SCADA系统，即我们所熟知的监视控制与数据采集系统，它是一种基于计算机技术的监测控制与调度管理自动化系统。该系统能够实现远程数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等多项功能。因其功能全面，它被广泛应用于电力、水利、石油、化工、环保以及市政等多个领域。
SCADA系统通常运用分散测控与集中管理的模式，该系统主要由监控中心、若干分散的远程测控终端RTU（远程终端单元）以及通信媒介这三个部分构成。监控中心亦称主站，作为SCADA系统的核心，承担着对整个系统运行的管控职责；RTU，即外围站点，凭借其内置的微处理器或DSP技术，能独立运行，成为智能测控模块，负责收集并处理远程现场数据，操控现场执行机构，并与远程控制中心保持通信，具备良好的扩展性和维护性；通信介质的选择则根据实际需求和目标对象，呈现出多样化的实现途径，以下将进行简要分析。
2 通信介质的选取
传输媒介主要分为有线和无线两大类。其中，有线传输手段包括电力线载波、RS-485现场总线以及PSTN公用电话网等。而无线传输手段则涵盖了VHF/UHF无线电台、ISM扩频电台、GSM移动电话网以及卫星通信网等。这些不同的传输方式均具备各自独特的特性。
利用现有供电线路即可实现电力线载波，无需额外铺设通信专用线路，然而电力线本身存在较大的固有干扰，且载波信号只能在单个配电变压器区域内传播，导致通信距离受限；RS-485现场总线在通信效率和可靠性方面表现优异，但在应用于大容量系统时，铺设专用线路的成本则相对较高。
PSTN公用电话网与GSM移动电话网在初始建设时所需资金较少，且能够实现无盲区覆盖，然而，随着时间的推移，其日常运营成本却十分高昂；而ISM频段中的扩频电台（如2.4GHz）以及微波（频率在4GHz以上）虽然适用于远距离、高效率的数据传输，但购置成本相对较高。
VHF/UHF无线电台传输范围宽广，仅需承担维护成本，无需运营费用，系统操作简便，站点可轻松扩展，特别适合用于大规模分散式SCADA系统，性价比优越，然而，使用前需向当地无线电管理部门申请指定频段。
由此可见，有线和无线两种通信方式各有其独特的优缺点。有线通信在数据传输的稳定性方面具有明显优势，然而，当RTU分布较广时，铺设专用线路的成本会变得非常高昂；相对而言，无线通信在大容量的SCADA系统中展现出更为突出的优势。例如，城市路灯监控系统就采用了VHF/UHF无线电台通信技术，该系统在南京、福州、长春等省会城市已连续稳定运行数年，并且获得了客户的一致好评。通过实践检验，确保数据传输的稳定性这一核心问题得到妥善解决，便能够确保无线通信SCADA系统的整体运行既稳定又可靠。
3 城市路灯无线通信SCADA系统的设计
该系统整体框架由三个主要部分组成：监控中心、若干外围站点配备的RTU以及VHF/UHF无线电台，它们共同负责数据传输。监控中心配备了TAIT 855/856系列基地台，而外围站点则采用了Motorola GM300型号的车载电台。城市路灯无线通信SCADA系统的网络架构如图1所示。
3.1 监控中心组成和功能
城市路灯无线通信SCADA系统的控制中心设施包括核心的主控设备、备用控制设备、数据处理服务器、大型屏幕的多媒体投影设备、通信电台、支撑铁塔以及天线等关键组件。
主控机与服务器采用Client/Server架构进行网络连接。该主控机作为系统中的客户端，由一台Intel工控机搭建而成，利用VB编程语言进行开发，其主要职责在于构建人机交互界面，并通过无线Modem与电台建立联系，向RTU传输控制命令，并接收其反馈的检测数据和状态信息。为了增强系统的稳定性和可用性，我们引入了另一台Intel工控机作为备用设备，以对主控机进行数据备份。
采用IBM品牌的服务器作为无线通信SCADA系统的数据库核心，RTU收集的数据在主控机处理完毕后，被保存在数据服务器上。经过授权开yun体育app官网网页登录入口，其他管理系统可以便捷地访问该服务器，从而轻松实现不同系统间的数据互通与共享。
监控中心主要完成以下功能:
大屏幕上的多媒体投影机实时展示SCADA系统中每个RTU在城市地图上的具体位置，同时呈现该站点的运行状态以及各项实时数据，如各条线路的交流电压、电流、功率、电度表读数以及亮灯率等信息。
依据该城市的地理位置和日出日落规律，我们设定了全年每日的开关灯时间曲线，以此实现对路灯的实时控制；同时，管理人员可依据实际情况调整开关灯时间，并将修改后的信息传输至RTU进行相应控制。
对RTU进行定期巡查或固定点检测，同时利用无线Modem接收RTU传回的开关状态信息、数据指标以及报警代码。
在巡检期间，一旦遇到设备故障或参数超出规定范围，系统将自动触发声光报警，同时在大屏幕上实时展示以该站点为焦点的放大地图，并同步展示相关工况信息、实际测量数据和故障的具体情况。
该设备具备节能特性，支持全夜灯和半夜灯两种运行模式云开·全站体育app登录，操作人员可针对每条线路独立选择是否启用半夜灯，并灵活设定其开启和关闭的具体时间。此外，它还配备了防窃电监测系统：一旦发现某一路电流超出正常工作范围，若该RTU内其他支路电流值保持正常（说明A/D芯片运作正常），则可判定该支路存在窃电行为。
