GPRS无线通讯在无功补偿控制系统中的应用

发布时间：2020-07-21 17:49:56 阅读：次来源：电动枪厂家

供电系统无功补偿控制中常需要对现场控制器进行远程控制投切、读取实时、历史数据和接收故障报警信号等，上位机和无功补偿终端之间通讯的命令和数据传输具有数据量小、定时或非定时及实时发送等特点，一方面需实现数据的上传，另一方面也需要下达各种传输、控制指令，即实现双向的数据、指令传输。传统的数据传输方式主要有数传电台、无线射频、电力载波等，这些传输方式存在覆盖范围、实时性、投资及运行维护费用等问题，同时对电网终端的无人值守运行存在较大困难。由于GSM网络的通信技术成熟，覆盖面又广，利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控，是电力系统现代化的一个重要发展方向。如果配备GPRS通用无线分组业务）无线Modem，无论何时何地，只要有一部可以接入Internet的电脑作为服务器就能实现对分布各地的无功补偿控制器进行监控，也能实现移动监控。GPRS用于无线数据接入具有接入范围广、传输速率高、接入时间短、收费合理等优点，这些特点正适合类似无功补偿这种对多个终端实时监控的应用。

GPRS在GSM的基础上引入了分组控制单元(PCU)、服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)等新部件而构成的无线数据传输系统，其用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。基于GPRS网的数据传输结构如图1所示。具体的数据传输流程为：

* GPRS终端通过串行接口从客户系统中取出用户数据；

* 处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站；

* 分组数据经SGSN封装后，发送到GPRS IP骨干网；

图1 GPRS无线网络结构框图

若PC机服务器以拨号方式接入Internet，即PC机为移动GPRS内部网分配的动态IP地址，则分组数据先发送到目的SGSN，再经GSM基站发送到与PC机相连的GPRS终端；若PC机以专线接入因特网具有固定IP地址，则将分组数据包经GGSN进行协议转换后，发送到Internet公共网络。

由于数据通过Internet公网传输，为了保证数据的安全性，可以申请移动公司为接入用户建立VPDN（Virtual Private Dial-up Network）即虚拟拨号专网。其专用的网络加密和通信协议，可以在公共网络上建立安全的虚拟专网，远程用户可以通过虚拟的加密通道与服务器内部网络连接，而公共网络上的用户则无法穿过虚拟通过访问服务器。在基于GPRS网上承载VPDN不受地点限制，只需具有一台PC机服务器和GPRS终端即可，具有安全、方便、灵活的特点。

系统组成

本系统由现场无功补偿控制器、单片机控制GPRS通讯管理模块和服务器上位机三部分构成。终端使用基于DSP的无功补偿控制器，控制器安装在电网现场，对电网的电气参数进行采集监测，同时记录、分析并计算采集数据，自动进行电容投切操作，在异常时主动发出报警信息，同时存储运行数据信息；基于MSP430单片机的GPRS通信管理模块是服务器与现场控制器之间的数据传输的桥梁，它使控制器获得的电网参数通过GPRS网络能够及时传送到服务器计算机；上位机服务器主要完成对终端传来的数据、报警信息进行处理并对各终端的历史数据进行管理，是主要的人机接口。

通讯管理模块主要由TI公司的16位低功耗单片机MSP430F448及其外围电路构成，GPRS模块使用Siemens公司的MC35。终端的GPRS无线上网主要通过单片机控制MC35来实现。F448单片机具有2个可编程串行通讯口，其中UART0工作在同步通信方式和DSP的SPI接口相连，DSP工作在主机模式，F448工作在从机模式。UART1通过MAX232电平转换芯片和MC35的串行数据口相连作为AT指令和数据的传输通道。单片机通过串口中断程序及时处理GPRS终端收到的上位机指令，并及时传送给DSP。其硬件结构如图2所示。 F448带有液晶驱动模块，通过外接一个液晶显示器和键盘，用户就可以在现场手动进行参数设置，并查看电网实时数据、电容的投切状态和各种故障报警信息。外接flash型数据存储器AT45DB041，存储容量为528KB，主要作为收发数据的暂存器。

图2 通讯管理模块结构图

TCP/IP协议的实现

在本系统中，需要利用TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的装帧和拆帧，在这里我们采用在MSP430F448中软件嵌入TCP/IP协议栈uIP的方法来实现TCP/IP协议。使用TCP/IP协议进行数据通信分为三个阶段：

1）建立连接阶段：使用OPEN命令帧控制MC35主动向服务器发起连接请求，服务器在本地侦听一个端口，收到终端的请求后进行回应并最终握手建链成功，进入数据状态。