電氣設(shè)備敏感信息智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

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摘要:針對(duì)電力設(shè)備精確化管理的有關(guān)需求，本次研究基于uC/OS_II操作系統(tǒng)詳細(xì)介紹了電氣設(shè)備敏感信息智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，具體闡述了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)構(gòu)架以及硬件造型方案和部分功能模塊的軟件設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而形成了一整套電氣設(shè)備參數(shù)監(jiān)控體系。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的動(dòng)態(tài)化、可視化，可顯著提高電氣設(shè)備管理工作效率。

關(guān)鍵詞:電氣設(shè)備；監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)備參數(shù)

1引言

目前我國電力企業(yè)所使用的電力監(jiān)測系統(tǒng)主要有輸電線路溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)、架空輸電線路雷電監(jiān)測系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振在線監(jiān)測系統(tǒng)等，缺乏服務(wù)于電網(wǎng)整體的電氣設(shè)備敏感信息智能檢測系統(tǒng)。隨著我國計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展我國研究機(jī)構(gòu)開始在分析云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ)上著力于建立電力大數(shù)據(jù)平臺(tái)總體架構(gòu)，試圖形成一個(gè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合在線管理解決方案。而美歐等國家則傾向于通過人工智能技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行本地化的調(diào)控。結(jié)合我國現(xiàn)有的研究積累，本次研究專門設(shè)計(jì)一種智能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于獲取電氣設(shè)備電壓、電流、溫濕度等敏感參數(shù)，并借由以太網(wǎng)為數(shù)據(jù)服務(wù)器傳輸電氣設(shè)備敏感信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性獲取與統(tǒng)一計(jì)算，提高電氣設(shè)備監(jiān)測效率。

2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2.1系統(tǒng)硬件組成框架

本次研究所設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器組、通信模塊和運(yùn)算控制模塊所組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換、傳感器組負(fù)責(zé)采集電氣設(shè)備敏感數(shù)據(jù)，運(yùn)算控制模塊處理對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與計(jì)算，通信模塊負(fù)責(zé)向數(shù)據(jù)庫器上傳經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)硬件組成框架如圖1所示。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

本次研究所設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，控制功能模塊具體涉及斷路器磨損監(jiān)測、自動(dòng)重合閘等功能。其中斷路器磨損監(jiān)測功能具體包括實(shí)時(shí)監(jiān)測并顯示電纜連接、斷路器、母排搭接等狀態(tài)；自動(dòng)重閘功能負(fù)責(zé)對(duì)斷路器電流實(shí)施監(jiān)測，并在高于系統(tǒng)定值的情況下將負(fù)荷開關(guān)切斷，以維護(hù)電氣設(shè)備安全運(yùn)行；顯著功能模塊負(fù)責(zé)顯示告警信息、狀態(tài)指示、一次接線圖，其中狀態(tài)指示涉及斷路器工作位、手車分位、地刀分位等電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。系統(tǒng)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)顯示電氣設(shè)備所在的MAC地址與IP地址并為設(shè)備設(shè)置密碼。告警信息功能模塊負(fù)責(zé)測量電氣設(shè)備的溫濕度并提供高溫報(bào)警服務(wù)。本次研究所設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)通過C語言進(jìn)行軟件開發(fā)，軟件運(yùn)行環(huán)境為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS_II，開發(fā)環(huán)境為KeiluVersion4。支持7吋可觸摸液晶監(jiān)視器，可以實(shí)時(shí)顯著電氣設(shè)備敏感信息。軟件主要功能包括手動(dòng)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)（IP地址、MAC地址等）、實(shí)時(shí)顯示遙信、遙測狀態(tài)實(shí)時(shí)值、電氣設(shè)備的啟動(dòng)與停車等，同時(shí)也可用于賬戶和密碼管理。圖3為系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程，用戶通過主界面完成登錄并選擇功能模塊，并由監(jiān)視器將觸摸信息轉(zhuǎn)換為控制信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于電氣設(shè)備的現(xiàn)場控制。

3系統(tǒng)硬件選型

3.1采集模塊

數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選用德州儀器生產(chǎn)的PCM1804-Q1型AD轉(zhuǎn)換芯片，該元件內(nèi)置有差支模塊輸入模塊和抗混入濾波器，所有功能均集成在28腳SSOP集成塊中，并且支持DSD輸出；信號(hào)AD轉(zhuǎn)換選用ADI公司生產(chǎn)的16位6通道A/D轉(zhuǎn)換器件AD7606芯片，該元件具有低功耗、高速率的特點(diǎn)，各通道吞吐率達(dá)200kSPS。

3.2FTGA采樣控制電路

FTGA采樣控制電路負(fù)責(zé)向CPU傳輸來自于采樣芯片的采樣信號(hào)。通過現(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制AD采樣芯片AD7606和PCM1804-Q1。采集終端FPGA芯片選用Xilinx公司設(shè)計(jì)的XC3S200AN芯片，該元件負(fù)責(zé)將采樣信號(hào)定時(shí)發(fā)送給采樣芯片，再由接收到采樣后的AD7606和PCM1804-Q1采集數(shù)據(jù)。在完成數(shù)據(jù)采集，CPU向接收到來自于XC3S200AN芯片的DMA中斷信號(hào)，DMA中斷處理程序會(huì)以DMA方式將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)緩存區(qū)緩存。

