一種通信用高頻開(kāi)關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

1 引言

　　近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以數(shù)字程控交換機(jī)為代表的各種通信設(shè)備正朝著集成化、智能化和模塊化方向發(fā)展，因而對(duì)通信電源系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。目前我國(guó)電信部門(mén)廣泛使用的新型高頻開(kāi)關(guān)型整流器，具有高頻、高效、高可靠性、高功率因數(shù)和高功率密度等先進(jìn)性能，正逐步取代傳統(tǒng)的相控型整流器。
　　正是基于以上考慮，我們研制了一套通信用高頻開(kāi)關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的PWM高頻整流技術(shù)和微處理控制技術(shù)，由模塊式結(jié)構(gòu)的整流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。本文對(duì)其組成、原理和菜單式操作方法進(jìn)行了深入地研究。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能

　　監(jiān)控系統(tǒng)是高頻開(kāi)關(guān)型整流器的監(jiān)控中心，監(jiān)視和協(xié)調(diào)各整流模塊的工作，檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，處理告警信息，提供人機(jī)界面給用戶(hù)操作，從而控制整個(gè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　高頻開(kāi)關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)框圖

　　監(jiān)控系統(tǒng)主要由告警模塊，RS485和RS232通信接口以及整流模塊內(nèi)的單片機(jī)等組成。告警模塊通過(guò)RS485通信接口與各個(gè)整流模塊連接通信，以監(jiān)控其運(yùn)行情況。告警模塊同時(shí)通過(guò)RS232通信接口與外設(shè)的PC機(jī)或終端機(jī)相互通信訪問(wèn)，并通過(guò)調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)“三遙”。
　　監(jiān)控系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：
　　（1）控制高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)以設(shè)定的輸出電壓值、均衡充電值、輸出電流限流值等參考值為標(biāo)準(zhǔn)，控制高頻開(kāi)關(guān)型整流器的正常運(yùn)行。它周期性檢測(cè)高頻開(kāi)關(guān)型整流器運(yùn)行的主要工作參數(shù)，同時(shí)通過(guò)RS485通信接口訪問(wèn)各個(gè)整流模塊，收集工作數(shù)據(jù)，將所獲得的信息進(jìn)行處理并與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，最后根據(jù)比較誤差來(lái)調(diào)整整流模塊的運(yùn)行，直到達(dá)到設(shè)定值要求并且各個(gè)整流模塊滿(mǎn)足均流條件為止。
　?。?）提供人機(jī)界面，接受維護(hù)人員對(duì)高頻開(kāi)關(guān)型整流器的控制。當(dāng)維護(hù)人員對(duì)高頻開(kāi)關(guān)型整流器操作時(shí)，LCD顯示屏顯示用數(shù)字編號(hào)的功能菜單。維護(hù)人員可按照菜單上的提示，在鍵盤(pán)上按相應(yīng)的數(shù)字鍵，使監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行指定的功能。
　?。?）告警。監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)不斷地監(jiān)視高頻開(kāi)關(guān)整流器的運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，就會(huì)產(chǎn)生一系列告警動(dòng)作：
　?、?市電告警。
　　　?。╝）若市電電壓低于185V或持續(xù)低于195V，則發(fā)出市電欠壓告警；
　　　?。╞）若市電電壓高于265V或持續(xù)高于260V，則發(fā)出市電過(guò)壓告警；
　　　?。╟）若市電中斷或市電輸入部分發(fā)生故障導(dǎo)致整流模塊無(wú)法工作，則發(fā)出相應(yīng)整流模塊市電中斷告警。
　　② 系統(tǒng)實(shí)際輸出電壓超過(guò)設(shè)定的輸出電壓或是欠壓都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警。
　?、?整流模塊跳閘告警。
　　　?。╝）整流模塊因故障導(dǎo)致輸出電壓達(dá)到或超過(guò)硬件所能承受的最高電壓時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并告警；
　　　?。╞）整流模塊輸出電壓超過(guò)設(shè)定的過(guò)壓閉合電壓值時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并告警；
　?、?整流模塊因溫度過(guò)高而自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，告警模塊會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的整流模塊過(guò)熱告警信息。
　?、?告警模塊與整流模塊通信中斷時(shí)，告警模塊會(huì)發(fā)出某號(hào)整流模塊通信故障信息。
　?、?告警模塊的數(shù)字輸入接口信號(hào)滿(mǎn)足告警觸發(fā)條件時(shí)，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警信息。
　　（4）對(duì)蓄電池實(shí)施完善的監(jiān)控功能
　?、?電池回路電纜壓降自動(dòng)補(bǔ)償：當(dāng)蓄電池組容量較大時(shí)，其充放電流大，回路的壓降比較明顯。當(dāng)充電電流變化時(shí)，回路壓降也隨之發(fā)生變化，但這個(gè)壓降不能簡(jiǎn)單地通過(guò)提高浮充電壓來(lái)補(bǔ)償，否則會(huì)影響蓄電池的充電電壓精度。為此該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電池回路壓降自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?。用?hù)在系統(tǒng)安裝完成并正常運(yùn)行后，進(jìn)入維護(hù)信息菜單，把電池回路電纜的電阻值輸入告警模塊。電源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，告警模塊會(huì)自動(dòng)根據(jù)在線(xiàn)電池電流，計(jì)算出電池回路的壓降，并相應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
　?、?均衡充電控制
　?、?浮充電壓自動(dòng)溫度補(bǔ)償
　?、?電池組的不均衡監(jiān)測(cè)：正常情況下，電池組的各單體電池端電壓應(yīng)該相等。不均衡度超過(guò)50mv/cell則表明電池已損壞，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池不均衡的故障，測(cè)量電池組中各單體電池的端電壓就成為電源系統(tǒng)的日常維護(hù)工作之一。
　?、?檢測(cè)電池放電性能
　?、?分析電池單體故障
　　⑦ 電池容量試驗(yàn)
　?。?）自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存高頻開(kāi)關(guān)型整流器的運(yùn)行信息
　?。?）對(duì)整流模塊實(shí)施完善的監(jiān)控
　?、?使整流模塊按系統(tǒng)設(shè)置運(yùn)行
　?、?負(fù)載自動(dòng)均分：告警模塊通過(guò)整流模塊不斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出電流，若發(fā)現(xiàn)個(gè)別整流模塊的輸出電流與系統(tǒng)中所有整流模塊的平均輸出電流值相差超過(guò)4A，則控制所有輸出電流過(guò)大的整流模塊降低一個(gè)單位的輸出電壓，使該模塊提高輸出電流減少；同時(shí)控制所有輸出電流過(guò)小的整流模塊提高輸出電壓一個(gè)單位，使該模塊輸出電流增加。在告警模塊的控制下，整流模塊之間自動(dòng)重新分配負(fù)載，從而達(dá)到均流工作的目的。
　?、?輸出過(guò)壓自動(dòng)關(guān)閉
　?、?限制輸出電流
　?、?整流模塊運(yùn)行狀態(tài)信息自動(dòng)儲(chǔ)存

