通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在電力通信中的應(yīng)用探究

呂占杰

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050000）

0 引 言

在電力行業(yè)的快速發(fā)展中，相較于其他方式，電力線載波通信具有工期短、投資少、通信安全等諸多優(yōu)勢。通信線路一般隨輸電線路進(jìn)行延伸，但由于受到自然環(huán)境等的影響很容易破壞輸電線路，因此要對電力通信中的電源進(jìn)行有效監(jiān)控。

1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)屬于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，由3個(gè)部分組成。

（1）監(jiān)控單元。在通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控單元是重要的組成部分。通過監(jiān)控站與被監(jiān)控設(shè)備連接，連接后能對被監(jiān)控設(shè)備在運(yùn)行期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，了解設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)。上一級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所下達(dá)的對被監(jiān)控設(shè)備的信息可由監(jiān)控單元及時(shí)獲取與接收[1]。監(jiān)控單元在實(shí)際應(yīng)用中具有報(bào)表與信息統(tǒng)計(jì)功能，便于人們完成各項(xiàng)工作。

（2）監(jiān)控站。對被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各個(gè)單元的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)發(fā)送警報(bào)，同時(shí)能顯示監(jiān)控單元采集到的各類信息。此外，監(jiān)控站具備信息統(tǒng)計(jì)功能，可自動(dòng)生成工作人員所需的報(bào)表與曲線圖。

（3）監(jiān)控中心。在通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控中心屬于最高一級，可以對通信電源的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也能將所有信息打印出來。

2 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在電力通信中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)基礎(chǔ)

本研究中對于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所采取的方式為電力載波通信，運(yùn)用的技術(shù)為直接序列擴(kuò)展頻譜技術(shù)。在多數(shù)電力載波芯片中，直接序列擴(kuò)頻使用較為廣泛，應(yīng)用效果顯著。高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜可直接利用，擴(kuò)頻碼序列在接收端進(jìn)行解擴(kuò)，可還原寬的擴(kuò)頻信號。一般情況下，相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）調(diào)制的使用比較常見，這種方式誤碼率小，但發(fā)射功率較高，調(diào)制時(shí)會(huì)視同抑制載波的雙向平衡。

擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)信息的傳輸原理是在偽隨機(jī)碼序列中調(diào)制信息，然后再通過偽碼序列對載波進(jìn)行調(diào)制。其中，抑制載波平衡調(diào)制是擴(kuò)頻通信中對偽隨機(jī)碼信號的調(diào)制方式。設(shè)載波信號、偽碼信號分別為Acosωt、c(u,t)，可以將平衡調(diào)制波表示為：

二相鍵控調(diào)制時(shí)，調(diào)相波可表示為：

式中，θ為已調(diào)相波調(diào)制指數(shù)。

2PSK信號是有直接序列擴(kuò)頻調(diào)制生產(chǎn)的，載波由平衡調(diào)制抑制，c(u,t)沒有直流分量。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

XR2210/XR2206套片、SC128、SSCP300是目前常用的電力載波通信芯片，本設(shè)計(jì)所使用的芯片為SC128。該芯片在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)勢顯著，抗干擾、抗衰減效果好，而且芯片具有較強(qiáng)的集成性，能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻/解擴(kuò)、D/A轉(zhuǎn)換等各項(xiàng)功能。載波芯片與微處理器的接口方案如圖1所示。

圖1 載波芯片與微處理器的接口方案

2.3 系統(tǒng)電源監(jiān)控設(shè)計(jì)

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)與綜合上位機(jī)（監(jiān)控軟件平臺(tái)）共同組成。相關(guān)數(shù)據(jù)是電源監(jiān)控的關(guān)鍵所在，通過數(shù)據(jù)能對用戶供電是否正常等進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)傳入主機(jī)，電力載波則從從機(jī)傳入，然后在顯示器上對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。在對用戶供電是否正常、供電時(shí)間等進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，可以使用本系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)控。如果還要對用戶用電量等信息進(jìn)行監(jiān)控，則要將該系統(tǒng)讀入從機(jī)，可使用串口連接測量儀進(jìn)行此項(xiàng)工作。讀入后再將電力載波通信信息傳送給主機(jī)，然后對數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行顯示[2]。在與下位機(jī)保持通信時(shí)，可使用上位機(jī)軟件進(jìn)行操作，有效獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。在通信協(xié)議下，解碼接收數(shù)據(jù)可獲得下位機(jī)的監(jiān)控信息。主機(jī)和從機(jī)是下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的兩個(gè)部分，上位機(jī)的指令由主機(jī)接收，數(shù)據(jù)現(xiàn)場獲取。為實(shí)現(xiàn)通信，下位機(jī)需使用單片機(jī)。監(jiān)控主機(jī)與從機(jī)的程序設(shè)計(jì)框架基本相同，但在中斷后執(zhí)行的程序有所不同，要通過主機(jī)與從機(jī)的功能來判斷。

