嵌入式計(jì)算機(jī)在電力設(shè)備監(jiān)測中的運(yùn)用分析

許 鑫

國網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350001

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，將嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式融入電力設(shè)備監(jiān)測管理工作中具有重要的推廣價(jià)值，能在提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性的同時(shí)，完善電力設(shè)備監(jiān)測監(jiān)控模式，為設(shè)備檢測實(shí)用性水平的提升提供支撐。

1 嵌入式計(jì)算機(jī)概述

近年來，電力系統(tǒng)安全監(jiān)控及控制儀器等方面的發(fā)展有著顯著變化，向著更加便攜、更多功能、更靈活的數(shù)據(jù)通信模式發(fā)展。并且，配合大容量數(shù)據(jù)存儲功能模式和友好的人機(jī)接口智能化模式，在提升應(yīng)用效率的同時(shí)，建設(shè)出更加完整的系統(tǒng)運(yùn)行框架。這需要嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為關(guān)鍵技術(shù)支撐。嵌入式計(jì)算機(jī)本身配置處理能力和工作頻率較好的處理器，能實(shí)現(xiàn)多樣化的外接處理，確保匹配電力安全監(jiān)控?cái)?shù)字化發(fā)展的需求[1]。

嵌入式計(jì)算機(jī)主要分為4個(gè)基本層級。

（1）硬件層。作為嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)，能借助接口處理實(shí)現(xiàn)CPLD邏輯設(shè)計(jì)，并且能滿足操作系統(tǒng)內(nèi)核和調(diào)度性要求。

（2）驅(qū)動(dòng)層。主要是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的讀取和應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法、操作系統(tǒng)處理及編輯原理等就能實(shí)現(xiàn)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)控制。

（3）操作系統(tǒng)層。實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的移植和應(yīng)用處理，并且能配合操作系統(tǒng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)維持操作的流暢性。

（4）應(yīng)用層。實(shí)現(xiàn)編程接口函數(shù)調(diào)用處理工作。

2 嵌入式計(jì)算機(jī)在電力設(shè)備監(jiān)測中的運(yùn)用

2.1 在輸電線路舞動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

對于電力設(shè)備管控工作，輸電線路的實(shí)時(shí)性監(jiān)控和控制是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)?；谇度胧接?jì)算機(jī)系統(tǒng)完成輸電線路驅(qū)動(dòng)監(jiān)控，能更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)線路的實(shí)際情況，減少閃絡(luò)、導(dǎo)線金屬部件受損、線路跳閘停電等問題，從根本上提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，為綜合管控輸電線路提供保障。

（1）主要內(nèi)容。借助GSM數(shù)據(jù)通信有效對輸電線路予以在線監(jiān)測，配合導(dǎo)線舞動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)性在線遠(yuǎn)程監(jiān)控工作，就能對舞動(dòng)幅度較大的狀態(tài)予以捕捉，然后向監(jiān)控中心發(fā)送相應(yīng)的警告信號。為了保證相應(yīng)系統(tǒng)能發(fā)揮實(shí)際價(jià)值，要在實(shí)施軟件和硬件處理邏輯工作的同時(shí)完成指標(biāo)的設(shè)定處理，配合先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用工序，最大限度地提高相關(guān)配置的應(yīng)用靈活度，也為避免器件的相互干擾提供保障。

（2）整體架構(gòu)和數(shù)據(jù)通信平臺。第一，在輸電線路桿塔的相應(yīng)位置安裝匹配的采集終端和監(jiān)控主站，從而及時(shí)獲取數(shù)據(jù)和信息，并且，應(yīng)用公用移動(dòng)通信網(wǎng)就能完成數(shù)據(jù)的傳輸和匯總?？傮w監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。為了準(zhǔn)確完成導(dǎo)線在空中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測工作，利用GSM無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，設(shè)置輸電線路采集終端和后臺接收中心。①輸電線路采集終端：采取太陽能電池板充電的方式，借助導(dǎo)線監(jiān)控專用紅外攝像頭、內(nèi)存SDRAM模塊及圖像處理模塊等，對相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)性管控。②后臺接收中心：主要包括接收中心主機(jī)設(shè)備和數(shù)據(jù)管理軟件，幫助及時(shí)完成數(shù)據(jù)的匯總和分析。與此同時(shí)，配合基于太陽能的電源模塊，能在維持電源高效率的同時(shí)對多路電源予以逐次降壓處理，配合+12 V集成開關(guān)電源芯片，就能獲取相應(yīng)的支持，3.3 V電源利用TPS76718QD就能完成電源電壓的實(shí)時(shí)性管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主板運(yùn)行的規(guī)范性。

