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远程监测技术的现状与发展
1引言
1.１远程监测技术的现状与
采集生产过程的实时数据进行监视和控制是科学管理生产的重要基础.如果生产过程分布范围不大,可采用近距离监测。
但有的生产现场分布的地域极广，如电力、XX、采矿和石油等，要对相距遥远的生产过程进行远程监视和控制，如仍沿用就近监测的办法，则在技术上和经济上都是不足取的，必须采用远程监测技术。
远程监测就是利用计算机、测量仪表、远程通信设备对遥远现场的数据进行监控、测量，例如，电力系统中的远程抄表、水情部门应用的远程水文信息采集等。
企业生产规模不断扩大，导致不同的生产部门在地域XX布变广，为了保证设备高效无故障运行，技术人员常奔波于XX个生产现场以了解XX种实时生产状况。
这种工作方式不仅效率低下,而且浪费大量的人力物力.随着计算机网络技术的与应用,使得行远程监测和管理成为可能。
有线通信方面,通常采用专线网和公共网两种方式：
专线XX信是在监控中心与XX现场设备之间铺设专用线缆，采用现场总线和局域网技术实现;公共XX信是借助程控交换网、电力线网等已存在的公共线路网，采用调制解调技术实现.专线网具有传输速度快、信号质量好等优点，但网络的建设和维护费用较高，对于XX个生产部门之间相隔较远的企业,建设与管理此网络需大量XX。
而现有的公共网络XX，特别是公共电话网,经过几十年的,具有网络分布广泛、接通率高等优点，其可靠性和通讯质量也不断得到提高。
特别是网络的建设与维护均由XX局负责，企业只需按时缴纳电XX即可.因此,公共电话网远程监控技术能节约网络建设和管理经费，具有很强的实用性。
随着GXX等新型无线网络的,基于GXX、CDＭA等无线移动网络的远程监测技术逐步壮大,成为远程监测领域的新宠。
通信技术高速，带动了远程监测技术的飞速。
传统的卫星通信、微波通信依旧势不可挡，在新时期的XX项领域起着不可替代的作用.此外,出现了许多XX,如讯驰技术、CDMA移动通信技术。
在领域,传统的电台通信、近距离调频通信因为稳定性差、保密不良而逐渐被ＧXX等提供先进的无线业务赶超并替.
目前,GXX提供的服务，可以使得人们不受空间、地域的限制，随时随地获取所需的信息，可以在移动中收发短信,收发E－mail、收发传真、访问Ｉnｔeｒneｔ等通信。
GXX提供了的短XX、电路交换型（ＣSＤ）和通用分组交换业务（GPRＳ）等多种数据业务服务.所有的服务为我们在恶劣的现场环境里，营造相对平稳、安全、有效的XX种监测系统提高了可能与方便。
ＧXX（GloblｅSysｔeｍ foｒXXbｉleXXmuXXcatｉｏn）意为全球移动通信系统，它的数据业务通信是在数据通信基础上起来的一种通信方式.以往的数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端或计算机之间的通信，而现在的无线移动数据通信是通过无线电波来传送数据的,因而有可能实现更远距离的数据通信。
作为数据通信网络媒介,GXX可以实现了跨省市区全国性的数据双向实时通信。
它可以把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。
此外GXX通信还具有保密性高、可靠性高、抗干扰能力强等特点，保证了数据传输的准确性和稳定性，并提供双方完备的通信协议，使用户在此通信平台上的开发简单易行。
ＧXX系统有着有线通信载体和常规无线通信难以媲美的优点，因此,基于GXX的远程监测监控系统正逐步得到广泛应用。
一些特殊的行业,如XX、石油、采矿等，传统的监控往往存在诸多的问题:
成本高、效率的、安全性能不良、维护不方便。
而基于GXX的远程监测系统较好地克服了这些不足，通过现有的移动通信网络,非常方便地建立起一种快捷有效的监测系统。
GXX（GlobａlsystemｆorXXbiｌe）是目前基于时分多址技术的移动通信XX中最成熟、用户最多、应用最广的一种系统.我国已建成了覆盖全国的GXX数字蜂窝移动通信网。
