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作者：陳華霖 陳海昆 吳愛軍 單位：上海市電力公司松江供電公司
ZigBee無線遙控技術ZigBee是基于IEEE802．15．4協議，工作在2．4GHz和868/928MHz的無線技術。ZigBee在正常工作狀態下的發射功率可以控制在μW級，甚至更小，具有低功耗模式，在無數據通信時可以休眠，而從休眠模式切換到數據傳送模式的速度非?？?。不過由于ZigBee的穿透性能不強，在需要具備很好穿透能力的柱上開關無線遙控裝置中，該技術還不理想。433M無線遙控技術433M無線遙控技術是一種FSK和ASK射頻技術，FSK使用數字信號去調制載波的頻率，是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式;ASK為幅移鍵控調制，ASK使用不同的幅度表示二進制符號0和1，也可以在ASK中把一個幅度取為0，另一個幅度為非0，也就是人們常說的OOK技術。其主要優點是:抗噪聲與抗衰減的性能較好，穿透性能強，成本低，能很好地適用于中低速數據傳輸場合。基于FSK和ASK技術的433M無線通信技術不僅功耗較低，而且通信距離遠，抗干擾能力好，在柱上開關現場通信方面具有特有的優勢。
遙控PDA原理與實施遙控PDA裝置由遙控PDA終端和控制器內置通信模塊部分構成，遙控PDA終端用于桿下手持操作，控制器內置通信模塊被安裝在柱上開關控制器上。遙控PDA終端由無線接口卡和PDA(掌上電腦)組成;控制器內置通信模塊由433M無線傳輸單元，串行接口，控制器接口單元，休眠喚醒單元，CPU和電源組成，如圖2所示。(1)控制器內置通信模塊的原理與實現控制器內置通信模塊是連接遙控PDA和柱上開關控制器的中介傳輸模塊，內置傳輸模塊的內部原理如圖3所示。電源部分連接至控制器的+24V電源側，使該通信小系統得到電源，經過整流穩壓得到兩路5V電源和一路3．3V電源，CPU同時偵聽著無線傳輸單元和控制器接口單元，當有數據從無線傳輸單元發送到CPU，CPU經過解碼與再調制后發送到控制器接口單元，控制器接收到數據后執行相應的動作。當有數據從控制器發送到CPU，CPU經過數據解幀的過程后，將數據發送至無線傳輸單元，以433M無線信號的形式傳送至遙控PDA。當控制器進入休眠狀態時，為了與控器進行信號的接續，可通過休眠喚醒單元來喚醒處于休眠狀態的控制器。(2)遙控PDA終端硬件遙控PDA終端的硬件有兩部分組成［如圖2(b)所示］:一是PCMCIA接口轉433M無線接口卡，一是PDA(掌上電腦)。兩者通過PCMCIA接口(PCMCIA是一種用于PDA和筆記本計算機的新的高性能PC卡總線接口標準，傳輸速度接近于總線的速度，并支持熱插拔)連接在一起。PCMCIA無線接口卡插入PDA終端的PCMCIA接口卡槽后，PDA識別到PCMCIA無線接口卡，完成驅動的安裝過程，兩者就可通過PCMCIA接換數據并通信。1)PCMCIA接口轉433M小無線接口卡PCMCIA接口轉433M小無線接口卡是由PC-MCIA接口模塊與無線傳輸模塊構成(如圖4所示)，分別設計制作了專用的電路，內部通過串行口進行通信，PCMCIA接口模塊將來自PDA的數據轉換串行的數據發送至無線傳輸模塊，由無線傳輸模塊通過433M頻率的FSK無線信號傳輸至柱上開關控制器。這是數據發送的傳輸順序，而數據接收的傳輸順序與數據發送的傳輸順序相反。2)PDA(掌上電腦)掌上電腦是接口卡和應用軟件的軟硬件載體，因此它的硬件配置是至關重要的，該掌機的基本配置由主頻為312MHz的CPU，64M的內存，192M的固態硬盤，PC卡接口，觸摸屏等組成。并且要求預裝WindowMobile5．0系統，還要求電池續航時間達4h以上。開發的掌機應用軟件安裝在WindowMobile系統上，掌機應用軟件通過PCMCIA接口與接口卡交互，接口卡再與柱上開關控制器通信，從而實現了掌機與柱上開關控制器間的通信。(3)遙控PDA終端軟件遙控PDA軟件是現場終端較關鍵的部分，掌機終端軟件是基于WindowMobile操作系統的嵌入式軟件，軟件采用面向對象的C#語言和采用具有圖形化繪制界面的IDE進行編程［2］，這樣使程序設計過程更自然、更直觀、理解更加方便、有效的控制復雜性，使維護難度減低并且給軟件的擴展提供了支持。掌機終端軟件的幾個實現模塊:串口通信的實現，首頁界面功能的實現，開關參數界面功能實現，遙信遙測量界面功能實現，監測事件界面功能實現，波形顯示界面功能實現，用戶維護界面?，F場終端在對柱上開關控制器進行無線操作時，為了保證數據的安全，終端軟件在設計是運用了DES的加密方法，這種加密方法特點是分組短、密鑰短、運算速度較慢、加密后很難破解。此加密方法非常適合密碼生命周期短的場合，所以此方法在現場終端軟件中的應用是比較合適的。
