光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制研究

陶玉春 孟德義 崔麗紅 肖春秋 陶冶

摘 要：目前，在市場(chǎng)化經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，因?yàn)殡娏Τ硐到y(tǒng)受到控制結(jié)構(gòu)和信道通信的不良影響，其受控效果不完善，在這個(gè)前提下，進(jìn)行光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制研究。通過(guò)分析主流電力抄表系統(tǒng)的原始控制結(jié)構(gòu)，令光電傳感器直接在系統(tǒng)主電路上設(shè)控，完善控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，符合系統(tǒng)適應(yīng)性需求。提出適用于電力抄表系統(tǒng)自動(dòng)控制的光電傳感器設(shè)計(jì)方法，將采集方位和采集時(shí)間嵌入JPEG圖像中，統(tǒng)一接受光電傳感器控制。針對(duì)光電傳感器下的控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電力抄表系統(tǒng)控制電路，介紹控制電路的抗干擾策略。選用型號(hào)為E3JM-DS7的光電傳感器，集成6路驅(qū)動(dòng)電路，完善控制電路功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光電傳感器所提供的控制策略在電力抄表系統(tǒng)中的可控范圍大，控制效果非常好。

關(guān)鍵詞：光電傳感器；電力抄表；系統(tǒng)；控制

引言

光電傳感器具有反應(yīng)速度快、檢測(cè)靈敏度及精度較高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于目前不同領(lǐng)域。而由于我國(guó)每年的用電負(fù)荷都處于急劇增長(zhǎng)當(dāng)中，現(xiàn)在施行的每家每戶都安裝電表舉措，大量增加了抄表人員的工作量，誤抄、漏抄等現(xiàn)象不可避免，電力抄表系統(tǒng)正在逐步開(kāi)發(fā)和完善當(dāng)中，因此，開(kāi)發(fā)利用新型高效技術(shù)進(jìn)行抄表勢(shì)在必行，光電傳感器憑借其自身優(yōu)點(diǎn)吸引廣大研究學(xué)者的關(guān)注，且已應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。將光電傳感器應(yīng)用與高壓斷路器電壽命的監(jiān)控系統(tǒng)中，利用光電傳感器收集目標(biāo)電流信號(hào)，然后進(jìn)行加權(quán)累計(jì)處理，計(jì)算高壓斷路器電壽命，實(shí)驗(yàn)證明使用光電傳感器后，有效提高了監(jiān)測(cè)的精確度，保障了其安全性能，具有良好的應(yīng)用前景。基于光電傳感器設(shè)計(jì)路燈的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)利用光電傳感器自動(dòng)控制路燈，具有良好的自適應(yīng)性能。光電傳感器的興起提供了一種新型控制策略，一部分開(kāi)發(fā)成果已在電力行業(yè)試運(yùn)行。電力抄表系統(tǒng)的控制電路是其重要結(jié)構(gòu)，光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)控制中的研究與應(yīng)用，將對(duì)電力行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文提出基于光電傳感器的電力系統(tǒng)自動(dòng)抄表控制方法研究，實(shí)現(xiàn)較大范圍的自動(dòng)抄表控制，且具有較高的控制性能。