运用虚拟仪表技术呈现电压表、电流表、电度表等仪表的外观，借助VB控件中的Meter功能，在仪表盘上直观地展现了模拟数据量的实时动态变动。
(7)定时对所有RTU进行校时，确保外围站时间准确性。
(8)数据处理、存储及报表打印功能。
3.2 无线通信
3.2.1 通信介质
无线通信SCADA系统的监控中心与RTU之间，通过VHF/UHF无线电台进行数据传输kaiyun全站网页版登录，该传输的工作频率设定在230至450Hz之间（需向当地无线电管理部门申请特定频点），而数据通信则采用FSK调制方式，传输速率在300至1200bps之间。鉴于RTU站点分布较为分散，且与监控中心的距离较远，因此通信体制选择了大区制。监控中心配备了TAIT 855/856系列基地台，其发射功率设定为45瓦，支持全双工通信模式。该基地台的覆盖范围与配备的高增益全向天线铁塔高度紧密相关，其有效半径能够扩展至数十公里。同时，RTU使用了Motorola GM300型号的车载电台，并配备了定向天线，发射功率为25瓦，运作于半双工通信模式。
3.2.2通信方式
监控中心通过广播或点对点模式向RTU下达指令。在广播模式下，RTU仅接收并执行指令，例如调整时间、更正照明开关时间等；而在点对点模式下，对于遥测、遥控等指令，RTU需先确认站点编号，确认无误后，按照指令格式执行相关操作，比如控制路灯的开关、向监控中心反馈电流、电压、开关状态以及故障码等信息。
3.3 外围站RTU结构模块设计
无线通信SCADA系统的外围站RTU结构图如图2所示。
RTU的核心是单片机控制的测控系统，该系统集成了数据采集与处理、A/D转换电路、键盘显示功能、时钟管理以及路灯的全夜灯或半夜灯控制电路，还包括无线通信模块。各外围站点能够独立操作，即便在通信出现故障或无法与监控中心取得联系的情况下，也能独立执行路灯系统的日常监控任务。
单片机测控系统中，CPU选用80C31，EPROM为27C256，RAM为62256。在地址译码电路部分，使用了74LS138芯片。P2.7端口连接62256的片选信号（低电平表示选中），同时连接74LS138的G1管脚（高电平表示选中）。P2.4、P2.5、P2.6端口分别与74LS138的A、B、C管脚相连，用以输出片选信号，从而控制多路开关、ICL7109、DS12887、74HC245以及液晶显示模块。
(1)数据采集及A/D转换电路
RTU实时测量参数包括线路的电压、电流、电度表读数等。该模块接收的输入信号包括三相交流电压UA至UC，线路总电流IA至IC，以及最多八条支路的电流I1A至I1C、…、I8A至I8C。这些信号经过V/I变送器、多路开关（4051×4片）以及信号处理电路（涉及交流信号的整流、滤波等操作）的处理，随后被送入双积分式A/D转换器ICL7109。转换后得到十二位二进制数，其中低八位D1至D8与P0.0至P0.7端口相连接，而高四位D9至D12则与P0.0至P0.3端口相接，CPU通过控制高/低字节使能端来处理这些数据。
分别从数据总线上读取高四位及低八位数据。
(2)键盘显示电路
本设备配备液晶显示屏，其按键功能包括：配置站点编号、调整时间设定、设定各分支路电流变比、执行电流与电压的调零校正操作、选择全夜灯或半夜灯模式，以及进行巡检或定点检测各分支路参数。
(3)时钟电路
利用DS12C887时钟芯片输出的精确时间信号，涵盖了年、月、日、时、分等详细信息。用户可手动调整时间设置，亦或由监控中心集中进行时间校准。
(4)路灯开/关电路
该站点路灯线路的通断控制可通过以下方式实现：一是将每日的开/关灯时间预先设定在EPROM中，系统将自动执行线路的通断；二是通过手动进行设置；三是监控中心可通过遥控操作来完成线路的通断。
(5)无线通信电路
接收到的模拟载波信号经TCM3105调制/解调芯片处理，转换为数字信号后传输至CPU，同时，CPU输出的数字信号被调制为模拟载波信号，通过GM300车载电台和定向天线，与监控中心进行数据交互。
4 路灯无线通信SCADA系统实现的注意事项
运用VFH/UFH电台进行通信的城市路灯无线SCADA系统已连续数年稳定运行。实践证明，只要确保数据无线传输的稳定性，在城市大规模监控系统应用中，该技术相较于有线传输具有显著优势，性价比高，且RTU的扩展性极佳。在系统设计、调试与安装阶段，我认为还需关注以下几点：
特别关注无线信号的强度检测。在设立外围站点之前，监控中心基地台需发出信号，每个RTU的安装点均需进行强度检测，确保无显著的同频干扰和不同频率间的相互干扰，信号电平需达到20dB或更高。若某RTU无法达标，需调整其地址；若多数RTU均不满足条件，则需调整无线电台的工作频率。
(2)不能选择过高的通信波特率，否则极易引起丢码现象。
在调试A/D转换电路过程中，我们发现ICL7109芯片的第17脚（TEST）和第27脚（SEND）不能留空，它们必须与第26脚相连。
同接+5V。否则A/D转换数据经常会出现不稳定现象。
三相电压测量的V/I转换器不宜直接安装在主板上，因为这样很容易遭受雷击，进而导致主板被烧毁。
(5)在多山地区若无线信号受影响可设立中继站。
