基于ARM9與LEM傳感器的蓄電池在線監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)

1 概述

蓄電池作為備用電源在供電系統(tǒng)中往往起著極其重要的作用，在交流電失電或其它事故狀態(tài)下蓄電池組一旦出現(xiàn)問(wèn)題，供電系統(tǒng)將面臨癱瘓，造成設(shè)備停運(yùn)及其它重大運(yùn)行事故。近年隨著閥控式密封鉛酸蓄電池(以下簡(jiǎn)稱閥控蓄電池)的廣泛使用，加之使用環(huán)境及條件欠佳，因蓄電池提前失效而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。閥控蓄電池由于特殊的閥控式密封結(jié)構(gòu)，使得我們無(wú)法準(zhǔn)確掌握蓄電池的健康狀況，其“免維護(hù)”的這一優(yōu)點(diǎn)，反而成為電池運(yùn)行管理中的缺點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)極其容易誤導(dǎo)用戶。在提高電池性能、減少維護(hù)工作量的同時(shí)，如何快捷有效地檢測(cè)出早期失效電池并預(yù)測(cè)蓄電池性能變化趨勢(shì)，已成為電池運(yùn)行管理的新課題。目前除了核對(duì)性放電、電壓巡檢等常規(guī)維護(hù)檢測(cè)手段外，隨著技術(shù)的發(fā)展一些新的檢測(cè)手段孕育而生，蓄電池在線監(jiān)測(cè)這一新檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始逐步得到運(yùn)用[1]。

北京萊姆電子是瑞士萊姆集團(tuán)(LEM)的全資子公司，由瑞士研發(fā)、北京生產(chǎn)的Sentinel模塊是專門(mén)為應(yīng)用于蓄電池在線監(jiān)測(cè)而量身定做的蓄電池傳感器。該傳感器只有火柴盒大小，每只模塊監(jiān)測(cè)一塊蓄電池，模塊采用四線制設(shè)計(jì)，通過(guò)與蓄電池的正負(fù)極相連實(shí)現(xiàn)供電和測(cè)量，然后通過(guò)RJ11接口(電話線接口)實(shí)現(xiàn)至多達(dá)254個(gè)模塊的相連，經(jīng)由開(kāi)放的串口協(xié)議通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)蓄電池組的監(jiān)測(cè)。該傳感器可以直接測(cè)量單體蓄電池的阻抗、電壓和表面溫度(模塊貼在電池表面)，連線、安裝方便，同時(shí)模塊的質(zhì)保期為五年，完全跨越蓄電池的失效周期，因此，非常便于構(gòu)建蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 蓄電池在線監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)的構(gòu)成

蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一方面需要完成在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，如變電站、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)合蓄電池參數(shù)的人機(jī)交互，方便用戶在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)蓄電池組整體電壓、電流以及各單體電池的阻抗、電壓和溫度;另一方面需要提供網(wǎng)絡(luò)接口，使用戶在遠(yuǎn)端如中央控制室，能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的情況;最后需增加GSM接口，一旦發(fā)生故障，可以用發(fā)短信或者打電話的方式通知到值班人員。因此，有必要設(shè)計(jì)一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主機(jī)完成以上功能，與Sentinel模塊相匹配，實(shí)現(xiàn)整個(gè)蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)的構(gòu)成

對(duì)在線監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)有以下值得說(shuō)明的地方。

(1)由圖1可見(jiàn)，鑒于sentinel模塊的獨(dú)特設(shè)計(jì)，可以直接對(duì)蓄電池阻抗進(jìn)行測(cè)試，因此，系統(tǒng)毋須安裝單獨(dú)的放電模塊。

(2)由于sentinel模塊需要通過(guò)地址來(lái)識(shí)別，該地址是8位，以上連接最多實(shí)現(xiàn)254塊蓄電池的連接。

(3)理論上圖中用虛線指示的Sbus通訊線是不需要連接的，但是考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，如兩模塊之間的通訊線一旦被破壞，則某些模塊將不在線路中。因此，出于冗余設(shè)計(jì)的考慮，在現(xiàn)場(chǎng)允許的情況下，盡量布置該線纜。

(4)圖中的電流變送器一般用于主機(jī)測(cè)量充放電電流，感知蓄電池的狀態(tài)，是非常必要的?？紤]現(xiàn)場(chǎng)施工方便，盡量使用外置的電流變送器，而不將該變送器布置在主機(jī)內(nèi)，否則電池充放電線纜(往往是很粗的線纜)需要繞經(jīng)主機(jī)，不經(jīng)濟(jì)也不安全。

(5)使用GSM天線的時(shí)候，要實(shí)地測(cè)量當(dāng)?shù)氐男盘?hào)強(qiáng)度，某些機(jī)房信號(hào)屏蔽嚴(yán)重，此時(shí)可以考慮將天線移到室外，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的通暢發(fā)送。

由以上的分析可知，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控提出的要求至少帶有人機(jī)交互功能、網(wǎng)絡(luò)功能、GSM發(fā)射功能、Sbus總線通訊的功能以及A/D轉(zhuǎn)換接口。