圖1 總體監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖

第二，在數(shù)據(jù)通信平臺的構(gòu)建過程中，要結(jié)合時(shí)分多址技術(shù)，確保移動(dòng)通信體制應(yīng)用的規(guī)范性，匹配GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，建構(gòu)更加合理的信息存儲和轉(zhuǎn)寄，并且維持實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)短信息業(yè)務(wù)的自動(dòng)雙向傳遞。在平臺中，要應(yīng)用串口控制SMS，采取串行異步通信接口，設(shè)定通信速度的同時(shí)，利用I2C總線擴(kuò)展功能，在存儲數(shù)據(jù)的同時(shí)及時(shí)分析數(shù)據(jù)的特性，確保短信業(yè)務(wù)SMS能借助信令信道完成實(shí)時(shí)性傳輸。目前，我國市面上多數(shù)收集都支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集，能實(shí)現(xiàn)對SMS的合理性控制，在指令發(fā)送和接收的過程中，單片機(jī)控制的GSM模塊就能對AT指令予以管理[2]。AT指令信息內(nèi)容如表1所示。

表1 AT指令信息內(nèi)容

（3）軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用線程結(jié)構(gòu)，設(shè)定圖形界面接口響應(yīng)模塊，利用采集圖像數(shù)據(jù)的方式，在完成采集后就能及時(shí)將消息發(fā)送到主線程中，完成圖形化顯示。具體而言，按照以下流程實(shí)現(xiàn)對應(yīng)功能：①開啟程序，啟動(dòng)主線程；②創(chuàng)建圖像化界面；③啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集線程；④打開初始化圖像采集設(shè)備；⑤打開設(shè)備評估初始化狀態(tài)；⑥采集圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到主線程，啟動(dòng)線程中識別算法，對線路予以識別和標(biāo)注，并且顯示出捕捉到的輸電線路圖片，有效計(jì)算舞動(dòng)角度；⑦若是舞動(dòng)角度超出閾值或者大于設(shè)定的數(shù)值，就要按照指定通信協(xié)議完成AT指令串口寫入處理并發(fā)送GSM，若是未超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，則結(jié)束采集[3]。

2.2 在紫外內(nèi)窺檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）基本原理。結(jié)合電氣設(shè)備的應(yīng)用狀態(tài)可知，不同放電階段會產(chǎn)生不同的光譜放電現(xiàn)象，尤其是在電暈放電光譜中，紫外光譜段發(fā)光較為明顯。因此，通過檢測放點(diǎn)發(fā)出的紫外線，就能對放電情況的強(qiáng)弱予以實(shí)時(shí)性評估，確定設(shè)備運(yùn)行的基本狀態(tài)，配合高靈敏度紫外傳感器，最大限度地提升安全隱患問題的預(yù)報(bào)效率，及時(shí)落實(shí)相應(yīng)的控制機(jī)制，保障電力系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的安全性。

（2）硬件及驅(qū)動(dòng)?；谇度胧郊夹g(shù)和光電檢測技術(shù)，配合紫外放電檢測過程和內(nèi)窺圖像重建過程，能有效完成相應(yīng)數(shù)據(jù)的匯總和分析。在整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中，工業(yè)內(nèi)窺探頭、傳感器、嵌入式計(jì)算機(jī)、GPRS通信模塊都能發(fā)揮其實(shí)際作用。硬件及驅(qū)動(dòng)原理如圖2所示。

圖2 硬件及驅(qū)動(dòng)原理示意圖

（3）軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。結(jié)合工業(yè)內(nèi)窺軟件控制系統(tǒng)，建立完整的多線程結(jié)構(gòu)模式，在響應(yīng)圖形界面戶接口信息的同時(shí)，配合數(shù)據(jù)采集線程，就能及時(shí)完成圖像數(shù)據(jù)和紫外放電檢測數(shù)據(jù)的匯總，及時(shí)建立圖形化顯示模式[4]。具體流程如下：①開啟程序并啟動(dòng)主線程；②創(chuàng)建圖像化界面；③啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集線程；④開啟初始化圖像采集設(shè)備和紫外設(shè)備；⑤采集相關(guān)圖像數(shù)據(jù)并完成紫外放電檢測工作；⑥當(dāng)圖像和紫外數(shù)據(jù)就緒時(shí)，則及時(shí)發(fā)送，確保主線程能獲取相關(guān)信息，并且進(jìn)行HPEG圖像壓縮和黑白二值化后再壓縮[5]；⑦評估是否通過GPRS發(fā)送，若是利用其完成發(fā)送，就要保證數(shù)據(jù)能按照指定的通信協(xié)議加入AT指令串口內(nèi)容中，若是不同，則結(jié)束采集。

3 結(jié)束語

總之，在電力設(shè)備監(jiān)測工作中應(yīng)用嵌入式計(jì)算機(jī)，能打造更加有效且安全的運(yùn)行環(huán)境，配合紫外內(nèi)窺檢測模式和舞動(dòng)監(jiān)測模式，就可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取防控措施，提升電力設(shè)備監(jiān)測能力，形成更加安全、高效的運(yùn)行環(huán)境，為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。