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基于GPRS的中低压配电网络监控系统.pdf 7页
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第 27卷 第 1期
青 岛大学学报 【工 程技术版 )
Vo1．27NO．1
2012年 3月
JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY (E&T)
M ar．20 12
文章编号 ：(63—07
基于 GPRS的中低压配电网络监控系统
张 帅 ，徐淑华 ，李 申伟
(1．青岛大学 自动化工程学院，山东 青 岛．平度电业公司，山东 青岛266700)
摘要 ：为提高国内中低压配 电网络的 自动化水平，开发 了一种基于 GPRS的中低压配 电
网管理系统，并通过软件编程来实现网络中断后数据保存和网络恢复后再把数据发 回控
制中心的功能 。结果显示 ，系统可在控制中心对配电站的运行进行实时监测和控制，实现
无人值守。该系统操作简便、可靠性高 ，经调试 ，运行 良好 ，具有很好 的推广使用价值。
关键词：GPRS；中低压配 电网；监控系统 ；PLC
中图分类号：TP393．06；TP277．2
文献标识码：A
中低压配电网作为输配电系统的最后一个环节 ，其实现 自动化 的程度与供用电的质量密切相关。配电
自动化系统是一个庞大的集散式控制系统 ，监控对象数量众多，有大量的 自动化装置同对象一起分散安装在
城市、农村等各种环境中，几乎所有 自动化功能的完成都需要可靠的通讯网作为支持。配电自动化系统的成
功与否，集 中表现在是否有完善的通讯 网作为保障 。我国在配电网 自动化建设上已进行了 2O多年的研究，
但大部分成果只限于高压配电网，目前大多数中低压配电网为环网接线 ，开环运行 ，个别实现了遥信、遥控 ，
但 由于因部分配 电网中监控设备分布较为分散或是位置偏远 ，同时受资金、信道等条件 限制 ，尚无其它监控
手段 ，仍处于离线运行状态l】]。这些配 电网络因交通不便 ，有 的一周巡视一次 ，有些则要一个月巡视一次。
为提高 中低压配 电网络的 自动化水平及实际运行的需求 ，在不要求上位计算机连续值守的情况下，上位机只
有在必要时与配电所进行通信，实现远程读取运行参数、监视运行状态和控制设备的运行。目前国内外配电
自动化有光纤 、配电载波 、无线通讯 、有线通讯和邮电线通讯等方式 ，最突出的两种是光纤和无线通讯 。光纤
通信适用于数据传输量大、可靠性高的场所，如用于控制 中心与大型变电所 RTU之问的通信，在市区配 电
设备 比较集 中的地区成为主干通信网。由于在 中低压配电网的应用中，主要是 10kV及 以下网络 ，因其对
象数量大 ，单台信息量小 ，线路 “T”接较多 ，所以全部采用光纤作为通讯方式 ，施工困难 ，资金投入多，目前还
是不现实的[2]。为此 ，本研究与某地供电公司合作 ，开发了一种基于 GPRS的中低压配电网管理系统 ，通过
软件编程来实现网络中断后数据保存和网络恢复后再把数据发 回中控中心的功能 ，并在小范围内进行试点
工作 ，该系统操作简便、可靠性高 ，使管理人员在 中央控制室便可知道用户配 电室各运行参数，直接控制配电
网的运行 。
1 系统组成及功能
根据中低压配电网自动化 的应用特点 ，本系统更注重遥信和遥控功能。针对 系统在功能上应具有模块
化结构 ，硬件上结构简单可靠 ，安装灵活，易操作 ，能抗恶劣环境等特点l3]，采用以PLC为终端控制器 ，通过
GPRs网络和 Internet网络连接的分层分布式计算机监控系统 ，并综合运用 了数据 自动采集 、GPRS无线网
络通信 、数据库等技术。系统 网络结构如图 1所示。
图1显示，整个系统分为 3层 ，即主控中心控制系统、通信信道和多个远程终端 RTU。远程主控中心控
收稿 日期 ：201I一09—08
作者简介 ：张帅 (1985一)，男 ，山东潍坊人 ，硕士研究生 ，主要研究方向为电工新技术。
通讯作者 ：徐淑华 ，女 ，教授 ，主要研究方 向为电工新技术 。
青 岛大 学学报 (工程技 术版 )
制系统主要 由网络中的防火墙、数据服
务器、监控主机 以及监 管手
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SIMATIC S7, MMC卡用于S7-300/C7/ET 200,3.3 V NFLASH, 4 MB
