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解決方案solution

基于ZigBee技術的變電站無線監(jiān)控
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一、 前言
       變電站綜合自控是利用微機技術，將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）進行功能組合和優(yōu)化設計、實現(xiàn)對變電站的主要設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)絡進行信號的采集、傳輸和發(fā)送。變電站設備雜多、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)絡技術應用于各種網(wǎng)絡系統(tǒng)已成為勢不可擋的趨勢，無線網(wǎng)絡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)絡的特點。


二、項目架構實施方案
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)采集設備、ZigBee傳輸設備、中心監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1.1前端監(jiān)控數(shù)據(jù)采集設備

        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傳輸設備。

2.1.2 ZigBee傳輸設備

          ZigBee傳輸設備在整個系統(tǒng)中用于實現(xiàn)傳輸通道的建立，設備能夠實現(xiàn)自組網(wǎng)功能，最大可支持65000個點。當ZigBee設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)的雙向通信以達到遙測、遙控的目的。

      這個方案中我們所采用的ZigBee傳輸設備有兩種，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擔當），然后再通過GPRS無線網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h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)主要由服務器機組和平臺軟件主組成，當中心監(jiān)控系統(tǒng)接收到監(jiān)控數(shù)據(jù)后，會對數(shù)據(jù)進行各種分析，并據(jù)分析結果進行各種控制操作，如發(fā)出告警信息、向終端監(jiān)控設備發(fā)出控制指令等等。

2.2網(wǎng)絡架構

      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)絡實施架構，當監(jiān)控中心就布設在變電站時，數(shù)據(jù)傳輸采用ZigBee無線直接進行短距離傳輸接入，整個ZigBee無線網(wǎng)絡采用F8914進行組建，如下圖

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        當中心監(jiān)控與變電站的距離較遠時，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)絡傳輸?shù)街行谋O(jiān)控室，中心節(jié)點采用帶有GPRS的設備F8114。組網(wǎng)如下圖
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        當中心節(jié)點通過GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心時，中心網(wǎng)絡有多種網(wǎng)絡接入方式：

       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，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卡才能進入該APN，防止其他非法用戶的進入。用戶可以內(nèi)部建立RADIUS服務器，以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認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解析服務的?？蛻粝扰cDNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網(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服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。


      3）控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，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域得到了廣泛的應用。將其應用于變電站監(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)絡等多種網(wǎng)絡拓撲結構，最大網(wǎng)絡連接能力強，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)；多重軟硬件看門狗設計，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、設備配置操作簡單，易懂 ，集成化程度高，技術成熟，安裝方便。 
隨著需求的增長和技術的進一步成熟，Zigbee在變電站綜合自動化系統(tǒng)中會有更為廣闊的應用前景。
 
五、方案總結

        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)采集遠傳系統(tǒng)的最優(yōu)解決方案！

關鍵字： ZigBee技術 無線監(jiān)控 變電站監(jiān)控

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