作者：陳華霖 陳海昆 吳愛軍 唐明瑜 單位：上海市電力公司松江供電公司 上海資和通信科技有限公司

操作簡易性不夠傳統的柱上斷路器操作繁瑣，通過撥碼開關整定數據不直觀，容易引起操作失誤；在新型柱上斷路器的控制器上，雖然配備了多種式樣的手持設備，由于此類掌機大多不采用友善的圖形化界面的實時操作系統做平臺，會使維護人員入門難，且安全認證機制不充分，容易造成維護時操作錯誤，從而影響配電線路的正常運行，對客戶的生產和生活帶來影響。缺乏故障數據下載功能傳統的柱上斷路器、現役新型柱上斷路器控制系統無法紀錄故障波形數據，只有少數支持故障錄波功能的，手持設備依然缺乏數據下載功能，因此無法實現故障的回溯分析，也就無法有針對性的對配電線路的建設和運行進行優化。隨著配電網建設的推進，電網規模的不斷擴大，復雜程度的日益提高，客戶對供電可靠性和電能質量的要求也越來越高，這就要求供電公司以更高標準和更快的速度去維護和處理配電網發生的故障。同時，為了有效推進智能化配電網的建設，實現架空線的環網控制、故障隔離和線路優化都變得愈發重要。上述問題的解決，均依賴于柱上開關智能化管理控制系統的實現，掌機終端作為智能化柱上開關系統的重要組成部分，對掌機終端的研發也就變得愈發重要與緊迫。

現場掌機終端的解決方案

為了解決上述問題，可通過掌機終端對配電線路中的柱上開關及控制系統進行近距離監測和無線操控，如圖１所示。通過掌機終端可以整定開關的相關參數，實時顯示配電線路中柱上開關的分合閘狀態，顯示負荷電流、零序電流等相關電能質量參數，讀取錄波數據的功能。為了實現上述功能，需要利用嵌入式軟硬件的設計方法，還需要利用電力電子技術、無線通信技術、電力繼電保護技術等相關交界技術。

１選擇４３３ＭＨｚ無線通信方式針對上述無線接口的缺失和現場操作的安全性來說，需要選擇一種適合于柱上開關掌機終端的無線通信方式。目前，國內外無線領域較受關注的技術主要有：紅外通信技術、藍牙、ＺｉｇＢｅｅ，Ｗｉ－Ｆｉ，通用分組無線服務技術、頻移鍵控技術（ＦＳＫ）和幅移鍵控調制技術（ＡＳＫ）等，無線技術紛繁復雜，并非每種技術都適合于柱上開關掌機終端。由于紅外通信技術存在通信距離短、沒有移動性、傳輸有方向、速率較低，故不合適；藍牙技術受制于傳輸距離較短（１０ｍ左右）、功耗相對較高（１００ｍＷ左右）等問題，故不合適；ＺｉｇＢｅｅ的穿透性不強，技術不理想，故不合適；Ｗｉ－Ｆｉ發射功率大（超過１Ｗ），成本高，主要用于民用，故不合適；ＧＰＲＳ用于遠程傳輸，功耗較大，適合于設備與數據主站應用，故不合適。只有基于ＦＳＫ和ＡＳＫ技術的射頻技術，不僅功耗較低，通信距離較遠，抗干擾能力好，穿透力強，在配電網現場通信方面具有特有的優勢，故選擇基于ＦＳＫ方式的４３３ＭＨｚ小無線通信作為傳輸手段。

２采用可視化圖形客戶界面為了實現操作簡易，維護人員入門便捷，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，通常工業客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。隨著電子技術的不斷發展，在掌機上嵌入熱插拔式的無線傳輸模塊已成為可行的方案，并且還得到ＰＤＡ的圖形客戶界面支持。因此，掌機系統采用通用性、兼容性較好的客戶平臺，屏棄了煩瑣的純文字化界面。

３引入安全管理機制為了進一步保證操作的安全性，減少現場誤動作，以及提高數據傳輸過程中的完整性和安全性，引入了各種安全機制。比如：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，加一層無線傳輸協議，使數據本體更為隱蔽和安全，而且數據本體和協議各有校驗方案，使數據出錯的概率大為降低，提高了掌機終端通信過程的穩定性和安全性。又如：掌機軟件控制系統引入客戶和密碼管理機制，只有高權限的客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，在提高線路安全運行的同時，也方便供電公司集中管理。

