基于ZigBee網(wǎng)絡的智能變電站傳感器在線檢測組網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能變電站傳感器在線監(jiān)測組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于ZigBee網(wǎng)絡的智能變電站傳感器在線檢測組網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國智能化變電站的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)正向著具有站內(nèi)信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息技術(shù)共享化等標準化方向發(fā)展，而該新型技術(shù)在變電站的站控層采用ZigBee網(wǎng)絡的星型拓網(wǎng)絡撲結(jié)構(gòu)；而間隔層和過程層則同時采用雙星型的組網(wǎng)方式，使得電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的過程層和間隔層的通信網(wǎng)絡組建成為一層新的ZigBee控制子網(wǎng)絡；然后，將ZigBee傳感器模分布式配置在站內(nèi)的變壓器(室內(nèi)，室外)，斷路器(室內(nèi)，室外)、母線(室內(nèi)，室外)、電容器(室內(nèi)，室外)、變電柜(內(nèi)部，夕卜部)、隔尚開關(guān)(室內(nèi)，室外)等設(shè)備。
[0003]數(shù)字式變電站的組網(wǎng)系統(tǒng)多是在間隔層和過程層采用ZigBee簇型網(wǎng)絡拓撲來完成組網(wǎng)。上述分層網(wǎng)絡方式的一方面組網(wǎng)范圍大，但是受限于網(wǎng)絡組建難度大，布線數(shù)量多，且要求網(wǎng)絡中的協(xié)調(diào)器和路由器必須是全功能設(shè)備；另一方面，在變電站的通信系統(tǒng)組網(wǎng)中，由于ZigBee網(wǎng)絡本身的分布特性，ZigBee網(wǎng)絡中協(xié)調(diào)器在完成網(wǎng)絡的建立和啟動后，接下來整個網(wǎng)絡的操作就不再依賴協(xié)調(diào)器是否存在，此時，協(xié)調(diào)器的作用就會像一個路由器，因此，協(xié)調(diào)器節(jié)點的作用又將和路由器節(jié)點的作用發(fā)生沖突，浪費了路由節(jié)點和部分傳感器節(jié)點資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于ZigBee網(wǎng)絡的智能變電站傳感器在線檢測組網(wǎng)方法，該方法在變電站的站控層采用ZigBee星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)完成組網(wǎng)，完成站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能及對間隔層和過程層各設(shè)備的在線維護，在線修改參數(shù)、在線組態(tài)等過程。在間隔層和過程層則采用雙星型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)完成組網(wǎng)，合并該兩層的通信網(wǎng)絡組建并共建為一層新的通信子網(wǎng)；然后，將傳感器節(jié)點分布式配置在站內(nèi)設(shè)備群中。ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點與站控層以有線/無線的方式通信，并上傳新建子網(wǎng)中檢測節(jié)點采集的數(shù)據(jù)至上位機服務器；ZigBee網(wǎng)絡控制子網(wǎng)則是通過分布的傳感器檢測節(jié)點，在線監(jiān)測新建ZigBee控制子網(wǎng)層中的變電站設(shè)備。最后，在ZigBee的控制子網(wǎng)中，由ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點完成與TCP/IP以太網(wǎng)服務器相連以及變電站信息數(shù)據(jù)的上傳。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于ZigBee網(wǎng)絡的智能變電站傳感器在線檢測組網(wǎng)方法，在本方法中，在變電站設(shè)備的站控層采用ZigBee星型組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，在站控層中，ZigBee應用層協(xié)調(diào)器節(jié)點負責網(wǎng)絡的初始化，啟動及建立；在間隔層和過程層采用雙星型組網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)并將兩層組建為一層新的子網(wǎng)絡；在新建的子網(wǎng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點接收上位機端發(fā)送的控制命令，并將其通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送給各傳感器檢測節(jié)點，檢測節(jié)點則根據(jù)命令，負責采集設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并上傳數(shù)據(jù)至ZigBee協(xié)調(diào)器；傳感器和協(xié)調(diào)器模塊則分布式配置在變電站設(shè)備群中，通過有線/無線的通信方式，與TCP/IP以太網(wǎng)服務器相連。