3 告警模塊的組成及工作原理

　　告警模塊的系統(tǒng)方框圖如圖2所示。告警模塊的核心是DS80C320單片機(jī)，它采用典型的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，將單片機(jī)的內(nèi)部總線(xiàn)延伸到外部，其它部件則并行掛接在系統(tǒng)的總線(xiàn)上。該系統(tǒng)包括：

　?。?）系統(tǒng)總線(xiàn)，包括地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。地址總線(xiàn)是傳遞CPU選擇要與之交換數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元或外部設(shè)備的信號(hào)通道；數(shù)據(jù)總線(xiàn)是CPU各種儲(chǔ)存器以及外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)的通道；控制總線(xiàn)是CPU控制其它電路協(xié)調(diào)工作的通道。
　?。?）CPU，告警模塊的核心，它是程序執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所有軟件功能都由CPU控制完成。
　　（3）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM，它儲(chǔ)存的內(nèi)容在停電期間不會(huì)消失，但在系統(tǒng)運(yùn)行期間可以進(jìn)行修改。主要用于儲(chǔ)存一些重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如密碼、設(shè)定的參數(shù)，運(yùn)行信號(hào)等。
　?。?）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM，用來(lái)儲(chǔ)存CPU所要執(zhí)行的程序（即軟件），即使停電也不會(huì)消失，系統(tǒng)運(yùn)行期間也不會(huì)被改寫(xiě)。
　　（5）隨機(jī)存儲(chǔ)器ROM，在系統(tǒng)運(yùn)行期間可作注意讀寫(xiě)，用于停電時(shí)保存系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的可變數(shù)據(jù)及一些中間數(shù)據(jù)。
　　（6）LCD顯示屏及鍵盤(pán)，它是維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)控制操作的工具。顯示屏顯示系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及操作菜單，指導(dǎo)維護(hù)人員通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。
　?。?）V/F單元，它把系統(tǒng)運(yùn)行中的輸出電壓、市電輸入電壓、電池充放電電流及模擬電信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，送給CPU處理。CPU根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)整。
　　（8）數(shù)字輸入接口電路，該電路把外界的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并送給CPU處理。它主要用在檢測(cè)直流熔斷器的熔斷告警信號(hào)。
　?。?）數(shù)字輸出接口電路，該電路把CPU要求輸出的數(shù)字信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的告警繼電器，以驅(qū)動(dòng)外部的告警設(shè)備。
　　（10）RS485通信接口，計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)接口。CPU通過(guò)一個(gè)RS485接口與各整流模塊的微處理器通信，以獲取整流模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并發(fā)出指令控制整流模塊的運(yùn)行。
　?。?1）RS232通信接口，計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)接口。CPU通過(guò)RS232接口連接PC機(jī)、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器，用這些外部設(shè)備監(jiān)控高頻開(kāi)關(guān)型整流器。