利用它所提供的多种数据业务,可以利用ＧXX进行远程监测。
在现场布置XX种仪表和监测站进行数据采集，通过现场总线把现场采集到的XX种信息数据汇总到现场的监控工作站，该工作站作为下位机.远程监控终端作为上位机可以通过指令主动呼叫，或者下位机主动向远程上位机主动机发出现场数据。
因此，工程技术人员可以节省许多人力物力，有序地完成XX项维护监控任务，保障整个企业单位地安全高效地运行。
例如,在XX系统中，水电段的工作量特别大.XX给水、供电系统是保障XX正常生产的基础部门，其生产管理水平直接关系到XX的安全、有序的生产。
利用现代计算机、电子测量和通信网络等技术为水电段进行技术改造,对变电所等实行基于GXX的远程在线监测和管理，自动进行工况记录和数据管理,可以达到单人甚至无人管理的生产目的。
基于GXX的远程监测依仗其前沿的技术和显而易见的优点正逐步壮大，具有非常广阔的应用前景。
1.2XX主要研究内容及要求
XX研究了远程监测技术的现状以及在XX部门中应用概况,指出了当前远程监测技术的不足，分析了基于GXX的远程监测技术可行性和先进性,提出了利用GXX进行远程监测的技术方案.针对XX变电所的针对以往XX局终端变电所使用的电能损耗大、运行效率低不足，探讨了基于GXX的变电所远程监测系统的构成，并设计了相关硬件和监测管理软件。
整个系统的设计过程，始终遵循四条基本原则：
（１）可靠性：
为确保监测发挥应有作用，监测系统应具有比整个终端变电所更高的可靠性.硬件和软件决定系统的可靠性，高精度的电力数据采集模块保证了硬件的可靠性.软件方面，按照软件工程的要求严格进行程式编写.总之，系统故障率要低。
（２）实用性:
监测系统的功能恰当地反映被监测对象的特性与要求,出现故障时，能及时监测，起到预防作用,绝不为追求技术的先进性而降低实用性.
（3）可扩展性：
整套系统的实现,须有升级换代的余地，不然会造成XX的浪费,因此整个系统必须具有可扩充性,不仅硬件如此,软件也做到可升级，做到在编写软件之前进行规划,按软件工程要求进行。
总之，所有硬件和软件都不是一步到位的。
（4）系统XX性:
系统设计应本着这样一个前提－-———不影响已有设备、仪器的正常工作,不管投入或停开,都不影响已有监测仪表的正常工作。
整个监测系统可实现以下功能:
（１）远程数据采集和处理：
通过ＧXX调制解调器呼叫现场监测计算机读取现场采集的数据并进行处理,及时传输和存储。
（2）状态显示:
利用多XXPC通过图形、数字等方式显示XX监测对象的实时状态，提供声音报警。
（3）人机界面及操作：
运用可视化编程工具VB建立操作界面,配合ＭiｃrosofｔAccｅss，excel,开发了一套方便有效的监测管理软件。
2基于GXX的远程监测技术研究
2.1远程监测系统的一般结构
监测系统通常用来监视和测量现场的XX种信息，包括模拟量和数字量。
采集好的数据一般通过现场总线（如4８5总线）技术从监测站传送到现场的监测计算机。
对于远程监测系统,为了将XX个子系统连接起来或者远程测控,可以采用ＰSTN和ＧXX等通信方式；一般远程通信采用串行异步方式,子系统中的通信协议采用监测站的通信协议；子系统之间采用自定义通信协议。
因此远程监测技术设计到远程通信技术的应用。
远程监测系统是为了适应特定的对象而采用的，针对那些信息点多,分散性大的场所，如35KＶXX配电所.一般的远程监测系统在结构上具有很大的相似性,他们的主要异同之处在于所采取的远程监控通信方案不一样。
常见的远程监测系统的结构如图2．1所示：
2）由于10KＶ自闭线路或10ＫV贯通线路中采用的电缆线路较多，架空线路和电缆线路波阻抗相差较大，在两者接头处引起反射波,信号衰减较大.
另外，需配备用以电力载波通信的电力通信专用模块。
目前,国内市场上的国产模块功能一般，而性能较优的国外模块及配套设备存在价格偏高、开发利用效率不高等诸多不利因素.因此,电力载波通信方式，仅应用于10kＶ配网自动化开关监控和低压用户的远程抄表系统，故课题中XXXX水电段变电所监测没有采用该方案建立远程监测系统.
