摘要：本文提供了一種基于WCTU無線遠程控制配電柜以及監(jiān)控配電柜實時工作狀態(tài)設(shè)計和實現(xiàn)方法，簡要介紹了WCTU的無線透明傳輸技術(shù)，描述了WCTU無線傳輸應用于配電柜系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。通過現(xiàn)場實施和應用，取得了減少人力物力的效果，并保證生產(chǎn)、生活中，工作的可靠性及其配電柜安全性。

關(guān)鍵詞： WCTU、INTERNET、配電柜、透明傳輸、加密；

一、概述

遠程配電柜控制系統(tǒng)是一個集計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、自動化設(shè)備、遠程傳輸及服務器管理一體的綜合控制系統(tǒng)。他通過無線的網(wǎng)絡(luò)把眾多的帶有通信接口的配電柜與管理服務器進行連接起來，由于計算機對配電柜的智能化管理。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集中處理、集中分析、集中控制、及集中調(diào)度的新型現(xiàn)代遠程的配電系統(tǒng)。目前在國內(nèi)所有的應用配電柜中還沒有用到完整的遠程控制的功能。這種遠程控制的配電柜系統(tǒng)，能過起到遠程配置電源跟遠程監(jiān)控電源情況的作用，當線路出現(xiàn)異常時，有利于控制故障范圍減少經(jīng)濟損失，也可以方便迅速找到故障點并加與排除。另外配電柜內(nèi)方便放置各種保護設(shè)備，如防止短路器，防止過載的空氣開關(guān)等，對線路和用電設(shè)備起到保護作用。

二、配電柜遠程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

目前全國有各種需要配電柜的系統(tǒng)大約在200萬（自己虛構(gòu)的）套左右，故障的發(fā)現(xiàn)目前大部分還是主要靠人工巡檢完成的，這對一些比較偏遠的礦區(qū)，耗費的人力物力占用了很大的成本，實時性也不高。配電柜遠程控制系統(tǒng)的開發(fā)，解決了這方面的問題。只需要在辦公室的服務器總的就能王城上述的許多功能，實現(xiàn)了實時查看，及時控制的作用。當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的配電柜出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可以自動的切斷電源的供電。如果系統(tǒng)沒有自動的切斷電源，也可以通過手動的方式對現(xiàn)場的電源進線切斷。這樣可以節(jié)省電能還能避免系統(tǒng)在異常的情況下繼續(xù)供電照成的更大損壞。對比人工巡視管理的好處，遠程控制系統(tǒng)對減少人工成本，對節(jié)能減排起到了一定的作用。

三、WCTU簡介

3.1什么是WCTU?

WCTU(Wireless Collect  Transfer  Unit)全稱為無線采集傳輸單元，是專門用于將串口數(shù)據(jù)（232、485、422、TTL、AD接口）轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進行傳送的無線終端設(shè)備。利用WCTU的IO腳輸入跟輸出高低電平功能，對設(shè)備進行遠程控制跟實時監(jiān)測設(shè)備異常并對異常信息進行報警功能。是廈門為那通信科技有限公司最新自主研發(fā)的綜合WCTU,RTU,及短信收發(fā)功能為一體的高性能工業(yè)級無線數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備。WCTU簡單說是一種工業(yè)級別無線傳輸、采集設(shè)備,主要用在各種行業(yè)無線數(shù)據(jù)采集中。該設(shè)備把終端數(shù)據(jù)通過串口把數(shù)據(jù)通過運營商的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒斩恕?/span>

WCTU無線采集：主要方式是通過運營商基站網(wǎng)絡(luò)提供上網(wǎng)，也就是移動，電信，聯(lián)通（國內(nèi)目前就這三家）。在WCTU設(shè)備里面插一張SIM/UIM卡（手機卡）來實現(xiàn)無線傳輸跟控制的功能，其實也就是跟手機上網(wǎng)差不多一樣的原理。

3.2 WCTU工作過程描述

WCTU登陸運營商網(wǎng)絡(luò)，然后進行PPP撥號。撥號成功后，WCTU將獲得一個由運營商隨機分配的內(nèi)部IP地址。也就是說，WCTU處于運營商內(nèi)網(wǎng)中，而且其內(nèi)網(wǎng)IP地址通常是不固定的，隨著每次撥號而變化。我們可以理解為WCTU這時是一個運營商內(nèi)部局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備，通過移動運營商網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)與外部Internet公網(wǎng)的通信。這與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦通過網(wǎng)關(guān)訪問外部網(wǎng)絡(luò)的方式相似。

