CN103412536A - 基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统 - Google Patents

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张云龙
刘贤兴
范为杰
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Abstract

一种基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统,包括现场层、网络层、管理层；所述现场层通过网络层与管理层进行数据传输。有益效果：本发明能够克服目前箱式变电站监控系统中现场总线、光纤通信、数传电台等通信方式带来的缺陷，通过物联网的无线传感器网络技术自动、实时对箱式变电站设备进行识别、定位、追踪、监控、控制和保护，实现对箱式变电站各设备的实时管理监测、控制与故障报警，实现箱式变电站的智能化与自动化。

Description

基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统
技术领域
该发明涉及一种箱式变电站的监控系统，特别涉及一种基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统。
背景技术
箱式变电站是一种将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起的成套变配电装置，采用微机综合自动化系统来实现无人值守。但是，智能箱式变电站一般安装在负荷密集的工矿企业、港口、机场、城市公共建筑、高速公路、地下设施和居民住宅小区等场所；要对智能箱式变电站进行远程监控、系统组网，由于其布线施工比较苦难，一般的现场总线组网方式就很难实现。
随着信息化、网络化和智能化的快速发展，箱式变电站不仅要具有“四遥”（遥测、遥信、遥调、遥控）功能，而且要以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，并在实时监控和预警系统软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在短时间内恢复送电。因此，箱式变电站的数字化、网络化、信息化是智能箱式变电站发展方向。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够实现箱式变电站的智能检测、智能判断、智能控制、智能管理的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统。
技术方案：一种基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统,包括现场层、网络层、管理层；所述现场层通过网络层与管理层进行数据传输。本发明将物联网技术应用于箱式变电站，将ZigBee无线传感网络和GPRS（General Packet Radio Service）无线通信技术相结合，提出了一种基于ZigBee技术和GPRS技术二者优势互补的智能箱式变电站无线传感网络系统实现方案。构建由各功能监测子系统远端站、ZigBee-GPRS传输网络和远程监控中心三部分组成的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，实现箱式变电站的智能检测、智能判断、智能控制、智能管理。
所述现场层包括配电回路的电参量的监测子系统远端站、高低压主断路器实时监测子系统远端站、馈线断路器状态实时监测子系统远端站、各馈线回路的漏电监测子系统远端站、电力谐波与相位监测子系统远端站、温湿度监测子系统远端站、SF6泄漏监测子系统远端站、避雷器状态监测子系统远端站。
所述网络层包括ZigBee-GPRS无线传输网络、Internet网络 和GPRS网络。
所述管理层包括监控中心和移动数据终端手机。
所述ZigBee-GPRS无线传感器网络包括网关微处理器、GPRS模块、电源管理模块、FLASH、JTAG接口、ZigBee网络协调器和与监测子系统远端站连接的ZigBee网络节点。
所述现场层各监测子系统远端站所采集的现场数据，通过ZigBee-GPRS无线传感网络，将数据传输给GPRS网络和Internet网络，最后传输至管理层。
通过GPRS模块与计算机之间的通信协议，实现GPRS模块与监控中心中的计算机之间的通信，同时以短信的方式发送到指定的手机上。
有益效果：本发明能够克服目前箱式变电站监控系统中现场总线、光纤通信、数传电台等通信方式带来的缺陷，通过物联网的无线传感器网络技术自动、实时对箱式变电站设备进行识别、定位、追踪、监控、控制和保护，实现对箱式变电站各设备的实时管理监测、控制与故障报警，实现箱式变电站的智能化与自动化。
附图说明
图1为本发明的控制原理图；
图2为本发明无线传输网络原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统,包括现场层、网络层、管理层；所述现场层通过网络层与管理层进行数据传输。所述现场层包括配电回路的电参量的监测子系统远端站、高低压主断路器实时监测子系统远端站、馈线断路器状态实时监测子系统远端站、各馈线回路的漏电监测子系统远端站、电力谐波与相位监测子系统远端站、温湿度监测子系统远端站、SF6泄漏监测子系统远端站、避雷器状态监测子系统远端站。所述网络层包括ZigBee-GPRS无线传输网络、Internet网络 和GPRS网络。所述管理层包括监控中心和移动数据终端手机。所述ZigBee-GPRS无线传感器网络包括网关微处理器、GPRS模块、电源管理模块、FLASH、JTAG接口、ZigBee网络协调器和与监测子系统远端站连接的ZigBee网络节点。所述现场层各监测子系统远端站所采集的现场数据，通过ZigBee-GPRS无线传感网络，将数据传输给GPRS网络和Internet网络，最后传输至管理层。通过GPRS模块与计算机之间的通信协议，实现GPRS模块与监控中心中的计算机之间的通信，同时以短信的方式发送到指定的手机上。
根据智能箱式变电站的功能与特点，以及各监控子系统远端站无线传感器网络的功能和控制要求，采用现场层、网络层、管理层三层网络结构，构建由各功能监控子系统远端站、ZigBee-GPRS传输网络和远程监控中心三部分组成的基于ZigBee和GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，如图1所示。现场层由智能仪表组成各监测子系统远端站，主要完成箱变内部电量与非电量的数据采集；网络层由ZigBee-GPRS无线传输网络、Internet网络 和GPRS网络组成，主要实现现场数据的集中采集和通讯管理；管理层由监控中心和移动数据终端手机组成，主要用于箱式变电站的远程智能检测、智能判断、智能控制、智能管理。
各监控对象处安置一个ZigBee网络子节点，组成某个监测子系统远端站。ZigBee无线网络拓扑结构采用星形网络结构，如图2所示。箱式变电站的配电回路的电参量的监测子系统远端站、高低压主断路器实时监测子系统远端站、馈线断路器状态实时监测子系统远端站、各馈线回路的漏电监测子系统远端站、电力谐波与相位监测子系统远端站、温湿度监测子系统远端站、SF6泄漏监测子系统远端站、避雷器状态监测子系统远端站分别各对应一个ZigBee网络节点。各子节点将数据汇集到ZigBee网络协调器。 ZigBee网络协调器所收集到各监测子系统远端站信息通过CC2530 ZigBee模块将数据传输至GPRS模块。GPRS模块将从现场所采集的信息分别通过GPRS网络和Internet网络传输至手机和监控中心远端计算机中。
ZigBee无线传感器网络采用TI公司的CC2530芯片，ZigBee网络协调器将各ZigBee网络节点的数据通过异步传输UART送到网关的微处理器STM32中进行处理，电源模块负责给网关微处理器（MCU）供电，另外外接存贮FLASH 以及JTAG接口，MCU通过UART与GPRS模块交换数据，转发至后台监控中心。
ZigBee网关设计先由ZigBee网络协调器将传输数据至ZigBee无线传感器网络的网关的处理器CC2530芯片，用ZigBee协议栈解封装得到原始数据，在进行处理后再以TCP/IP协议打包通过UART与GPRS模块连接。为实现系统的监测和控制两大功能，数据帧结构中的数据信息字段分为方向位、功能类型和数据。其中方向位分为上行和下行两种，上行传输的是监测数据，由ZigBee网络传输到GPRS网络再至监控中心；下行传输的是命令控制，由控制中心传输命令到GPRS网络再至ZigBee网络最终至具体的控制器上以实现远程控制功能。