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S7-200 GPRS模块-MD720-3
SINAUT MD720-3是一个GPRS/GSM调制解调器模块。通常，S7-200 PLC需要进行发送、接收手机短信或者GPRS通信时就需要使用该调制解调器。SINAUT MD720-3具有2种不同的操作模式：终端模式和OPC模式。终端模式主要用于发送、接收手机短信；OPC模式主要用于S7-200 PLC和OPC服务器SINAUT MICRO SC之间GPRS通信。
本文将从以下四个方面介绍SINAUT MD720-3 模块：
1. 初次学习SINAUT MD720-3时，在哪些文档中可以获得有用的信息。
2.初次使用SINAUT MD720-3时，需要有哪些设备连接和设置。
3.SINAUT MD720-3 用于终端模式发送和接收手机短信时，需要哪些操作步骤。
4.SINAUT MD720-3用于OPC模式进行GPRS通信时，需要哪些操作步骤。
1. 初次学习SINAUT MD720-3时，我们可以参考以下两个基本文档：
注：SINAUT MICRO SC是一种带有特殊通讯功能的 OPC 路由软件，它能与远程S7-200 PLC站点建立GPRS连接；SINAUT MICRO SC 是一个OPC服务器，可服务于OPC客户端，为监控系统提供数据。
2. 初次使用SINAUT MD720-3时，在SINAUT MD720-3侧通常我们需要进行如下操作步骤：
(1) 插入一张支持GSM网络的SIM卡
具体操作步骤参考-&第2章 插入SIM卡
(2) 安装专用天线
(3) SINAUT MD720-3 串口通讯口与S7-200 PLC集成通讯口采用PC/PPI
RS232/RS485电缆连接，（订货号：6ES7-901-3CB30-0XA0）电缆的拨码开关设置：
(4) 为SINAUT MD720-3连接24V电源，并上电
(5) 根据不同的应用，设置SINAUT MD720-3操作模式：终端模式或OPC模式
具体操作步骤参考-&第6章 服务功能-&6.1 终端模式和OPC模式的切换
3. 当SINAUT MD720-3用于终端模式发送和接收手机短信时，我们需要在STEP7 Micro/WIN编程软件中添加用于发送和接收 SMS 的指令库并进行编程，具体操作步骤如下：
(1) 下载用于发送与接收短信的指令库：&。
(2) 在STEP7 Micro/WIN中添加Set5_s7-200-library.mwl 指令库。
具体步骤参考文档-&第 2 章 Working with the library
(3) 在STEP7 Micro/WIN中调用Set5_s7-200-library.mwl 指令库，编译并下载程序。指令库中各个指令如何调用以及指令引脚相关说明请参考文档-&第 3 章 Interface Description of the Library
(4) 调试程序
在STEP7 Micro/WIN编程软件中使能程序状态监控，可按以下步骤简单调试程序，判断初始化及发送与接收功能是否正常
首先，触发SMS_init 指令中SMS_init_start引脚初始化SINAUT MD720-3，初始化成功SMS_init_done位会置1，SMS_init_status返回值为15；
其次，初始化成功后触发SMS_send指令中SMS_send_start引脚将触发短信发送功能；
再次，触发SMS_receive指令中SMS_rcv_start引脚将触发短信接收功能。
相关指令的状态信息参考文档-&第 4 章 Status and Error Words in the Library
以上相关步骤可以参考文档。
此外：S7-1200、S7-300/400PLC添加相应的串口通讯模块也可以通过SINAUT MD720-3发送短信，可以参考相关文档、。
4. 当SINAUT MD720-3用于OPC模式进行GPRS通信时，我们需要在STEP7 Micro/WIN编程软件中添加指令库并进行编程，具体操作步骤如下：
(1) 需要在连接到Internet网络的中央站点安装SINAUT MICRO SC 软件并配置SINAUT MICRO SC。参考文档》-&第 5 章 安装SINAUT MICRO SC 和 第 7 章 SINAUT MICRO SC 配置或文档；
(2) 下载指令库：，并在STEP7 Micro/WIN中添加指令库；