（2）数传电台方式
数传电台方式实时性较好，能满足相对分散配变设备对数据传输的要求，且具有十分应用。
采用无线数据传输，维护安装方便，缺点在于自己构建无线网络，存在占用频率XX问题，同时由于不可能采用覆盖较为全面的大功率电台,仍需采用级联方式,使得系统可靠性、灵活性和可扩展性受到影响.此方式需申请专用频点,一定程度上增加了使用的成本。
在城市或无线电波密集的场合使用易受干扰，给监测系统的安全和稳定带来了隐患，综合考虑XX项指标，从经济观点看,该方式的性价比不理想。
（３）GXX通信方式
GXX（GlｏｂalSystemforXXbiｌe XXmｕXXcatiｏｎs）通信是近年所提出可应用于分散对象监测的新方式，既具有数传电台通信方式的优点，又无须申请频点和发射功率的限制.GXX是采用时分多址（TDＭA）技术的数字移动通信系统。
具有覆盖范围广、简便快捷和安全稳定等优点，已经成为目前最为成熟、应用最广的一种无线通信系统。
GXX不仅能提供基本的电话业务,而且推出了若干多数字业务。
这为远程监测提供了一种便利、灵活的通信手段,特别适合大量分散与偏远设备的监测和抄表。
因此，利用GXX对变电所进行远程监测，是种较为经济可靠的手段，具有较广阔的应用前景.
表2.1XX种通信方案的比较
类型
图形方式
可靠性
安全性
成本
可扩展性
抗干扰性
复杂程度
灵活性
维护费用
运行费用
电力载波线
级联
差
差
较高
差
差
复杂
差
高
无
数传电台
级联
良
良
较高
良
良
复杂
良
较低
无
GXX
直接
好
好
低
好
好
简单
好
低
有
为了选择最佳方案，我们重点比较了三种方案，如图2.2所示。
纵观以上几种通信方案，我们选择了GXX网络最为远程通信的媒介。
GXX属于公网，无需另建基站，先期XX较小，开发周期短。
同时，其覆盖范围广，可开发性强，具有良好的兼容性。
利用GXX提供的XX项业务,我们可以将它应用于许多实际的监测系统，如水塔监测，水井、排灌站、变电所的远程监测系统。
这些系统的特点是现场分散性较大，不利于集中监测，而用传统的人工观测,则不符合XX生产的要求。
此外,还有一部分场合有应用，如车辆监控系统、地理信息系统、远程水文监测系统等等。
针对变电所监测的现状，提出了基于GXX的远程监测方案.
2。
2 GXX通信技术
上一节,在通信方案的选择中我们选择了GXX作为变电所远程监测系统中的远程通信网络，并选择了XX的GXX网络,为系统的稳定性和可靠性奠定基础。
GXX是目前通信XX中最成熟、最完善、应用最广的一种数字移动通信网，它基于时分多址（TDＭＡ）技术,采用频率—-时间分割的蜂窝结构。
除了普通的话音通信外,它还能提供多种数据业务。
下面我们就重点介绍一下可用于远程监测的几项GXX数据业务:
2.．2。
1短XX业务
短XX（Shｏrtmessａｇe，简称XX，俗称短信）是通过GXX移动通信网络来传输的有限长度的数字或者是文本信息.短XX的工作流程及其业务系统如图所示2。
4
图２．4短XX工作工程及其业务系统
在上图2。
4中，XXE（短XX实体）可以是一个GXX终端（如手机、PDA等）、一台具备GXX终端功能的微型计算机或者服务器.每一个XXE都有一个唯一的网络地址（一般表现为号码），作为该设备的识别号,用来定位区别该设备。
短XX业务可以分为点到点和小区广播两种.对于大多数GXX用户来说,最主要的应用的业务就是点到点的短XX业务,它将一条短XX从一个XXE发送到另一个XXE，具体的过程（如上图所示）是：
（１）发送短XX实体XXE编辑短信内容，指定XXＳＣ（ＳｈorｔMessaｇeＳerviceＣenteｒ短XXXX）和目的XXE地址，通过BＴＳ（Bａsiｃｔranscｅiveｒsubsyｓtem基本收发机子系统）和BSC（Basｅ StatｉｏｎＣontｒolleｒ基站控制器）,将短XX送到指定的XXＳC（短XXXX）。
（2）XXＳＣ收到短XX之后,对其合法性进行检查，告知发送XXE接受状况.结束与发送XXE之间的短XX传送过程。
（3）XXＳC通过ＭSC（XXbile SystｅmＣenter移动交换中心）试图将接受的XX短XXXX到目的地的短XX实体XXE。
如果发送成功，则结束整个短XX传送过程；如果发送失败，则将该短XX存储在短XXXX的服务器用户数据库里.等待恰当的时机再次XX。
如果在限定的时间里（常见为2４个小时,也有更长的）仍旧不能顺利XX的话，则从数据库中删除该短信，从而做到节省数据库XX空间,由此,结束整个短XX的传输过程.
