基于電力載波的智能母線監(jiān)測控制器

閆浩東 李文靜 李 楊 張 宇 鄭現(xiàn)振 / 上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院

基于電力載波的智能母線監(jiān)測控制器

閆浩東 李文靜 李 楊 張 宇 鄭現(xiàn)振 / 上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院

伴隨著當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，生活和工業(yè)用電量激增。新型母線的需求量增大，因此對(duì)母線的保護(hù)顯得更加重要，為此設(shè)計(jì)完成一套母線的溫/濕度監(jiān)測系統(tǒng)。母線接頭點(diǎn)溫度采用電阻式溫度傳感器PT100，進(jìn)行接觸式測量，測量得到的溫度信息通過電力載波（PLC）的方式上傳到A相和N相電力線上，通過中繼器對(duì)個(gè)電力載波模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過WiFi、網(wǎng)線、RS485總線等方式上傳到監(jiān)控中心。

電阻式溫度傳感器PT100；電力載波；RS485

引言

伴隨著當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，生活和工業(yè)用電量激增。而傳統(tǒng)電纜由于安裝困難，容易老化，難于維護(hù)等多種隱患已不能適應(yīng)當(dāng)前的需求。而新型母線則采用銅排緊壓的方式，使得電流密度變大，能量損耗低，且安裝靈活，易于維護(hù)，有效避免了傳統(tǒng)電纜出現(xiàn)的問題。但同時(shí)新型母線對(duì)溫度提出了更高的要求，溫度過高，會(huì)加速絕緣老化，甚至破壞絕緣，降低母線的可靠性。嚴(yán)重的后果會(huì)導(dǎo)致母線無法散熱以致引起火災(zāi)，對(duì)財(cái)產(chǎn)和生命安全造成危害。因此為保證母線的工作性能和可靠性，必須對(duì)母線的溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

1.方案概述

本系統(tǒng)中對(duì)智能母線溫度檢測所使用的設(shè)備主要由溫度傳感器、濕度傳感器、檢測終端、中繼器、服務(wù)器等組成。其中溫度傳感器、濕度傳感器、檢測終端集成為智能母線檢測控制器。一個(gè)智能母線檢測控制器可以檢測一個(gè)母線接頭（4個(gè)溫度檢測點(diǎn)）的溫度和1個(gè)點(diǎn)的濕度信息。

監(jiān)控中心通過WiFi、網(wǎng)線、RS485等通訊方式接收中繼器發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而監(jiān)控到當(dāng)前母線所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。各相的電壓、電流參數(shù)通過儀表上傳到服務(wù)器。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能母線溫度檢測系統(tǒng)方案

2.檢測控制器設(shè)計(jì)

使用單片機(jī)和電力載波模塊完成智能母線控制器的開發(fā)，該控制器以單片機(jī)為核心，主要包括單相電輸入接口、熱電阻輸入接口、電源模塊、PLC模塊、溫度變送器模塊、通訊RS485接口、配置串口及按鍵顯示接口等，檢測控制器方案如圖2所示。

圖2 檢測控制器方案框圖

（1）單相電輸入

該接口用于把HITPLC-10模塊接入到單相電網(wǎng)中，并使用該接口進(jìn)行供電和通訊。

（2）電源模塊

該模塊專為HITPLC-10模塊供電的DC-DC模塊，該模塊有三路隔離電源輸出，其中一路給HITPLC-10模塊供電，其它兩路給用戶系統(tǒng)使用。其電路原理如圖3所示。

圖3 電源模塊原理圖

（3）HITPLC-10模塊

該模塊為電力載波模塊，其原理如圖4所示。

圖4 電力載波模塊原理圖

（4）操作鍵盤

該鍵盤用于電力載波通訊的觸發(fā)輸入，在簡單的通訊演示中，通過按Device板的按鍵去控制Server板的LED顯示，完成一個(gè)簡單的電力載波通訊過程，如圖5所示。

圖5 按鍵與指示原理圖

（5）EVB調(diào)試串口（COM0）

該接口為EVB的調(diào)試串口，用于輸出調(diào)試信息，用戶不使用。

（6）配置串口（COM1）

電腦串口連接該串口即可對(duì)HITPLC-10模塊進(jìn)行配置，或使用串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)收發(fā)命令控制HITPLC-10模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。RS232串口通訊原理如圖6所示。

圖6 RS232串口通訊原理圖

3.監(jiān)控軟件

智能母線監(jiān)測軟件用來監(jiān)控母線各檢測點(diǎn)的溫度情況，其主要功能需求如下：

（1）通過以太網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)，可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)IP和端口，實(shí)時(shí)監(jiān)聽并接收各點(diǎn)溫度、相電壓及相電流數(shù)據(jù)。

（2）支持2條母線同時(shí)采集，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)最多600個(gè)，相電流、相電壓每分鐘不超過一組數(shù)據(jù)，每節(jié)點(diǎn)每分鐘一組溫度數(shù)據(jù)。

（3）可實(shí)時(shí)顯示各節(jié)點(diǎn)的溫度，繪出母線路線圖，在母線上表達(dá)出節(jié)點(diǎn)的位置，可以方便地在現(xiàn)場定位到需要查詢信息的節(jié)點(diǎn)位置。如節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較多，可分頁顯示或下拉工具條顯示；

（4）用戶可查看某個(gè)節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息，比如：位置、ID號(hào)、容量、溫度等；

（5）生成各節(jié)點(diǎn)的溫度曲線圖，便于直觀看出溫度變化情況；

（6）當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，發(fā)送報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警功能；

（7）用戶可根據(jù)需求查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)；

（8）分為管理員和用戶兩種模式，各自需要密碼登錄相應(yīng)的模式；

（9）管理員模式下，包含用戶模式下的所有操作以及添加或刪除節(jié)點(diǎn)，并可對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行編輯。

（10）節(jié)點(diǎn)的溫度信息自動(dòng)保存，用戶可根據(jù)需求查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)。

本軟件基于Windows 7運(yùn)行。

4.結(jié)論

該項(xiàng)目運(yùn)用了電力載波進(jìn)行信號(hào)傳輸，無需額外布線 數(shù)據(jù)可跨樓層、跨房間傳輸；溫/濕度定位到某個(gè)母線接頭；具有故障報(bào)警和預(yù)警功能；母線接頭點(diǎn)溫度采用電阻式溫度傳感器PT100，進(jìn)行接觸式測量，測得的結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。智能母線監(jiān)測軟件能使用戶更容易查到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度信息，比如：位置、ID號(hào)、容量、溫度等；當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，發(fā)送報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警功能等等。

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