電力通信設備超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)設計

趙慧峰

(三門峽職業(yè)技術學院智能制造學院，河南 三門峽 472000)

1 設計超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的重要意義

電力通信設備是電力系統(tǒng)運行中不可缺少的組織結構，如果電力通信設備的高能耗、抵抗干擾能力差的問題得不到有效解決，將會造成大量的能源消耗，給人們的正常用電帶來麻煩，所以對于超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的研究十分關鍵，對于電力企業(yè)、電能使用者和社會都具有重要的意義。首先，超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的研究對于電力企業(yè)而言是非常重要的。該控制系統(tǒng)的研究能極大改善電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的能源消耗過大問題，減少電力企業(yè)對電力系統(tǒng)運行投入的成本，實現(xiàn)電力企業(yè)效益的增加。其次，超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的研究對于用電者來說具有一定的意義。自動控制系統(tǒng)的研究在很大程度上提高了電力通信設備運行的高效性，保證了電力系統(tǒng)的正常運行，讓使用者用電更加放心，更加安全。另外，減少電力能耗，電力供應更加充足，電費也會減少，為用戶節(jié)約使用成本。最后，電力通信設備使用的廣泛性，使其系統(tǒng)升級的影響力增加。通過超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的研究，電力系統(tǒng)會更加穩(wěn)定，電力供應更加充足。生產(chǎn)企業(yè)的電力能源充足，將會極大促進生產(chǎn)發(fā)展，提高生產(chǎn)力，促進工業(yè)進步，對于社會各用電環(huán)節(jié)也起到了很大的幫助，如城市照明系統(tǒng)。此外，超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的研究實現(xiàn)了節(jié)能減排，符合國家發(fā)展環(huán)保理念，對于社會的可持續(xù)發(fā)展具有一定的意義。

2 超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的設計實驗

2.1 傳統(tǒng)通信設備自動控制系統(tǒng)的干擾問題

電力通信設備包括通信電源、傳輸設備及接入設備等部分，在電力系統(tǒng)運行中起到重要的作用[1]。傳統(tǒng)電力通信設備使用傳感器進行數(shù)據(jù)收集工作，而室外工作環(huán)境的影響因素比較復雜，導致能源消耗比較大，抗干擾能力較弱。為了提升自動控制系統(tǒng)的抗干擾能力，要針對電力設備自動控制系統(tǒng)的干擾因素進行分析。第一，自動控制系統(tǒng)受外部電網(wǎng)的干擾。電網(wǎng)運行、變壓器及其他電網(wǎng)系統(tǒng)設備運行產(chǎn)生的電波和高次諧波都會對自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。第二，在電力設備附近，有很多大型的電力控制設備，如大型電機、大容量電器等，這些設備開始工作或停止工作時，都會對電力設備自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生電磁感應干擾。第三，電力通信設備的運行會受到空中電場電容產(chǎn)生的耦合干擾。第四，電力電網(wǎng)系統(tǒng)布置過程中，要架構網(wǎng)線，如果網(wǎng)線架構混亂，也會產(chǎn)生一定的干擾。第五，電力通信設備工作過程中，需要長距離傳輸，傳輸中電波的產(chǎn)生和變動會對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

2.2 通信設備抗干擾低功效自動控制系統(tǒng)的設計實驗

對電力通信設備產(chǎn)生干擾的因素有很多[2]，所以對電力設備自動控制系統(tǒng)進行超低功效及抗干擾性研究非常必要。某電力技術團隊對超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)進行實驗研究，針對超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)進行分析，分別進行控制系統(tǒng)硬件設計和軟件設計。本實驗使用的設備主要是嵌入式MPU微處理器和C/S模式系統(tǒng)。

2.2.1 自動控制系統(tǒng)的硬件設計

在通信設備自動控制系統(tǒng)硬件設計中，超低功耗和抗干擾能力是本次設計的主要內(nèi)容。傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)中，采用傳感器進行數(shù)據(jù)獲取，功耗較大，為解決這一問題，在硬件設計中，改進了獲取數(shù)據(jù)方式，采用輸入電信號方式進行數(shù)據(jù)獲取。改進控制系統(tǒng)中的PLC，改善編程處理器的保養(yǎng)模塊，并做好相應的電路連接工作。另外，硬件設計中，設計人員使用直流供電的方式，降低了電力的消耗。

將電力系統(tǒng)的控制規(guī)則內(nèi)容儲存在系統(tǒng)儲存器內(nèi)，設計中要求儲存器具備記憶功能[3]。儲存器設計中，要將控制邏輯程序固化，并限制邏輯編程訪問權限，保證只有管理人員才能有權對程序進行修改，這樣的設計在很大程度上提高了系統(tǒng)硬件的安全防護性，提高了抗干擾能力。設計中，使用系統(tǒng)接收元件與系統(tǒng)內(nèi)的PLC進行連接，連接后可直接輸入直流電信號。硬件系統(tǒng)的輸出方式可采用晶閘門輸出或晶體管。硬件設計中，采用直流電輸入，所以應選擇與之匹配的開關裝置。本設計中采用的是DIP插件50 A 120 V DC型號的操作開關，該型號開關可以控制的最大電壓是120 V，開關通電后，為了獲取直流電力，可使用橋式整流法，整流中使用1N4007設備。整流過程中，遵循的計算公式是：

公式中，F(xiàn)0表示進行橋式整流的調(diào)整范圍，Qt表示橋式整流后使用的最大交流電，n表示整流過程中目標的轉換率，na是在整流過程中直流電轉換率的最大值，Qa代表的是直流電限制最大值。