WCTU主動發(fā)起與數(shù)據(jù)中心的通信連接，并保持通信連接一直存在。由于WCTU處于移動內(nèi)網(wǎng)，而且IP地址不固定。因此，只能由WCTU主動連接數(shù)據(jù)中心，而不能由數(shù)據(jù)中心主動連接WCTU。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網(wǎng)IP地址或固定的域名。數(shù)據(jù)中心的公網(wǎng)IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲在WCTU內(nèi)，以便WCTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數(shù)據(jù)中心。

具體地講，WCTU通過數(shù)據(jù)中心的IP地址（如果是采用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心IP地址）以及端口號等參數(shù)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)起TCP或UDP通信請求。在得到中心的響應后，WCTU即認為與中心握手成功，然后就保持這個通信連接一直存在，如果通信連接中斷，WCTU將立即重新與中心握手。

由于TCP/UDP通信連接已經(jīng)建立，就可以進行數(shù)據(jù)雙向通信了。對于WCTU來說，只要建立了與數(shù)據(jù)中心的雙向通信，完成用戶串口（IO）數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數(shù)據(jù)，WCTU就立即把串口（IO）數(shù)據(jù)封裝在一個TCP/UDP包里，發(fā)送給數(shù)據(jù)中心。反之，當WCTU收到數(shù)據(jù)中心發(fā)來的TCP/UDP包時，從中取出數(shù)據(jù)內(nèi)容，立即通過串口（IO）發(fā)送給用戶設(shè)備。

WCTU還提供了IO短信報警功能跟短信修改WCTU的IO高低電平變化的功能。當WCTU的IO腳為輸入報警狀態(tài)時，當設(shè)備產(chǎn)生一個高低電平變化觸發(fā)WCTU的IO，然后根據(jù)WCTU里面預設(shè)置的報警電話，把里面預設(shè)置好的報警內(nèi)容發(fā)送到指定的手機上面，進行設(shè)備故障報警。當WCTU的IO腳為輸出功能時，就是利用WCTU里面設(shè)置好的控制手機號碼，然后通過指定的手機號碼發(fā)送控制指令，對WCTU的IO腳進行高低電平的變化，以達到控制下位機設(shè)備的目的，短信修改IO高低電平也是跟短信報警同種原理。

3 .3WCTU采集的優(yōu)勢

WCTU通信方式更適合于野外與移動數(shù)據(jù)采集業(yè)務，目前還存在很多監(jiān)測站與各采集點采用電話線傳送數(shù)據(jù)或手工抄錄，實時性差，費用也不便宜。WCTU無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：

1．WCTU用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)絡(luò)點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設(shè)新的營業(yè)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(shè)備安裝方便。

2．安裝價格比較低，與拉線埋線相比較WCTU其終端價格便宜很多。

3．儀器設(shè)備雙向傳輸功能：在WCTU通過無線跟數(shù)據(jù)中心進行連接成功后，WCTU跟數(shù)采中心就可以進行雙向傳輸。

4．WCTU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，永久在線。

5. 支持IO報警功能，當下位設(shè)備出現(xiàn)異常情況時，WCTU產(chǎn)生報警信息，及時聯(lián)系相關(guān)人員處理，減少損失。

6. 支持短信控制、配置功能，相關(guān)管理人員可以實時的控制設(shè)備跟修改WCTU配置

7. 支持多種安全加密協(xié)議，WCTU支持AES、3DES、DES等加密方式，防止用戶信息泄露。

8. 支持數(shù)據(jù)燈查看設(shè)備運行狀態(tài)，不用電腦連接串口就可以一目了然的看到設(shè)備的運行狀態(tài)

9. 支持遠程在線升級，不用在擔心由于設(shè)備需要升級而跑到現(xiàn)場操作，浪費人力物力，減少企業(yè)開支。

10. 支持雙串口，在進行通信的時候還可以進行配置，不影響串口數(shù)據(jù)的傳輸，方便了設(shè)備的調(diào)試跟使用

11. 優(yōu)化了485的通信功能，485同時收發(fā)串口數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼的現(xiàn)象。