(3) 在STEP7 Micro/WIN中调用sinautmicrosc.mwl指令库，编译并下载程序。指令库中各个指令如何调用以及指令引脚相关说明请参考文档-&第 8 章 PLC程序库SINAUT MICRO SC或者文档；
程序下载到S7-200 PLC后重新启动PLC，此时S7-200 PLC中WDC_INIT指令会对MD720-3 进行GPRS连接初始化设置，MD720-3状态指示灯将会出现如下状态：
此时，我们可以从中央站SINAUT MICRO SC 软件上监控到远程站连接状态如下所示：
如果MD720-3状态指示灯状态不对或者SINAUT MICRO SC软件中显示的连接状态不正常时，我们可以参考-&第 8 章 8.6 错误号码 和 第 10 章 问题排除。
以上相关步骤我们还可以参考文档。
此外，如果我们需要STEP7 Micro/WIN 通过MD720-3 在GPRS通讯基础上实现对S7-200 PLC的远程通信，可以参考文档
本文中所有参考文档的下载链接一览：
. S7-200与S7-200之间有哪些通信方式
S7-200与S7-200之间的通信方式灵活多样，常用的通信方式有如下四种：
& 网络读写（PPI）通信
& 以太网通信
& 电话网Modem通信
& MD720-3 无线通信
提示：除了以上方式，您也许会想到Modbus通信和自由口通信。这两种方式可以用于S7-200之间的数据交换，但是不是我们推荐的常用通信方式。因为使用Modbus通信和自由口通信时您需要编写大量的程序，并无法很好的保证通信的准确性和实时性，Modbus 通信和自由口通信是常用于S7-200CPU与第三方设备或仪表之间的数据交换方式。
1.1 网络读写（PPI）通信
PPI 协议是S7-200专用的主从通信协议.利用此方式可以实现S7-200与S7-200间的数据交换。这种通信方式利用CPU集成通信口即可实现，配置简单。通信中，主站设备将请求发送至从站设备，然后从站设备进行响应。具体如下图所示：
实现网络读写（PPI）通信可以使用以下两种方法：
第一,使用Step 7 Micro/Win编程软件中指令向导中的NETR/NETW向导；
具体方法和相关注意事项请参考《西门子 S7-200&LOGO!&SITOP 参考》（更新版）S7-200 PLC-&通信-&网络读写（PPI）通信。
第二，使用NETR/NETW指令，需要客户自己编写程序实现。
详细的编程设置及例子程序请参考《S7-200可编程控制器系统手册》第6章S7-200指令集-&通信指令-&网络读写指令。
提示：&NETR/NETW向导使用简单，不用大量编程，只需按照向导步骤设置参数，因此不易出错。推荐采用向导的方法实现网络读写（PPI）通信。
使用网络读写（PPI）通信时需要注意以下几点：
第一，只有PPI主站需要配置或编程，从站不需要配置；
第二，主站既可以读写从站的数据，也可以读写另一个主站的数据；
第三，在一个PPI网络中，与一个从站通信的主站的个数没有限制，但是一个网络中主站的个数不能超过32个；
第四，由于S7-200 CPU集成的通信口是非隔离的。因此在一个PPI通信网络中，一个网段的距离不能超过50米。如果通讯距离超出50m，应在通信网络中使用中继器。如下所示:
提示：在上图中，通常扩展一个中继器可延长通信网络50米，但如果扩展一对中继器，并且它们之间没有任何节点，中继器之间的距离可达到1000米。
在网络中使用中继器的具体方法可参考《S7-200可编程控制器系统手册》第7章 网络通信-&网络的建立-&在网络中使用中继器
1.2 以太网通信
S7-200PLC可以通过智能扩展模块CP243-1连接至工业以太网中。这样，S7-200之间就可以通过以太网进行数据交换，如下图所示：
使用以太网通信需要注意以下几点：
第一，S7-200与S7-200之间采用以太网通信方式必须增加CP243-1以太网通信模块，且一个S7-200CPU只能连接一个CP243-1扩展模块；
第二，CP243-1不是即插即用模块，需先通过Step 7 Micro/Win编程软件对其组态；
第三，CP243-1可同时与最多8个以太网S7控制器通信，即建立8个S7连接。
更多关于CP243-1模块的使用问题可参考文档《S7-200 以太网模块系列 CP243-1》
以太网通信请参考《西门子 S7-200&LOGO!&SITOP 参考》V0.95版（更新版）S7-200 PLC-&通信-&以太网通信(CP243-1)
S7-200与S7-200之间的以太网通信编程可参考《》《》
1.3 电话网Modem通信
