一種通信用高頻開關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案

1 引言

　　近年來，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以數(shù)字程控交換機為代表的各種通信設(shè)備正朝著集成化、智能化和模塊化方向發(fā)展，因而對通信電源系統(tǒng)的要求也越來越高。目前我國電信部門廣泛使用的新型高頻開關(guān)型整流器，具有高頻、高效、高可靠性、高功率因數(shù)和高功率密度等先進性能，正逐步取代傳統(tǒng)的相控型整流器。
　　正是基于以上考慮，我們研制了一套通信用高頻開關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的PWM高頻整流技術(shù)和微處理控制技術(shù)，由模塊式結(jié)構(gòu)的整流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。本文對其組成、原理和菜單式操作方法進行了深入地研究。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能

　　監(jiān)控系統(tǒng)是高頻開關(guān)型整流器的監(jiān)控中心，監(jiān)視和協(xié)調(diào)各整流模塊的工作，檢測系統(tǒng)的各項參數(shù)，處理告警信息，提供人機界面給用戶操作，從而控制整個電源系統(tǒng)的運行。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　高頻開關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)框圖

　　監(jiān)控系統(tǒng)主要由告警模塊，RS485和RS232通信接口以及整流模塊內(nèi)的單片機等組成。告警模塊通過RS485通信接口與各個整流模塊連接通信，以監(jiān)控其運行情況。告警模塊同時通過RS232通信接口與外設(shè)的PC機或終端機相互通信訪問，并通過調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)“三遙”。
　　監(jiān)控系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：
　?。?）控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的正常運行。監(jiān)控系統(tǒng)以設(shè)定的輸出電壓值、均衡充電值、輸出電流限流值等參考值為標準，控制高頻開關(guān)型整流器的正常運行。它周期性檢測高頻開關(guān)型整流器運行的主要工作參數(shù)，同時通過RS485通信接口訪問各個整流模塊，收集工作數(shù)據(jù)，將所獲得的信息進行處理并與設(shè)定的參考值進行比較，最后根據(jù)比較誤差來調(diào)整整流模塊的運行，直到達到設(shè)定值要求并且各個整流模塊滿足均流條件為止。
　?。?）提供人機界面，接受維護人員對高頻開關(guān)型整流器的控制。當(dāng)維護人員對高頻開關(guān)型整流器操作時，LCD顯示屏顯示用數(shù)字編號的功能菜單。維護人員可按照菜單上的提示，在鍵盤上按相應(yīng)的數(shù)字鍵，使監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行指定的功能。
　?。?）告警。監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)不斷地監(jiān)視高頻開關(guān)整流器的運行，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，就會產(chǎn)生一系列告警動作：
　　① 市電告警。
　　　　（a）若市電電壓低于185V或持續(xù)低于195V，則發(fā)出市電欠壓告警；
　　　　（b）若市電電壓高于265V或持續(xù)高于260V，則發(fā)出市電過壓告警；
　　　?。╟）若市電中斷或市電輸入部分發(fā)生故障導(dǎo)致整流模塊無法工作，則發(fā)出相應(yīng)整流模塊市電中斷告警。
　　② 系統(tǒng)實際輸出電壓超過設(shè)定的輸出電壓或是欠壓都會產(chǎn)生相應(yīng)告警。
　?、?整流模塊跳閘告警。
　　　?。╝）整流模塊因故障導(dǎo)致輸出電壓達到或超過硬件所能承受的最高電壓時會自動關(guān)閉并告警；
　　　　（b）整流模塊輸出電壓超過設(shè)定的過壓閉合電壓值時會自動關(guān)閉并告警；
　?、?整流模塊因溫度過高而自動關(guān)閉時，告警模塊會發(fā)出對應(yīng)的整流模塊過熱告警信息。
　　⑤ 告警模塊與整流模塊通信中斷時，告警模塊會發(fā)出某號整流模塊通信故障信息。
　?、?告警模塊的數(shù)字輸入接口信號滿足告警觸發(fā)條件時，會發(fā)出相應(yīng)的告警信息。
　　（4）對蓄電池實施完善的監(jiān)控功能
　?、?電池回路電纜壓降自動補償：當(dāng)蓄電池組容量較大時，其充放電流大，回路的壓降比較明顯。當(dāng)充電電流變化時，回路壓降也隨之發(fā)生變化，但這個壓降不能簡單地通過提高浮充電壓來補償，否則會影響蓄電池的充電電壓精度。為此該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了電池回路壓降自動補償?shù)墓δ堋Ｓ脩粼谙到y(tǒng)安裝完成并正常運行后，進入維護信息菜單，把電池回路電纜的電阻值輸入告警模塊。電源系統(tǒng)運行時，告警模塊會自動根據(jù)在線電池電流，計算出電池回路的壓降，并相應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)輸出電壓進行補償。
　　② 均衡充電控制
　?、?浮充電壓自動溫度補償
　　④ 電池組的不均衡監(jiān)測：正常情況下，電池組的各單體電池端電壓應(yīng)該相等。不均衡度超過50mv/cell則表明電池已損壞，為了及時發(fā)現(xiàn)電池不均衡的故障，測量電池組中各單體電池的端電壓就成為電源系統(tǒng)的日常維護工作之一。
　?、?檢測電池放電性能
　?、?分析電池單體故障
　　⑦ 電池容量試驗
　?。?）自動記錄、儲存高頻開關(guān)型整流器的運行信息
　?。?）對整流模塊實施完善的監(jiān)控
　?、?使整流模塊按系統(tǒng)設(shè)置運行
　　② 負載自動均分：告警模塊通過整流模塊不斷監(jiān)測系統(tǒng)輸出電流，若發(fā)現(xiàn)個別整流模塊的輸出電流與系統(tǒng)中所有整流模塊的平均輸出電流值相差超過4A，則控制所有輸出電流過大的整流模塊降低一個單位的輸出電壓，使該模塊提高輸出電流減少；同時控制所有輸出電流過小的整流模塊提高輸出電壓一個單位，使該模塊輸出電流增加。在告警模塊的控制下，整流模塊之間自動重新分配負載，從而達到均流工作的目的。
　?、?輸出過壓自動關(guān)閉
　　④ 限制輸出電流
　?、?整流模塊運行狀態(tài)信息自動儲存