2.4 數(shù)據(jù)采集與傳輸

模擬量與數(shù)字開關(guān)量是通信電源系統(tǒng)監(jiān)控需采集的信號，直流電壓、負(fù)荷電流等是需采集的模擬量，可以與監(jiān)控電源的模擬量輸入接口直接連接。開關(guān)狀態(tài)等是數(shù)字開關(guān)量的主要內(nèi)容，可以與監(jiān)控單元的開關(guān)量輸入端直接連接。串行異步通信是通信電源監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控終端采用的連接方式，確定波特率為2 400～38 400 bit/s、串行接口為RS-232接口。短距離傳輸一般適合RS-232，但如果是長距離傳輸，則要加入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換裝置[3]。在監(jiān)控系統(tǒng)前端，外部接口器件是重要組成部分，可對信號檢出、將其轉(zhuǎn)換為前端可處理的數(shù)據(jù)等。

2.5 微環(huán)境監(jiān)測

目前，對機(jī)柜內(nèi)機(jī)架上的設(shè)備微環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測時(shí)需使用多傳感器自校正技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)信息預(yù)測技術(shù)的智能電源分配單元（Intelligent Power Distribution Unit，IPDU）。IPDU在對機(jī)柜進(jìn)行管理期間，可以對電壓、電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能對設(shè)備不同端口的電力參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。電力參數(shù)出現(xiàn)問題后可及時(shí)發(fā)出警報(bào)，確保設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量與效率。在不同接口模式的傳感器引入后，電子數(shù)據(jù)表格（Transducer Electronic Data Sheet，TEDS）格式的引擎矯正方式可對信息進(jìn)行自矯正。分段線性插值函數(shù)可對多參數(shù)傳感器參數(shù)進(jìn)行自校準(zhǔn)，K通道傳感模式矯正式為：

監(jiān)控的遙測數(shù)據(jù)如表1所示。

2.6 系統(tǒng)應(yīng)用

監(jiān)控中心主站是通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，不同模塊可滿足不同的監(jiān)控環(huán)境。為消除本地化差異，要求在滿足監(jiān)控性能的同時(shí)也要重視經(jīng)濟(jì)效益，監(jiān)控對象可針對各個(gè)站點(diǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整。在監(jiān)控系統(tǒng)中加入交直流輔助傳感器可對設(shè)備運(yùn)行期間的溫度、濕度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，確保設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性。將交直流傳感器加裝在通信電源上，可避免斷電風(fēng)險(xiǎn)，且在實(shí)際建設(shè)中工程量并不大。通過系統(tǒng)各類監(jiān)測模塊的應(yīng)用可以對通信電源進(jìn)行有效監(jiān)測，同時(shí)也能對溫度與濕度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，以通信協(xié)議為基礎(chǔ)向上層傳達(dá)信號。在計(jì)算機(jī)設(shè)備上安裝多個(gè)串口卡，滿足不同的使用需求。

通過對設(shè)備運(yùn)行的有效監(jiān)測，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，并能向管理員提供故障信息。在故障發(fā)生后觸發(fā)警報(bào)，幫助值班人員及時(shí)獲知故障信息，然后組織檢修人員進(jìn)行檢修與維護(hù)，及時(shí)消除故障。采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行管理，將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫文件夾內(nèi)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)，然后生成所需報(bào)表與曲線圖，從而為電力系統(tǒng)的維護(hù)提供參考與支持，為系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供保證[4]。

3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在智能化與自動(dòng)化方面依然有很大的發(fā)展空間，尤其是統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)時(shí)需要積極應(yīng)用智能技術(shù)。在智能化、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用下，能有效提升監(jiān)控系統(tǒng)的工作質(zhì)量與效率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。將多系統(tǒng)鏈技術(shù)運(yùn)用到通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中，能實(shí)現(xiàn)對通信電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過Web技術(shù)的合理使用能有效擴(kuò)展電子通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，且能降低監(jiān)控對象被漏檢的可能，自動(dòng)生成監(jiān)控報(bào)告，方便管理人員通過監(jiān)控報(bào)告了解具體情況，并及時(shí)排除故障[5]。由于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)涉及諸多設(shè)備，包括蓄電池組、柴油機(jī)組等，因此要對設(shè)備進(jìn)行有效管理，確保設(shè)備的安全、高效運(yùn)行。同時(shí)，也要在管理期間對機(jī)房溫度、濕度等進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，確保機(jī)房環(huán)境符合要求。不同設(shè)備的生產(chǎn)廠家不同，在同一個(gè)系統(tǒng)中要能協(xié)調(diào)運(yùn)行，按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行管理，強(qiáng)化設(shè)備管理效果，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化統(tǒng)一化發(fā)展。除此之外，分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control Systems，DCS）是監(jiān)控系統(tǒng)采用的主要方式，其基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。在DCS基礎(chǔ)上，還需使用獨(dú)家封閉式通信協(xié)議。為確保系統(tǒng)集成性，解決系統(tǒng)集成中存在的問題，可通過現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行處理。

4 結(jié) 論

穩(wěn)定性強(qiáng)、安全性高的通信電源是確保通信系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)作的關(guān)鍵部分。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在電力通信中的應(yīng)用有諸多要點(diǎn)需要注意，包括系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)等。通過科學(xué)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)能具備監(jiān)控、管理、警報(bào)等多種功能，滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際需求。與此同時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)朝著高智能化、自動(dòng)化、規(guī)范一體化的方向發(fā)展，從而有效提升其運(yùn)行質(zhì)量與效率，滿足電力行業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求。