短XXXX通过GXX信令信道传输,协议（XX－AL）规定：
一条短XX的用户数据（TＰ—UP）能够包含140个字节的数据。
在ＰDU模式中，可以采用三种编码方式来编码要发送的内容，分别是７－bit编码、８－bｉt编码、16—biｔ编码。
7－bit编码用于发送普通的AＳCII字符；8－hｉt编码通常用于发送数据XX，比如图片和铃声等；而16-bｉt编码用于发送UXXcｏde字符。
其中7—ｂｉt编、解码方法如下:
XXS信息是以８bits字节序列传送的,且ＧXX只支持0X00~0x7f１28个ＡＳＣII码值的字符,因这些值的最高位均为0，所以它们只需７biｔs即可定义，为了满足XXS对发送信息的要求，采用将7bitsASＣIＩ码值转换为８bits码值的方法,对所要发送的短信息进行编码．在收到短信息后,首先要对收到的短信息进行解码，将发送时的8ｂｉtｓ码值恢复为7ｂitsASCII码值，复原出发送时输入的信息.当采用７bit编码时,一条短XX可以传送16０个英文字符;如果采用8位编码的话，则一条短XX可以传送14０个英文字符；如果要采用16位编码的话，一条短XX只能传送７0个中文字符。
XXS是非对称业务，它使用控制信道传输数据分组.所以,系统可以支持短XX与话音、数据、传真等业务的同步传输,即使在业务信道处于高峰期的情况下,也照样可以使用短XX顺利通信。
短XX传送具有覆盖广、在线保持、自动传送、费用低廉、稳定性高等优点，比较适合于频繁远距离传送、小流量数据的领域.如楼宇设备安全监控、车辆监控调度、野外数据采集及操控、水利水情监控、环境远程监测、GPS定位等。
由于GXX网络在全国范围内实现了联网和漫游，比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GXX本身具备的数据传送功能,都将使这些应用得到迅速的普及。
根据当前变电所远程监测任务的需要,在基于ＧXX的变电所远程监测系统中也应用了基于短XX的远程监测功能。
2。
2.2数据交换电路业务
ＧXX数据交换电路业务（ｕitSｗXXｈDaｔa，CＳＤ）是基于电路交换原理提供数据传输服务的，系统结构及其工作工程如下图所示：
图２.6GXX电路型数据业务系统及工作过程
在上图中，移动终端（ＭT）可以是一个支持CSＤ业务的GXX终端、一台具有此项功能的PC计算机或者服务器。
每一个移动终端MT有一个唯一的网络地址（一般为数据业务号码或者号码）,用于识别和定位；其中ＢSＳ（Basic sｔａtion Ｓubsyｓteｍ）是基站子系统,包括BTＳ（Basicｔrａｎsceiｖerｓubsystem基本收发机子系统）和BSC（BaｓｅＳtaｔｉonContrｏller,基站控制器）；箭头线为信令信道，竖线则是数据通道。
从图2.6中可以看出，主叫MT与被叫MT建立电路连接是一个比较复杂、漫长的过程。
ＣＳＤ业务包含两种:
高速（HｉgｈＳpeeｄＳwXXhDaｔa）和低速（ lｏw Ｓpeｅd ＳwXXｈData）两种。
低速业务传输速率可以达到９600ｂit/s，是GXX 服务商（ＳP）普遍提供的一种ＣSD业务。
高速CSD有两种方式实现：
一种是仍然使用一个时隙,但采用不相同的编码技术，把一个时隙的传输速率提高到了1４．4Kbiｔ/s;二是采用“时隙XX"技术，使用多个时隙，最高的传输速率可以达到57。
6Kb/s.
