1 引言
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,，以數(shù)字程控交換機(jī)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(duì)通信電源系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高,。目前我國(guó)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(shù)和高功率密度等先進(jìn)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(kāi)關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的整流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成,。本文對(duì)其組成,、原理和菜單式操作方法進(jìn)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(kāi)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(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù),，處理告警信息，提供人機(jī)界面給用戶操作,，從而控制整個(gè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行,。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 高頻開(kāi)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(jī)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(jiān)控其運(yùn)行情況,。告警模塊同時(shí)通過(guò)RS232通信接口與外設(shè)的PC機(jī)或終端機(jī)相互通*問(wèn),，并通過(guò)調(diào)制解調(diào)器實(shí)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的正常運(yùn)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(biāo)準(zhǔn),，控制高頻開(kāi)關(guān)型整流器的正常運(yùn)行。它周期性檢測(cè)高頻開(kāi)關(guān)型整流器運(yùn)行的主要工作參數(shù),，同時(shí)通過(guò)RS485通信接口訪問(wèn)各個(gè)整流模塊,，收集工作數(shù)據(jù)，將所獲得的信息進(jìn)行處理并與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較,，最后根據(jù)比較誤差來(lái)調(diào)整整流模塊的運(yùn)行,，直到達(dá)到設(shè)定值要求并且各個(gè)整流模塊滿足均流條件為止。
?。?）提供人機(jī)界面,，接受維護(hù)人員對(duì)高頻開(kāi)關(guān)型整流器的控制。當(dāng)維護(hù)人員對(duì)高頻開(kāi)關(guān)型整流器操作時(shí),，LCD顯示屏顯示用數(shù)字編號(hào)的功能菜單,。維護(hù)人員可按照菜單上的提示，在鍵盤(pán)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,。
（3）告警,。監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)不斷地監(jiān)視高頻開(kāi)關(guān)整流器的運(yùn)行,，一旦發(fā)現(xiàn)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(xù)低于195V，則發(fā)出市電欠壓告警,；
?。╞）若市電電壓高于265V或持續(xù)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(dǎo)致整流模塊無(wú)法工作，則發(fā)出相應(yīng)整流模塊市電中斷告警,。
?、?系統(tǒng)實(shí)際輸出電壓超過(guò)設(shè)定的輸出電壓或是欠壓都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警。
?、?整流模塊跳閘告警,。
（a）整流模塊因故障導(dǎo)致輸出電壓達(dá)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(shè)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(duì)應(yīng)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(hào)整流模塊通信故障信息。
?、?告警模塊的數(shù)字輸入接口信號(hào)滿足告警觸發(fā)條件時(shí)，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警信息,。
?。?）對(duì)蓄電池實(shí)施完善的監(jiān)控功能
① 電池回路電纜壓降自動(dòng)補(bǔ)償：當(dāng)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(dāng)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(bǔ)償，否則會(huì)影響蓄電池的充電電壓精度,。為此該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電池回路壓降自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?。用戶在系統(tǒng)安裝完成并正常運(yùn)行后，進(jìn)入維護(hù)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(yùn)行時(shí),，告警模塊會(huì)自動(dòng)根據(jù)在線電池電流，計(jì)算出電池回路的壓降,，并相應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償,。
② 均衡充電控制
?、?浮充電壓自動(dòng)溫度補(bǔ)償
?、?電池組的不均衡監(jiān)測(cè)：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(guò)50mv/cell則表明電池已損壞,，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池不均衡的故障，測(cè)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(hù)工作之一,。
?、?檢測(cè)電池放電性能
⑥ 分析電池單體故障
?、?電池容量試驗(yàn)
?。?）自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存高頻開(kāi)關(guān)型整流器的運(yùn)行信息
?。?）對(duì)整流模塊實(shí)施完善的監(jiān)控
?、?使整流模塊按系統(tǒng)設(shè)置運(yùn)行
② 負(fù)載自動(dòng)均分：告警模塊通過(guò)整流模塊不斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出電流,，若發(fā)現(xiàn)個(gè)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(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(fù)載,，從而達(dá)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