四、WCTU硬件/軟件特性

根據(jù)多年行業(yè)應用用戶的使用和需求信息綜合開發(fā)出來的一套實用性強，穩(wěn)定性高，操作簡易的無線采集通信模塊。主要功能特性有：

五、項目設(shè)計

系統(tǒng)的組成主要是前端采集儀器收集到儀表數(shù)據(jù)信息后，通過WCTU的方式把儀表數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，前端設(shè)備的傳輸設(shè)備就是用了廈門為那通信自主研發(fā)的WCTU,進行傳輸?shù)摹CTU與數(shù)采中心的連接方式是WCTU利用手機卡的功能，進行PPP撥號，利用WCTU里面設(shè)置的主中心跟端口號，WCTU主動發(fā)送請求鏈接功能，這樣需要服務器提供讓外網(wǎng)可以訪問的公網(wǎng)IP或者提供外網(wǎng)的固定IP。如果沒有固定的外網(wǎng)IP，可以通過域名綁定的方式，讓WCTU跟數(shù)據(jù)中心進行鏈接。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是WCTU的無線傳輸功能，利用運營提供的移動網(wǎng)絡(luò)信號，把串口接收的數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中指定的公網(wǎng)IP上面。上位機軟件在根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行分析跟組合，并顯示在顯示器上面，并存于采集中心的數(shù)據(jù)庫中。在采集中心再搭建一個WEB服務器，可以讓用戶在任何可以上網(wǎng)的地方看到現(xiàn)場的實時采集數(shù)據(jù)的查看，并可以對現(xiàn)場的設(shè)備進行控制。根據(jù)WCTU的IO報警、控制特性，用戶可以短信接收設(shè)備的工作狀態(tài)，也可以通過手機短信的方式對設(shè)備進行控制。由于本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心搭建了一個短信發(fā)送服務器，如果當數(shù)據(jù)中心采集的數(shù)據(jù)分析出現(xiàn)電壓、電流過高或者過低，現(xiàn)場配電箱數(shù)據(jù)異常，都會觸發(fā)短信服務器發(fā)送異常報警。

                             系統(tǒng)方案圖

六、系統(tǒng)功能

         本放案設(shè)計的想法，目前主要是定位在一些需要用配電柜作為配套設(shè)備的項目上，由于配電柜的運行狀態(tài)會影響到很多人的用電問題，如果配電柜用于小區(qū)，配電柜異常會照成很多用戶使用電問題，對電力公司也照成一定的損失。如果用于工廠上面，配電柜關(guān)系到生產(chǎn)的用電。由于配電柜的重要性，就需要配電柜處于長時間的穩(wěn)定工作，及其出現(xiàn)異常很夠快速恢復工作。配電柜大部分都是處于無人值守狀態(tài)，這個就需要實時監(jiān)測配電柜的工作情況，降低出現(xiàn)異常情況及出現(xiàn)異常及時報警的作用，讓相關(guān)的維修人員可以及時的處理設(shè)計完成后能實現(xiàn)如下的功能和應用。

智能配電系統(tǒng)包括三大部分：硬件系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)保密系統(tǒng);

6.1硬件功能

1. 智能配電系統(tǒng)的硬件可實現(xiàn)對雙路電源的切換，市電的分配，UPS/空調(diào)等回路的供電UPS輸出回路的配電，輸出可采用熱插拔卡式斷路器，靈活在線擴容，靈活調(diào)節(jié)負載三相平衡。

2. 配電系統(tǒng)還配置完善的防雷措施，防止雷雨天氣對設(shè)備電力跟供電的影響。

3. 廈門為那無線傳輸模塊WCTU，支持232、485、422、TTL等多種串口傳輸，可以更好的兼容各種PLC設(shè)備，及其相關(guān)的周圍采集設(shè)備。廈門為那WCTU帶有豐富的接口還提供6路IO報警功能，在你現(xiàn)場的設(shè)備出現(xiàn)異常情況，WCTU能及時的發(fā)送出短信對相關(guān)人員進行異常告警。

