电力通信设备超低功耗抗干扰自动控制系统设计

赵慧峰

(三门峡职业技术学院智能制造学院，河南 三门峡 472000)

1 设计超低功耗抗干扰自动控制系统的重要意义

电力通信设备是电力系统运行中不可缺少的组织结构，如果电力通信设备的高能耗、抵抗干扰能力差的问题得不到有效解决，将会造成大量的能源消耗，给人们的正常用电带来麻烦，所以对于超低功耗抗干扰自动控制系统的研究十分关键，对于电力企业、电能使用者和社会都具有重要的意义。首先，超低功耗抗干扰自动控制系统的研究对于电力企业而言是非常重要的。该控制系统的研究能极大改善电力系统运行中出现的能源消耗过大问题，减少电力企业对电力系统运行投入的成本，实现电力企业效益的增加。其次，超低功耗抗干扰自动控制系统的研究对于用电者来说具有一定的意义。自动控制系统的研究在很大程度上提高了电力通信设备运行的高效性，保证了电力系统的正常运行，让使用者用电更加放心，更加安全。另外，减少电力能耗，电力供应更加充足，电费也会减少，为用户节约使用成本。最后，电力通信设备使用的广泛性，使其系统升级的影响力增加。通过超低功耗抗干扰自动控制系统的研究，电力系统会更加稳定，电力供应更加充足。生产企业的电力能源充足，将会极大促进生产发展，提高生产力，促进工业进步，对于社会各用电环节也起到了很大的帮助，如城市照明系统。此外，超低功耗抗干扰自动控制系统的研究实现了节能减排，符合国家发展环保理念，对于社会的可持续发展具有一定的意义。

2 超低功耗抗干扰自动控制系统的设计实验

2.1 传统通信设备自动控制系统的干扰问题

电力通信设备包括通信电源、传输设备及接入设备等部分，在电力系统运行中起到重要的作用[1]。传统电力通信设备使用传感器进行数据收集工作，而室外工作环境的影响因素比较复杂，导致能源消耗比较大，抗干扰能力较弱。为了提升自动控制系统的抗干扰能力，要针对电力设备自动控制系统的干扰因素进行分析。第一，自动控制系统受外部电网的干扰。电网运行、变压器及其他电网系统设备运行产生的电波和高次谐波都会对自动控制系统产生干扰。第二，在电力设备附近，有很多大型的电力控制设备，如大型电机、大容量电器等，这些设备开始工作或停止工作时，都会对电力设备自动控制系统产生电磁感应干扰。第三，电力通信设备的运行会受到空中电场电容产生的耦合干扰。第四，电力电网系统布置过程中，要架构网线，如果网线架构混乱，也会产生一定的干扰。第五，电力通信设备工作过程中，需要长距离传输，传输中电波的产生和变动会对系统产生干扰。

2.2 通信设备抗干扰低功效自动控制系统的设计实验

对电力通信设备产生干扰的因素有很多[2]，所以对电力设备自动控制系统进行超低功效及抗干扰性研究非常必要。某电力技术团队对超低功耗抗干扰自动控制系统进行实验研究，针对超低功耗抗干扰自动控制系统进行分析，分别进行控制系统硬件设计和软件设计。本实验使用的设备主要是嵌入式MPU微处理器和C/S模式系统。

2.2.1 自动控制系统的硬件设计

在通信设备自动控制系统硬件设计中，超低功耗和抗干扰能力是本次设计的主要内容。传统自动控制系统中，采用传感器进行数据获取，功耗较大，为解决这一问题，在硬件设计中，改进了获取数据方式，采用输入电信号方式进行数据获取。改进控制系统中的PLC，改善编程处理器的保养模块，并做好相应的电路连接工作。另外，硬件设计中，设计人员使用直流供电的方式，降低了电力的消耗。

将电力系统的控制规则内容储存在系统储存器内，设计中要求储存器具备记忆功能[3]。储存器设计中，要将控制逻辑程序固化，并限制逻辑编程访问权限，保证只有管理人员才能有权对程序进行修改，这样的设计在很大程度上提高了系统硬件的安全防护性，提高了抗干扰能力。设计中，使用系统接收元件与系统内的PLC进行连接，连接后可直接输入直流电信号。硬件系统的输出方式可采用晶闸门输出或晶体管。硬件设计中，采用直流电输入，所以应选择与之匹配的开关装置。本设计中采用的是DIP插件50 A 120 V DC型号的操作开关，该型号开关可以控制的最大电压是120 V，开关通电后，为了获取直流电力，可使用桥式整流法，整流中使用1N4007设备。整流过程中，遵循的计算公式是：

