基于TCP/IP協(xié)議的遠(yuǎn)程智能電源監(jiān)控切換系統(tǒng)

毛茫茫

(四川城市職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，四川成都610000)

基于TCP/IP協(xié)議的遠(yuǎn)程智能電源監(jiān)控切換系統(tǒng)

毛茫茫

(四川城市職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，四川成都610000)

為了更好地保障關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行的可靠性，針對不間斷供電的需求，提出了一種基于TCP/IP協(xié)議的智能電源遠(yuǎn)程切換系統(tǒng)。該系統(tǒng)底層利用微控制器對電源狀態(tài)進(jìn)行采樣和控制。采用TCP/IP鏈路提供遠(yuǎn)程通信，構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在不同的故障情況下完成主、備電源間轉(zhuǎn)換，以保持供電的連續(xù)性。

雙電源；自動(dòng)切換；遠(yuǎn)程監(jiān)控；智能化

雙電源是電力、銀行、水利、電信等領(lǐng)域必不可少的供電保障系統(tǒng)，而雙電源的切換系統(tǒng)是雙電源可靠運(yùn)行的前提之一。國內(nèi)外的大多數(shù)雙電源切換系統(tǒng)都具有快速切換的功能，但是也存在著一些問題。目前使用的大多數(shù)雙電源切換系統(tǒng)所使用的控制部件都是8位或16位的單片機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是繼電器。由于8位單片機(jī)的計(jì)算能力有一定的局限性，所以大多數(shù)切換系統(tǒng)都沒有設(shè)計(jì)電源的缺相、欠壓、過壓、短路、過載、超頻等故障的分級識別和分析功能，不利于系統(tǒng)的精細(xì)操作[1]；同時(shí)，單片機(jī)的局限性在一定程序上還影響著繼電器的邏輯組合設(shè)置，使繼電器的輸出模式缺少靈活性，導(dǎo)致故障率高。針對以上問題，本文利用DSP芯片設(shè)計(jì)了一種新型智能雙電源電子快速切換系統(tǒng)，具有分析準(zhǔn)確、執(zhí)行快速、智能化強(qiáng)的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

我國《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》一級負(fù)荷的供電可靠性要求中明確指出，一級負(fù)荷應(yīng)配置雙電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞；對于一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個(gè)電源供電外，還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。從以上規(guī)定可以看出，對于用電可靠性高的場合，例如銀行、醫(yī)院、鐵路、電力、電信等部門或者其他一些關(guān)鍵設(shè)備，供電電源中雙電源切換系統(tǒng)的研制是必需的，其性能會直接影響到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全。

目前，我國的雙電源切換系統(tǒng)主要是利用單片機(jī)、交流接觸器、延遲繼電器等設(shè)備組成切換系統(tǒng)，可以形成具有一定遠(yuǎn)程控制能力的無人值守故障切換系統(tǒng)；但也存在切換速度慢、故障率較高和智能化水平較低的缺點(diǎn)。

根據(jù)以上要求，形成如圖1所示的雙電源切換系統(tǒng)。

圖1 雙電源切換整體設(shè)計(jì)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)部分。第一部分是現(xiàn)場檢測與控制部分，這一部分的核心是DSP，在本設(shè)計(jì)中選用TMS320F28335，是高性能的32位浮點(diǎn)中央處理器，時(shí)鐘頻率150 MHZ，時(shí)鐘周期6.67 ns，具有低功耗、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)。與DSP配合使用的是LCD屏，用于顯示電源的運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)場的檢測模塊集合了電量變送器、數(shù)據(jù)采集器等儀器，具體的測量功能包括：兩路電源的三相相電壓、頻率及相應(yīng)的電流、開關(guān)量等。除了測量模塊，與DSP直接相連的還有切換驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警模塊、電源狀態(tài)顯示模塊。在這其中，切換驅(qū)動(dòng)模塊完成從監(jiān)控系統(tǒng)下傳過來的執(zhí)行命令，從而完成主、備電源之間運(yùn)行的切換；報(bào)警模塊完成故障的報(bào)警功能。

系統(tǒng)的第二部分是提供遠(yuǎn)程通信的通信模塊，該模塊由嵌入式網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)組成。嵌入式網(wǎng)關(guān)與DSP芯片之間利用RS232串口通信，嵌入式網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程通信網(wǎng)之間采用通信接口卡相連，具體的方式由所選的通信網(wǎng)絡(luò)確定。在本設(shè)計(jì)中采用的通信網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)，接口協(xié)議是TCP/IP，通信速度可以達(dá)到10 Mb/s的通信速率，可以完全滿足現(xiàn)場通信速率的要求。