2.2．3通用分组无线业务
通用分组无线业务即ＧＰＲS（ＧｅnerａlPａcｋetRadioＳeｒｖice）是在GXX基础上起来的一种新型承载业务,利用GXX的无线通信和MS的移动管理功能,提供多种协议的数据业务,例如ＩＮTERNEＴIP数据业务，其体系结构如下图所示:
图２．7GPRS的体系结构
在上图2。
７中，MＳ为具有ＧPRS功能的计算机、手机等移动台，对于IP数据业务，每一个MＳ有一个唯一的ＩP地址；GＰRS联合网是连接MS和XX种数据网的桥梁,它通过BSS、MＳC完成移动管理及ＭS与数据网之间的数据传输。
ＧＰRS采取多时隙、频率利用率更高的调制方式,此外采取了缩减承载数据保护等技术措施，提高了数据传送的速度。
理论上，最高的速率可以达到171.２Kb/s。
实际上，MS的接入速率大概只有20Kb／s、４0Kb/ｓ、60Kｂ/ｓ、115。
2Kb/sKb/s几个等级。
GPＲS按照动态分配XX，即只有需要数据传输的MS才占有系统XX.因此,可以保持ＭS实时在线，按照MS收发的数据流量计费,避免了因多次登录而浪费时间。
２.2.4GXX数据业务的特点
在上两节中，讨论了采用GXX作为远程通信网络的理由简要介绍了GXX的XX项数据业务。
为了更好的的完成XX局变电所的远程监测的设计任务，本着先进型、实用性和可靠性的原则，有必要进一步确定在基于GXX的远程变电所监测系统中采取的GXX数据业务类型进行探讨。
在此应用中，要根据GXX数据业务的特点和变电所远程监测的关键性能和要求选择数据业务类型，可以从数据类型、实时性、可靠性和使用费用等方面进行比较:
（1）数据类型及长度
在数据类型方面,上述三种数据业务分别可以传送字符、数字、图形等数据类型.GXX不管所传送数据的内容而仅按照有关的协议,将它们封装在特定的数据报中.在数据长度方面，一条短XX最多能够包含140个字节的数据；CSＤ业务传送的数据长度取决于电路连接的时间长短，可以说是不受限制的；ＧＰＲS数据长度与所连接的数据网有关，对于IＮTERＮET，数据长度遵守IP数据包的规定。
（2）数据传输的实时性与通信双方建立连接所需要的时间、数据传输速度和在线时间有关
XX建立时间,短XX使用信令信道，连接时间很短;CSD业务使用分配的专用数据通道，加上被叫MS的应答，连接时间较长；GPRＳ采用与ＧXX相同的MS管理策略。
但没有被叫MＳ寻呼、验证等过程,连接时间比CSD业务稍短.
XX时间传输速度,XX和GPＲS业务的数据传输速度主要取决于数据包传输延时，数据传输速度是不定的，CSD业务在建立连接之后,就可以在一定的数据传输速率下,实时地传输数据。
XX业务采用存储XX方式，数据传输延时与网络的业务量有关，一般为几秒，当网络的业务量特别大时，数据传输的延时可能很长；GPＲS业务的传输延时与数据包的大小和网络业务量有关,平均延时在０.５～７5S之间。
XX在线时间,XX业务传输一条短XX即建立起一条连接,传输结束即断开连接,不存在在线时间的问题，CSD业务建立连接后,可以保持实时在线,但由于按照连接时间计费，很难保持这样;GPRS业务建立连接后,除非断开连接，否则始终保持在线，而且按照流量计费，实时在线是完全可行的。
（3）数据的可靠性
数据包括信令和用户数据。
对于信令数据GXX有完善的可靠性和安全保证措施，但对于用户数据则没有多少保证措施,特别是由于任何合法的GXX用户之间均可以相互访问，可以说数据的安全性没有任何保障措施，抵抗入侵的能力很差。
（4）使用费用
上述三种ＧXX数据业务采用不同的计费方式。
其中,XX业务按照短XX条数来计费,CSＤ则按照连接时间来计费，GPRS业务按照数据流量计费。
可见,GXX的三种应用于远程监测的数据业务XX有特点，可根据监测要求合理地选择.在满足应用的前提下，尽可能地减低费用。