Claims (7)

1.一种基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统, 其特征在于：包括现场层、网络层、管理层；所述现场层通过网络层与管理层进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，其特征在于：所述现场层包括配电回路的电参量的监测子系统远端站、高低压主断路器实时监测子系统远端站、馈线断路器状态实时监测子系统远端站、各馈线回路的漏电监测子系统远端站、电力谐波与相位监测子系统远端站、温湿度监测子系统远端站、SF6泄漏监测子系统远端站、避雷器状态监测子系统远端站。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，其特征在于：所述网络层包括ZigBee-GPRS无线传输网络、Internet网络 和GPRS网络。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，其特征在于：所述管理层包括监控中心和移动数据终端手机。
5.根据权利要求3所述的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，其特征在于：所述ZigBee-GPRS无线传感器网络包括网关微处理器、GPRS模块、电源管理模块、FLASH、JTAG接口、ZigBee网络协调器和与监测子系统远端站连接的ZigBee网络节点。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，其特征在于：所述现场层各监测子系统远端站所采集的现场数据，通过ZigBee-GPRS无线传感网络，将数据传输给GPRS网络和Internet网络，最后传输至管理层。
7.根据权利要求1或5所述的基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统，其特征在于：通过GPRS模块与计算机之间的通信协议，实现GPRS模块与监控中心中的计算机之间的通信，同时以短信的方式发送到指定的手机上。
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