設計過程中，設計人員對控制系統(tǒng)進行操作，啟動限位開關，并進行直流電供應。電流供應后，系統(tǒng)可自動收取系統(tǒng)發(fā)出的通信信息，此時收到信息的硬件系統(tǒng)中央處理模塊可對已收信息進行分類并開始計算，計算完成后進行明確的反應，將經(jīng)過處理計算后的數(shù)據(jù)通過晶體管和晶體閘門進行輸出，完成硬件系統(tǒng)的自動控制[4]。當輸出指令傳輸?shù)斤@示模塊時，信息顯示單元發(fā)揮作用，使控制成為具體指令。

在設備顯示單元連接過程中，可采用不同的交流電形式進行電力供應，顯示模塊的數(shù)據(jù)處理可由數(shù)據(jù)轉換器進行控制。轉換器的數(shù)據(jù)傳遞方式選擇計算機COM口進行。數(shù)據(jù)信息傳遞處理后，呈現(xiàn)在顯示模塊中。

2.2.2 自動控制系統(tǒng)的軟件設計

硬件設計完畢后，要對電力通信設備超低功耗與抗干擾控制系統(tǒng)進行軟件設計。軟件設計分為兩部分，一是對自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)關結構進行設計，二是進行通信程序設計[5]。網(wǎng)關結構的合理設計有利于降低自動控制系統(tǒng)的功耗，而嵌入式MPU微處理器是在網(wǎng)關設計中使用。該型號處理器可對系統(tǒng)的儲存模塊進行有效保護，采用了ARM體系。嵌入式MPU微處理器在數(shù)據(jù)傳輸過程中，主要依靠外圍傳輸串口。本設計中使用的是CA-245型號串口。此外，C/S模式系統(tǒng)的應用有效解決了軟件設計中的數(shù)據(jù)交換問題，C/S模式系統(tǒng)的應用，對電信號進行了有效的邏輯控制。設計中，通過以下公式計算電力通信設備的控制范圍：

公式中，a和b分別表示設計中的節(jié)點位置，ηab表示Sink節(jié)點的控制范圍。系統(tǒng)發(fā)出控制命令后，系統(tǒng)軟件通過該公式進行相應的計算，實現(xiàn)軟件設計的具體應用。

2.2.3 具體實驗

電力通信設備超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)設計完畢后，設計人員對該系統(tǒng)進行實驗研究，并與傳統(tǒng)電力通信設備自控系統(tǒng)進行對比，對實驗數(shù)據(jù)進行分析。

本實驗只利用一種電力通信設備進行實驗，將兩種系統(tǒng)分別安裝于電力通信設備中，進行實驗對比，對比內(nèi)容包括系統(tǒng)功耗比例、抗干擾效率及控制準確率三個方面。

本實驗共需要進行五組數(shù)據(jù)實驗，保證實驗的科學性和準確性。采用同一種電力通信設備是為了防止實驗中因電力設備不同導致功耗因素和抗干擾因素出現(xiàn)差異。電力通信設備的干擾因素包括內(nèi)部因素和外部因素，所以實驗環(huán)境一定要進行高度模擬仿真，以達到實驗效果并保證五組實驗在相同的實驗環(huán)境內(nèi)進行，以進行合理的數(shù)據(jù)記錄和分析。實驗開始前，要進行一次預實驗，實驗中要監(jiān)測電力通信設備運行是否正常，參數(shù)是否符合正常值，并查看設計系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)是否存在問題，確認無誤后進行具體實驗。實驗分五組進行，每組的實驗流程及實驗方法要一致，不得有任何差異。實驗完畢后，對電力通信設備的耗能量、抗擾率及精準性進行真實記錄，做好相應的對比工作。

2.2.4 實驗數(shù)據(jù)分析

通過實驗和計算，得出相關數(shù)據(jù)。第一組實驗中，傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的功耗和抗干擾能力分別為80.16%、72.25%。設計的超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的耗能和抗干擾率則為72.27%、74.53%。第二組實驗中，傳統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分別為86.51%、76.12%，抗干擾及低功耗系統(tǒng)數(shù)據(jù)為77.02%，79.67%。第三組實驗中，傳統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分別是73.55%、78.65%，設計系統(tǒng)數(shù)據(jù)為64.51%，85.33%。通過三組數(shù)據(jù)就可以明顯看出，設計系統(tǒng)的功耗要小于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的功耗且抗干擾性能要優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，真正減小了電力通信設備自動控制系統(tǒng)的功耗，提升了抗干擾能力。另外，記錄了兩種系統(tǒng)的準確率，發(fā)現(xiàn)本設計的超低功耗抗干擾控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng)系統(tǒng)的控制準確率更高。

3 超低功耗抗干擾自動控制系統(tǒng)的應用

超低功耗抗擾自動控制系統(tǒng)的研究對于電力系統(tǒng)而言具有非常重要的意義。系統(tǒng)要真正應用于實際，需要經(jīng)過反復仔細地研究，保證系統(tǒng)應用的合理性、科學性。本研究系統(tǒng)可應用于電力通信設備，如電力通信系統(tǒng)中的交換機，減少交換機的耗能。隨著新系統(tǒng)的完善，將會應用于更多的電力通信設備。

4 結語

自動控制系統(tǒng)超低功耗及抗干擾性能研究對電力通信設備有非常重要的作用，可使電力通信設備降低能耗，提升控制精準性，保證電力系統(tǒng)的正常運行，實現(xiàn)電力能源的節(jié)約。