公式中，F0表示进行桥式整流的调整范围，Qt表示桥式整流后使用的最大交流电，n表示整流过程中目标的转换率，na是在整流过程中直流电转换率的最大值，Qa代表的是直流电限制最大值。

设计过程中，设计人员对控制系统进行操作，启动限位开关，并进行直流电供应。电流供应后，系统可自动收取系统发出的通信信息，此时收到信息的硬件系统中央处理模块可对已收信息进行分类并开始计算，计算完成后进行明确的反应，将经过处理计算后的数据通过晶体管和晶体闸门进行输出，完成硬件系统的自动控制[4]。当输出指令传输到显示模块时，信息显示单元发挥作用，使控制成为具体指令。

在设备显示单元连接过程中，可采用不同的交流电形式进行电力供应，显示模块的数据处理可由数据转换器进行控制。转换器的数据传递方式选择计算机COM口进行。数据信息传递处理后，呈现在显示模块中。

2.2.2 自动控制系统的软件设计

硬件设计完毕后，要对电力通信设备超低功耗与抗干扰控制系统进行软件设计。软件设计分为两部分，一是对自动控制系统的网关结构进行设计，二是进行通信程序设计[5]。网关结构的合理设计有利于降低自动控制系统的功耗，而嵌入式MPU微处理器是在网关设计中使用。该型号处理器可对系统的储存模块进行有效保护，采用了ARM体系。嵌入式MPU微处理器在数据传输过程中，主要依靠外围传输串口。本设计中使用的是CA-245型号串口。此外，C/S模式系统的应用有效解决了软件设计中的数据交换问题，C/S模式系统的应用，对电信号进行了有效的逻辑控制。设计中，通过以下公式计算电力通信设备的控制范围：

公式中，a和b分别表示设计中的节点位置，ηab表示Sink节点的控制范围。系统发出控制命令后，系统软件通过该公式进行相应的计算，实现软件设计的具体应用。

2.2.3 具体实验

电力通信设备超低功耗抗干扰自动控制系统设计完毕后，设计人员对该系统进行实验研究，并与传统电力通信设备自控系统进行对比，对实验数据进行分析。

本实验只利用一种电力通信设备进行实验，将两种系统分别安装于电力通信设备中，进行实验对比，对比内容包括系统功耗比例、抗干扰效率及控制准确率三个方面。

本实验共需要进行五组数据实验，保证实验的科学性和准确性。采用同一种电力通信设备是为了防止实验中因电力设备不同导致功耗因素和抗干扰因素出现差异。电力通信设备的干扰因素包括内部因素和外部因素，所以实验环境一定要进行高度模拟仿真，以达到实验效果并保证五组实验在相同的实验环境内进行，以进行合理的数据记录和分析。实验开始前，要进行一次预实验，实验中要监测电力通信设备运行是否正常，参数是否符合正常值，并查看设计系统和传统系统是否存在问题，确认无误后进行具体实验。实验分五组进行，每组的实验流程及实验方法要一致，不得有任何差异。实验完毕后，对电力通信设备的耗能量、抗扰率及精准性进行真实记录，做好相应的对比工作。

2.2.4 实验数据分析

通过实验和计算，得出相关数据。第一组实验中，传统自动控制系统的功耗和抗干扰能力分别为80.16%、72.25%。设计的超低功耗抗干扰自动控制系统的耗能和抗干扰率则为72.27%、74.53%。第二组实验中，传统系统数据分别为86.51%、76.12%，抗干扰及低功耗系统数据为77.02%，79.67%。第三组实验中，传统系统数据分别是73.55%、78.65%，设计系统数据为64.51%，85.33%。通过三组数据就可以明显看出，设计系统的功耗要小于传统控制系统的功耗且抗干扰性能要优于传统系统，真正减小了电力通信设备自动控制系统的功耗，提升了抗干扰能力。另外，记录了两种系统的准确率，发现本设计的超低功耗抗干扰控制系统要比传统系统的控制准确率更高。

3 超低功耗抗干扰自动控制系统的应用

超低功耗抗扰自动控制系统的研究对于电力系统而言具有非常重要的意义。系统要真正应用于实际，需要经过反复仔细地研究，保证系统应用的合理性、科学性。本研究系统可应用于电力通信设备，如电力通信系统中的交换机，减少交换机的耗能。随着新系统的完善，将会应用于更多的电力通信设备。

4 结语

自动控制系统超低功耗及抗干扰性能研究对电力通信设备有非常重要的作用，可使电力通信设备降低能耗，提升控制精准性，保证电力系统的正常运行，实现电力能源的节约。