一種通信用高頻開(kāi)關(guān)型整流器監控系統的實(shí)現方案

1 引言

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

2 監控系統的組成及功能

　　監控系統是高頻開(kāi)關(guān)型整流器的監控中心，監視和協(xié)調各整流模塊的工作，檢測系統的各項參數，處理告警信息，提供人機界面給用戶(hù)操作，從而控制整個(gè)電源系統的運行。監控系統的結構如圖1所示。

圖1　高頻開(kāi)關(guān)型整流器監控系統框圖

　　監控系統主要由告警模塊，RS485和RS232通信接口以及整流模塊內的單片機等組成。告警模塊通過(guò)RS485通信接口與各個(gè)整流模塊連接通信，以監控其運行情況。告警模塊同時(shí)通過(guò)RS232通信接口與外設的PC機或終端機相互通信訪(fǎng)問(wèn)，并通過(guò)調制解調器實(shí)現“三遙”。
　　監控系統主要能夠實(shí)現以下功能：
　?。?）控制高頻開(kāi)關(guān)電源系統的正常運行。監控系統以設定的輸出電壓值、均衡充電值、輸出電流限流值等參考值為標準，控制高頻開(kāi)關(guān)型整流器的正常運行。它周期性檢測高頻開(kāi)關(guān)型整流器運行的主要工作參數，同時(shí)通過(guò)RS485通信接口訪(fǎng)問(wèn)各個(gè)整流模塊，收集工作數據，將所獲得的信息進(jìn)行處理并與設定的參考值進(jìn)行比較，最后根據比較誤差來(lái)調整整流模塊的運行，直到達到設定值要求并且各個(gè)整流模塊滿(mǎn)足均流條件為止。
　?。?）提供人機界面，接受維護人員對高頻開(kāi)關(guān)型整流器的控制。當維護人員對高頻開(kāi)關(guān)型整流器操作時(shí)，LCD顯示屏顯示用數字編號的功能菜單。維護人員可按照菜單上的提示，在鍵盤(pán)上按相應的數字鍵，使監控系統執行指定的功能。
　?。?）告警。監控系統連續不斷地監視高頻開(kāi)關(guān)整流器的運行，一旦發(fā)現異常情況，就會(huì )產(chǎn)生一系列告警動(dòng)作：
　?、?市電告警。
　　　?。╝）若市電電壓低于185V或持續低于195V，則發(fā)出市電欠壓告警；
　　　?。╞）若市電電壓高于265V或持續高于260V，則發(fā)出市電過(guò)壓告警；
　　　?。╟）若市電中斷或市電輸入部分發(fā)生故障導致整流模塊無(wú)法工作，則發(fā)出相應整流模塊市電中斷告警。
　?、?系統實(shí)際輸出電壓超過(guò)設定的輸出電壓或是欠壓都會(huì )產(chǎn)生相應告警。
　?、?整流模塊跳閘告警。
　　　?。╝）整流模塊因故障導致輸出電壓達到或超過(guò)硬件所能承受的最高電壓時(shí)會(huì )自動(dòng)關(guān)閉并告警；
　　　?。╞）整流模塊輸出電壓超過(guò)設定的過(guò)壓閉合電壓值時(shí)會(huì )自動(dòng)關(guān)閉并告警；
　?、?整流模塊因溫度過(guò)高而自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，告警模塊會(huì )發(fā)出對應的整流模塊過(guò)熱告警信息。
　?、?告警模塊與整流模塊通信中斷時(shí)，告警模塊會(huì )發(fā)出某號整流模塊通信故障信息。
　?、?告警模塊的數字輸入接口信號滿(mǎn)足告警觸發(fā)條件時(shí)，會(huì )發(fā)出相應的告警信息。
　?。?）對蓄電池實(shí)施完善的監控功能
　?、?電池回路電纜壓降自動(dòng)補償：當蓄電池組容量較大時(shí)，其充放電流大，回路的壓降比較明顯。當充電電流變化時(shí)，回路壓降也隨之發(fā)生變化，但這個(gè)壓降不能簡(jiǎn)單地通過(guò)提高浮充電壓來(lái)補償，否則會(huì )影響蓄電池的充電電壓精度。為此該監控系統設計了電池回路壓降自動(dòng)補償的功能。用戶(hù)在系統安裝完成并正常運行后，進(jìn)入維護信息菜單，把電池回路電纜的電阻值輸入告警模塊。電源系統運行時(shí)，告警模塊會(huì )自動(dòng)根據在線(xiàn)電池電流，計算出電池回路的壓降，并相應調整系統輸出電壓進(jìn)行補償。
　?、?均衡充電控制
　?、?浮充電壓自動(dòng)溫度補償
　?、?電池組的不均衡監測：正常情況下，電池組的各單體電池端電壓應該相等。不均衡度超過(guò)50mv/cell則表明電池已損壞，為了及時(shí)發(fā)現電池不均衡的故障，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
　?、?電池容量試驗
　?。?）自動(dòng)記錄、儲存高頻開(kāi)關(guān)型整流器的運行信息
　?。?）對整流模塊實(shí)施完善的監控
　?、?使整流模塊按系統設置運行
　?、?負載自動(dòng)均分：告警模塊通過(guò)整流模塊不斷監測系統輸出電流，若發(fā)現個(gè)別整流模塊的輸出電流與系統中所有整流模塊的平均輸出電流值相差超過(guò)4A，則控制所有輸出電流過(guò)大的整流模塊降低一個(gè)單位的輸出電壓，使該模塊提高輸出電流減少；同時(shí)控制所有輸出電流過(guò)小的整流模塊提高輸出電壓一個(gè)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(dòng)重新分配負載，從而達到均流工作的目的。
　?、?輸出過(guò)壓自動(dòng)關(guān)閉
　?、?限制輸出電流
　?、?整流模塊運行狀態(tài)信息自動(dòng)儲存

