、 电话簿命令、短消息命令、数据和传真命令等。该g s m 远程无线监控系统常用到 的一些a t 命令主要见表1 1 。 表i 1 常用a t 命令 1 查询设置部分 默认设鼹 a t z 恢复到默认设置 回应 a r e 是否可见输入字符( a t e l 回显开) 显示设置 a t v 显示当前的一些参数的设置 保存设鹭 a t & w保存所有对模块的软件修改 自动测试 觚1 自动测试软件 功能列表 a r + g c a p 查询可供使用的功能列表 2 语音部分 拨号命令 a t d 拨打电话号码 挂机命令 a t h 挂机 回应呼叫 a r a 当模块被呼叫时回应呼叫 + v t d 设置长度，+ v t s 发送 d t m f 信号a t + v t d ，+ v t s 信号 3 s m s 部分 选择是否打开短消息服务以及广播 选择短消息服务a t + c s m s 服务 短消息储存a t + c p m s 选择短消息优先存储区域 选择短消息支持格式( t e x to r 短消息格式a r + c m g f p d u ) 保存设置 a r + c s a s保存+ c s c aa n d + c s m p 参数设置 恢复设置 a t + c r e s 恢复十c s c aa n d + c s m p 参数设置 显示t e x t 参数 a = h c s d h 显示当前t e x t 模式下结果代码 选择当有新的短消息来时系统提示 新消息提示戌n t 瑚 方式 山东大学硕士学位论文 读短消息a t + c m g r读取短消息 列短消息 p 口+ c m g l 将存储的短消息列表 发送短消息舭m g s发送短消息 写短消息a t + c m g w 写短消息并保存在存储器中 从内存中发短消 a t + c m s s发送在存储器中保存的短消息 息 设置t e x t 参数 a t + c s m 设置在t e x t 模式下条件参数 删除短消息a t + c m g d 删除保存的短消息 服务中心地址 a t + c s c a 提供短消息服务中心的号码 短消息位置修改a t + w m s c修改短消息位置 短消息覆盖a t + w m g o 写一条短消息放在第一个空位 2 t c 3 5 进行收发短消息和进行数据传输的a t 指令操作： ( 1 ) 主站t c 3 5 t 初始化 i t c 3 5 的s m s 功能支持p d u 和t e x t 模式。在我们的系统中采用的是t e x t 模式。 i i a t z 回车 i i i 应答为：a t z “o k ”或“e r r o r ”。 i v ，a t e o 回车 v 关闭命令回显，应答为：“o k ”或“e r r o r ”。 v i ，a t + c r e g ? 回车 v i i 查询t c 3 5 网络注册情况。应答为：“+ c r e g 0 ，1o k ”或“+ c r e g 0r 0 0 k ”或“e r r o r ” v i i i 。a t + c s c a = + 8 6 1 3 x x x x x x x x x 回车 i x 设置用户端相应g s m 网络当地的短信中心号码。应答为：“o k ”或 “e r r o r ”。 x a t + c m g f = l 回车 x 1 设置m 2 0 t 或t c 3 5 t 工作于t e x t 模式，应答为：+ c m g f “o k ”或 “e r r o r ”。 x i i a t + c n m i = 2 ，l ，0 ，0 ，1 回车 x i i i 设置收到新短消息时t c 3 5 串行口提示字符串。应答为：“o k ”或 “e r r o r ”。 山东大学硕士学位论文 x i v a t & w 回车 x v 存储设置。应答为：“o k ”或“e r r o r ”。 ( 2 ) t c 3 5 t 的数据呼叫( d a r a ) i a t d 呼叫号码 i i 等待约1 0 秒，应答： i i i c a n n e c t9 6 0 0 r l p ( 数据链路已建立) i v n oc a r r i e r ( 数据链路建立失败) v 键入“+ + + ” v 1 应答“o k ”，数据传输模式转换为命令模式 v i i a t h 回车 v i i i ，应答：“o k ”挂机成功，结束 山东大学硕士学位论文 2 g s m 配变监控系统的原理和组成 2 1g s m 远程无线监控系统介绍 g s m 远程监控系统硬件部分由监控中心和远程监控终端两部分组成，即我们所 说的主站和用户终端。主站可以是p c 与可收发g s m 短信的g s m 模块的组合，也 可咀是一部可收发g s m 短信的g s m 手机，用户端则是一套或多套g s m 调制解调 器与终端设备或受控设备的组合。