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

關鍵詞： WCTU、INTERNET、配電柜、透明傳輸、加密；

一、概述

遠程配電柜控制系統是一個集計算機技術、數據傳輸、控制技術、自動化設備、遠程傳輸及服務器管理一體的綜合控制系統。他通過無線的網絡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。實現了數據集中處理、集中分析、集中控制、及集中調度的新型現代遠程的配電系統。目前在國內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，能過起到遠程配置電源跟遠程監控電源情況的作用，當線路出現異常時，有利于控制故障范圍減少經濟損失，也可以方便迅速找到故障點并加與排除。另外配電柜內方便放置各種保護設備，如防止短路器，防止過載的空氣開關等，對線路和用電設備起到保護作用。

二、配電柜遠程控制系統的優勢

目前全國有各種需要配電柜的系統大約在200萬（自己虛構的）套左右，故障的發現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，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的開發，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，實現了實時查看，及時控制的作用。當發現現場的配電柜出現異常時，系統可以自動的切斷電源的供電。如果系統沒有自動的切斷電源，也可以通過手動的方式對現場的電源進線切斷。這樣可以節省電能還能避免系統在異常的情況下繼續供電照成的更大損壞。對比人工巡視管理的好處，遠程控制系統對減少人工成本，對節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據（232、485、422、TTL、AD接口）轉換為IP數據或將IP數據轉換為串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。利用WCTU的IO腳輸入跟輸出高低電平功能，對設備進行遠程控制跟實時監測設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的綜合WCTU,RTU,及短信收發功能為一體的高性能工業級無線數據采集傳輸設備。WCTU簡單說是一種工業級別無線傳輸、采集設備,主要用在各種行業無線數據采集中。該設備把終端數據通過串口把數據通過運營商的無線網絡傳輸到服務端。

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

3.2 WCTU工作過程描述

WCTU登陸運營商網絡，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部IP地址。也就是說，WCTU處于運營商內網中，而且其內網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部局域網內的設備，通過移動運營商網關來實現與外部Internet公網的通信。這與局域網內的電腦通過網關訪問外部網絡的方式相似。

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

具體地講，WCTU通過數據中心的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，向數據中心發起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通信連接已經建立，就可以進行數據雙向通信了。對于WCTU來說，只要建立了與數據中心的雙向通信，完成用戶串口（IO）數據與網絡數據包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數據，WCTU就立即把串口（IO）數據封裝在一個TCP/UDP包里，發送給數據中心。反之，當WCTU收到數據中心發來的TCP/UDP包時，從中取出數據內容，立即通過串口（IO）發送給用戶設備。

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腳為輸入報警狀態時，當設備產生一個高低電平變化觸發WCTU的IO，然后根據WCTU里面預設置的報警電話，把里面預設置好的報警內容發送到指定的手機上面，進行設備故障報警。當WCTU的IO腳為輸出功能時，就是利用WCTU里面設置好的控制手機號碼，然后通過指定的手機號碼發送控制指令，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采集的優勢

WCTU通信方式更適合于野外與移動數據采集業務，目前還存在很多監測站與各采集點采用電話線傳送數據或手工抄錄，實時性差，費用也不便宜。WCTU無線傳輸數據有以下優勢：

1．WCTU用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的營業點無需進行拉線，埋線等工作。較光纖，或專線系統投資較少，設備安裝方便。

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．儀器設備雙向傳輸功能：在WCTU通過無線跟數據中心進行連接成功后，WCTU跟數采中心就可以進行雙向傳輸。

4．WCTU能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務，通信質量穩定可靠，永久在線。

5. 支持IO報警功能，當下位設備出現異常情況時，WCTU產生報警信息，及時聯系相關人員處理，減少損失。

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

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

8. 支持數據燈查看設備運行狀態，不用電腦連接串口就可以一目了然的看到設備的運行狀態

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

10. 支持雙串口，在進行通信的時候還可以進行配置，不影響串口數據的傳輸，方便了設備的調試跟使用

11. 優化了485的通信功能，485同時收發串口數據不會出現數據亂碼的現象。

四、WCTU硬件/軟件特性

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

五、項目設計

系統的組成主要是前端采集儀器收集到儀表數據信息后，通過WCTU的方式把儀表數據發送到監控中心，前端設備的傳輸設備就是用了廈門為那通信自主研發的WCTU,進行傳輸的。WCTU與數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里面設置的主中心跟端口號，WCTU主動發送請求鏈接功能，這樣需要服務器提供讓外網可以訪問的公網IP或者提供外網的固定IP。如果沒有固定的外網IP，可以通過域名綁定的方式，讓WCTU跟數據中心進行鏈接。