3 告警模塊的組成及工作原理

　　告警模塊的系統(tǒng)方框圖如圖2所示。告警模塊的核心是DS80C320單片機，它采用典型的總線結(jié)構(gòu)，將單片機的內(nèi)部總線延伸到外部，其它部件則并行掛接在系統(tǒng)的總線上。該系統(tǒng)包括：

　?。?）系統(tǒng)總線，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線是傳遞CPU選擇要與之交換數(shù)據(jù)的存儲單元或外部設(shè)備的信號通道；數(shù)據(jù)總線是CPU各種儲存器以及外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)的通道；控制總線是CPU控制其它電路協(xié)調(diào)工作的通道。
　?。?）CPU，告警模塊的核心，它是程序執(zhí)行機構(gòu)，所有軟件功能都由CPU控制完成。
　?。?）可擦除可編程只讀存儲器EEPROM，它儲存的內(nèi)容在停電期間不會消失，但在系統(tǒng)運行期間可以進行修改。主要用于儲存一些重要的運行數(shù)據(jù)，如密碼、設(shè)定的參數(shù)，運行信號等。
　?。?）可擦除可編程只讀存儲器EPROM，用來儲存CPU所要執(zhí)行的程序（即軟件），即使停電也不會消失，系統(tǒng)運行期間也不會被改寫。
　?。?）隨機存儲器ROM，在系統(tǒng)運行期間可作注意讀寫，用于停電時保存系統(tǒng)運行過程中的可變數(shù)據(jù)及一些中間數(shù)據(jù)。
　?。?）LCD顯示屏及鍵盤，它是維護人員對系統(tǒng)控制操作的工具。顯示屏顯示系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)及操作菜單，指導(dǎo)維護人員通過鍵盤對系統(tǒng)進行控制操作。
　　（7）V/F單元，它把系統(tǒng)運行中的輸出電壓、市電輸入電壓、電池充放電電流及模擬電信號變成數(shù)字信號，送給CPU處理。CPU根據(jù)這些數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行控制和調(diào)整。
　　（8）數(shù)字輸入接口電路，該電路把外界的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成CPU可以識別的數(shù)字信號并送給CPU處理。它主要用在檢測直流熔斷器的熔斷告警信號。
　?。?）數(shù)字輸出接口電路，該電路把CPU要求輸出的數(shù)字信號放大，驅(qū)動相應(yīng)的告警繼電器，以驅(qū)動外部的告警設(shè)備。
　　（10）RS485通信接口，計算機通信標準接口。CPU通過一個RS485接口與各整流模塊的微處理器通信，以獲取整流模塊的運行數(shù)據(jù)，并發(fā)出指令控制整流模塊的運行。
　?。?1）RS232通信接口，計算機通信標準接口。CPU通過RS232接口連接PC機、打印機、調(diào)制解調(diào)器，用這些外部設(shè)備監(jiān)控高頻開關(guān)型整流器。