S7-200与S7-200之间的电话网Modem通信常用于异地通信，在S7-200与S7-200的本地通信中不常用。
如下图所示：电话网Modem是通过S7-200 CPU的扩展模块EM241调制解调器模块来实现的。在公共电话网或小交换机的模拟音频系统中，使用电话线连接EM241上标准的RJ11电话接口，对EM241 进行相应的配置编程即可实现S7-200 CPU之间的数据读取或写入。
电话网Modem通信（EM241）请参考《S7-200可编程控制器系统手册》第10章创建调制解调模块程序
电话网Modem通信注意事项请参考《西门子 S7-200&LOGO!&SITOP 参考》V0.95版（更新版）S7-200 PLC-&通信-&电话网Modem通信（EM241）
EM241与EM241之间的通信编程请参考
1.4 MD720-3 无线通信
MD720-3无线通信也常用于异地通信，在S7-200与S7-200之间的本地通信中不常用。如有需要通信的模块在异地或现场不适宜布线等原因，可考虑采用此通信方式。
S7-200与S7-200之间通过MD720-3无线通信模块可以实现以下两个功能：
& 终端模式：短消息功能
& OPC模式： 数据交换功能。
第一，如下图所示：MD720-3 终端模式用于S7-200与S7-200之间互相收发短信。此通信方式不需要OPC中心站，只需要在需要通信的每个S7-200 CPU右侧都扩展MD720-3无线通信模块，配置天线p西门子PC/PPI串口电缆等硬件，并且在MD720-3模块中插入SIM卡。
终端模式需要的硬件软件配置p库指令的下载及编程请参考
第二，如下图所示：MD720-3 OPC模式用于S7-200与S7-200之间进行数据交换。此通信方式除了配置以上与终端模式相同的硬件之外，还必须配置OPC中心站，即必须使用SINAUT MICRO SC　OPC服务器软件和OPC客户机软件。
OPC模式需要的硬件软件配置请参考
OPC模式编程的库指令&
MD720-3 OPC 模式编程请参考
更多信息请参考
2. 如何选择用于S7-200与S7-200之间的通信方式
针对以上常用的四种通信方式，我们该如何选用S7-200与S7-200之间的通信方式呢？ 根据现场实际需求及通信模块的使用条件，我们提供以下几种参考：
& 如果需要进行通信的S7-200 CPU集成的通信端口未被占用，S7-200 CPU模块都在本地，通信距离不远，且通信速率要求不高，那么可选用网络读写（PPI）通信；
& 如果需要进行通信的S7-200 CPU集成的通信端口已被占用，或通信距离较远甚至达到几千米，或通信速率要求达到M bits/s,那么可选用以太网通信；
& 如果需要进行通信的S7-200 CPU模块分布在相距很远的异地，并且模块之间数据交换量不大，实时行要求不高，我们可考虑选用电话网Modem通信；
& 如果需要进行通信的S7-200 CPU模块相互之间要求有短消息收发或实时性不高的数据交换，并且现场环境不适宜布线，或模块相距很远或分布在异地，且现场环境满足GPRS条件，那么可选用MD720-3 无线模式。
当然，选用S7-200与S7-200之间的通信方式不仅仅依据以上条件。除此之外，我们仍应该考虑模块的使用环境p调试p维修p成本等因素。
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(文：6ES-0AA0 &来源：6ES-0AA0)
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S7-200 GPRS模块-MD720-3
SINAUT MD720-3是一个GPRS/GSM调制解调器模块。通常，S7-200 PLC需要进行发送、接收手机短信或者GPRS通信时就需要使用该调制解调器。SINAUT MD720-3具有2种不同的操作模式：终端模式和OPC模式。终端模式主要用于发送、接收手机短信；OPC模式主要用于S7-200 PLC和OPC服务器SINAUT MICRO SC之间GPRS通信。
本文将从以下四个方面介绍SINAUT MD720-3 模块：
1. 初次学习SINAUT MD720-3时，在哪些文档中可以获得有用的信息。
2.初次使用SINAUT MD720-3时，需要有哪些设备连接和设置。
3.SINAUT MD720-3 用于终端模式发送和接收手机短信时，需要哪些操作步骤。
4.SINAUT MD720-3用于OPC模式进行GPRS通信时，需要哪些操作步骤。