⑤ 整流模塊運(yùn)行狀態(tài)信息自動(dòng)儲(chǔ)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(jī),，它采用典型的總線結(jié)構(gòu)，將單片機(jī)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：
圖2 告警模塊系統(tǒng)方框圖
（1）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(chǔ)單元或外部設(shè)備的信號(hào)通道；數(shù)據(jù)總線是CPU各種儲(chǔ)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,。
（2）CPU,，告警模塊的核心,，它是程序執(zhí)行機(jī)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(chǔ)器EEPROM，它儲(chǔ)存的內(nèi)容在停電期間不會(huì)消失,，但在系統(tǒng)運(yùn)行期間可以進(jìn)行修改,。主要用于儲(chǔ)存一些重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如密碼,、設(shè)定的參數(shù),，運(yùn)行信號(hào)等。
?。?）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM,，用來(lái)儲(chǔ)存CPU所要執(zhí)行的程序（即軟件），即使停電也不會(huì)消失,，系統(tǒng)運(yùn)行期間也不會(huì)被改寫(xiě),。
（5）隨機(jī)存儲(chǔ)器ROM,，在系統(tǒng)運(yùn)行期間可作注意讀寫(xiě),，用于停電時(shí)保存系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)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(pán),，它是維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)控制操作的工具。顯示屏顯示系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及操作菜單,，指導(dǎo)維護(hù)人員通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。
?。?）V/F單元,，它把系統(tǒng)運(yùn)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(hào)變成數(shù)字信號(hào),，送給CPU處理。CPU根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)整,。
?。?）數(shù)字輸入接口電路,，該電路把外界的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并送給CPU處理。它主要用在檢測(cè)直流熔斷器的熔斷告警信號(hào),。
?。?）數(shù)字輸出接口電路，該電路把CPU要求輸出的數(shù)字信號(hào)放大,，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的告警繼電器,，以驅(qū)動(dòng)外部的告警設(shè)備。
?。?0）RS485通信接口,，計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行數(shù)據(jù),，并發(fā)出指令控制整流模塊的運(yùn)行。
?。?1）RS232通信接口,，計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)接口。CPU通過(guò)RS232接口連接PC機(jī),、打印機(jī),、調(diào)制解調(diào)器，用這些外部設(shè)備監(jiān)控高頻開(kāi)關(guān)型整流器,。
4 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)
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(xiàn)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)型整流器進(jìn)行監(jiān)控操作,。該菜單包括用戶信息菜單和維護(hù)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(hù)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(yùn)行時(shí),，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(jìn)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(jìn)入用戶信息菜單,，依據(jù)菜單提示按鍵，可實(shí)現(xiàn)以下各項(xiàng)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,。
圖3 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)
4.2 維護(hù)信息菜單的功能
在主菜單下按[2]鍵,，輸入維護(hù)密碼，進(jìn)入維護(hù)信息菜單,，依據(jù)菜單的提示按鍵,，可實(shí)現(xiàn)以下各項(xiàng)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(hù)信息菜單下按[2]鍵,，進(jìn)入系統(tǒng)程序子菜單，并可實(shí)現(xiàn)以下功能：
?、?顯示信息,；② 校準(zhǔn)；③ 設(shè)置時(shí)鐘,；④ 打印信息,；⑤ 測(cè)試/操作。
?。?）電壓設(shè)置,。在維護(hù)信息菜單下按[3]鍵，進(jìn)入電壓設(shè)置子菜單,，并可設(shè)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(fù)載切斷電壓,；⑥ 整流模塊切斷電壓,。
（4）系統(tǒng)設(shè)置,。在維護(hù)信息菜單下按[4]鍵,，則進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置子菜單，并可實(shí)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,。
?。?）升壓控制,。在維護(hù)信息菜單下按[5]鍵，則進(jìn)入升壓控制子菜單,，并可實(shí)現(xiàn)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(jié)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(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,，對(duì)該監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,，之后對(duì)該系統(tǒng)中告警模塊的組成、原理及監(jiān)控菜單系統(tǒng)進(jìn)行了深入地研究,。經(jīng)實(shí)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(diǎn),，對(duì)于目前我國(guó)電信部門(mén)通信電源系統(tǒng)十分適用,。