該系統結構是WCTU的無線傳輸功能，利用運營提供的移動網絡信號，把串口接收的數據，通過無線網絡的方式傳輸到網絡中指定的公網IP上面。上位機軟件在根據采集的數據進行分析跟組合，并顯示在顯示器上面，并存于采集中心的數據庫中。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的地方看到現場的實時采集數據的查看，并可以對現場的設備進行控制。根據WCTU的IO報警、控制特性，用戶可以短信接收設備的工作狀態，也可以通過手機短信的方式對設備進行控制。由于本系統在數據中心搭建了一個短信發送服務器，如果當數據中心采集的數據分析出現電壓、電流過高或者過低，現場配電箱數據異常，都會觸發短信服務器發送異常報警。

                             系統方案圖

六、系統功能

         本放案設計的想法，目前主要是定位在一些需要用配電柜作為配套設備的項目上，由于配電柜的運行狀態會影響到很多人的用電問題，如果配電柜用于小區，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，配電柜關系到生產的用電。由于配電柜的重要性，就需要配電柜處于長時間的穩定工作，及其出現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，這個就需要實時監測配電柜的工作情況，降低出現異常情況及出現異常及時報警的作用，讓相關的維修人員可以及時的處理設計完成后能實現如下的功能和應用。

智能配電系統包括三大部分：硬件系統、監控系統、報警系統、數據保密系統;

6.1硬件功能

1. 智能配電系統的硬件可實現對雙路電源的切換，市電的分配，UPS/空調等回路的供電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，靈活調節負載三相平衡。

2. 配電系統還配置完善的防雷措施，防止雷雨天氣對設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設備，及其相關的周圍采集設備。廈門為那WCTU帶有豐富的接口還提供6路IO報警功能，在你現場的設備出現異常情況，WCTU能及時的發送出短信對相關人員進行異常告警。

6.2 監控功能

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

智能配電監控系統由遠程監控系統主機和本地監控系統從機組成，遠程監控主機是通過WCTU的功能把TCP/IP數據轉化成串口數據（串口數據轉換成TCP/IP數據）跟采集設備總線連接，進行遠程操作監控。也可以在本地觸摸屏（本地監控系統從機）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測單元，支路電流檢測單元等產品，以構成功能更強的一體化智能交流監控系統。

6.3報警功能

短信報警系統由配電柜中WCTU的IO報警模塊和遠程監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場設備的異常短路、設備電源故障、設備無故關機、設備硬件故障等報警。這種方式是利用設備連接IO腳高低電平產生的變化觸發報警。

2. 遠程監控中心的報警主要是利用中心的短信報警服務器，根據采集設備采集到數據發送到中心，中心服務器應用程序對采集信息進行分析導出異常信息，對異常數據進行編輯并發送到短信服務器進行短信報警的功能。

6.4數據保密功能

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

第二，中心采集系統對用戶實現分級權限，根據使用者相應的系統權限，限制人員改變數據庫和硬件設置，以保證數據的正確性跟數據的隱秘性。

第三，防火墻功能防止黑客的惡意破壞，完善的數據雙備份功能，防止中心管理服務器硬件系統故障，導致數據丟失，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據。

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

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

七、設備清單

所需設備清單：

1、電力控制系統軟件

2、管理計算機 

3、PLC（可編程邏輯控制器）

4、配電柜

5、INTERNET 環境

6、WCTU 

7、報警模塊

八、結論

無線通訊技術為配電自動化遠程控制系統提供了一種安全、可靠、快速、經濟的通訊方式。這個不僅使用于新的配電網絡的建設也適合用于原來老舊的配電電網的改造。

本文利用無線傳輸的優勢和可靠性，設計出了一種基于無線傳輸的集中只能配電制動化遠程控制系統的解決方案，在實際的應用中證明了改設計方案的可行性，并且節約了成本，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