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利用公话交换网作为远动通道的技术

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　　四川地区有着丰富的水电资源，水电资源的开发既符合环保的要求，又有利于节约资源。各大发电公司对水电资源的开发正在紧锣密鼓的筹划中，这就要求电网延伸到那些边远山区，需要在边远山区建设大量的变电站，现代变电站一般采用无人值班，这样就对实时的远动数据传输提出了很高的要求，需要数据传输设备安全可靠的工作。目前，电网传输远动信息的信号通道主要是电力线载波、微波、电缆、光缆和无线扩频通信等几种。几种方案各有优点，但是投资都相对比较高。在中国现阶段经济还不是很发达尤其是边远山区的变电站、开关站由于资金的限制，就急需一种费用低廉、运行可靠的通信通道。需要在偏远的山区投运新的无人值守变电站，没有上述现成的通信网络，而且需要最大限度地节省资金，因此，找到一种能够完成实时传输又可以节省资金的方案就显得迫在眉睫。由于公话交换网覆盖面积广，技术成熟可靠，并且重要的是不需要很大的资金投入，于是想到利用现有公话网络，实现电力系统的实时数据传送。基于对这种通信方式的理论模式的分析和试验，得出公话交换网可以用作电力系统远动通信的结论。

　　1相关理论模型

　　1.1电力系统远动通道模型

　　现在国内电力系统的远动通道的上传模式是：信号采集→模数转换→数据编码→发码→专用通道→解码显示。

　　下传模式为：命令选择→变码→专用通道→解码→执行。

　　1.2电力系统的通信规约模型

　　CDT方式是循环式远动规约，其采用可变帧长度、多种帧类别循环传送，信息分为快变化量和慢变化量，不同信息类别采用不同的传送方式。CDT规约的最大特点在于循环传送。

　　CDT远动规约的帧结构如下：

　　{

　　信息类别(快变化量、慢变化量)

　　帧类别(遥信、遥测、事件顺序记录、遥控命令、设定命令等……)

　　帧结构(同步字、控制字、信息字)

　　信息的优先级别

　　信息的传送时间

　　遥控，升降命令的返校时间

　　……

　　｝

　　POLLING规约是一种问答式的电力系统通信规约，采用一问一答的方式进行通信。帧结构如下：

　　{

　　帧类别

　　帧结构(遥信、遥测、事件顺序记录、遥控命令、设定命令等……)

　　信息的传送时间

　　……

　　｝

　　1.3公用电话交换网格(PSTN)

　　公用电话网是一语音服务为主的通认网络，它的工作模式如下：

　　主叫端摘机→拨号→交换机响应并应选择通道→通道建立→被叫端摘机通信(通信)→挂机。

　　1.4数据传输模式

　　通信通道的数据传输模式按数据传输的方向分为：单工，半双工和全双工几种，PSTN是双工通信模式，不同的调制解调器和线路接线方式决定了通信通道可以是全双工或者半双工工作模式。值得注意的是，电力系统远动通信必须在全双工模式下工作，运用PSTN做通信通道时必须解决好这个问题。

　　2系统实现

　　电力通信系统是由一定硬件和软件组成。硬件就是前面所述实时数据传输部分，软件就是数据通道所遵循的标准即前面所述的通信规约部分。有了传输通道和通信规约，可以建立起一个完整的电力通讯系统。由上述理论模型可以知道，在公用电话网络中通道建立起来以后，通道在物理上一直存在的，直到一端挂机为止。理论上只要公话网建立的通道能满足通信规约的要求就可以用公话网络建立的通道来代替电力系统通信的专用通道。

　　2.1建立通道

　　在实际工作中，由于新建变电站没有建设电力载波通道，加上投资费用的限制，可以采用这种方案，由调制解调器通过拨号建立一个通道，这样在无人值守变电站只需要一台计算机及一条电话线和一台调制解调器就可以进行工作了。

　　原理图如图1所示。在编程过程中，在远动端由发送口(即口1)(此处收发专指与远动装置，主站之间信息的收发)接受远动装置送出的信号，由通信口(即口2)通过拨号网络传输至主站端的通信(即口3)，再由主站端的接收发送口(即口4)发送给主站，这样上传通道就建立起来。在下传过程中，由主站的收发口(即口4)接收信息，从口3上发送出去，远动端的口2接收信息后，在口1发送给RTU，这样下传通道也就建立了。

　　2.2传输时间

　　不论采用哪种通信规约，对信息的传送都有比较严格的规定，超过时间限制，系统会认为通信失败，尤其是对于遥控信息、变位遥信等重要信息。而建立由公话网代替专用通道的模型，更要注意这个问题，因为公话网线路比较长，带宽比较窄，还要通过交换机等因数，使得必须研究这个模型的数据传送时间。一般通信规约要求重要信息的传送时间单向不得大于3 s，这个时间用T来表示，而信息在RTU与主站传送的各个环节消耗的时间用T1、T2表示，这将得到一个约束条件,式(1)中T1表示信息在线路上传送的时间。这个时间主要是由波特率决定，由于程序采用异步通信模式，每个传送的字节必须加一位起始位，一位停位，所以实际上传送一个字节是10位。计算公式如下：

　　式(2)上n表示传送的字节数，bps是波特率。

　　式(1)中T2表示通讯程序处理时间，其中还包括计算机由串口取得数据的时间和数据进入串口缓冲等待发送时间，数据通过交换机的时间等。

　　电力系统远动规约都是在全双工情况下进行工作的，即上行通道和下行通道必须同时存在，这样上传信息和下传信息都能够在独立的通道上传送，所以时间的配合上不会出现问题。而拨号网络建立的通道就不一定是全双工的，根据接线和调制解调器的不同，可以是全双工或半双工工作模式。

　　下面以CDT规约下全双工工作模式为例分析，因为RTU端上传信息量比较大，而且是连续发送的，计算机会持续的处理上传的信息，而有下传信息时，计算机响应就需要一定时间，极端情况下，计算机根本来不及处理下传信息(如遥控命令)时，会导致比较严重的超时，从而无法遥控。所以必须解决数据流阻塞的问题。

　　可以通过在通信程序中改造主站和RTU之间的数据传送模式解决。具体方法是在两端的通讯程序中加上控制子程序。当主站端检测到主站发出的下行命令时，触发控制子程序，向RTU端发送请求命令，RTU端通讯程序接收到请求命令后，触发控制子程序，中断发送上行数据，并向主站端发送准备完毕命令，再继续上传信息，这样，就可以解决前述问题了。主端端子程序框图如图2所示。RTU端接收的发送请求命令后触发控制子程序，子程序框图如图3所示。