電能量的遙測測試系統(tǒng)是電力網(wǎng)自動化技術(shù)的重要組成部分及發(fā)展的必然方向，本文提出并研究設(shè)計(jì)了基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的電能量遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過 GSM 模塊連接整個 GSM 網(wǎng)絡(luò)，再通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳遞。整個系統(tǒng)具有高可靠性，高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。本文在介紹整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及功能基礎(chǔ)上，詳細(xì)的敘述了整個系統(tǒng)中對點(diǎn)對點(diǎn)、短消息協(xié)議的改進(jìn)，更好的體現(xiàn) GSM 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，并給出了實(shí)際測試及運(yùn)行結(jié)果。
電能量遙測系統(tǒng)是電力網(wǎng)自動化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，是整個電力系統(tǒng)自動化工程中的重要一環(huán)。其主要應(yīng)用于一定范圍內(nèi)的多功能電表進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和電能采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在主站對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。目前實(shí)現(xiàn)電量遙測系統(tǒng)的版本很多，基于的媒介亦有很多，比如基于局域網(wǎng)、公共電話網(wǎng)、專用的通訊網(wǎng)、光纖或是無線。我們提出的電能量遙測系統(tǒng)是基于目前應(yīng)用廣泛的 GSM 網(wǎng)絡(luò)，采用短消息及點(diǎn)對點(diǎn)的方式傳輸數(shù)據(jù)。
1 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、短信通訊的簡介
1.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)概述
GSM （ Global System for Mobile Communications ）意為全球移動通信系統(tǒng)。移動數(shù)據(jù)通信是在數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種通信方式。以往的數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸，因此只適合于固定終端或計(jì)算機(jī)之間的通信，而移動數(shù)據(jù)通信是通過無線電波來傳送數(shù)據(jù)的，因而有可能實(shí)現(xiàn)移動狀態(tài)下的數(shù)據(jù)通信。作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)媒介，實(shí)現(xiàn)了跨省市區(qū)全國性的數(shù)據(jù)雙向?qū)崟r(shí)通信。狹義地說，移動數(shù)據(jù)通信就是計(jì)算機(jī)間或計(jì)算機(jī)與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互連把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應(yīng)用擴(kuò)展到移動和便攜用戶。
1.2 短信業(yè)務(wù)概述及特點(diǎn)
GSM 短信息數(shù)字通信平臺利用 GSM 短消息進(jìn)行遠(yuǎn)程無線通信，其最大的特點(diǎn)是利用了我國覆蓋面最廣、功能最強(qiáng)、用戶最多的 GSM 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)。 GSM 短信息作為通信方式，具有通訊成本低，不受通信線路及地區(qū)限制等特點(diǎn)，并可進(jìn)行中、英文兩種短信息的通信，使用方便、靈活，通訊快捷。此外 GSM 通信還具有保密性高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性，并提供雙方完備的通信協(xié)議，使用戶在此通信平臺上的開發(fā)簡單易行。
2 系統(tǒng)總體規(guī)劃
2.1 系統(tǒng)綜述
如圖 1 所示，本系統(tǒng)由位于電力局的主站（包括前置控制機(jī)、多個工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）和位于大用戶的終端兩部分組成。
圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
主站系統(tǒng)在 PC 機(jī)上，基于 Windows2000 操作系統(tǒng)，在 Delphi5.0 平臺下開發(fā)。終端系統(tǒng)通過 RS485 串口通信同大用戶的電能表進(jìn)行通信，上抄電量、功率等數(shù)據(jù)；通過紅外通信口同 PDA 進(jìn)行通信，上傳電量、功率等數(shù)據(jù)給 PDA ；另一方面，通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)以短消息通信方式，同位于電力局的主站通信。位于電力局的主站系統(tǒng)一方面通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)以短消息通信方式，同位于大用戶的終端系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)置終端系統(tǒng)各種參數(shù)和上抄電量、需量等數(shù)據(jù)；另一方面，用已有的 MIS 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（ ORACLE 、 SYBASE 等）作后臺數(shù)據(jù)庫。這樣不但用電計(jì)劃部門可方便地利用該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種平衡分析、線損分析和各種電量分析統(tǒng)計(jì)，還可共享給電力局的其它部門。
2.2 功能規(guī)劃