1光電傳感器對(duì)電力抄表系統(tǒng)的影響

數(shù)據(jù)同控制指令的傳輸途徑叫做信道，有上層和下層之分，上層信道與計(jì)算機(jī)建立連接，下層信道開(kāi)展控制電路控制指令向計(jì)量電路傳遞等工作。信道通信方式多種多樣，現(xiàn)場(chǎng)總線、GPRS、光纖、無(wú)線電、傳感器等都可以作為通信媒介，現(xiàn)場(chǎng)總線頻率控制難度大、無(wú)線電穩(wěn)定性不強(qiáng)、光纖成本過(guò)高等問(wèn)題影響著電力抄表系統(tǒng)的受控效果。對(duì)于采用集中控制策略的電力抄表系統(tǒng)來(lái)講，主電路在電力控制中心上。對(duì)分布式控制來(lái)講，主電路貫穿系統(tǒng)總線和電力控制中心，信道長(zhǎng)，控制精準(zhǔn)。采用分布式控制策略的電力抄表系統(tǒng)為主流應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)用圖1描述，其具有分散采集電力抄表數(shù)據(jù)的高精度優(yōu)勢(shì)，但設(shè)施和電路間缺少協(xié)同作業(yè)能力，采集到的電力抄表數(shù)據(jù)與其它電路無(wú)法同享，電線布局繁雜，功能擴(kuò)展能力差。

光電傳感器由激光光源、光學(xué)通路以及一些光電元件構(gòu)成，光電傳感器作用在電力抄表系統(tǒng)的上層信道和下層信道，控制底層數(shù)據(jù)通信，重點(diǎn)處理計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，傳輸區(qū)間遍布系統(tǒng)主電路。在電力抄表系統(tǒng)的主電路上放置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一側(cè)發(fā)射穩(wěn)定的激光光源，用二極管接入光源能量，用光學(xué)通路檢測(cè)主電路中的電力抄表數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)信道在數(shù)據(jù)通信中，光電傳感器就會(huì)不停地輸出脈沖?？刂泼}沖信號(hào)就是一個(gè)調(diào)節(jié)主電路轉(zhuǎn)速的過(guò)程，用轉(zhuǎn)速反向控制電力抄表數(shù)據(jù)的采集和傳輸，如圖2所描述。

2光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制研究

2.1用于電力抄表系統(tǒng)的光電傳感器設(shè)計(jì)方法

光電傳感器最初是以JPEG（Joint Photographic Experts Group，聯(lián)合圖像專家小組）圖像作為依據(jù)。JPEG圖像是國(guó)際上第一個(gè)通用的圖像壓縮格式，技術(shù)水平成熟，解、編碼程序少，壓縮比例高，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖像同樣適用。由于必須區(qū)分電力抄表數(shù)據(jù)屬于哪個(gè)用戶電表箱，光電傳感器需要將電力抄表數(shù)據(jù)的采集方位和采集時(shí)間打印到JPEG圖像上，由此提出光電傳感器的設(shè)計(jì)方法。

JPEG圖像使用按序編碼，編碼流程如圖3所示，其將電力抄表圖像平均切割成行列、數(shù)均為8的數(shù)據(jù)塊，也就是64個(gè)數(shù)據(jù)塊，先進(jìn)行橫排掃描，再進(jìn)行豎排掃描，將掃描數(shù)據(jù)排成一列進(jìn)行離散余弦變換。變換數(shù)據(jù)輸入量化設(shè)備排列成“之”字形輸出，變換標(biāo)準(zhǔn)參照電力抄表系統(tǒng)的量化控制文件。熵值編輯器采用哈爾曼編碼表將量化設(shè)備的輸出改寫(xiě)成文本壓縮數(shù)據(jù)。二值化文本壓縮數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)末尾嵌入電力抄表數(shù)據(jù)的采集方位和采集時(shí)間，之后進(jìn)行解碼，修改JPEG圖像灰度，完成文字嵌入。

從圖3可看出，光電傳感器對(duì)電力抄表系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在兩個(gè)部分。第一部分，光電傳感器直接在系統(tǒng)主電路上設(shè)控，延長(zhǎng)了總線長(zhǎng)度，方便接口使用，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信分享電力抄表數(shù)據(jù)。電力抄表數(shù)據(jù)采用光電數(shù)字信號(hào)傳輸，比模擬信號(hào)傳輸消耗的電線長(zhǎng)度和接口數(shù)量少很多，用電保護(hù)設(shè)施可以相應(yīng)減少。傳統(tǒng)總線分布方式與通信協(xié)議的兼容性不好，而光電傳感器進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，符合電力抄表系統(tǒng)的適應(yīng)性需求。

