電氣設備敏感信息智能監測系統設計淺析

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摘要:針對電力設備精確化管理的有關需求，本次研究基于uC/OS_II操作系統詳細介紹了電氣設備敏感信息智能監測系統的設計方案，具體闡述了該系統的軟硬件設計構架以及硬件造型方案和部分功能模塊的軟件設計方案，進而形成了一整套電氣設備參數監控體系。測試結果表明，系統基本實現監測結果的動態化、可視化，可顯著提高電氣設備管理工作效率。

關鍵詞:電氣設備；監測系統；設備參數

1引言

目前我國電力企業所使用的電力監測系統主要有輸電線路溫度在線監測系統、架空輸電線路雷電監測系統、汽輪發電機組軸系扭振在線監測系統等，缺乏服務于電網整體的電氣設備敏感信息智能檢測系統。隨著我國計算機、互聯網技術的不斷發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測系統，該系統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一計算，提高電氣設備監測效率。

2系統整體結構

2.1系統硬件組成框架

本次研究所設計的監測系統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。系統硬件組成框架如圖1所示。

2.2系統軟件設計架構

本次研究所設計的監測系統軟件功能結構如圖2所示，控制功能模塊具體涉及斷路器磨損監測、自動重合閘等功能。其中斷路器磨損監測功能具體包括實時監測并顯示電纜連接、斷路器、母排搭接等狀態；自動重閘功能負責對斷路器電流實施監測，并在高于系統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、狀態指示、一次接線圖，其中狀態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信息。系統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。本次研究所設計的監測系統通過C語言進行軟件開發，軟件運行環境為嵌入式實時操作系統uC/OS_II，開發環境為KeiluVersion4。支持7吋可觸摸液晶監視器，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參數（IP地址、MAC地址等）、實時顯示遙信、遙測狀態實時值、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。

3系統硬件選型

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。

3.2FTGA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送至數據緩存區緩存。

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協處理器和Cor-tex-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隨機存儲器SRAM的LPC4357型處理器，在此基礎上擴展動態隨機存在器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測系統在長距離通信和快速通信兩方面的需求。

4軟件平臺設計

4.1Web端軟件部署

圖1智能監測系統硬件組成框架圖2智能監測系統軟件設計架構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“發布”，將發布方法設置為“文件系統”；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“發布前刪除所有現有文件(A)”，最后在圣誕柜下方單擊“發布”。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”，NETFramework版本選擇“.NETFrameworkv4.0.30319”，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控終端上傳test.bin文件，最后在嵌入式操作系統uC/OS_II中運行軟件程序。

5系統應用測試

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”、“業務數據分布”、“終端設備用途”、“今日數據分析”。其中“業務數據分布”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運行狀態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。基本實現監測結果的動態化、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測系統的整體設計方案，并提出了相應的軟硬件設計策略，通過監控系統界面對電氣設備的運行狀態進行監測與調整，基本實現監測結果的動態化、可視化，可顯著提高電氣設備管理工作效率。

作者:張發慶 單位:鄭州市科技工業學校