其中，主站的p c 机及g s m 模块完成控制参数和 查询命令的设置与发送，用户端的g s m 调制解调器模块接收控制参数和查询命令 并传送给终端设备或受控设备，同时将所接收到的终端设备的应答数据或操作受控 设备的操作结果及状态信息回送给主站。 2 2 系统结构组成 如图2 1 所示整个监控系统分为三部分：监控终端、g s m 通讯层和监控主站a 三部分构成g s m 监控系统的整体，实现设备的监视与控制。以下将分别对各个部 分的组成与功能进行详细介绍： 1 4 山东大学硕士学位论文 2 2 。1 监控终端 图2 1 系统结构示意图 监 控 主 站 。 王 数 据 通 讯 监 控 终 端 监控终端装于配变侧，由数据采集单元、c p u 监控单元和g s m 通讯单元所组 成。 1 数据采集单元 数据采集单元通常为具有2 3 2 或4 8 4 通讯口的三相电子式多功能仪表。通过电 流和电压互感器将配交高压侧或低压侧的三相电压和电流引入电子式仪表中，可实 时采集配变的三相电流、电压、瞬时有功功率、无功功率和有功、无功电能等。此 外，多功能仪表一般还提供如事件记录功能、数据记录功能等。用户可根据不同要 求来选用不同的多功能仪表。仪表采集到的运行数据与各类统计数据都可经由4 8 5 或2 3 2 通讯口送至监控单元。 2 c p u 监控单元 c p u 监控单元由通讯规约转换模块、c p u 监控模块及通外部的接口电路所组 山东大学硕士学位论文 】6 成，如图2 2 所示。规约转换模块通过r s - - 4 8 5 口同电子式仪表相连，实现电表与 监控模块之间的规约转换与数据传输。 8 路输出8 路输入 维护接口温度输入 图2 2 监控终端构成图 在c p u 监控单元中模块t c s 处于核心地位，实现了监控终端所具有的各项监 控功能，对此模块进行介绍如下： t c s ( t e l e c o mc o n t r o ls y s t e m ) 是将g s m 网络现阶段的各种业务，包括话音 ( v o i c e ) 、短消息s m s 和数据( d a r a ) 传输业务应用于远程无线监控领域的一 套无线通讯系统。该系统用一片n e c 公司m c u 与西门子公司m 2 0g s m 移动通讯 模块接口，辅以外围的语音、测控等电路实现对g s m 语音和数据业务的收发、监 控。该系统具有8 个t t l 输入端口，可同光隔开关、继电器和开关触点输入连接。 还带有8 个输出端口，能够用来驱动逻辑装置或继电器等。另外，它具有一个模拟 输入端口用来测量温度，同时具有一路4 1 2 0 m a 标准模拟量的输入端口，公模拟量 测量使用。t c s 带有一个与外部d t e 接口的串行口，可与p c 机和用户系统连接， 其固定波特率为9 6 0 0 b p s 。整个系统的外围接口示意图如图2 、3 所示： 山东大学硕士学位论文 2 2 2 监控终端与监控主站之间的g s m 通信 出 监控终端约监控主站之间具有三种通讯模式，各有其特点，根据任务不同分别 选用，分述如下： 1 s m s 模式： 即短信方式。其通过信令通道进行少量数据的无线传输，不占用语音通道，并 且具有双向通信能力；一次短消息的传送就是一次通信的完成，具有分组数据的特 点；其适合小数据量信息的传送。此种模式在系统中应用最多，包括从监控主站下 发命令、运行数据和报警信息的上传等都采用这种模式。 2 v o i c e 模式： 通过语音信道进行传输。将c p u 监控单元设为相应工作方式候，系统允许g s m 手机在输入操作口令后根据语音提示对开关的合、分进行远方操作。该方式在监控 终端与操作人员的g s m 手机间建立了语音通道，通过按键下发操作命令，具有较 山东大学硕士学位论文 强可靠性。可作为操作人员现场操作方式或短信控制的备用方式。 3 d 觚a 模式： 利用语音信道进行大量数据的传输。该方式在主站与监控终端间建立起一条数 据通道，用于大容量的数据合成批数据的传送。如智能仪表中事件记录内容或数据 全记录传送等。 系统工作在p o l l i n g 规约模式下。主站通过主站侧的g s m 模块向用户端发送设 置、查询或操作命令，用户端接收主站呼叫命令并对其进行分析解释若是设置命 令( 如校对、设置用户端仪表表地址等) ，用户端执行相应参数设置，并向主站返回 参数设簧结果；若是查询命令，用户端p t b ( p r o t o c o lt r a n s f o r mb o a r d 规约转换板) 将查询命令转换为终端设备协议命令帧，通过r s 4 8 5 通讯口发送给设备终端采集数 据，最终通过用户端g s m 模块将数据送回主站；若是操作命令，用户端在验证操 作权限( 即p a s s w o r d ) 无误后，执行相应的操作，并将执行后的结果按预定协议上 传至主站。 