功能與特點從軟件實現的角度可以分為5大類，①前提參數;②遙控遙信遙測量;③電流三段保護參數;④歷史事件;⑤錄波數據處理。從應用功能的角度可分為基本功能和特色功能兩大塊。
基本功能(1)遙控合閘和遙控分閘功能遠距離遙控分合閘功能是現場非接觸操控的基本需要，也是遙控PDA的基本功能。該功能實現了遠距離操控開關，在根本上保證了維護人員在遙控柱上開關時的人身安全。(2)三段保護參數整定功能三段電流保護參數整定功能是遙控PDA的基本功能之一。該功能實現了遠距離設置和讀取三段保護參數，維護人員在桿下即可維護定時定限/反時限特性，反時限曲線，一段保護值，二段保護值與延時，三段保護值與延時，零序電流保護參數，復歸時間，閉鎖延時值，重合閘次數，重合閘延時參數等;同時，三段電流保護還要需要(3)歷史事件查詢功能歷史事件查詢功能是柱上開柱也遙控PDA的基本功能之一，該功能相于一組柱上開關動作的日志。包括了手動合閘記錄，手動分閘記錄，自動重合閘記錄，整定值修改記錄等。方便維護人員隨時讀取，對柱上開關的現場情況分析判斷提供了數據基礎。
特色功能(1)故障錄波數據的處理功能故障錄波數據的處理功能是遙控PDA的特色功能之一，該功能包括波形讀取功能，顯示功能，數據存儲功能。終端軟件可以顯示三相電流在不同時刻的電流值(A/T波形)，維護人員可以容易的得到故障發生時的數據，可以大致判斷故障的原因;還可通過數據線拷貝到PC機，利用專用的分析軟件進行分析，為故障的回溯分析提供數據支撐。(2)實時狀況查詢功能實時狀況查詢功能包括柱上開關狀態監測和負荷電流實時值讀取功能。柱上開關狀態主要有合閘已儲能、合閘未儲能、分閘已儲能、分閘未儲能四種狀態，主要的實時數據有零序、A相、B相、C相電流、PT電壓值等。對該類數據的讀取和了解，可以為整定值修改，開合閘操作提供參考數據。(3)自檢功能遙控PDA的終端軟件在啟動時會對自身相關的硬件進行檢測，若有故障會給出相應的提示。#p#分頁標題#e#
安全性能(1)采用可視化圖形用戶界面為了實現操作簡易，降低誤操作的概率，需要一個圖形化的界面。在常見的PDA等小型手持式終端上，由于PDA自身硬件條件的限制，以及無線傳輸模塊功耗與體積的限制，通常工業用戶的無線掌機界面都非常簡單和文字化，幾乎看不到類似PC機的美觀界面。但是該遙控PDA從底層設計上解決了熱插拔式無線傳輸模塊功耗大的問題，并且還得到Windows用戶圖形界面的支持。因此，避免了煩瑣的純文字化界面，系統采用了通用性、兼容性較好的用戶平臺，操作簡捷明了，大大降低使由遙控PDA誤操作引起的誤動作事件。(2)引入安全管理機制為了確保操作的安全性，減少現場誤動作，以及提高數據傳輸過程中的完整性安全性，便引入了各種安全機制。一方面，柱上開關系統與掌機之間傳輸的數據，在原有一套傳輸協議之外，加一層無線轉輸協議，使數據本體更為隱蔽和安全，且數據本體和協議各有校驗方案，使數據出錯的概率大大降低，提高了掌機終端通信過程的穩定性、安全性;一方面，掌機軟件控制系統引入了用戶和密碼管理機制，只有高權限的用戶才可通過掌機終端操控智能化柱上開關，屏蔽了未被受權人員的意外操作;另一方面，參數整定界面中，利用繼電保護的選擇性、速動性、靈敏性和可靠性4要素［1］，使各參數相互相制約，從技術層面加強了線路的安全性。
2011年9月在上海市電力公司松江供電分公司的智能化柱上斷路器項目中智能化柱上開關遙控PDA投入試運行。遙控PDA測量柱上無線信號強度達100%，設定柱上開關的整定參數，如圖5(a)所示，選擇定時性特性，速斷定值為828．6A(一段電流保護)，限時速斷為369．5和延時40ms(二段電流保護)，過流定值138．5和延時680ms，2次自動重合閘，重合閘時間間隔為5s，10s，15s。整定值設置完成后，在相關人員的操控下，遙控PDA對柱上開關發送了合閘指令，進行了遠距離的遙控合閘，為用戶成功送電。并查詢了歷史事件，并有詳實的合閘事件記錄。遙控PDA還采集了三相電流實時數據，TV電壓值，電池電壓。如圖5(b)所示，柱上開關狀態為合閘已儲能狀態，A相電流61．2A，B相62.4A，C相61．8A，零序電流為0，TV電壓值Uab為231V，內置電池電壓為26．3V。
通過試運行證明智能化柱上開關遙控PDA通信流暢、運行可靠、穩定，能準確的執行分合閘命令，能正確的設定整定值，可讀取實時數據、開關狀態，達到了項目預期目標。該智能化柱上開關遙控PDA在使用過程中一直保持著穩定的工作狀態性能。通過該PDA終端和智能化戶外柱上開關系統實施，電力公司可以隨時巡檢線路的運行情況，減少了停電時間，提高了供電可靠性;減少了檢修工作量，提高了工作效率;為提高用戶滿意度，加強設備安全監視、預防事故，提高運行管理水平、提高運行的經濟性具有重要的意義。