4 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)

　　通過(guò)告警模塊面板上的操作裝置或接在RS232通信接口上的終端，采用菜單式操作方法，可以方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)型整流器進(jìn)行監(jiān)控操作。該菜單包括用戶(hù)信息菜單和維護(hù)信息菜單兩大部分：用戶(hù)信息菜單用于觀察系統(tǒng)的參數(shù)及工作情況；維護(hù)信息菜單則用于觀察和更改系統(tǒng)的工作參數(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，告警模塊LCD 顯示屏顯示系統(tǒng)市電電壓，輸出電壓和電流以及電池電流。按[MENU]鍵，進(jìn)入告警模塊監(jiān)控菜單系統(tǒng)，其系統(tǒng)監(jiān)控菜單如圖3所示。

4.1用戶(hù)信息菜單的功能

　　在主菜單下按[1]鍵，進(jìn)入用戶(hù)信息菜單，依據(jù)菜單提示按鍵，可實(shí)現(xiàn)以下各項(xiàng)功能：（1）告警復(fù)位；（2）繼電器信息；（3）整流模塊信息；（4）系統(tǒng)信息；（5）電壓信息。

4.2 維護(hù)信息菜單的功能

　　在主菜單下按[2]鍵，輸入維護(hù)密碼，進(jìn)入維護(hù)信息菜單，依據(jù)菜單的提示按鍵，可實(shí)現(xiàn)以下各項(xiàng)功能：
　?。?）整流模塊控制：① 模塊連接；② 模塊切斷。
　?。?）系統(tǒng)程序。在維護(hù)信息菜單下按[2]鍵，進(jìn)入系統(tǒng)程序子菜單，并可實(shí)現(xiàn)以下功能：
　?、?顯示信息；② 校準(zhǔn)；③ 設(shè)置時(shí)鐘；④ 打印信息；⑤ 測(cè)試/操作。
　?。?）電壓設(shè)置。在維護(hù)信息菜單下按[3]鍵，進(jìn)入電壓設(shè)置子菜單，并可設(shè)置以下電壓值：
　?、?電池電壓；② 電池過(guò)壓告警電壓；③ 電池欠壓告警電壓；④ 升壓急充電壓；⑤ 負(fù)載切斷電壓；⑥ 整流模塊切斷電壓。
　?。?）系統(tǒng)設(shè)置。在維護(hù)信息菜單下按[4]鍵，則進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置子菜單，并可實(shí)現(xiàn)以下功能：
　?、?密碼設(shè)置；② 刪除信息；③ 設(shè)模塊數(shù)；④ 電纜電阻；⑤ 電流限制。
　?。?）升壓控制。在維護(hù)信息菜單下按[5]鍵，則進(jìn)入升壓控制子菜單，并可實(shí)現(xiàn)以下功能：
　?、?定時(shí)升壓；② 剩余時(shí)間；③ 撤消升壓；④ 手動(dòng)升壓。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　本文首先提出了一種通信用高頻開(kāi)關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)該監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，之后對(duì)該系統(tǒng)中告警模塊的組成、原理及監(jiān)控菜單系統(tǒng)進(jìn)行了深入地研究。經(jīng)實(shí)際使用表明：本系統(tǒng)具有高頻、高效、高可靠性和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于目前我國(guó)電信部門(mén)通信電源系統(tǒng)十分適用

作者：張恩利侯振義余侃民

參考文獻(xiàn)

[1] 曹保根，主從式RS485應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)式[J]. 電子技術(shù)2000，NO.2.
[2] 馬明建，數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2000.
[3] 李華，MCS-51系列單片及使用接口技術(shù)[Ｍ]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.
[4] 周航慈，饒運(yùn)濤，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.