2 2 3 主站侧设备及软件 监视主站由装有配变监控系统软件的微机和g s m 通讯模块组成，二者由r s 2 3 2 线相连，一端接入g s m 通讯模块的2 3 2 接口中，另一端接入计算机的串1 ：3 中。我 们所开发配变监控系统的g s m 通讯模块采用西门子公司生产的t c 3 5 t 模块，该模 块的组成及指令操作已在第一章的g s m 通讯模块中介绍过。 t c 3 5 t 模块发送和接收数据帧有两种形式：短信( s m s ) 和数据( d a t a ) ，二 者存在一定的差别： 短信( s m s ) 为双向通道，主站方既可以下发命令帧，又可接收子站上发的数 据帧，但就一次短信来说，其通道为单相，并且一次性的完成数据的传递。短信形 式的数据帧可在t c 3 5 t 模块中存储( 2 0 条) ，主站软件可随时读取，也可多次读取， 目前所开发的系统为短信读取后则进行删除处理，以避免模块中的存储区满导致主 站无法接收短信。 数据( d a t a ) 与短信( s m s ) 不同，虽然也为双向通道，但在一次通讯过程 中，即呼叫方( 主站侧) 与被叫方( 子站侧) 建立了直接的数据链路时，二者的通 道仍为双向。主站将命令帧下发后，子站根据命令将所需数据进行上传，主站侧监 出东大学硕士学位论文 控软件直接从串口读入数据，并进行处理后直接进行库存，并不在t c 3 5 t 模块中存 储。一次通讯完成后，数据不可反复读入。 主站监测软件定时对串1 ：3 进行读操作来获取这些数据帧，并对其进行相应分析 处理，处理结果以报警信息或运行数据两种形式存入数据库并给予显示。主站侧也 可制定各类命令帧，同赴哦g s m 模块下发至相应监测终端。实现指定运行信息和 冻结数据的采集功能。 配变监控系统软件的主体为数据库应用程序，负责数据的存库与保存工作，其 与底层的通讯采用了动态链接库。通过一系列的函数调用来实现串1 3 通讯，对 t c 3 5 t 模块中存储的短信进行读出与删除操作，以及进行拨号链接等工作。 山东大学硕士学位论文 3 数据库的设计、创建及管理 数据库应用都具有如图3 1 所示的一般结构，用户与数据库应用程序交互，数 据库应用程序与d b m s 接口，d b m s 访问数据库中的数据。 图3 1 用户、数据库应用程序、d b m s 和数据库之间的关系 可见，数据库是按照一定格式存放数据的容器。 3 1 需求分析 需求分析在系统开发周期中是很重要的阶段。开始设计和实施之前，首先必须 搞清楚系统的需求。需求分析应该区分所有重要事务的法则，通常还包括用户界面 或指导模型。需求分析阶段，精力应该集中在系统应该做什么，而不是怎么做。根 据调研及对其它相关数据库的研究，得出用户需求分析如下： 1 。对操作人员的权限进行验证，防止无关人员的操作； 2 对配变参数的存储：配变相关的一些参数需记录并可查询； 3 配变运行状态的监测：电压电流越限、变压器油温过高等异常情况需上发 报警并记录； 4 电表表码的抄收：每月的抄表日自动将电表表码抄回，未抄回的可以手动 进行补抄；可以对全部或指定用户进行实时抄收表码； 5 电量统计：用户分地域算费，打印收费单据( 单据格式给定) ，可以进行算 费欠费统计、查询( 可以按时间、用户、计费金额进行查询) ； 6 远程开关量控制；对箱式变中的某些开关进行开断闭合操作； 山东大学硕士学位论文 7 线损统计：分地域或按台变进行线损计算、查询； 8 供电可靠性统计：记录电能表的停送电时间、次数记录，进行统计、分析， 报表打印( 报表格式给定) 。 3 2 选择并创建合适的数据模型 数据模型是数据特性的抽象，它不是描述个别的数据，而是描述数据的共性。 正是这样的模型标识了需要在数据库中存储的内容和它们的节后及相互关系。 传统数据模型是文件系统中数据模型的继承和发展。从简单的文件操作发展为 较为复杂的数据库操作和相应的数据语言，这无疑是一个质的飞跃。传统数据模型 不单在数据库发展的历史过程中起了重要作用，而且迄今为止，它们仍然是商用数 据库的主流数据模型。在面广量大的事务处理应用中，它们也基本可以适用。数据 资源是一种昂贵的和和可以长期使用的资源。用户在积累了大量数据以后，如果要 更换数据库的数据模型，用户将为此付出很高的代价。因此，用户对新的数据模型 的采用，往往采取慎重甚至保守的态度。基于以上原因，传统数据模型，尤其是关 系数据模型，将在未来相当长的时间内仍被继续使用。但是传统数据模型存在以下 弱点： 1 以记录为基础，不能很好的面向用户和应用。 2 不能以自然的方式表示实体之间的联系。 3 语义贫乏。 4 数据类型太少，难以满足应用需要。 由于传统数据模型有上述不足，从7 0 年代后期开始，陆续出线了各种非传统的 数据模型一后关系数据模型。这些数据模型类型种类很多，繁简不一，但又大n d , 异。其中具有代表性的有：e i r 数据模型、函数式数据模型、语义数据模型以及面 向对象数据模型。为了克服传统数据模型