[0007]進一步，所述ZigBee網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器節(jié)點基于Z_Stack協(xié)議桟，節(jié)點負責小范圍的無線傳感器網(wǎng)絡的建立，以有線或者無線的模式與外部處理器相連；協(xié)調(diào)器節(jié)點完成網(wǎng)絡建立后，開始搜索查詢子設(shè)備節(jié)點，根據(jù)入網(wǎng)的節(jié)點類型，選擇分配16-bits網(wǎng)絡短地址。
[0008]進一步，所述協(xié)調(diào)器節(jié)點執(zhí)行數(shù)據(jù)接收程序，調(diào)用程序修改函數(shù)，通過外部服務器連接到TCP/IP以太網(wǎng)，完成對工程師站、監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務器、網(wǎng)絡打印機、主機等設(shè)備的在線組網(wǎng)與控制。
[0009]進一步，所述ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點采用單片機作為微處理器；硬件部分主要集成微處理器，射頻電路、電源模塊、傳感器模塊、時鐘五個部分。
[0010]進一步，在變電站的間隔層和過程層采用ZigBee網(wǎng)絡雙星型的拓撲組網(wǎng)，即共建一層新的通信子網(wǎng)；傳感器節(jié)點分布式配置在新建子網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備上，且傳感器模塊采用可更換電池供電。
[0011]進一步，所述傳感器節(jié)點采用CC2430處理器作為系統(tǒng)的微處理器，該節(jié)點的硬件電路由微處理器、電源模塊、射頻電路、存儲器及傳感器組成，所述傳感器包括磁電、力敏、溫度、濕度和煙霧傳感器。
[0012]進一步，所述傳感器檢測節(jié)點分布式固定在站內(nèi)的變壓器(室內(nèi)，室外)，斷路器(室內(nèi)，室外)、母線(室內(nèi)，室外)、電容器(室內(nèi)，室外)、變電柜(室內(nèi)，室外)、隔離開關(guān)(室內(nèi)，室外)等設(shè)備，傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點之間則以有線或無線方式通信。
[0013]進一步，檢測組網(wǎng)建立后，由于ZigBee網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器是全功能設(shè)備(FFD)，因此，此時ZigBee網(wǎng)絡中協(xié)調(diào)器節(jié)點的工作就相當于一個路由器，起著路由轉(zhuǎn)發(fā)的作用；然后，協(xié)調(diào)器節(jié)點將接收控制子網(wǎng)中各層檢測節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，并將其通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送給上位機服務器端。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述方法降低了傳統(tǒng)變電定期檢修的難度；通過協(xié)調(diào)器及傳感器節(jié)點的在線監(jiān)測組網(wǎng)，變電站設(shè)備將進入通信智能檢測模式，具備了對智能變電站的電網(wǎng)實時控制、協(xié)同互動的功能。大大降低了由于人工檢修難度和諸如設(shè)備老化、天氣等自然因素而造成的重大影響。
【附圖說明】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0016]圖1為本方法的邏輯原理框圖；
[0017]圖2為本方法中協(xié)調(diào)器節(jié)點和路由器節(jié)點工作流程圖；
[0018]圖3為本方法中協(xié)調(diào)器節(jié)點組建新網(wǎng)絡的消息序列圖；
[0019]圖4為本方法中子設(shè)備節(jié)點入網(wǎng)的消息序列圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明所述的基于ZigBee網(wǎng)絡的智能變電站傳感器在線監(jiān)測組網(wǎng)方法，具體包括:在變電站設(shè)備的站控層采用ZigBee星型組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，在間隔層和過程層則采用雙星型組網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)并將兩層組建為一層新的子網(wǎng)絡；傳感器和協(xié)調(diào)器模塊則分布式配置在變電站設(shè)備群中，節(jié)點設(shè)備則通過有線/無線的通信方式，與TCP/IP以太網(wǎng)服務器相連。