張君慧

學(xué)院配電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

張君慧

張君慧 孫紅亮

山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院電氣工程系

概述

我院目前有三個(gè)相互獨(dú)立的變配電室，由于維護(hù)人員短缺，沒有專門的24小時(shí)值守人員，當(dāng)發(fā)生部分停電事故時(shí)，值班維修人員不能及時(shí)掌握情況。為此設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)變配電室出現(xiàn)線路停電，電流超過預(yù)警值時(shí)，通過無線發(fā)送短信到指定手機(jī)，以便于維護(hù)維修人員及時(shí)做出反應(yīng)。系統(tǒng)主要包括：停電監(jiān)測(cè)若干回路，需要監(jiān)測(cè)電流預(yù)警值的若干回路，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，無線模塊，GPRS模塊等?？梢詫?shù)據(jù)存入監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀況的長期記錄。

整個(gè)學(xué)院配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，是由n個(gè)監(jiān)測(cè)單元和一個(gè)主控單元組成。

圖1 學(xué)院配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框圖

我們分別介紹監(jiān)測(cè)單元和主控單元的組成和各部分組成的作用，我們首先看監(jiān)測(cè)單元的組成，如圖2所示，主控單元的框圖如圖3所示。

圖2 監(jiān)測(cè)單元框圖

圖3 主控單元

在圖2監(jiān)測(cè)單元框圖中，電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸入交流電源380v，將380v交流電轉(zhuǎn)換成直流電：一方面轉(zhuǎn)換成3.3v的直流電供給單片機(jī)STM8S主控芯片，一方面轉(zhuǎn)換成3.6～4.2v的直流電給鋰電池充電。此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)荷電流監(jiān)測(cè)是通過霍爾電流互感器將大電流轉(zhuǎn)換成小電流，并通過電流/電壓變換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，此輸出電壓信號(hào)送到單片機(jī)的主控芯片中。

主控芯片將監(jiān)測(cè)的信息通過SPI接口送入NRF24L01無線數(shù)傳模塊，將信息發(fā)給主控單元。

在主控單元中，整個(gè)供電系統(tǒng)是220v交流電轉(zhuǎn)換的直流電，一方面給主控系統(tǒng)供電，一方面給鋰電池充電，以供故障斷電時(shí)鋰電池放電，維持整個(gè)主控單元的正常運(yùn)行。單片機(jī)的主控芯片還是采用STM8S103?？梢栽诎存I上設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘、每個(gè)回路報(bào)警電流值（上限值）、設(shè)置短信發(fā)送號(hào)碼或?yàn)g覽歷史記錄（故障電流發(fā)生時(shí)間、斷電時(shí)間、斷電次數(shù)等等），這些信息可以在顯示屏12846進(jìn)行顯示。串口可以連接打印機(jī)，GPRS模塊在這里采用中興通訊ME3000_V2模塊，設(shè)置發(fā)生斷電時(shí)將斷電線路、時(shí)間通過短信的形式發(fā)送到指定的手機(jī)號(hào)上，以便設(shè)備與儀表維修人員能夠及時(shí)進(jìn)行維修，恢復(fù)供電。

電源

供電系統(tǒng)如圖4所示，（a）圖中系統(tǒng)輸入380v交流電，通過阻容降壓電路，再經(jīng)過二極管的半波整流作用，最終在M1，M2間輸出直流電。

（b）圖中M1，M2是圖（a）輸出的直流電，經(jīng)過降壓作用，一方面給鋰電池BAT1充電，一方面給U1供電。

圖4 供電系統(tǒng)

檢測(cè)單元

檢測(cè)單元主要用來檢測(cè)供電線路是否發(fā)生停電事故，如果發(fā)生停電的話，就將停電時(shí)間、線路等信息發(fā)到指定手機(jī)上。其檢測(cè)單元框圖如圖5所示。

圖5中將J6兩相交流電在正半周數(shù)值不等時(shí)，經(jīng)過降壓限流電阻，將電流限制在10mA以內(nèi)，電流流過光耦器件，就會(huì)在三極管輸出端輸出低電平；當(dāng)兩相交流電相交或同時(shí)出現(xiàn)在下半周時(shí)，沒有電流輸出，則三極管的輸出端會(huì)持續(xù)輸出高電平，這意味著某一線路出現(xiàn)停電事故。

圖5 檢測(cè)單元

無線模塊

無線模塊采用NRF24L01無線數(shù)傳模塊，該模塊在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)，每一個(gè)數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道，也就是6個(gè)發(fā)送端和1個(gè)接收端。數(shù)據(jù)通道0是唯一的一個(gè)可以配置為40位自身地址的數(shù)據(jù)通道。1-5數(shù)據(jù)通道都為8位自身地址和32位公用地址。所以數(shù)據(jù)通道都可以設(shè)置為增強(qiáng)型ShockBurst模式。

GPRS模塊

本文的通信模塊采用中興通訊ME300_V2模塊，該模塊除工作頻段不同外，在硬件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上完全兼容，具有語音、短信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，可以廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸、無線POS、校園通、無線媒體、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、車載監(jiān)控、無線廣告等領(lǐng)域。

模塊提供AT指令接口，模塊通過AT指令可以方便跟外部設(shè)備進(jìn)行通信。AT指令是一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，它的指令返回值和格式都是固定的。

當(dāng)線路出現(xiàn)停電事故時(shí)，要將具體哪條線路停電及停電時(shí)間通過無線模塊傳送到手機(jī)上，這就需要通過AT指令進(jìn)行設(shè)置。

短信發(fā)送到指定手機(jī)號(hào)上或SIM卡的某個(gè)手機(jī)號(hào)上，其設(shè)置格式如下：

輸入為文本模式

AT+CMGF=1

OK

向手機(jī)號(hào)13569782212發(fā)送內(nèi)容為ABC的短信

AT+CMGS=“13569782212”〈CR〉

ABC〈Ctrl+Z〉

OK

發(fā)送到存在SIM卡上的短信

+CMGW：2；短信被存到記錄2

OK

AT+CMSS=2；發(fā)送到存貯在記錄2中的短信

+CMSS：0；發(fā)送成功

OK；CMSS返回計(jì)數(shù)初始值0

結(jié)束語

整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映供電線路的供電和停電現(xiàn)象，并及時(shí)反饋到運(yùn)行維護(hù)人員的手機(jī)上，對(duì)故障線路及時(shí)進(jìn)行維修，減少停電時(shí)間，提高了供電的可靠性和準(zhǔn)確性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.029