6.2 監(jiān)控功能

         監(jiān)控系統(tǒng)的軟件由柜內(nèi)監(jiān)控模塊和遠程監(jiān)控軟件組成，本地大屏幕的觸摸屏和遠程監(jiān)控軟件全方位實現(xiàn)對電源狀態(tài)的監(jiān)控和記錄，可輕松監(jiān)控主路和各支路的電壓、電流、頻率、諧波、功率、電度等參數(shù)，可實時監(jiān)控開關(guān)狀態(tài)， 記錄當前故障和歷史故障，可設(shè)置電流閥值預告警，開關(guān)動作告警以及實現(xiàn)高低壓、過流、缺相、不平衡度等各種故障的聲光告警 

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)由遠程監(jiān)控系統(tǒng)主機和本地監(jiān)控系統(tǒng)從機組成，遠程監(jiān)控主機是通過WCTU的功能把TCP/IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成串口數(shù)據(jù)（串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)）跟采集設(shè)備總線連接，進行遠程操作監(jiān)控。也可以在本地觸摸屏（本地監(jiān)控系統(tǒng)從機）上面進行操作，可滿足用戶開放式組屏的習慣需求。用戶也可以通過擴展多路綜合監(jiān)測單元，支路電流檢測單元等產(chǎn)品，以構(gòu)成功能更強的一體化智能交流監(jiān)控系統(tǒng)。

6.3報警功能

短信報警系統(tǒng)由配電柜中WCTU的IO報警模塊和遠程監(jiān)控中心報警服務器組成。

1. 本地報警功能是利用WCTU的IO腳進行報警，本地報警功能主要負責的是現(xiàn)場設(shè)備的異常短路、設(shè)備電源故障、設(shè)備無故關(guān)機、設(shè)備硬件故障等報警。這種方式是利用設(shè)備連接IO腳高低電平產(chǎn)生的變化觸發(fā)報警。

2. 遠程監(jiān)控中心的報警主要是利用中心的短信報警服務器，根據(jù)采集設(shè)備采集到數(shù)據(jù)發(fā)送到中心，中心服務器應用程序?qū)Σ杉畔⑦M行分析導出異常信息，對異常數(shù)據(jù)進行編輯并發(fā)送到短信服務器進行短信報警的功能。

6.4數(shù)據(jù)保密功能

第一，數(shù)據(jù)庫是由ORACLE公司提供的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它的安全性高，允許多用戶操作而不破壞數(shù)據(jù)的完整性，用它來做數(shù)據(jù)庫可以保證數(shù)據(jù)的安全；

第二，中心采集系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級權(quán)限，根據(jù)使用者相應的系統(tǒng)權(quán)限，限制人員改變數(shù)據(jù)庫和硬件設(shè)置，以保證數(shù)據(jù)的正確性跟數(shù)據(jù)的隱秘性。

第三，防火墻功能防止黑客的惡意破壞，完善的數(shù)據(jù)雙備份功能，防止中心管理服務器硬件系統(tǒng)故障，導致數(shù)據(jù)丟失，強大的中心冗余備份，在主中心故障的時，啟用冗余中心接受當前的儀表數(shù)據(jù)。

第四、完善的系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了進入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，系統(tǒng)操作記錄，并實時記錄改變運行參數(shù)操作者。

第五、WCTU內(nèi)部由軟件實現(xiàn)豐富的加密方式，包括：AES、DES、3DES等多種加密方式，就是用戶數(shù)據(jù)在通信中被截取也不用擔心數(shù)據(jù)的丟失或者被篡改，保證數(shù)據(jù)的安全性。

七、設(shè)備清單

所需設(shè)備清單：

1、電力控制系統(tǒng)軟件

2、管理計算機 

3、PLC（可編程邏輯控制器）

4、配電柜

5、INTERNET 環(huán)境

6、WCTU 

7、報警模塊

八、結(jié)論

無線通訊技術(shù)為配電自動化遠程控制系統(tǒng)提供了一種安全、可靠、快速、經(jīng)濟的通訊方式。這個不僅使用于新的配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也適合用于原來老舊的配電電網(wǎng)的改造。

本文利用無線傳輸?shù)膬?yōu)勢和可靠性，設(shè)計出了一種基于無線傳輸?shù)募兄荒芘潆娭苿踊h程控制系統(tǒng)的解決方案，在實際的應用中證明了改設(shè)計方案的可行性，并且節(jié)約了成本，大大提高了配電柜的工作效益，并可以進行大力推廣的應用價值