基于電力載波的電氣實訓設備電源智能管理系統

龍 劍

（湖南高速鐵路職業技術學院 鐵道機電系，湖南 衡陽 421002）

1 電氣實訓設備電源智能管理系統原理

電氣實訓設備電源智能管理系統主要由電力載波通信數據采集和網絡數據庫管理等模塊組成，該系統通過電力載波解決數據通信問題。

數據由設備電源發出，經通信接口模塊，存入微控制器處理中的一段緩沖區內，再經信號處理耦合到電力線上在電力線的另一端，數據經解耦后從電力線上接收下來再解調到微控制器中，最后經通信接口到設備電源中。在整個系統中，微控制器是系統的核心，它負責整個系統中各任務的協調與調度。而電力線接口主要起耦合、隔離、濾波與保護的功能。

系統主要功能包括5個方面：①實時數據采集。將傳感器采集的數據進行A/D轉換后，保存在微控制器MCU中，數據經過網絡傳輸，最終傳送至監管中心PC的操作平臺。計算機將數據存入數據庫，并判斷該設備狀態及作出相應處理。②設備實時跟蹤、精確定位與動態顯示。系統將接收到的信息定時傳送至遠端監管中心PC中，可實時檢測實訓設備的工作情況、設備工作點的精確定位與工作狀態自動動態顯示。③設備調度及統計管理。通過操作平臺軟件可以實時查詢、打印當前及某時間段設備狀態、開機時間及活動軌跡。查詢各個設備的工作參數數據并根據需要迅速進行設備的調配及維護。同時，利用保存在PC機中的數據也可實現對設備的開機率匯總統計以便于管理人員對該設備做出工作分析與更新替換等功能。④安全保障功能—報警。當遇到緊急情況如設備故障、特殊參數超限等，可向監管中心報警。⑤網絡信息管理與信息發布。實現信息發布和遠程管理。管理者在使用權限范圍內都能實現對系統信息瀏覽、分析和控制。

在電氣實訓設備中安裝一個電源設備數據傳輸終端即遠程終端單元（RemoteTerminalUnit，下簡稱RTU)，是數據接收或傳送準確和完整性決定系統功能實現的關鍵。將RTU嵌入被控設備內，其功能是當被控設備工作時，使用人信息、被控設備電氣參數及使用地點由RTU通過設備的用電網絡傳輸到管理中心。管理中心對使用者進行合法性驗證后向RTU發出合法（或非法）信息，RTU根據管理中心信息以及用戶初始設置條件執行設備使用（或拒絕）操作；管理中心根據設備故障檢測信息向RTU發出狀態非正常信息，RTU根據管理中心信息執行停機或報警操作。RTU包括單片機、載波、控制報警系統。其功能原理圖如圖2所示。

圖2 電源設備智能管理終端原理圖

為了實現該系統，需要具備以下條件：①定位：要求在半徑為10m的區域范圍內信號接收良好。②能在線監測用電設備的工作狀態、主要參數，電流：0~100A，誤差1%（根據設備用電容量可調整）；電壓0~400V，誤差1%（電氣實訓設備電源傳輸參數根據需要選定）。

2 電氣實訓設備電源智能管理系統中的應用

（1）電氣實訓設備電源的設備狀態參數檢測與信號傳輸。通過傳感器將各電氣實訓設備電源所采集的狀態參數數據進行A/D轉換后，保存在微控制器MCU中，數據經過網絡傳輸，最終傳送至監管中心PC的操作平臺。計算機將數據存入數據庫，系統根據數據判斷該設備工作狀態并作出相應的處理。

（2）電源設備工作狀態實時跟蹤、模塊工作情況的精確定位與工作動態顯示。系統定時將電氣實訓設備電源的信息接收傳送至遠端監管中心PC中，這樣可實時檢測電源設備的工作情況，并通過系統數據信息的統計分析，對設備的各模塊工作情況精確定位與工作狀態自動動態顯示。

（3）實訓設備的及時調配及升級改造。系統可以實現實時查詢、打印當前及某時間段實訓設備狀態、開機時間及工作軌跡。通過查詢各個設備當前的工作狀態并結合教學實訓具體計劃需要，實訓室可以迅速進行設備的調配及維護。利用保存在PC機中的各實訓設備電源相關數據可實現對實訓設備的使用率匯總統計，以便于管理教師對各實訓設備做出學期及年度設備使用情況分析，同時為學院對實訓設備的升級、維修及購置提供數據信息。

（4）系統具有設備安全保障功能。當遇到緊急情況如設備故障特殊參數超限等，系統可向監管中心報警，管理教師根據系統提供的即時信息，按照實訓設備故障處理方案進行及時處理。

（5）網絡信息管理與信息發布，提高學生技能水平。管理者在使用權限范圍內都能實現對系統信息瀏覽、分析和控制。當學生在實訓中由于各種因素使設備出現故障，實訓指導教師通過系統相應的實時設備信息分析，指導學生判斷故障并能正確處理故障。

在本系統中，通過電力載波技術來監控電氣實訓設備電源，以完成電氣實訓設備電源的跟蹤管理與設備現場的狀態跟蹤和現場定位；同時將電氣實訓設備電源的參數（電壓、電流、開啟時間等）數據打包由載波系統通過電聯接點向管理中心傳送，并通過管理中心數據分析確定使用的設備狀態，同時設置在設備上的提示裝置發出語音及聲光提示。

3 結語

該技術是一種基于電力載波通訊的復合數據采集裝置，包括有信號處理單元和連接在信號處理單元上的信號采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，其特征在于，信號采集單元具有差分信號接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號輸入接口，信號采集單元通過其中的信號轉換電路和信號處理單元相連接，通訊模塊由自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發單元組成。

采用基于電力載波的電氣實訓設備電源智能管理系統在對原有的布線不需要任何改動的情況下提高工作效率與管理水平，能實現真正意義的設備動態監控、管理和調度，是未來的發展方向。