基于ZigBee技术的变电站无线监控

发布时间：2011-11-12 14:04:00

一、前言

  变电站综合自控是利用微机技术，将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）进行功能组合和优化设计、实现对变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及调度通信等综合性的自动化功能。目前我国每天投入电网运行的数百座新建电站均采用了综合自动化系统，同时，每年还有一定数量的老变电站的技术改造也以综合自动化系统模式为主。

  传统的变电站综合自动系统是通过有线的网络进行信号的采集、传输和发送。变电站设备杂多、信号繁多，这给综合布线及检查维修带来了不便，工程量大，维护费用高。无线ZigBee的网络技术应用于各种网络系统已成为势不可挡的趋势，无线网络不仅可提供更大的灵活性、活动性，还可以省去花在综合布线上的费用和精力，这无疑更符合未来网络的特点。

二、项目架构实施方案

2．1 系统组成
  整个变电站监控系统主要由三部分组成，分别是前端监控数据采集设备、ZigBee传输设备、中心监控系统。

2.1.1 前端监控数据采集设备
  整个变电站的正常运行需要实时监控多个参数的运行状况，数据采集设备就是用于实现各个监控节点的参数采集，并将采集得到的数据通过串口发送给ZigBee传输设备。

2.1.2 ZigBee传输设备
  ZigBee传输设备在整个系统中用于实现传输通道的建立，设备能够实现自组网功能，最大可支持65000个点。当ZigBee设备从采集终端接收到监控数据后，通过自组建的无线网络传输发送到监控中心，同时，监控中心也可通过ZigBee网络对各个监控节点发出控制指令，从而实现数据的双向通信以达到遥测、遥控的目的。

  这个方案中我们所采用的ZigBee传输设备有两种，一种是只有ZigBee的F8914，还有一种是带ZigBee+GPRS的F8114，两者的区别在于前者完全用ZigBee无线网来传输，而后者可先通过ZigBee无线将数据传输到中心节点（由F8114担当），然后再通过GPRS无线网络传输到远程监控中心。

2.1.3 中心监控系统
  中心监控系统主要由服务器机组和平台软件主组成，当中心监控系统接收到监控数据后，会对数据进行各种分析，并据分析结果进行各种控制操作，如发出告警信息、向终端监控设备发出控制指令等等。

2.2 网络架构
  根据监控中心与实际变电站的距离，我们提出两种网络实施架构，当监控中心就布设在变电站时，数据传输采用ZigBee无线直接进行短距离传输接入，整个ZigBee无线网络采用F8914进行组建，如下图

当中心监控与变电站的距离较远时，终端数据通过ZigBee无线网传输到中心节点，然后中心节点再通过GPRS网络传输到中心监控室，中心节点采用带有GPRS的设备F8114。组网如下图

  当中心节点通过GPRS网络将数据传送到监控中心时，中心网络有多种网络接入方式： 1）中心采用APN专线，所有终端都采用内网固定IP，客户中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，在GGSN与移动公司互联路由器之间建立GRE隧道。为客户分配专用的APN，其他的用户不得申请该APN。只有该专网内的SIM卡才能进入该APN，防止其他非法用户的进入。用户可以内部建立RADIUS服务器，以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。

  此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下的最佳组网方式。

  2）控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

  3）控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

四、方案特点
  Zigbee以其灵活、可靠、易于布置等特点在许多领域得到了广泛的应用。将其应用于变电站监控系统的优点在于：
  1、无线化，减少变电站的连线的复杂度。
  2、成本低，Zigbee协议简单且免收专利费。
  3、智能化，各Zigbee节点自动搜索建立连接。
  4、支持星型，树型，网型网络等多种网络拓扑结构，最大网络连接能力强，可支持65000个节点。
  5、传输模块采用工业级设计，金属外壳，外接电源DC 12V/500mA；通信电流：<250mA (12V)；工作环境温度 -25~+65ºC；储存温度 -40~+85ºC；相对湿度 95%(无凝结)；多重软硬件看门狗设计，适用于油井野外工作。
  6、ZigBee终端空旷视距离环境无线通信距离800米。
  7、Zigbee通讯不需要任何费，为整个项目节省大量的费用支出
  8、设备配置操作简单，易懂，集成化程度高，技术成熟，安装方便。
随着需求的增长和技术的进一步成熟，Zigbee在变电站综合自动化系统中会有更为广阔的应用前景。

五、方案总结
  Zigbee无线数据采集传输系统采集稳定、可靠、方便、实用。安装费用低廉，维护简单，无优升级，不需要租用公网，也无须巨额运行费用。这是现代数据采集远传系统的最优解决方案！

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