基于電力載波的電氣實訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)

龍 劍

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道機(jī)電系，湖南 衡陽 421002）

1 電氣實訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)原理

電氣實訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)主要由電力載波通信數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理等模塊組成，該系統(tǒng)通過電力載波解決數(shù)據(jù)通信問題。

數(shù)據(jù)由設(shè)備電源發(fā)出，經(jīng)通信接口模塊，存入微控制器處理中的一段緩沖區(qū)內(nèi)，再經(jīng)信號處理耦合到電力線上在電力線的另一端，數(shù)據(jù)經(jīng)解耦后從電力線上接收下來再解調(diào)到微控制器中，最后經(jīng)通信接口到設(shè)備電源中。在整個系統(tǒng)中，微控制器是系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)中各任務(wù)的協(xié)調(diào)與調(diào)度。而電力線接口主要起耦合、隔離、濾波與保護(hù)的功能。

系統(tǒng)主要功能包括5個方面：①實時數(shù)據(jù)采集。將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，保存在微控制器MCU中，數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終傳送至監(jiān)管中心PC的操作平臺。計算機(jī)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并判斷該設(shè)備狀態(tài)及作出相應(yīng)處理。②設(shè)備實時跟蹤、精確定位與動態(tài)顯示。系統(tǒng)將接收到的信息定時傳送至遠(yuǎn)端監(jiān)管中心PC中，可實時檢測實訓(xùn)設(shè)備的工作情況、設(shè)備工作點的精確定位與工作狀態(tài)自動動態(tài)顯示。③設(shè)備調(diào)度及統(tǒng)計管理。通過操作平臺軟件可以實時查詢、打印當(dāng)前及某時間段設(shè)備狀態(tài)、開機(jī)時間及活動軌跡。查詢各個設(shè)備的工作參數(shù)數(shù)據(jù)并根據(jù)需要迅速進(jìn)行設(shè)備的調(diào)配及維護(hù)。同時，利用保存在PC機(jī)中的數(shù)據(jù)也可實現(xiàn)對設(shè)備的開機(jī)率匯總統(tǒng)計以便于管理人員對該設(shè)備做出工作分析與更新替換等功能。④安全保障功能—報警。當(dāng)遇到緊急情況如設(shè)備故障、特殊參數(shù)超限等，可向監(jiān)管中心報警。⑤網(wǎng)絡(luò)信息管理與信息發(fā)布。實現(xiàn)信息發(fā)布和遠(yuǎn)程管理。管理者在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能實現(xiàn)對系統(tǒng)信息瀏覽、分析和控制。

在電氣實訓(xùn)設(shè)備中安裝一個電源設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸終端即遠(yuǎn)程終端單元（RemoteTerminalUnit，下簡稱RTU)，是數(shù)據(jù)接收或傳送準(zhǔn)確和完整性決定系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵。將RTU嵌入被控設(shè)備內(nèi)，其功能是當(dāng)被控設(shè)備工作時，使用人信息、被控設(shè)備電氣參數(shù)及使用地點由RTU通過設(shè)備的用電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾碇行摹９芾碇行膶κ褂谜哌M(jìn)行合法性驗證后向RTU發(fā)出合法（或非法）信息，RTU根據(jù)管理中心信息以及用戶初始設(shè)置條件執(zhí)行設(shè)備使用（或拒絕）操作；管理中心根據(jù)設(shè)備故障檢測信息向RTU發(fā)出狀態(tài)非正常信息，RTU根據(jù)管理中心信息執(zhí)行停機(jī)或報警操作。RTU包括單片機(jī)、載波、控制報警系統(tǒng)。其功能原理圖如圖2所示。

圖2 電源設(shè)備智能管理終端原理圖

為了實現(xiàn)該系統(tǒng)，需要具備以下條件：①定位：要求在半徑為10m的區(qū)域范圍內(nèi)信號接收良好。②能在線監(jiān)測用電設(shè)備的工作狀態(tài)、主要參數(shù)，電流：0~100A，誤差1%（根據(jù)設(shè)備用電容量可調(diào)整）；電壓0~400V，誤差1%（電氣實訓(xùn)設(shè)備電源傳輸參數(shù)根據(jù)需要選定）。