2.2光電傳感器下的系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)

光電傳感器下的電力抄表系統(tǒng)控制電路安置在電表箱內(nèi)，繼電器控制電表箱通電與斷電，供電電源為10V，圖4是控制電路圖，圖4中，繼電器T的額定電壓為10V，最小吸合電壓和釋放電壓分別為6.9V和1.5V，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)功率為150W。數(shù)據(jù)采集電路要求切斷電表箱電源采集電力抄表數(shù)據(jù)，緩沖器D通過(guò)主電路連接點(diǎn)的通用輸入輸出傳遞出高電平，架空繼電器，實(shí)現(xiàn)電表箱斷電；通電時(shí)再傳遞出低電平，重置繼電器，繼續(xù)控制電表箱通電。電源開(kāi)關(guān)采用220V家庭電源供電，應(yīng)用了節(jié)能技術(shù)。

利用E3JM-DS7型號(hào)光電傳感器控制電路連接，其具有耐高壓、抗大電流、自動(dòng)防電磁干擾等優(yōu)良性能，最大感應(yīng)距離為5m，可以在粉塵環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。采用雙列直插式封裝技術(shù)，最大管腳數(shù)量為100個(gè)，雙入線形式。由八個(gè)硅膠三極管構(gòu)成，分別串聯(lián)了八個(gè)機(jī)電電阻，采用標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序，控制指令到達(dá)E3JM-DS7光電傳感器并進(jìn)行下一步傳輸時(shí)，可通過(guò)緩沖器D優(yōu)先處理電力抄表數(shù)據(jù)。集成6路驅(qū)動(dòng)電路，由圖4可看出，電力抄表系統(tǒng)使用了其中3路，驅(qū)動(dòng)繼電器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和數(shù)據(jù)采集電路，還可以另外加入數(shù)顯屏幕、指示器和步進(jìn)電機(jī)，完善電力抄表系統(tǒng)控制電路的個(gè)性化功能。

2.3控制電路抗干擾策略

E3JM-DS7光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，可以保護(hù)控制電路免受環(huán)境干擾，其抗干擾策略主要包括控制單指令冗余、陷阱攔截和循環(huán)定時(shí)。光電傳感器控制電力抄表系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)CPU調(diào)用指令是從指令碼過(guò)渡到指令數(shù)，當(dāng)控制電路中出現(xiàn)干擾，控制指令離開(kāi)既定信道，指令碼與指令數(shù)局部分離混合在一起，導(dǎo)致控制失敗。在指令碼與指令數(shù)的分離部位嵌入單指令冗余數(shù)據(jù)，可防止分離部位遮擋重要指令。在信道中布置陷阱，攔截混合指令，可使局部分離數(shù)據(jù)回歸到原有信道中。1K的信道區(qū)間通常布置2個(gè)陷阱。當(dāng)控制指令在控制電路中陷入無(wú)限循環(huán)，通過(guò)循環(huán)定時(shí)停止控制指令實(shí)施。

結(jié)語(yǔ)

本文研究光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制應(yīng)用，提出了用于電力抄表自動(dòng)控制的光電傳感器設(shè)計(jì)方法，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制電路以及抗干擾策略。通過(guò)改變控制指令傳輸速度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析了光電傳感器在電力抄表系統(tǒng)中的控制效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光電傳感器控制下的電力抄表系統(tǒng)控制效果非常好。

參考文獻(xiàn)

[1]陳剛，趙雙雙，陳銘明，等.光學(xué)電流互感器技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2017，（20）：86-89.

[2]王建強(qiáng)，許鵬，謝正光，等.無(wú)線燃?xì)獗沓硐到y(tǒng)的集中器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2016，35（5）：1624-1629.

[3]李英杰，翟瑞占，韓長(zhǎng)偉.基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（14）：105-115.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司）