電氣設備敏感信息智能監(jiān)測系統(tǒng)設計

張發(fā)慶

(鄭州市科技工業(yè)學校，河南 鄭州 450003)

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)電機組軸系扭振在線監(jiān)測系統(tǒng)等，缺乏服務于電網整體的電氣設備敏感信息智能檢測系統(tǒng)。隨著我國計算機、互聯網技術的不斷發(fā)展我國研究機構開始在分析云計算、大數據、智能網關的基礎上著力于建立電力大數據平臺總體架構，試圖形成一個與互聯網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對電氣設備進行本地化的調控。結合我國現有的研究積累，本次研究專門設計一種智能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于獲取電氣設備電壓、電流、溫濕度等敏感參數，并借由以太網為數據服務器傳輸電氣設備敏感信息，進而實現數據的實時性獲取與統(tǒng)一計算，提高電氣設備監(jiān)測效率。

2 系統(tǒng)整體結構

2.1 系統(tǒng)硬件組成框架

本次研究所設計的監(jiān)測系統(tǒng)主要由數據采集模塊、傳感器組、通信模塊和運算控制模塊所組成。其中數據采集模塊主要負責AD 轉換、傳感器組負責采集電氣設備敏感數據，運算控制模塊處理對所采集到的數據進行處理與計算，通信模塊負責向數據庫器上傳經過處理的數據。系統(tǒng)硬件組成框架如圖1所示。

圖1 智能監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成框架

2.2 系統(tǒng)軟件設計架構

本次研究所設計的監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能結構如圖2所示，控制功能模塊具體涉及斷路器磨損監(jiān)測、自動重合閘等功能。其中斷路器磨損監(jiān)測功能具體包括實時監(jiān)測并顯示電纜連接、斷路器、母排搭接等狀態(tài)；自動重閘功能負責對斷路器電流實施監(jiān)測，并在高于系統(tǒng)定值的情況下將負荷開關切斷，以維護電氣設備安全運行；顯著功能模塊負責顯示告警信息、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、地刀分位等電氣設備運行狀態(tài)信息。系統(tǒng)設置模塊負責顯示電氣設備所在的MAC 地址與IP 地址并為設備設置密碼。告警信息功能模塊負責測量電氣設備的溫濕度并提供高溫報警服務。

圖2 智能監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計架構

本次研究所設計的監(jiān)測系統(tǒng)通過C語言進行軟件開發(fā)，軟件運行環(huán)境為嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS_II，開發(fā)環(huán)境為Keil uVersion4。支持7吋可觸摸液晶監(jiān)視器，可以實時顯著電氣設備敏感信息。軟件主要功能包括手動設置系統(tǒng)參數（IP地址、MAC地址等）、實時顯示遙信、遙測狀態(tài)實時值、電氣設備的啟動與停車等，同時也可用于賬戶和密碼管理。

圖3為系統(tǒng)軟件運行流程，用戶通過主界面完成登錄并選擇功能模塊，并由監(jiān)視器將觸摸信息轉換為控制信息，進而實現對于電氣設備的現場控制。

圖3 軟件運行流程圖

3 系統(tǒng)硬件選型

3.1 采集模塊

數模轉換芯片選用德州儀器生產的PCM1804-Q1 型AD轉換芯片，該元件內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AD 轉換選用ADI 公司生產的16 位6 通道A/D 轉換器件AD7606 芯片，該元件具有低功耗、高速率的特點，各通道吞吐率達200kSPS。

3.2 FTGA采樣控制電路

FTGA采樣控制電路負責向CPU傳輸來自于采樣芯片的采樣信號。通過現場可編程門陣列FPGA 控制AD 采樣芯片AD7606 和PCM1804-Q1。采集終端FPGA 芯片選用Xilinx公司設計的XC3S200AN芯片，該元件負責將采樣信號定時發(fā)送給采樣芯片，再由接收到采樣后的AD7606 和PCM1804-Q1 采集數據。在完成數據采集，CPU 向接收到來自于XC3S200AN 芯片的DMA 中斷信號，DMA 中斷處理程序會以DMA 方式將所采集到的數據發(fā)送至數據緩存區(qū)緩存。

3.3 運算控制模塊

運算控制模塊選用NXP 公司制造的LPC4357 型ARM架構處理器，該元件內置有Cortex-M0 協(xié)處理器和Cortex-M4微控制器，運行頻率高達240MHz。

3.4 存儲模塊

存儲模塊采用含有靜態(tài)隨機存儲器SRAM的LPC4357型處理器，在此基礎上擴展動態(tài)隨機存在器SDRAM。SDRAM采用Hynix公司生產的S57V2562GTR型芯片，該元件刷新周期為64ms，工作電壓為3V～3．6V，內存空間64MB。

3.5 通信模塊

通信模塊包含以太網通信和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，一般用于調試和下載程序。以太網和RS-232 相結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 軟件平臺設計

4.1 Web端軟件部署

本次研究所使用的程序編譯工具為來自微軟公司的Visio Studio2010，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)布方法設置為“文件系統(tǒng)”；在硬盤中專門新建“Power-Cloud”文件夾并將其設定為目標位置，左鍵單擊“發(fā)布前刪除所有現有文件(A)”，最后在圣誕柜下方單擊“發(fā)布”。

圖4 Web端軟件發(fā)布過程

雙擊“服務和應用程序”并將其打開，進入“信息服務管理器”，在“應用程序池”中單擊左鍵，在所生成的列表中左鍵單擊“添加應用程序池”，將“PowerCloud”設置為程序池名稱，勾選“立即啟動應用程序池”，托管管道模式選擇“集成”，NET Framework版本選擇“．NET Fram ework v4．0．30319”，在對話框下方單擊“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)控終端中導入完成編譯的代碼，通過RS232 串口數據線和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中運行軟件程序。

圖5 監(jiān)控平臺主界面

5 系統(tǒng)應用測試

在登錄界面上完成登錄操作后進入如圖5 所示的主界面，該界面由“計劃電量與累計電量”、“電量占比和功率占比”、“電量數據分析列表”、“業(yè)務數據分布”、“終端設備用途”、“今日數據分析”。其中“業(yè)務數據分布”模塊負責顯示平臺中各項設備在一周內的用電量與系統(tǒng)安全運行天數，幫助工作人員直觀地獲取配電線路的用電情況；“計劃電量與累計電量”模塊負責通過二維圖形顯示各設備的計劃使用電量和累計使用電量；“電量占比和功率占比”模塊同樣通過二維圖形顯示各個設備在本年或本月中的功率占比和用電占比；“電量數據分析列表”負責提供各終端的用電狀況數據，比如終端ID 為“中匯逆變器”的終端設備今日電量累計15600Kwh，低壓累計4600Kwh，高壓累計11000Kwh，今日總單量為20000Kwh，低壓側為5000Kwh，高壓側為15000Kwh；“終端設備用途”模塊提供各終端設備的具體用途；“今日數據分析”模塊負責提供提供與系統(tǒng)運行狀態(tài)相關的各項主要數據，比如平臺設備在線率、設備用電日均量以及年電量使用總額等?；緦崿F監(jiān)測結果的動態(tài)化、可視化，可顯著提高電氣設備管理工作效率。

6 結束語

本文詳細介紹了電氣設備敏感信息智能監(jiān)測系統(tǒng)的整體設計方案，并提出了相應的軟硬件設計策略，通過監(jiān)控系統(tǒng)界面對電氣設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測與調整，基本實現監(jiān)測結果的動態(tài)化、可視化，可顯著提高電氣設備管理工作效率。