浅谈光纤通信在驮娘江梯级电站水情遥测组网中应用
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【摘要】为充分西林县驮娘江十一级梯级电站的现有光纤资源，设计一个基于光纤通信网络进行传输的水情自动遥测系统，能将电站群的坝首雨量及上下游水位实时传送到设在西林县城的主调中心。
【关键词】光纤通信技术；水情遥测；组网方案；技术要点
1.引言
光纤通信是以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种新技术。这一技术自从上一世纪八十年代在我国初步进入实用化阶段以来，短短三十年的时间里迅速在各个领域得到了广泛应用。本文从应用实例出发，介绍光纤通信技术在水文遥测系统中的应用方法，特别在组网方案选择方面作了较详细的介绍。
二000年初，西林县人民政府引资对驮娘江水资源进行了开发利用，二00五年年底先后建成了西林县威后等十一级梯级电站。系统投入运行后，为便于发电调度工作，业主委托广西电力工业勘察设计研究院围绕上述电站群组建一个以话音通信为主的基于SDH的本地数字通信网络，这是一个具有自愈功能的环型通信网，所用的光端机为中兴公司的ZXMP S320，复用器为ZXMP S310，采用G.652A单模光纤。2008年，为充分利用该网络的资源，笔者设计一个基于上述光纤通信网络的水文自动遥测系统，能将11个电站群的坝首雨量及上下游水位实时传送到设在西林县城的主调中心。
2.组网方案
根据该语音通信网的结构，遥测系统的组网方式可以采取：一基于原SDH数字语音通信网络方式，二利用冗余光纤架构光纤总线型遥测系统。各方式的基本原理介绍如下：
2.1 基于原SDH数字语音通信网络的组网方式
根据原网络结构，该方式的网络结构可设计成如图1所示。这是一个基于SDH的语音和水文遥测综合通信网，可以同时进行电话通信和水文遥测业
务通信。从图中可知，遥测业务通信过程是：每一个遥测点的数据（图中仅画出那维坝首RTU数据接入示意图，其他地点给予省略）是通过当地的复用器S310的低速RS232通道经复用处理变换成E1格式的接口信号后，由光端机S320完成电——光转换后以STM-1（对应速率155520Kb/s）速率将信号通过光纤传送到梯级主调中心，梯级主调的S320完成光——电转换后，由S310进行解复用，还原出RTU发来的RS-232信号，该信号通过接口板送到遥测数据中心的计算机，完成数据上行传送过程。
2.2 光纤总线型组网方式
根据业主提供的如图2所示的光纤路由图可知，原语音通信网络从梯级主调开始全程敷设12芯光缆至各个坝首发电机房，由于采用环型自愈网络结构，收发各使用2芯共4芯光纤，剩余8芯。本方案是利用这些冗余光纤中的2芯来组建一个光纤总线型遥测系统通信网络。其网络结构如图3所示。整个网络由收发各一芯光纤、光节点机、RS-232光纤调制解调器和数据中心计算机等设备组成。这是一个典型的基于光纤通信的分布式数据采集系统，RTU（终端机）输出的RS-232电信号通过本地光节点机的电端口接入，转换成光信号后由光端口输出然后通过光纤媒体发送到遥测中心的RS-232调制解调器还原出RS-232电信号，遥测中心计算机直接接收该信号，完成数据的上行通信过程。为避免通信过程中发生信号冲突现象，数据中心计算机下行的信息采取广播式的通信方式向所有RTU发送数据或指令，各RTU则按“地址匹配”原则被动响应遥测中心发来的的各种指令。
3.组网方案选择
根据原语音通信网络的结构，遥测系统的通信网络大致可以按上述两种方案进行组网。方案一的优点是：不占用光纤资源，不增加传输设备，在遥测数据中心一端增加一块“接口板”用于管理各个RTU的通信状态之后，整个系统可以实现全双向的通信，通信系统基于SDH安全可靠。缺点是，增加复用器的通道板和“接口板”费用高，影响原系统的功能扩展。
方案二的优点：不占用原系统复用器的通道，网络结构简单，只需增加一些调制解调器和光节点机，不需要使用“接口板”，技术成本及设备成本均低于方案一。缺点是，占用光纤资源，为避免冲突现象只能采用被动应答式的通信方式，通信可靠性远不如具有自愈功能的方案一。
设计技术要点：
根据节省资金投入等方面综合考虑，本系统采用组网方案二。其设计过程中的技术要点简单介绍如下：
组网方案确定之后接下来就是针对选定的方案进行详细设计。设计过程要考虑以下几个方面的问题：（1）通信网络必须满足RTU与遥测数据中心计算机之间“透明”传输的要求，任何类型的RTU均可实现“即插即用”；（2）选择的光节点机或光纤调制解调器应满足：上一级光节机（或光纤调制解调器）输出的光功率扣除光链路等各种损耗后剩余光功率必须大于或等于下一级光节点机最低的输入光功率的要求，两者之间不宜再增设“中继”以减少资金投入和便于日常维护；（3）为进一步节省资金，网络总线中的三个端点（数据中心、弄南和那宾三个终端端点）应选用光纤调制解调器而不是光节点机，因为该三个端点仅需一个光口和一个电口的信号；（4）那雄光节机需选择具有三个光口和一个电口的光节点机，因该节点有弄南、那沙等两个光分支端口和一个本地电端口；（5）中心站软件设计时应考虑协议兼容性、通信可靠性（本设计采用数据多重发送，CRC循环冗余校验等差错检验技术提高通信的可靠性）及通信过程中避免信号冲突等问题。
4.应用成功案例
百达水文站测验站房处没有手机信号，其后山山顶有GPRS/GSM信号，因此，2009年在百达水文站房安装雨水情信息采集存储单元，在山顶建设GPRS/GSM发送站，安装GPRS/GSM的远程传输控制单元，在站房与山项GPRS/GSM发送站之间采用光纤有线传输方式连接。百达水文站采集水位、雨量数据存储后，通过光纤通信方式传输至山顶GPRS/GSM发送站，并由远程传输控制单元将数据传输到分中心；该站采用的光纤通信技术在水文遥测系统中属于首创。
5.结语
本文是根据驮娘江梯级水电站群水文遥测系统的设计资料整理而成的。撰写本文只有一个目的那就是通过本文告诉大家：水文自动遥测系统中光纤通信信道是一个可选项，在水文自动遥测系统设计时大家可以根据实际情况适时选择光纤网络作为通信信道，不必拘泥于大家知道所熟悉的音频调制超短波、PSTN（公用电话交换网）、数字调制超短波、GSM/GPRS、卫星中断等通信信道。
参考文献
[1]中华人民共和国水利行业标准.水情信息编码标准(SL330-2005)[S].北京:中国水利水电出版社,2005.
[2]中华人民共和国水利行业标准.水文自动测报系统技术规范(SL61-2003)[S].北京:中国水利水电出版社,2003.
作者简介：黄定谋（1978—），男，瑶族，广西金秀人，广西百色市水文水资源局助理工程师，主要从事水文情报预报和网络通讯工作。