小水电站手机短信远程监控系统

陈 艇，周雨风

(杭州亚太水电设备成套技术有限公司，浙江 杭州 310012)



小水电站手机短信远程监控系统

陈 艇，周雨风

(杭州亚太水电设备成套技术有限公司，浙江 杭州 310012)

针对只配备PLC控制系统的小水电站，优化设计了手机短信远程监控系统，实现手机与电站PLC系统远程信息交换，可用手机进行远程控制，真正实现无人值守。图3幅。

小水电站；PLC；GPRS DTU模块；手机短信

0 引 言

水电站自动化系统一般除了现地控制单元外，还配有上位机通讯系统；而一些小电站，业主出于成本考虑，并未配置上位机系统，这样无人值守的小水电站一旦发生故障或者事故，业主往往不能在第一时间得知该信息，会给业主带来一定的损失。如何避免这种情况发生呢？如果把手机与电站PLC控制系统联系起来，就可以通过手机对电站控制系统数据进行查询并控制，即可解决上述问题。

1 方案设计

水电站的监控系统发展经历了3个阶段：人工监控，电话调度；远动化(遥测、遥信、遥调、遥控)监控；以计算机为核心，以现代数据通信为基础的计算机监控系统。目前国内设计生产的大部分计算机监控系统自动化程度较高，基本能实现电站少人值守的目的。但并不是所有的电站都会配备计算机监控系统，特别是一些小型水电站，为了节约成本，往往只配有下位机监控系统，即PLC监控系统。

如果需要使用手机对小电站监控系统的运行数据进行查询并控制，首先需要解决通讯问题，即手机怎样才能与电站监控系统(PLC)进行通讯，从而达到手机监控的目的。

目前，手机与PLC通讯的解决方案有如下几个：

(1)PLC经过RS232与通讯模块建立连接，手机通过收发短信方式与通讯模块进行信息交换。

(2)PLC经过RS232与通讯模块建立连接，通讯模块连入移动服务商的网络(GPRS、EDGE、3G、4G)与手机建立无线网络连接，从而进行数据信息交换。

(3)PLC经过上位机与公用因特网相连，而手机通过移动服务商的网络连至公用因特网，从而建立手机与PLC的数据交换。

不论是哪种方案，对于电站业主来说，最基本的要求就是经济，即性价比要高，并且还应满足系统安全可靠、操作方便快捷等要求。上述方案中，第三种方案需要架设有线网络，成本比较高。而第二种方案，鉴于小水电站普遍位于偏远山区，移动服务商所提供的服务可能只有普通的GSM业务，无法提供网络服务，达不到安全可靠的要求。因此，方案1是目前最适合的方案。

GSM，即Global System For Mobile Communications，是由欧洲电信标准组织ETSI制订颁发的数字移动通信标准，它的空中接口采用时分多址技术，并且能够与综合业务数字网(ISDN)形成互联。自20世纪90年代中期投入商用以来，GSM已经成为应用最广泛的移动通信标准，被全球超过200个国家采用，采用其标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。GSM的SMS(即短信通讯功能)本身具有数据传送功能，可进行双向传输，性能稳定，其信息传递是实时可靠的，在数据采集、GPS定位、短信报警、银行缴费通知等方面都有广泛应用。在SMS通讯中，每个短消息的最大信息量为不超过140个字节，足以满足普通小水电站监控系统信息的传递。因此，采用短信通讯方式控制监视小水电站运行完全可行。再加上该方案只需在原有PLC控制系统上增加1个通讯模块，即可实现手机短信远程监控，在成本控制上具备很大优势，用户操作使用也很方便。

手机远程监控方案选取GPRS DTU作为通讯模块，其设计原理如下所示(见图1)。

图1 GPRS DTU通讯模块设计原理示意

在该方案所设计的系统中，用户将待发短信息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发至手机通讯模块DTU中，通过DTU与PLC的通讯，实现数据交换，最终达到手机远程监控的目的；而DTU与PLC的通讯，则由其自带的RS232标准数据接口来实现。通讯模式采用AT指令控制，并且符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。

基于这种技术，该手机短信远程监控系统具有覆盖面积广、传播距离远、可靠性高等特点，相较于其他需要通过有线网络连接的方案来说，节省了有线网络架设的大额投资，并且在运营期间也无需维护网络，运行成本较低。

当然，现今社会发展迅速，随着4G网络的逐步推广，移动网络的速度和可靠性等方面也已逐步完善，因此，第二个方案在未来还是有很广阔的应用空间。基于该方案的手机远程监控系统，目前笔者所在公司正在积极研发中。

2 GPRS DTU介绍

GPRS DTU是一种无线数据终端，内置有工业级 GPRS 无线模块，可利用运营商的GPRS网络为用户提供无线数据传输功能。GPRS DTU配备了标准RS232/485/422 数据接口，可与RTU、PLC、工控机等设备连接，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，在完成初始化配置后，可以与服务器端通过 GPRS 无线网络和 Internet 网络建立连接，从而实现数据传输。DTU不仅可以网络数据传输，还具备短信收发功能，用户可使用手机将短信发送至DTU，而DTU也会按照设置内容将需要发送的短信息发送至用户指定手机中(见图2)。

图2 GPRS DTU模块示意

GPRS DTU有如下功能特性：

笔者所在公司正是利用了GPRS DTU可直接收发短信这一特点，并在此基础上，辅以相应PLC通讯控制程序，研制开发出了手机短信监控系统。

3 应用实例

杭州亚太水电设备成套技术有限公司在研制箱式整装小水电站的基础上，结合国内外小水电发展现状，并且经过多年来不断开发完善，已经将该产品升级至第三代——智能整装小水电设备。增加了智能控制，即手机短信远程监控功能和电脑远程控制功能，极大地方便了业主监视电站运行情况，控制机组开停机并且可以及时收到故障信息，使其在第一时间内做出处理，减少机组故障造成的损失。

马其顿特瑞吉电站是具有手机通讯功能的智能整装小水电站在国外的成功案例(见图3)，于2012年通过能源部验收，目前已经成功运行了3年多时间，运行情况十分稳定；手机通讯功能完全正常，可以实时故障报警、手机控制机组开停机、机组运行状态实时查询，真正做到了电站无人值守(该电站额定水头46 m，额定出力146 kW，采用卧式混流机型，利用上游已建成水库的灌溉用水及引用供水进行发电)。

图3 马其顿特瑞吉电站智能集成式小水电设备

4 结 语

手机短信远程监控系统借助GSM短信息技术和PLC控制技术，构建出手机与PLC一对一的独立通讯方式。由于使用的是GSM网络，采用SMS进行数据交换，设备成本及运行维护成本比较低，使用方便，运行可靠，十分适合小水电站使用。

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责任编辑 吴 昊

2015-06-11

陈 艇(1983-)，男，工程师，主要从事水电站监控系统设计及调试工作。 E_mail: tchen@hrcshp.org