1. 初次学习SINAUT MD720-3时，我们可以参考以下两个基本文档：
注：SINAUT MICRO SC是一种带有特殊通讯功能的 OPC 路由软件，它能与远程S7-200 PLC站点建立GPRS连接；SINAUT MICRO SC 是一个OPC服务器，可服务于OPC客户端，为监控系统提供数据。
2. 初次使用SINAUT MD720-3时，在SINAUT MD720-3侧通常我们需要进行如下操作步骤：
(1) 插入一张支持GSM网络的SIM卡
具体操作步骤参考-&第2章 插入SIM卡
(2) 安装专用天线
(3) SINAUT MD720-3 串口通讯口与S7-200 PLC集成通讯口采用PC/PPI
RS232/RS485电缆连接，（订货号：6ES7-901-3CB30-0XA0）电缆的拨码开关设置：
(4) 为SINAUT MD720-3连接24V电源，并上电
(5) 根据不同的应用，设置SINAUT MD720-3操作模式：终端模式或OPC模式
具体操作步骤参考-&第6章 服务功能-&6.1 终端模式和OPC模式的切换
3. 当SINAUT MD720-3用于终端模式发送和接收手机短信时，我们需要在STEP7 Micro/WIN编程软件中添加用于发送和接收 SMS 的指令库并进行编程，具体操作步骤如下：
(1) 下载用于发送与接收短信的指令库：&。
(2) 在STEP7 Micro/WIN中添加Set5_s7-200-library.mwl 指令库。
具体步骤参考文档-&第 2 章 Working with the library
(3) 在STEP7 Micro/WIN中调用Set5_s7-200-library.mwl 指令库，编译并下载程序。指令库中各个指令如何调用以及指令引脚相关说明请参考文档-&第 3 章 Interface Description of the Library
(4) 调试程序
在STEP7 Micro/WIN编程软件中使能程序状态监控，可按以下步骤简单调试程序，判断初始化及发送与接收功能是否正常
首先，触发SMS_init 指令中SMS_init_start引脚初始化SINAUT MD720-3，初始化成功SMS_init_done位会置1，SMS_init_status返回值为15；
其次，初始化成功后触发SMS_send指令中SMS_send_start引脚将触发短信发送功能；
再次，触发SMS_receive指令中SMS_rcv_start引脚将触发短信接收功能。
相关指令的状态信息参考文档-&第 4 章 Status and Error Words in the Library
以上相关步骤可以参考文档。
此外：S7-1200、S7-300/400PLC添加相应的串口通讯模块也可以通过SINAUT MD720-3发送短信，可以参考相关文档、。
4. 当SINAUT MD720-3用于OPC模式进行GPRS通信时，我们需要在STEP7 Micro/WIN编程软件中添加指令库并进行编程，具体操作步骤如下：
(1) 需要在连接到Internet网络的中央站点安装SINAUT MICRO SC 软件并配置SINAUT MICRO SC。参考文档》-&第 5 章 安装SINAUT MICRO SC 和 第 7 章 SINAUT MICRO SC 配置或文档；
(2) 下载指令库：，并在STEP7 Micro/WIN中添加指令库；
(3) 在STEP7 Micro/WIN中调用sinautmicrosc.mwl指令库，编译并下载程序。指令库中各个指令如何调用以及指令引脚相关说明请参考文档-&第 8 章 PLC程序库SINAUT MICRO SC或者文档；
程序下载到S7-200 PLC后重新启动PLC，此时S7-200 PLC中WDC_INIT指令会对MD720-3 进行GPRS连接初始化设置，MD720-3状态指示灯将会出现如下状态：
此时，我们可以从中央站SINAUT MICRO SC 软件上监控到远程站连接状态如下所示：
如果MD720-3状态指示灯状态不对或者SINAUT MICRO SC软件中显示的连接状态不正常时，我们可以参考-&第 8 章 8.6 错误号码 和 第 10 章 问题排除。
以上相关步骤我们还可以参考文档。
此外，如果我们需要STEP7 Micro/WIN 通过MD720-3 在GPRS通讯基础上实现对S7-200 PLC的远程通信，可以参考文档
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