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无线通信SCADA系统的实现与应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了城市路灯无线通信SCADA系统的实现方法,包括监控中心组成与功能、无线通信方式及RTU硬件电路模块设计。
  关键词:SCADA系统测控系统电台通信
  
  1SCADA系统的特点
  
  SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系统即监视控制与数据采集系统,是以计算机为基础的监测控制与调度管理自动化系统,能实现远程数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等各项功能,可广泛应用于电力、水利、石油、化工、环保和市政等众多领域。
  
  SCADA系统一般采用分散式测控、集中式管理的方式,整个系统由监控中心、若干个分散的远程测控终端RTU(RemoteTerminalUnit)和通信介质三部分组成。监控中心又称主站,是SCADA系统的核心,负责控制管理整个系统的运行;RTU又称外围站点,是采用微处理器或DSP的可独立运行的智能测控模块,完成各种远端现场数据的采集与处理、现场执行机构的控制以及与远程控制中心的通信,具有易扩展性和易维护性特点;通信介质根据实际需求和应用对象的不同多种实现方式,下面稍作分析。
  
  2通信介质的选取
  
  数据传输介质分为有线和无线两类。有线传输方式如:电力线载波、RS-485现场总线和PSTN公用电话网等。无线传输方式如:VHF/UHF无线电台、ISM扩频电台、GSM移动电话网以及卫星通信网等。每种方法各种其特点。
  
  电力线载波利用现有的供电线路不需另铺专用通信线路,但电力线固有干扰较大,且载波信号只能在一个配电变压器区域内传送,通信跟踪较短;RS-485现场总线具有通信效率高、可靠性好等优点,但用于大容量系统时铺设专用线路工程造价太高。
  
  PSTN公用电话网和GSM移动电话网的初期投入费用少,无盲区覆盖,但日积月累的运营费用极高;ISM(工业科学医疗用途)频段的扩频电台(2.4GHz)及微波(4GHz以上)可用于远距离、高性能传输,但价格昂贵。
  
  VHF/UHF无线电台:传输距离较远,只需维护费用而无运营费用,系统使用及站点扩展很方便,尤其适用于大容量分散式SCADA系统,其性能价格比高,但必须向当地无线电管理部分申请相应频点才可使用。
  
  由此可见,有线与无线方式各有利弊,有线通信的优势在于数据传输的可靠性,但当RTU分散时测控系统辅设专用线路造价过高;而无线通信则在大容量SCADA系统中优势明显。城市路灯监控系统正是采用VHF/UHF无线电台通信方式,已在南京、福州、长春等省会城市连续常运行几年且客户反映好。实践证明,只要解决好数据传输的可靠性这一关键问题,就能保证整个无线通信SCADA系统正常可靠运行。
  
  3城市路灯无线通信SCADA系统的设计
  
  该系统总体结构主要由三部分构成:监控中心、若干个外围站RTU及VHF/UHF无线电台进行数据通信。监控中心选用TAIT855/856基地台,外围站选用MotorolaGM300车载电台。城市路灯无线通信SCADA系统组网结构如图1所示。
  
  3.1监控中心组成和功能
  
  城市路灯无线通信SCADA系统的控制中心主要由主控机、后备机、服务器、大屏幕多媒体投影机、电台、铁塔及天线等组成。
  
  主控机与服务器按Client/Server结构连网。主控机作为系统的客户机,由一台Intel工控机构成,用VB语言编程,主要功能实现人机界面并通过无线Modem与电台连,向RTU发送控制指令,接收返回的检测数据和状态参数。为提高系统的可靠性,在该系统中采用另一台Intel工控机作为后备机对主控机进行备份。
  
  用一台IBM服务器作无线通信SCADA系统的数据库服务器,RTU采集到的数据经主控机处理后存放在数据服务器中,其它管理系统经授权可以直接访问该服务器,很容量实现系统间的数据共享。
  
  监控中心主要完成以下功能:
  
  (1)大屏幕多媒体投影机动态显示SCADA系统中每一个RTU在城市地图中所处位置及该站点的工作状态和实时参数(包括各条线路的交流电压、电流、功率、电度表读数、亮灯率等)。
  

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