系統(tǒng)的第三部分是上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)的核心是專家判斷系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)對電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并自動(dòng)產(chǎn)生操作命令，同時(shí)將操作命令下傳至驅(qū)動(dòng)切換模塊，以完成電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的切換。

2 檢測與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用電壓互感器和電流互感器來檢測主電源與備用電源的電壓及電流等數(shù)據(jù)，所采集數(shù)據(jù)經(jīng)過交流放大電路傳輸至TMS320F28335中。

為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，在本設(shè)計(jì)中，沒有采用繼電器來驅(qū)動(dòng)控制，選用了無觸點(diǎn)開關(guān)。在所有的無觸點(diǎn)開關(guān)技術(shù)中，可選用的器件有可控硅、光耦三極管、達(dá)林頓管、晶閘管等。而本設(shè)計(jì)所需要的無觸點(diǎn)開關(guān)需要滿足以下條件：導(dǎo)通時(shí)間可以達(dá)到微秒級，能夠適用于交流負(fù)載且能夠抗擊瞬間大電流的頻繁沖擊。在所有的無觸點(diǎn)開關(guān)中只有以晶閘管為主體的開關(guān)可以滿足以上要求。普通晶閘管的開通和關(guān)斷時(shí)間能夠達(dá)到微秒級且可以抗擊瞬間大電流的能力，所以，晶閘管是無觸點(diǎn)開關(guān)的首選。

以無觸點(diǎn)開關(guān)為主體的雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 雙電源切換系統(tǒng)

3 通信模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的通信分為兩個(gè)層次：底層和中間層。底層通信完成采集數(shù)據(jù)和控制命令的傳遞，選用的通信方式為CAN總線形式。由于所選用的DSP芯片上已經(jīng)內(nèi)置了CAN接口模塊，所以依需求進(jìn)行連線就可以。

中間層的通信選用公共通信網(wǎng)絡(luò)，所使用的通信協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，并利用嵌入式芯片擔(dān)當(dāng)網(wǎng)關(guān)的角色。

DSP芯片與嵌入式網(wǎng)關(guān)之間利用RS232串口進(jìn)行通信，網(wǎng)關(guān)與通信網(wǎng)及上位機(jī)之間安裝相應(yīng)的網(wǎng)卡，完成通信功能。

網(wǎng)關(guān)與監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)之間選用客戶端/服務(wù)器模式進(jìn)行通信，具體過程為：

(1)服務(wù)器啟動(dòng)，等待請求；

(2)客戶機(jī)發(fā)出請求，到達(dá)相應(yīng)端口；

(3)服務(wù)器接收到客戶機(jī)的請求，進(jìn)行系統(tǒng)分析，如果客戶機(jī)請求合理，發(fā)出允許連接的命令；

(4)客戶機(jī)收到服務(wù)器的命令后，進(jìn)行連接，確認(rèn)連接后，發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。

TCP/IP協(xié)議采用socket套接字來完成客戶端和服務(wù)器的連接和數(shù)據(jù)交換，具體過程如圖3所示[2]。

圖3 套接字系統(tǒng)調(diào)用

4 總結(jié)

基于TCP/IP協(xié)議的雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)采用DSP作為底層核心控制芯片，提高了系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，可以有效地減少操作的失誤，是雙電源切換的良好方案。經(jīng)過現(xiàn)場使用證明，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1]賞星耀，項(xiàng)新建.雙電源智能自動(dòng)切換系統(tǒng)的研究[J].機(jī)電工程，2006(7)：18-19.

[2]郭晶晶.基于前端分區(qū)切換的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[D].廈門：華僑大學(xué)，2007：19-21.

Remote intelligent switching power supply monitoring system based on TCP/IP protocol

In order to guarantee the reliability of key equipment operation,a kind of intelligent remote switching power supply was put forward based on TCP/IP protocol for the need of uninterruptible power supply.The underlying of system uses the microcontroller to conduct the power supply's acquisition and control.The remote monitoring system was built by using TCP/IP link for remote communication.The conversion was finished between the main power supply and backup power supply in different fault for maintaining the continuity of power supply.

double power supply;automatic switching-over;remote monitoring;intelligence

TM 76

A

1002-087 X(2016)06-1296-02

2016-01-20

四川省教育廳高職院校信息化對標(biāo)框架和指標(biāo)分析研究一般項(xiàng)目(自然科學(xué))(15ZB0432)

毛茫茫(1979—)，男，四川省人，學(xué)士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。