該文介紹了配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計及工作原理,包括現場遠程終端的數據采集?運算?處理?遠程傳輸和后臺監(jiān)控等幾個方面,并以硬件框圖和軟件框圖的方式描述整個系統(tǒng)的工作過程?

    在配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)中,遠程終端通過對配電變壓器低壓側線路上的三相電壓和三相電流的交流采樣,計算出低壓側的線電壓?三相電流?有功功率?無功功率?功率因數?頻率,并能計算有功電量?無功電量?測量變壓器溫度;四路脈沖計數,記錄配電變壓器低壓側出口處有功脈沖電能表和無功脈沖電能表的脈沖數,由脈沖數測量出電量;八路遙信量,可檢測配電變壓器各種事故和開關變位;二路遙控,可對變壓器的開關和電容器進行遠方控制;配有RS-485接口同智能電能表集抄器進行通信,實現遠程抄表;并將所有遙測數據由RS-232接口與TC35i進行通信,通過GSM網絡以短信息傳送給后臺主站,實現多臺配電變壓器遠程終端組網運行?

1配電變壓器遠程終端的設計
    配電變壓器遠程終端包括6個功能單元電路:N80C196KB單片機存儲器擴展電路?遙測電路?開關量輸入電路(遙信)?脈沖量輸入電路?遙控電路?通訊接口電路?這6個單元電路構成整個遠程終端系統(tǒng)?

1.1N80C196KB單片機存儲器擴展電路
    該電路由單片機,程序存儲器,數據存儲器,地址鎖存器,地址譯碼器,系統(tǒng)時鐘組成?N80C196KB為16位單片機,系統(tǒng)所有操作都由其完成?因為N80C196KB內部沒有程序存儲器和數據存儲器,所以需要在單片機外部對存儲器進行擴展?

    程序存儲器D3選用EPROM27C256(32K)存放應用程序和檢查程序,數據存儲器D4選用RAM61C256(32K)存放采集數據,計算中間結果及設置參數,地址鎖存器D2為單片機提供尋址地址?地址譯碼器D5確定了所有I/O口的地址?12MHz晶振為系統(tǒng)時鐘?這樣單片機尋址能力可達64KB空間,并且ROM?RAM統(tǒng)一編址?

1.2遙測電路
    該電路由單片機,地址譯碼器,2個輸入緩沖器,A/D轉換器,多路選擇開關,5個采樣保持器,2個電壓互感器(TV),3個電流互感器(TA)組成?0~380V交流電壓和0~6A交流電流,經TV和TA互感器變成0~5V的交流電壓經采樣電阻分壓加到采樣/保持器的輸入端,進行采樣保持,然后經過多路模擬開關對信號進行切換?把每路信號送到A/D轉換器的輸入端進行A/D轉換,轉換后的信號存放在輸入緩沖器中,單片機從緩沖器中讀取轉換值,再利用交流算法完成有關電力參數的計算?

    電網頻率的檢測是通過TV把0~380V正弦交流電壓變成0~5V的正弦交流電壓經過電壓跟隨器及過零比較器進行過零比較,把正弦波形轉換成方波,單片機對方波進行采集計算出相應的頻率值?[nextpage]

1.3遙信電路
    在配電變壓器遠程終端中,有8路遙信量(開關量)輸入,對變壓器斷電?缺相等事故信號及隔離開關開合信號進行顯示,并通過GSM網絡傳送給后臺主站,使操作員及時發(fā)現變壓器故障及開關狀態(tài)?該電路由單片機?地址譯碼器?輸入緩沖器和光電耦合器及保護電路組成?

    外部開關狀態(tài)經光電耦合器光電隔離后,把狀態(tài)反映到輸入緩沖器的輸入端,CPU對輸入緩沖器進行讀入操作,把狀態(tài)讀入CPU,完成遙信功能?

1.4遙控電路
    該電路由單片機?輸出鎖存器?電平轉換器?繼電器組成?TC35i通信模塊由GSM網絡接收到后臺主站下發(fā)的遙控命令后,首先通過RS-232標準總線向遠方終端發(fā)出遙控命令,CPU接到遙控命令后將與遙控合或跳繼電器相連的輸出鎖存器的相關位置轉成有效,此信號再經電平轉換器轉換成可以驅動繼電器的信號,驅動合或跳繼電器動作,完成遙控功能?