[0021 ] ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送應用層服務請求原語(NLME_NETW0RK_FR0MAT10N.request)至網(wǎng)絡層(NWK)，發(fā)起網(wǎng)絡建立；而協(xié)調(diào)器節(jié)點則反饋服務指示原語(NLME_NETW0RK_FR0MAT10N.confirm)至應用層，然后網(wǎng)絡層節(jié)點設(shè)備則選擇廣播信道掃描，能量檢測。當協(xié)調(diào)器發(fā)起建立一個新的網(wǎng)絡進程后，ZigBee協(xié)調(diào)器搜索查詢新的子設(shè)備節(jié)點，并根據(jù)節(jié)點設(shè)備類型分配網(wǎng)絡標識符(PANID)。
[0022]在搜索站控層節(jié)點設(shè)備后，協(xié)調(diào)器節(jié)點執(zhí)行數(shù)據(jù)接收程序，調(diào)用程序修改函數(shù)；協(xié)調(diào)器節(jié)點及傳感器節(jié)點通過有線/無線的模式與外部服務器相連，經(jīng)外部服務器連接到TCP/IP以太網(wǎng)端口 ；完成對工程師站、監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務器、網(wǎng)絡打印機、主機等設(shè)備的在線組網(wǎng)與控制。
[0023]在變電站的間隔層和過程層，采用ZigBee雙星型拓撲網(wǎng)絡，即共建一層新的ZigBee控制子網(wǎng)絡；協(xié)調(diào)器和傳感器節(jié)點分布式配置在新建子網(wǎng)絡中，且傳感器的電源模塊采用可更換電池，傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點之間可以有線或無線方式通信。
[0024]傳感器模塊固定配置在變電站的變壓器(室內(nèi)，室外)，斷路器(室內(nèi)，室外)、母線(室內(nèi)，室外)、電容器(室內(nèi)，室外)、變電柜(內(nèi)部，外部)、隔離開關(guān)(室內(nèi)，室外)等設(shè)備群中。當ZigBee協(xié)調(diào)器啟動網(wǎng)絡后，將自動搜索網(wǎng)絡范圍內(nèi)需要入網(wǎng)的傳感器節(jié)點并分配給16-bits網(wǎng)絡短地址給該傳感器節(jié)點；傳感器節(jié)點收到入網(wǎng)許可的網(wǎng)絡標識符(PANID)則可自動接入ZigBee自組織網(wǎng)絡。當節(jié)點加入網(wǎng)絡后，在上位機端發(fā)出設(shè)備檢測及信息采集的控制命令，協(xié)調(diào)器負責接收控制命令以及及通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送至各傳感器檢測節(jié)點；此時，檢測節(jié)點則根據(jù)控制命令的需求則進行采集設(shè)備工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，然后，上傳至ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點。當變電站的檢測組網(wǎng)建立工作完成后，由于ZigBee網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器是全功能設(shè)備(FFD)，因此，此時網(wǎng)絡中協(xié)調(diào)器節(jié)點的工作就相當于一個路由器，僅具有路由功能；協(xié)調(diào)器節(jié)點將接收控制子網(wǎng)中各層檢測節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，并將其通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送給上位機服務器端。
[0025]使用本新型在線監(jiān)測組網(wǎng)方法，在變電站的站控層采用ZigBee星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)完成組網(wǎng)；在間隔層和過程層則采用雙星型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，使該兩層的通信網(wǎng)絡共建為一層新的ZigBee控制子網(wǎng)絡；然后，將協(xié)調(diào)器和傳感器模塊分布式配置在變電站設(shè)備集群中，ZigBee網(wǎng)絡的節(jié)點設(shè)備與變電站的上層以有線/無線的通信方式，傳感器節(jié)點通過硬件電路上的微處理器、電源模塊、傳感器(磁電、力敏、溫度、濕度、煙霧元件)等功能模塊檢測及采集變電站設(shè)備的狀態(tài)信息；協(xié)調(diào)器節(jié)點則將下層的檢測節(jié)點采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機服務器；ZigBee網(wǎng)絡通過檢測與變電站下層的集群設(shè)備的進行組網(wǎng)檢測聯(lián)系。最終，在ZigBee的控制子網(wǎng)中，由ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點完成與TCP/IP以太網(wǎng)