2 電氣實訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）電氣實訓(xùn)設(shè)備電源的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)檢測與信號傳輸。通過傳感器將各電氣實訓(xùn)設(shè)備電源所采集的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，保存在微控制器MCU中，數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終傳送至監(jiān)管中心PC的操作平臺。計算機(jī)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)判斷該設(shè)備工作狀態(tài)并作出相應(yīng)的處理。

（2）電源設(shè)備工作狀態(tài)實時跟蹤、模塊工作情況的精確定位與工作動態(tài)顯示。系統(tǒng)定時將電氣實訓(xùn)設(shè)備電源的信息接收傳送至遠(yuǎn)端監(jiān)管中心PC中，這樣可實時檢測電源設(shè)備的工作情況，并通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計分析，對設(shè)備的各模塊工作情況精確定位與工作狀態(tài)自動動態(tài)顯示。

（3）實訓(xùn)設(shè)備的及時調(diào)配及升級改造。系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時查詢、打印當(dāng)前及某時間段實訓(xùn)設(shè)備狀態(tài)、開機(jī)時間及工作軌跡。通過查詢各個設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)并結(jié)合教學(xué)實訓(xùn)具體計劃需要，實訓(xùn)室可以迅速進(jìn)行設(shè)備的調(diào)配及維護(hù)。利用保存在PC機(jī)中的各實訓(xùn)設(shè)備電源相關(guān)數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對實訓(xùn)設(shè)備的使用率匯總統(tǒng)計，以便于管理教師對各實訓(xùn)設(shè)備做出學(xué)期及年度設(shè)備使用情況分析，同時為學(xué)院對實訓(xùn)設(shè)備的升級、維修及購置提供數(shù)據(jù)信息。

（4）系統(tǒng)具有設(shè)備安全保障功能。當(dāng)遇到緊急情況如設(shè)備故障特殊參數(shù)超限等，系統(tǒng)可向監(jiān)管中心報警，管理教師根據(jù)系統(tǒng)提供的即時信息，按照實訓(xùn)設(shè)備故障處理方案進(jìn)行及時處理。

（5）網(wǎng)絡(luò)信息管理與信息發(fā)布，提高學(xué)生技能水平。管理者在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能實現(xiàn)對系統(tǒng)信息瀏覽、分析和控制。當(dāng)學(xué)生在實訓(xùn)中由于各種因素使設(shè)備出現(xiàn)故障，實訓(xùn)指導(dǎo)教師通過系統(tǒng)相應(yīng)的實時設(shè)備信息分析，指導(dǎo)學(xué)生判斷故障并能正確處理故障。

在本系統(tǒng)中，通過電力載波技術(shù)來監(jiān)控電氣實訓(xùn)設(shè)備電源，以完成電氣實訓(xùn)設(shè)備電源的跟蹤管理與設(shè)備現(xiàn)場的狀態(tài)跟蹤和現(xiàn)場定位；同時將電氣實訓(xùn)設(shè)備電源的參數(shù)（電壓、電流、開啟時間等）數(shù)據(jù)打包由載波系統(tǒng)通過電聯(lián)接點向管理中心傳送，并通過管理中心數(shù)據(jù)分析確定使用的設(shè)備狀態(tài)，同時設(shè)置在設(shè)備上的提示裝置發(fā)出語音及聲光提示。

3 結(jié)語

該技術(shù)是一種基于電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號處理單元和連接在信號處理單元上的信號采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，其特征在于，信號采集單元具有差分信號接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號輸入接口，信號采集單元通過其中的信號轉(zhuǎn)換電路和信號處理單元相連接，通訊模塊由自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發(fā)單元組成。

采用基于電力載波的電氣實訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)在對原有的布線不需要任何改動的情況下提高工作效率與管理水平，能實現(xiàn)真正意義的設(shè)備動態(tài)監(jiān)控、管理和調(diào)度，是未來的發(fā)展方向。