掌機終端功能的實現

掌機終端是智能化柱上開關系統的組成部分之一，要實現掌機應有的功能，需要實現終端硬件和終端軟件兩大部分。

１掌機終端硬件實現掌機終端硬件主要依托于ＰＤＡ和筆記本計算機的標準的ＰＣ卡總線接口（傳輸速度接近于總線速度），并支持熱插拔的ＰＣＭＣＩＡ接口轉４３３ＭＨｚ小無線接口卡和ＰＤＡ終端兩部分組成，通過ＰＣＭＣＩＡ接口連接在一起，如圖２所示。ＰＣＭＣＩＡ無線接口卡插入ＰＤＡ終端的ＰＣＭＣＩＡ接口卡槽后，ＰＤＡ自動識別ＰＣＭＣＩＡ無線接口卡，完成驅動程序安裝后，通過ＰＣＭＣＩＡ接口交換數據或通信。１）ＰＣＭＣＩＡ接口轉４３３ＭＨｚ小無線接口卡由ＰＣＭＣＩＡ接口模塊與無線傳輸模塊構成，分別制作了專用通道，通過串行口通信。ＰＣＭＣＩＡ接口模塊將來自ＰＤＡ的數據轉換成串行數據發送至無線傳輸模塊，由無線傳輸模塊通過４３３ＭＨｚ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則相反。２）ＰＤＡ終端ＰＤＡ終端是接口卡和應用軟件的軟硬件載體，其硬件配置至關重要。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，觸摸屏組成，預裝Ｗｉｎ－ｄｏｗＭｏｂｉｌｅ５．０系統［２］，電池續航時間超過４ｈ。開發的掌機應用軟件安裝在ＷｉｎｄｏｗＭｏｂｉｌｅ系統上，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，從而實現掌機與柱上開關控制器間的通信。

２掌機終端軟件實現掌機終端軟件是一種基于ＷｉｎｄｏｗＭｏｂｉｌｅ操作系統的嵌入式軟件，采用面向對象的Ｃ＃語言和采用具有圖形化繪制界面的ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＩＤＥ進行編程，使程序設計過程更加自然、更加直觀、更加方便，使維護難度減低并且給軟件的擴展提供了支持。掌機終端軟件采用分頁式的布局方式設計，軟件界面功能分布合理，操作方便，容易使用，并且有效提高了掌機終端操作的準確性。１）軟件的總體流程如圖３所示，在掌機終端軟件的操作界面中，輸入相應的用戶參數和固定命令（如整定值參數、時間信息、串口參數、通信地址參數、查詢命令等），提交后，軟件會判斷數據的合法性，只有合法的數據才被傳送至戶外柱上斷路器。斷路器解析運算后，返回一組應答幀，完成一次完整的數據傳輸過程。若應幀錯誤或者等待幀超時，軟件發起新一輪的發送，重發多次仍失敗，軟件宣告發送不成功。２）數據傳輸的實現軟件后臺代碼在采集到用戶輸入或請求等有效命令數據后，通過調用ＷｉｎｄｏｗｓＡＰＩ函數的方式，將采集到的數據進行校驗計算及ＣＲＣ校驗合成，打包成約定的通信協議形式的數據幀，再轉換成ＲＳ－２３２協議允許的數據流并通過串口至無線接口模塊，經過無線轉換后發送到控制器。控制器接收到掌機終端發送來的數據流后，根據ＲＳ－２３２協議對數據流進行解碼并處理解析到的用戶輸入數據和請求等命令。控制器執行完用戶的請求和數據輸入等命令后，以同樣的通信方式提交處理結果給掌機終端。數據流被轉換成４３３ＭＨｚ無線信號傳輸，在數據幀傳輸的初期需要進行軟件握手連接。實現一次完整的數據傳輸過程為：發送連接請求，返回請求應答，發送驗證信證，返回驗證信息，再到實質的數據交互。３）故障錄波數據的處理在柱上開關發生故障分閘后，柱上開關控制裝置中保存了故障錄波數據。掌機終端通過錄波讀取命令，一幀一幀的讀取錄波數據，并存儲在內存中，讀取過程結束，將錄波數據以ＸＭＬ文件的形式轉存在固態硬盤中。在完成錄波數據的讀取與存儲過程后，軟件對錄波數據進行了抽象量化處理，包括單個通道的所有采樣點數據、單個通道的所有采樣點的個數、模擬量通道繪制時的顏色、繪制此通道波形時縱向比例系數、波形通道占據的繪制寬度、波形通道在界面上占據的位置、通道最大值、通道最小值等。處理完后，將數據打印到顯示屏的坐標上。在數據處理過程中使用了ＳＴＬ技術，使數據序列的內存維護由ＳＴＬ自身完成，減少了內存分配與釋放，提高了軟件效率，是本軟件隱含的性能優勢。４）提高安全性的措施為了提高掌機終端操作的準確性，減少誤操作，掌機終端采用了多項措施。采用用戶加管理員的用戶權限控制方案，即基本用戶只能對控制器和柱上斷路器進行操作而無權對本用戶的用戶名和密碼進行修改，而管理員用戶只能對基本用戶的用戶信息進行修改而不能對控制器和柱上斷路器進行操作。在對柱上開關進行遠距離分合閘操作時，采用了用戶名加密碼的認證機制，只有被受權的用戶才可以進行整定值修改和分合閘操作。在密碼認證的后續流程，增加了一道安全確認，最大限度的保證現場操作安全性。掌機終端在對柱上開關控制器進行無線操作時，為了保證數據自身的安全，終端軟件在設計時運用了ＤＥＳ數據加密方式，其特點是分組短、密鑰短、運算速度較慢、加密后很難破解。