3 告警模塊的組成及工作原理

　　告警模塊的系統方框圖如圖2所示。告警模塊的核心是DS80C320單片機，它采用典型的總線(xiàn)結構，將單片機的內部總線(xiàn)延伸到外部，其它部件則并行掛接在系統的總線(xiàn)上。該系統包括：

　?。?）系統總線(xiàn)，包括地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。地址總線(xiàn)是傳遞CPU選擇要與之交換數據的存儲單元或外部設備的信號通道；數據總線(xiàn)是CPU各種儲存器以及外部設備交換數據的通道；控制總線(xiàn)是CPU控制其它電路協(xié)調工作的通道。
　?。?）CPU，告警模塊的核心，它是程序執行機構，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，它儲存的內容在停電期間不會(huì )消失，但在系統運行期間可以進(jìn)行修改。主要用于儲存一些重要的運行數據，如密碼、設定的參數，運行信號等。
　?。?）可擦除可編程只讀存儲器EPROM，用來(lái)儲存CPU所要執行的程序（即軟件），即使停電也不會(huì )消失，系統運行期間也不會(huì )被改寫(xiě)。
　?。?）隨機存儲器ROM，在系統運行期間可作注意讀寫(xiě)，用于停電時(shí)保存系統運行過(guò)程中的可變數據及一些中間數據。
　?。?）LCD顯示屏及鍵盤(pán)，它是維護人員對系統控制操作的工具。顯示屏顯示系統的運行數據及操作菜單，指導維護人員通過(guò)鍵盤(pán)對系統進(jìn)行控制操作。
　?。?）V/F單元，它把系統運行中的輸出電壓、市電輸入電壓、電池充放電電流及模擬電信號變成數字信號，送給CPU處理。CPU根據這些數據對系統進(jìn)行控制和調整。
　?。?）數字輸入接口電路，該電路把外界的開(kāi)關(guān)信號轉換成CPU可以識別的數字信號并送給CPU處理。它主要用在檢測直流熔斷器的熔斷告警信號。
　?。?）數字輸出接口電路，該電路把CPU要求輸出的數字信號放大，驅動(dòng)相應的告警繼電器，以驅動(dòng)外部的告警設備。
　?。?0）RS485通信接口，計算機通信標準接口。CPU通過(guò)一個(gè)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據，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(guò)RS232接口連接PC機、打印機、調制解調器，用這些外部設備監控高頻開(kāi)關(guān)型整流器。

4 告警模塊的監控菜單系統

　　通過(guò)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(shí)現對高頻開(kāi)關(guān)型整流器進(jìn)行監控操作。該菜單包括用戶(hù)信息菜單和維護信息菜單兩大部分：用戶(hù)信息菜單用于觀(guān)察系統的參數及工作情況；維護信息菜單則用于觀(guān)察和更改系統的工作參數。系統運行時(shí)，告警模塊LCD 顯示屏顯示系統市電電壓，輸出電壓和電流以及電池電流。按[MENU]鍵，進(jìn)入告警模塊監控菜單系統，其系統監控菜單如圖3所示。

4.1用戶(hù)信息菜單的功能

　　在主菜單下按[1]鍵，進(jìn)入用戶(hù)信息菜單，依據菜單提示按鍵，可實(shí)現以下各項功能：（1）告警復位；（2）繼電器信息；（3）整流模塊信息；（4）系統信息；（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(jìn)入維護信息菜單，依據菜單的提示按鍵，可實(shí)現以下各項功能：
　?。?）整流模塊控制：① 模塊連接；② 模塊切斷。
　?。?）系統程序。在維護信息菜單下按[2]鍵，進(jìn)入系統程序子菜單，并可實(shí)現以下功能：
　?、?顯示信息；② 校準；③ 設置時(shí)鐘；④ 打印信息；⑤ 測試/操作。
　?。?）電壓設置。在維護信息菜單下按[3]鍵，進(jìn)入電壓設置子菜單，并可設置以下電壓值：
　?、?電池電壓；② 電池過(guò)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。
　?。?）系統設置。在維護信息菜單下按[4]鍵，則進(jìn)入系統設置子菜單，并可實(shí)現以下功能：
　?、?密碼設置；② 刪除信息；③ 設模塊數；④ 電纜電阻；⑤ 電流限制。
　?。?）升壓控制。在維護信息菜單下按[5]鍵，則進(jìn)入升壓控制子菜單，并可實(shí)現以下功能：
　?、?定時(shí)升壓；② 剩余時(shí)間；③ 撤消升壓；④ 手動(dòng)升壓。

5 結束語(yǔ)

　　本文首先提出了一種通信用高頻開(kāi)關(guān)型整流器監控系統的實(shí)現方案，對該監控系統的技術(shù)特點(diǎn)和設計方案進(jìn)行了較為系統的研究，之后對該系統中告警模塊的組成、原理及監控菜單系統進(jìn)行了深入地研究。經(jīng)實(shí)際使用表明：本系統具有高頻、高效、高可靠性和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，對于目前我國電信部門(mén)通信電源系統十分適用

作者：張恩利侯振義余侃民

參考文獻

[1] 曹保根，主從式RS485應用系統的設計與調式[J]. 電子技術(shù)2000，NO.2.
[2] 馬明建，數據采集與處理技術(shù)[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2000.
[3] 李華，MCS-51系列單片及使用接口技術(shù)[Ｍ]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.
[4] 周航慈，饒運濤，單片機程序設計基礎[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.