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GPRS DTU助力油田自動化

摘要：某油田現(xiàn)有約273座110kV及35kV變電站，由于油田電網(wǎng)的獨有特點，各變電站分布范圍較廣，尤其是35kV變電站，大多設置在偏遠地區(qū)。目前，部分110kV及35kV變電站因無數(shù)據(jù)傳輸通道致使調(diào)度自動化數(shù)據(jù)不能上傳調(diào)度端 電力載波及一點多址設備連續(xù)運行已近12年，設備嚴重老化，各類故障頻繁出現(xiàn)，因廠家已停止生產(chǎn)，難以維持正常運行。想要單獨靠油田電力調(diào)度自動化通道系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡來解決上述變電所的數(shù)據(jù)傳輸問題投資巨大且不現(xiàn)實。在此，引入了GPRS DTU技術http://www.gprsmk.com/case/172304546.html。
一、GPRS DTU技術
　　GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet RadioService)的英文簡稱，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間提供一種連接。實際應用中可以通過調(diào)整GSM網(wǎng)絡中暫時沒占用的話音信道來提高分組數(shù)據(jù)的傳輸速率以滿足用戶的需要。在此信道上提供TCP/IP連接，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。
　　GPR DTU技術是基于移動通信網(wǎng)絡，針對工業(yè)監(jiān)控、交通管理、金融等行業(yè)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務而開發(fā)的。與數(shù)據(jù)中心的接口設備一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶所需的各類專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。
1、優(yōu)點
　　1）GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)點，無需擔心線路的維護或在移機時導致的通訊中斷。建設新的監(jiān)測點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或?qū)＞€系統(tǒng)投資較少，設備安裝方便。
　　2）帶寬在35K至45K之間，可根據(jù)用戶需求，通過網(wǎng)絡優(yōu)化進行調(diào)整。
　　3）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
　　4）GPRS網(wǎng)絡接入速度快，傳輸速率高，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。
　　5）信號覆蓋好。截止2005年底，網(wǎng)絡已經(jīng)100%覆蓋全國縣(市)，主要交通干線實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。
2、安全性
　　電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的中樞神經(jīng)網(wǎng)絡，安全性、可靠性是調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的首要要求。
　　GPRS的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。監(jiān)控中心直接連接到GPRS網(wǎng)絡，實質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案，為安全和信道保證，開通專用的APN(接入點名稱)網(wǎng)絡，只有經(jīng)過授權的用戶才能訪問指定的APN。
二、GPRS DTU系統(tǒng)原理
1、傳輸原理
　　由于目前變電站與調(diào)度中心之間采用點對點的傳輸方式，在不影響目前系統(tǒng)結構的前提下，變電站端采用GPRS DTU技術，調(diào)度中心使用軟件+PC服務器的方式經(jīng)專線接入到移動公司機房。系統(tǒng)采用雙機熱備用方式以避免服務器故障導致服務中斷，同時本系統(tǒng)也很方便的支持日后全面改造為基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸方式。由于采用透明傳輸方式，不改變原調(diào)度自動化系統(tǒng)的結構，保證了數(shù)據(jù)的準確性和一致性。

上圖是GPRS數(shù)據(jù)傳輸配置圖
　　上傳信息： 來自變電站端RTU(遠動終端單元)的信息通過RS232接口進入DTU(數(shù)據(jù)終端單元)，首先進行TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)N/解調(diào)，再通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳送到移動公司的交換網(wǎng)絡，然后通過專線(光纖)傳送到調(diào)度中心新增的數(shù)據(jù)服務器進行協(xié)議轉換并傳送至前置機，同時將接收數(shù)據(jù)處理并存儲。
　　下傳信息： 來自工作站的信息首先經(jīng)前置機傳送至數(shù)據(jù)服務器，由其處理后經(jīng)專線發(fā)送到移動公司的交換網(wǎng)絡，再通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)送到DTU進行無線調(diào)N/解調(diào)和TCP/IP協(xié)議解包，然后發(fā)送到RTU。
2、系統(tǒng)軟件
　　軟件采用面向?qū)ο缶幊碳夹g，是電力專業(yè)應用與工業(yè)自動化監(jiān)控組態(tài)軟件的完美結合，是一個組態(tài)靈活、開放性的軟件系統(tǒng)?？梢猿洚斖ㄐ殴芾頇C，具備多種標準電力規(guī)約的并發(fā)采集與轉發(fā)功能，不但可以作為SCADA系統(tǒng)的平臺軟件來實現(xiàn)四遙及綜合管理監(jiān)控的功能。還可以在變電站綜合自動化、配電自動化、智能變配電自動化等電力行業(yè)中作為通信前置機管理軟件。
　　1）規(guī)約采集
　　可以與多種硬件廠商的設備進行通信，具備電力自動化系統(tǒng)中的101，103，104，CDT，Modbus，1801，DNP等多種標準規(guī)約采集標準，且支持各電力設備廠家的保護測控裝置、直流屏、小電流選線等多種裝置。
　　2）規(guī)約轉發(fā)
　　具備性能良好的數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)約驅(qū)動開發(fā)平臺，可以將按多種規(guī)約進行數(shù)據(jù)采集的設備以不同的規(guī)約進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，模塊可根據(jù)用戶需求靈活開發(fā)，目前支持101，104，CDT，Modbus，1801，DNP等多種標準規(guī)約的轉發(fā)，可以作為自動化系統(tǒng)的規(guī)約轉換平臺。
三、GPRS DTU系統(tǒng)應用　　
1、應用范圍
　　1）可用于解決部分投資大且難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?10kV及35kV變電站的數(shù)據(jù)通道。
　　2）可用于解決分布范圍較廣的6kg開閉所的數(shù)據(jù)上傳。
　　3）可作為應急補充手段，在故障時替代部分老化嚴重、難以維持的通信設備所提供的數(shù)據(jù)通道，如電力載波及一點多址設備，自1994年至1995年投入運行至今，連續(xù)運行已近12年，設備嚴重老化，各類故障頻繁出現(xiàn)，因廠家已停止生產(chǎn)，難以維持正常運行，尤其是一點多址設備，傳輸?shù)拇蟛糠譃殛P口變自動化數(shù)據(jù)，故障時需及時恢復。
2、經(jīng)濟效益分析
　　用光通信方式解決前面所提到的2座llOkV變電站的數(shù)據(jù)傳輸需投資約350萬元，按設備10年期壽命計算每站每年約投資7.5萬元 解決一個站端數(shù)據(jù)上傳即使用最經(jīng)濟的載波或擴頻通信方式也需15-30萬元，按設備10年期壽命計算每站每年約投資1.5-3萬元 且上述兩種方式均不含人工及維護費 如用GPRS DTU技術，按30個點投資25萬元、設備10年期壽命計算，解決一個站端數(shù)據(jù)上傳每年約投資3500元，且不需人工及維護費。
四、GPRS DTU結束語
　　采用GPRS DTU無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，能有效提高電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的覆蓋范圍，解決部分現(xiàn)有自動化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡所無法解決的問題，實現(xiàn)對自動化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的優(yōu)化和補充。但因GPRS DTU技術受帶寬所限，最大為45K，對一個變電站只能提供一條數(shù)據(jù)傳輸通道，而不能同時傳輸電話、圖象及其他數(shù)據(jù)業(yè)務。另外，截至目前為止，GPRS DTU技術的試驗范圍僅局限于常規(guī)變的SYR-A型遠動設備，綜自變的應用還有待于進一步探討，所以，GPRS DTU模塊有效的解決的油田數(shù)據(jù)無線傳輸，助力了油田自動化的進程。