1.5接口電路
    配電變壓器遠程終端有兩個通信接口,一個是RS-232?另一個是RS-485/RS-422,RS-232用于與GSM通信模塊進行通信,通過GSM網絡與后臺計算機交換數據,RS-485/RS-422與智能電能表集抄器進行通信,采集每個用戶電能表中的電量數,通過GSM網絡傳給后臺主機,實現遠程抄表功能?

    RS-485/RS-422接口:由單片機?光電隔離器D8?D9(75LBC184)組成,收發(fā)信號通過光電隔離器后,由D8?D9進行發(fā)送和接收,當選用RS-485方式時,D8完成收發(fā)功能?當選用RS-422方式時,D8完成發(fā)送功能?D9完成接收功能?

    RS-232接口:由單片機?D10(82C50)?D11(MAX232)GSM模塊構成?GSM通信模塊的異步通訊適配器的核心是TC35i,它是GSM無線雙頻調制解調器,主要是為語音傳輸?短消息發(fā)送提供無線接口?僅支持異步通信,且采用標準的RS-232接口,由于RS-232接口采用EIA電平邏輯,而N80C196KB單片機串行口采用TTL電平邏輯,所以GSM通信模塊與單片機通信時必須通過電平轉換,這種轉換通過D10(82C50)?D11(MAX232)來完成?

2主站監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計
    主站管理監(jiān)控系統(tǒng)負責對遠程終端設備的監(jiān)測?控制和管理,其主要功能包括:通信管理?遠程終端管理?臺區(qū)設備監(jiān)控三部分?

    通信管理模塊主要用于管理和后臺計算機相連的GSM通信設備,連接?斷開設備以及對收到的短信息進行管理等,該模塊包括通信參數設置?通信信息管理和其他信息管理?通信參數設置:設置和GSM通信設備相連的RS232端口通信參數?通信信息管理:查詢?刪除收到的原始通信短信息?其他信息管理:查詢?刪除收到的其它短信息?[nextpage]

    遠程終端管理模塊包括遠程終端設置?遙測參數設置?遙信遙控參數設置?定時傳送設置等?遠程終端設置:系統(tǒng)所管理的每個遠程終端設備都必須在此增加,該單元用于增加?修改或刪除遠程終端設備,設置的項目包括:設備編碼?設備名稱?規(guī)格型號?所在臺區(qū)?SIM卡號?報警卡號等?遙測參數設置:該單元的功能是設置遠程終端設備遙測參數的上限值?下限值?標準值;TV?TA變比系數;電量脈沖系數和底數等?遙信遙控參數設置:系統(tǒng)有8個狀態(tài)量和2路遙控?該單元用于設置每個狀態(tài)量的類型和名稱,以及每路遙控對應的開關項?定時傳送設置:遠程終端設備定時向主站上傳遙測?遙信或SOE數據,該單元設置遠程終端設備向主站自動傳送數據的時間間隔和主站的電話號碼?

    臺區(qū)設備監(jiān)控模塊包括臺區(qū)設備監(jiān)控?事故/事件查詢?歷史數據查詢?設備遙控等?臺區(qū)設備監(jiān)控:該單元通過查看每個遠程終端設備上傳的最新遙測?遙信?SOE數據,監(jiān)測臺區(qū)變壓器的運行狀況?若臺區(qū)設備發(fā)生事故或事件即遙信變位,遠程終端設備立即將事故或事件數據包發(fā)送到主站,主站以聲音報警?屏幕彈出事故窗口顯示的方式進行報警,并同時將事故信息以短信息的方式發(fā)送到有關人員的手機中;另外若發(fā)生某些遙測值越線,主站也以同樣的方式報警?事故/事件查詢:該單元主要查詢歷史的事故?事件?遙測值越線等數據?歷史數據查詢:主要查詢遙測?遙信數據?“臺區(qū)設備監(jiān)控”顯示的是最新數據;“歷史數據查詢”顯示的是所有接收到數據,可根據日期范圍和臺區(qū)設備進行組合查詢?設備遙控:遙控操作用于控制遠程臺區(qū)斷路器的分?合,實現遠程遙控操作?系統(tǒng)提供了2路遙控功能,一路用于電容器的投切?一路用于斷路器的分?合,本單元的功能就是下發(fā)遙控命令?