4 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)

　　通過告警模塊面板上的操作裝置或接在RS232通信接口上的終端，采用菜單式操作方法，可以方便的實現(xiàn)對高頻開關(guān)型整流器進行監(jiān)控操作。該菜單包括用戶信息菜單和維護信息菜單兩大部分：用戶信息菜單用于觀察系統(tǒng)的參數(shù)及工作情況；維護信息菜單則用于觀察和更改系統(tǒng)的工作參數(shù)。系統(tǒng)運行時，告警模塊LCD 顯示屏顯示系統(tǒng)市電電壓，輸出電壓和電流以及電池電流。按[MENU]鍵，進入告警模塊監(jiān)控菜單系統(tǒng)，其系統(tǒng)監(jiān)控菜單如圖3所示。

4.1用戶信息菜單的功能

　　在主菜單下按[1]鍵，進入用戶信息菜單，依據(jù)菜單提示按鍵，可實現(xiàn)以下各項功能：（1）告警復(fù)位；（2）繼電器信息；（3）整流模塊信息；（4）系統(tǒng)信息；（5）電壓信息。

4.2 維護信息菜單的功能

　　在主菜單下按[2]鍵，輸入維護密碼，進入維護信息菜單，依據(jù)菜單的提示按鍵，可實現(xiàn)以下各項功能：
　　（1）整流模塊控制：① 模塊連接；② 模塊切斷。
　　（2）系統(tǒng)程序。在維護信息菜單下按[2]鍵，進入系統(tǒng)程序子菜單，并可實現(xiàn)以下功能：
　?、?顯示信息；② 校準；③ 設(shè)置時鐘；④ 打印信息；⑤ 測試/操作。
　?。?）電壓設(shè)置。在維護信息菜單下按[3]鍵，進入電壓設(shè)置子菜單，并可設(shè)置以下電壓值：
　　① 電池電壓；② 電池過壓告警電壓；③ 電池欠壓告警電壓；④ 升壓急充電壓；⑤ 負載切斷電壓；⑥ 整流模塊切斷電壓。
　?。?）系統(tǒng)設(shè)置。在維護信息菜單下按[4]鍵，則進入系統(tǒng)設(shè)置子菜單，并可實現(xiàn)以下功能：
　?、?密碼設(shè)置；② 刪除信息；③ 設(shè)模塊數(shù)；④ 電纜電阻；⑤ 電流限制。
　　（5）升壓控制。在維護信息菜單下按[5]鍵，則進入升壓控制子菜單，并可實現(xiàn)以下功能：
　　① 定時升壓；② 剩余時間；③ 撤消升壓；④ 手動升壓。

5 結(jié)束語

　　本文首先提出了一種通信用高頻開關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，對該監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點和設(shè)計方案進行了較為系統(tǒng)的研究，之后對該系統(tǒng)中告警模塊的組成、原理及監(jiān)控菜單系統(tǒng)進行了深入地研究。經(jīng)實際使用表明：本系統(tǒng)具有高頻、高效、高可靠性和高功率密度等優(yōu)點，對于目前我國電信部門通信電源系統(tǒng)十分適用

作者：張恩利侯振義余侃民

參考文獻

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