整個系統(tǒng)中，主站根據(jù)功能可分成兩：一是對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，其中包括終端及表計(jì)參數(shù)記錄的設(shè)置及編輯，對采集得到的電量、定義量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)；另一個是與終端的通訊。而終端同樣也可分成兩部分：一個是 485 通訊，即終端與表計(jì)的熊市，根據(jù)主站下傳的參數(shù)或命令進(jìn)行抄表的動作；另一個則是通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)與主站的通訊，將從表計(jì)抄得的電量上送到主站。其中，主站對終端及其表計(jì)參數(shù)的設(shè)定過程是點(diǎn)對點(diǎn)撥號，通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的，保證了參數(shù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)貹和可靠性。主站下送抄表命令，和終端上送電量則均是通過短消息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的。如圖 2 所示。
圖 2 系統(tǒng)功能流程
3 主站與終端通訊方式及協(xié)議
GSM 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種全球性的協(xié)議，對我們的系統(tǒng)而言是屏蔽，不可見的。為了使主站與終端的通訊更完善、更可知、更穩(wěn)定以及用戶對其的控制性更好， GSM 網(wǎng)絡(luò)外面嵌套上自定義的協(xié)議。同時(shí)為了對雙方的數(shù)據(jù)更加方便的判斷分析，在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外加上了自定義的幀頭幀尾。如圖 3 所示，在主站和終端處加上自定發(fā)送、接收的協(xié)議。
圖 3 主站與終端通訊協(xié)議
3.1 對數(shù)據(jù)幀的封裝
對數(shù)據(jù)帖的封裝如圖 4 所示。
68H
幀頭
字節(jié)數(shù)（2字節(jié)）
識別碼（6字節(jié)）
68H
消息類型（1字節(jié)）
事件類型（1字節(jié)）
數(shù)據(jù)區(qū)
校驗(yàn)字（1字節(jié)）
結(jié)束碼：0DH
圖 4 數(shù)據(jù)幀的封裝
1 ）對收以的數(shù)據(jù)均以 68H 開頭， 68H 結(jié)束來標(biāo)識幀頭，整個數(shù)據(jù)以 0D 結(jié)尾。主站或終端在接收到數(shù)據(jù)后，首先對幀頭做判斷，如果符合以 68H 開頭，同時(shí)以 ODH 結(jié)尾，則繼續(xù)做下一步判斷，否則就將該非法數(shù)據(jù)拋棄。
2 ）幀頭內(nèi)包括字節(jié)數(shù)，字節(jié)數(shù)是指從消息類型到校驗(yàn)字字節(jié)前的字節(jié)數(shù)。指明傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，是因?yàn)楣潭ǖ南㈩愋陀泄潭ǖ淖止?jié)數(shù)。主要目的是為了讓接收方檢查數(shù)據(jù)的合法性。
3 ）識別碼是由發(fā)送方提供的，接收方在收到后，將之原封不動的傳回。識別碼的作用在短消息通訊中得到充分的體現(xiàn)，由于短消息的實(shí)時(shí)性不高，所以可能產(chǎn)生主站先發(fā)的短消息命令終端后收到的可能。終端對任何時(shí)候收到的抄表命令都會進(jìn)行響應(yīng)，發(fā)起抄表計(jì)動作，然后將電量上送給主站，而主站對收到的終端短消息都要進(jìn)行識別碼的判斷，如果該數(shù)據(jù)的識別碼與剛發(fā)送命令的識別碼的判斷一致，那么主站對該數(shù)據(jù)做處理入庫，否則作為無效數(shù)據(jù)拋棄。
4 ）消息是用來定義每次發(fā)送的短消息類型。對主站，根據(jù)消息類型的不同做不同都處理，入不同的數(shù)據(jù)庫。對終端，根據(jù)消息類型的不同，做不同的抄表動作。
5 ）伯類型是用于發(fā)送異常事件短信用到的字節(jié)，用以標(biāo)識不同的事情類型。事件類型的功效與消息相似。
6 ）校驗(yàn)字指從消息到校驗(yàn)字字節(jié)前的數(shù)據(jù)異或得到的結(jié)果。接收方接收到數(shù)據(jù)之后，需要對從消息類型到校驗(yàn)字字節(jié)前的字節(jié)數(shù)同樣進(jìn)行異或，把行到的結(jié)果與接收到的校驗(yàn)字做判斷，判斷收到的數(shù)據(jù)的正確與否。
在實(shí)際測試及應(yīng)用中，不管是點(diǎn)對點(diǎn)通訊過程中傳送的數(shù)據(jù)或是短消息方式傳送的數(shù)據(jù)，以此為根據(jù)進(jìn)行判斷和處理，能正確將不同的數(shù)據(jù)存入響應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)由于有校驗(yàn)字作保障，可以避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤。同時(shí)根據(jù)識別碼可以很好的避免短消息延時(shí)，或先請求的后到過的情況。
3.2 點(diǎn)對點(diǎn)握手協(xié)議
主站下傳參數(shù)時(shí)需要用到點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，同時(shí)主站對終端的標(biāo)時(shí)、主站發(fā)起換 CT 事件、換表計(jì)事件均需要點(diǎn)對點(diǎn)通訊。所以點(diǎn)對點(diǎn)通訊在整修系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，保證它的可靠行，穩(wěn)定行是必要的。
在系統(tǒng)最初的設(shè)計(jì)中，等待網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)了之后，就開始點(diǎn)對點(diǎn)通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，介是在實(shí)際的測試中，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通訊所叫延時(shí)明顯，從終端接聽到網(wǎng)絡(luò)給予確認(rèn)信息，通過試驗(yàn)，平均需要 17 秒的時(shí)間，這對于實(shí)時(shí)性要赯較高的點(diǎn)對點(diǎn)通訊功能存在著弊端。同時(shí)在測試中發(fā)現(xiàn)，由于地域或設(shè)備的差異，主站和終端接收到網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)的時(shí)間不一致。這就造成數(shù)據(jù)傳輸與接收的錯誤。
根據(jù)在測試中遇到的問題，對點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議做了修改，具體的流程圖如圖 5 所示。
圖 5 通訊流程圖
1 ）主站根據(jù)需要開始撥號，在得到網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)后，開始與終端握手。在握手成功后，主站開始傳輸數(shù)據(jù)<
