电气设备敏感信息智能监测系统设计

张发庆

(郑州市科技工业学校，河南 郑州 450003)

1 引言

目前我国电力企业所使用的电力监测系统主要有输电线路温度在线监测系统、架空输电线路雷电监测系统、汽轮发电机组轴系扭振在线监测系统等，缺乏服务于电网整体的电气设备敏感信息智能检测系统。随着我国计算机、互联网技术的不断发展我国研究机构开始在分析云计算、大数据、智能网关的基础上着力于建立电力大数据平台总体架构，试图形成一个与互联网深度融合在线管理解决方案。而美欧等国家则倾向于通过人工智能技术对电气设备进行本地化的调控。结合我国现有的研究积累，本次研究专门设计一种智能监测系统，该系统可用于获取电气设备电压、电流、温湿度等敏感参数，并借由以太网为数据服务器传输电气设备敏感信息，进而实现数据的实时性获取与统一计算，提高电气设备监测效率。

2 系统整体结构

2.1 系统硬件组成框架

本次研究所设计的监测系统主要由数据采集模块、传感器组、通信模块和运算控制模块所组成。其中数据采集模块主要负责AD 转换、传感器组负责采集电气设备敏感数据，运算控制模块处理对所采集到的数据进行处理与计算，通信模块负责向数据库器上传经过处理的数据。系统硬件组成框架如图1所示。

图1 智能监测系统硬件组成框架

2.2 系统软件设计架构

本次研究所设计的监测系统软件功能结构如图2所示，控制功能模块具体涉及断路器磨损监测、自动重合闸等功能。其中断路器磨损监测功能具体包括实时监测并显示电缆连接、断路器、母排搭接等状态；自动重闸功能负责对断路器电流实施监测，并在高于系统定值的情况下将负荷开关切断，以维护电气设备安全运行；显著功能模块负责显示告警信息、状态指示、一次接线图，其中状态指示涉及断路器工作位、手车分位、地刀分位等电气设备运行状态信息。系统设置模块负责显示电气设备所在的MAC 地址与IP 地址并为设备设置密码。告警信息功能模块负责测量电气设备的温湿度并提供高温报警服务。

图2 智能监测系统软件设计架构

本次研究所设计的监测系统通过C语言进行软件开发，软件运行环境为嵌入式实时操作系统uC/OS_II，开发环境为Keil uVersion4。支持7吋可触摸液晶监视器，可以实时显著电气设备敏感信息。软件主要功能包括手动设置系统参数（IP地址、MAC地址等）、实时显示遥信、遥测状态实时值、电气设备的启动与停车等，同时也可用于账户和密码管理。

图3为系统软件运行流程，用户通过主界面完成登录并选择功能模块，并由监视器将触摸信息转换为控制信息，进而实现对于电气设备的现场控制。

图3 软件运行流程图

3 系统硬件选型

3.1 采集模块

数模转换芯片选用德州仪器生产的PCM1804-Q1 型AD转换芯片，该元件内置有差支模块输入模块和抗混入滤波器，所有功能均集成在28 脚SSOP 集成块中，并且支持DSD 输出；信号AD 转换选用ADI 公司生产的16 位6 通道A/D 转换器件AD7606 芯片，该元件具有低功耗、高速率的特点，各通道吞吐率达200kSPS。

3.2 FTGA采样控制电路

FTGA采样控制电路负责向CPU传输来自于采样芯片的采样信号。通过现场可编程门阵列FPGA 控制AD 采样芯片AD7606 和PCM1804-Q1。采集终端FPGA 芯片选用Xilinx公司设计的XC3S200AN芯片，该元件负责将采样信号定时发送给采样芯片，再由接收到采样后的AD7606 和PCM1804-Q1 采集数据。在完成数据采集，CPU 向接收到来自于XC3S200AN 芯片的DMA 中断信号，DMA 中断处理程序会以DMA 方式将所采集到的数据发送至数据缓存区缓存。

3.3 运算控制模块

运算控制模块选用NXP 公司制造的LPC4357 型ARM架构处理器，该元件内置有Cortex-M0 协处理器和Cortex-M4微控制器，运行频率高达240MHz。

3.4 存储模块

存储模块采用含有静态随机存储器SRAM的LPC4357型处理器，在此基础上扩展动态随机存在器SDRAM。SDRAM采用Hynix公司生产的S57V2562GTR型芯片，该元件刷新周期为64ms，工作电压为3V～3．6V，内存空间64MB。

3.5 通信模块

通信模块包含以太网通信和RS232串口通信两种，其中RS232串口通信传输速度快但传输距离较短，一般用于调试和下载程序。以太网和RS-232 相结合的双通信模块兼顾了监测系统在长距离通信和快速通信两方面的需求。

4 软件平台设计

4.1 Web端软件部署

本次研究所使用的程序编译工具为来自微软公司的Visio Studio2010，Web 端软件发布过程如图4 所示。在“PowerCloud”上单击右键并在所生成的列表中单击“发布”，将发布方法设置为“文件系统”；在硬盘中专门新建“Power-Cloud”文件夹并将其设定为目标位置，左键单击“发布前删除所有现有文件(A)”，最后在圣诞柜下方单击“发布”。

图4 Web端软件发布过程

双击“服务和应用程序”并将其打开，进入“信息服务管理器”，在“应用程序池”中单击左键，在所生成的列表中左键单击“添加应用程序池”，将“PowerCloud”设置为程序池名称，勾选“立即启动应用程序池”，托管管道模式选择“集成”，NET Framework版本选择“．NET Fram ework v4．0．30319”，在对话框下方单击“确定”即可完成程序池的添加操作。

4.2 终端软件部署

如图5 所示，在智能监控终端中导入完成编译的代码，通过RS232 串口数据线和sscom4．2 串口通讯工具软件向智能监控终端上传test．bin 文件，最后在嵌入式操作系统uC/OS_II中运行软件程序。

图5 监控平台主界面

5 系统应用测试

在登录界面上完成登录操作后进入如图5 所示的主界面，该界面由“计划电量与累计电量”、“电量占比和功率占比”、“电量数据分析列表”、“业务数据分布”、“终端设备用途”、“今日数据分析”。其中“业务数据分布”模块负责显示平台中各项设备在一周内的用电量与系统安全运行天数，帮助工作人员直观地获取配电线路的用电情况；“计划电量与累计电量”模块负责通过二维图形显示各设备的计划使用电量和累计使用电量；“电量占比和功率占比”模块同样通过二维图形显示各个设备在本年或本月中的功率占比和用电占比；“电量数据分析列表”负责提供各终端的用电状况数据，比如终端ID 为“中汇逆变器”的终端设备今日电量累计15600Kwh，低压累计4600Kwh，高压累计11000Kwh，今日总单量为20000Kwh，低压侧为5000Kwh，高压侧为15000Kwh；“终端设备用途”模块提供各终端设备的具体用途；“今日数据分析”模块负责提供提供与系统运行状态相关的各项主要数据，比如平台设备在线率、设备用电日均量以及年电量使用总额等。基本实现监测结果的动态化、可视化，可显著提高电气设备管理工作效率。

6 结束语

本文详细介绍了电气设备敏感信息智能监测系统的整体设计方案，并提出了相应的软硬件设计策略，通过监控系统界面对电气设备的运行状态进行监测与调整，基本实现监测结果的动态化、可视化，可显著提高电气设备管理工作效率。