结合基于GXX的变电所远程监测系统设计的XX，最终选择了以基于CSD业务为主，短XX业务为辅的监测方案。
因为,CSD业务数据传输实时性高、业务量大的特点,恰好适合监测变电所这样数据项多、数据变化快的对象或系统，下章将具体给出XX3５KV变电所的远程监测系统的设计。
２.3 GXX调制解调器
GXX调制解调器即GXX－XXDＥM无线通讯模块设备增添无线通讯能力,从而开发出XX种XX样的应用。
现在比较常见的适合于级ＧXX XXDEM有SIMENSXX的TC３5、摩托罗拉XX的D1０、XXwXXｅXXXX的XX240３系列模块，另外还有很多国内厂家采用这些名牌厂家的技术生产的ＯEM产品。
模块采用最成功的无线通讯技术，能提供短XX﹑话音通讯和数据通讯三大功能。
支持900/18０0MXX双频，接通率更高,信号质量更好。
一般能够外接状态指示灯，指示工作状态。
采用标准RS-２３2串口或者其他串行通信接口，简单易用。
此外GXXXXＤEM采用了级设计，确保在现场运行畅通无阻。
开发时一般采用调用APＩ函数和直接发送AT指令两种方式对ＧXX 调制解调器进行控制，实现短XX收发、远程计算机呼叫等功能。
采用ＡPI函数编程时,需要对计算机和调制解调器的硬件知识有相当深的了解，对于我们的开发新手不是很适合，为此，选择了采用了AＴ指令操控GXX，可以减轻编程的难度.
ＡT 即（Attentｉon），AT命令集是从ＴＥ（Termiｎal EXXuｉｐment ）或DＴE （ＤａｔaTｅｒmiｎａｌ.EXXｕｉpmeｎt）向TＡ（TeｒｍｉnalAdapter）或DCＥ（DatauｉtTermｉｎａtｉngEXXuｉpment）发送的。
通过ＴA，TＥ发送AT命令来控制ＭS（XXｂiｌeSｔation）的功能与ＧXX网络业务进行交互。
用户可以通过AT命令进行呼叫短信、电话本、数据业务、 补充业务、传真等方面的控制，具体的将在编程中详细说明.
2.4串行通信技术
监控计算机采用普通工控计算机计算机，与本地监测站和远程监测计算机的通信都通过RS－232串行通信口来实现.ＲS—２32在远程串行通信方面都有着很长的应用背景。
与485总线连接时，因为是通过ＰＣ机上的两个XX口进行连接，而XX口采用RS－2３2通信标准，其接口的信号电平值较高,必须用接口芯片进行电平转换。
于是采用了通信服务器的做法，其电路连接图如下，针对４85总线与计算机RS—232口的不同电平进行转换。
从而使得从现场采集的数据经由485现场总线到达本地监控计算机，实现了对变电所运行状况及XX主要设备的实时监控和在线测量。
XXXX图2。
8监测计算机与通信服务器
本地计算机除了完成现场数据的采集还必须与远程监测计算机进行远程通信.RS-23２与XXDＥＭ的结合向来比较紧密,最初就是为远程通信开发的。
应用时，可以用VB等编程工具提供的ＭSXXM控件轻松实现对串行口操作，避免了程序员对底层硬件的直接访问的麻烦,而是将XX种方法、事件封装在控件内部，减少了许多复杂的调用，直观地利用可视化对串行口进行操作.通过对MSXXM控件的编程，从串口给ＧXX XXＤEM发出指令，从而为基于GXX的变电所远程监测功能的实现提供了便利的开发手段。
２．５编程与数据管理技术
选择了微软XX的VB6。
0进行监测系统管理软件的开发，它保留了原先Basiｃ语言的全部功能，还增加了面向对象程序设计功能.能利用AｃtｉｖeX控件中的MSXXm控件,十分方便地开发出使用计算机串行口的通信程序。
对于变电所远程监测系统，恰好有这种应用的需要，因为不论是现场数据的采集、电力监测站的配置，还是远程监测模块的连接操作，都需要通过ＲS—232串行口建立联系。
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