3.3運(yùn)算控制模塊

運(yùn)算控制模塊選用NXP公司制造的LPC4357型ARM架構(gòu)處理器，該元件內(nèi)置有Cortex-M0協(xié)處理器和Cor-tex-M4微控制器，運(yùn)行頻率高達(dá)240MHz。

3.4存儲(chǔ)模塊

存儲(chǔ)模塊采用含有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM的LPC4357型處理器，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展動(dòng)態(tài)隨機(jī)存在器SDRAM。SDRAM采用Hynix公司生產(chǎn)的S57V2562GTR型芯片，該元件刷新周期為64ms，工作電壓為3V～3.6V，內(nèi)存空間64MB。

3.5通信模塊

通信模塊包含以太網(wǎng)通信和RS232串口通信兩種，其中RS232串口通信傳輸速度快但傳輸距離較短，一般用于調(diào)試和下載程序。以太網(wǎng)和RS-232相結(jié)合的雙通信模塊兼顧了監(jiān)測系統(tǒng)在長距離通信和快速通信兩方面的需求。

4軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1Web端軟件部署

圖1智能監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成框架圖2智能監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)本次研究所使用的程序編譯工具為來自微軟公司的VisioStudio2010，Web端軟件發(fā)布過程如圖4所示。在“PowerCloud”上單擊右鍵并在所生成的列表中單擊“發(fā)布”，將發(fā)布方法設(shè)置為“文件系統(tǒng)”；在硬盤中專門新建“Power-Cloud”文件夾并將其設(shè)定為目標(biāo)位置，左鍵單擊“發(fā)布前刪除所有現(xiàn)有文件(A)”，最后在圣誕柜下方單擊“發(fā)布”。雙擊“服務(wù)和應(yīng)用程序”并將其打開，進(jìn)入“信息服務(wù)管理器”，在“應(yīng)用程序池”中單擊左鍵，在所生成的列表中左鍵單擊“添加應(yīng)用程序池”，將“PowerCloud”設(shè)置為程序池名稱，勾選“立即啟動(dòng)應(yīng)用程序池”，托管管道模式選擇“集成”，NETFramework版本選擇“.NETFrameworkv4.0.30319”，在對(duì)話框下方單擊“確定”即可完成程序池的添加操作。

4.2終端軟件部署

如圖5所示，在智能監(jiān)控終端中導(dǎo)入完成編譯的代碼，通過RS232串口數(shù)據(jù)線和sscom4.2串口通訊工具軟件向智能監(jiān)控終端上傳test.bin文件，最后在嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS_II中運(yùn)行軟件程序。

5系統(tǒng)應(yīng)用測試

在登錄界面上完成登錄操作后進(jìn)入如圖5所示的主界面，該界面由“計(jì)劃電量與累計(jì)電量”、“電量占比和功率占比”、“電量數(shù)據(jù)分析列表”、“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布”、“終端設(shè)備用途”、“今日數(shù)據(jù)分析”。其中“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布”模塊負(fù)責(zé)顯示平臺(tái)中各項(xiàng)設(shè)備在一周內(nèi)的用電量與系統(tǒng)安全運(yùn)行天數(shù)，幫助工作人員直觀地獲取配電線路的用電情況；“計(jì)劃電量與累計(jì)電量”模塊負(fù)責(zé)通過二維圖形顯示各設(shè)備的計(jì)劃使用電量和累計(jì)使用電量；“電量占比和功率占比”模塊同樣通過二維圖形顯示各個(gè)設(shè)備在本年或本月中的功率占比和用電占比；“電量數(shù)據(jù)分析列表”負(fù)責(zé)提供各終端的用電狀況數(shù)據(jù)，比如終端ID為“中匯逆變器”的終端設(shè)備今日電量累計(jì)15600Kwh，低壓累計(jì)4600Kwh，高壓累計(jì)11000Kwh，今日總單量為20000Kwh，低壓側(cè)為5000Kwh，高壓側(cè)為15000Kwh；“終端設(shè)備用途”模塊提供各終端設(shè)備的具體用途；“今日數(shù)據(jù)分析”模塊負(fù)責(zé)提供提供與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的各項(xiàng)主要數(shù)據(jù)，比如平臺(tái)設(shè)備在線率、設(shè)備用電日均量以及年電量使用總額等?；緦?shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的動(dòng)態(tài)化、可視化，可顯著提高電氣設(shè)備管理工作效率。

6結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了電氣設(shè)備敏感信息智能監(jiān)測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，并提出了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)策略，通過監(jiān)控系統(tǒng)界面對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與調(diào)整，基本實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的動(dòng)態(tài)化、可視化，可顯著提高電氣設(shè)備管理工作效率。

作者:張發(fā)慶 單位:鄭州市科技工業(yè)學(xué)校