龍 劍

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道機(jī)電系，湖南 衡陽(yáng) 421002）

1 電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)原理

電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)主要由電力載波通信數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理等模塊組成，該系統(tǒng)通過電力載波解決數(shù)據(jù)通信問題。

數(shù)據(jù)由設(shè)備電源發(fā)出，經(jīng)通信接口模塊，存入微控制器處理中的一段緩沖區(qū)內(nèi)，再經(jīng)信號(hào)處理耦合到電力線上在電力線的另一端，數(shù)據(jù)經(jīng)解耦后從電力線上接收下來再解調(diào)到微控制器中，最后經(jīng)通信接口到設(shè)備電源中。在整個(gè)系統(tǒng)中，微控制器是系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)中各任務(wù)的協(xié)調(diào)與調(diào)度。而電力線接口主要起耦合、隔離、濾波與保護(hù)的功能。

系統(tǒng)主要功能包括5個(gè)方面：①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，保存在微控制器MCU中，數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終傳送至監(jiān)管中心PC的操作平臺(tái)。計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并判斷該設(shè)備狀態(tài)及作出相應(yīng)處理。②設(shè)備實(shí)時(shí)跟蹤、精確定位與動(dòng)態(tài)顯示。系統(tǒng)將接收到的信息定時(shí)傳送至遠(yuǎn)端監(jiān)管中心PC中，可實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的工作情況、設(shè)備工作點(diǎn)的精確定位與工作狀態(tài)自動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示。③設(shè)備調(diào)度及統(tǒng)計(jì)管理。通過操作平臺(tái)軟件可以實(shí)時(shí)查詢、打印當(dāng)前及某時(shí)間段設(shè)備狀態(tài)、開機(jī)時(shí)間及活動(dòng)軌跡。查詢各個(gè)設(shè)備的工作參數(shù)數(shù)據(jù)并根據(jù)需要迅速進(jìn)行設(shè)備的調(diào)配及維護(hù)。同時(shí)，利用保存在PC機(jī)中的數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的開機(jī)率匯總統(tǒng)計(jì)以便于管理人員對(duì)該設(shè)備做出工作分析與更新替換等功能。④安全保障功能—報(bào)警。當(dāng)遇到緊急情況如設(shè)備故障、特殊參數(shù)超限等，可向監(jiān)管中心報(bào)警。⑤網(wǎng)絡(luò)信息管理與信息發(fā)布。實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布和遠(yuǎn)程管理。管理者在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信息瀏覽、分析和控制。

在電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備中安裝一個(gè)電源設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸終端即遠(yuǎn)程終端單元（RemoteTerminalUnit，下簡(jiǎn)稱RTU)，是數(shù)據(jù)接收或傳送準(zhǔn)確和完整性決定系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。將RTU嵌入被控設(shè)備內(nèi)，其功能是當(dāng)被控設(shè)備工作時(shí)，使用人信息、被控設(shè)備電氣參數(shù)及使用地點(diǎn)由RTU通過設(shè)備的用電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾碇行摹９芾碇行膶?duì)使用者進(jìn)行合法性驗(yàn)證后向RTU發(fā)出合法（或非法）信息，RTU根據(jù)管理中心信息以及用戶初始設(shè)置條件執(zhí)行設(shè)備使用（或拒絕）操作；管理中心根據(jù)設(shè)備故障檢測(cè)信息向RTU發(fā)出狀態(tài)非正常信息，RTU根據(jù)管理中心信息執(zhí)行停機(jī)或報(bào)警操作。RTU包括單片機(jī)、載波、控制報(bào)警系統(tǒng)。其功能原理圖如圖2所示。

圖2 電源設(shè)備智能管理終端原理圖

為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，需要具備以下條件：①定位：要求在半徑為10m的區(qū)域范圍內(nèi)信號(hào)接收良好。②能在線監(jiān)測(cè)用電設(shè)備的工作狀態(tài)、主要參數(shù)，電流：0~100A，誤差1%（根據(jù)設(shè)備用電容量可調(diào)整）；電壓0~400V，誤差1%（電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源傳輸參數(shù)根據(jù)需要選定）。

2 電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)與信號(hào)傳輸。通過傳感器將各電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源所采集的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，保存在微控制器MCU中，數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終傳送至監(jiān)管中心PC的操作平臺(tái)。計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)判斷該設(shè)備工作狀態(tài)并作出相應(yīng)的處理。

（2）電源設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤、模塊工作情況的精確定位與工作動(dòng)態(tài)顯示。系統(tǒng)定時(shí)將電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源的信息接收傳送至遠(yuǎn)端監(jiān)管中心PC中，這樣可實(shí)時(shí)檢測(cè)電源設(shè)備的工作情況，并通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)設(shè)備的各模塊工作情況精確定位與工作狀態(tài)自動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示。

（3）實(shí)訓(xùn)設(shè)備的及時(shí)調(diào)配及升級(jí)改造。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢、打印當(dāng)前及某時(shí)間段實(shí)訓(xùn)設(shè)備狀態(tài)、開機(jī)時(shí)間及工作軌跡。通過查詢各個(gè)設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)并結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)具體計(jì)劃需要，實(shí)訓(xùn)室可以迅速進(jìn)行設(shè)備的調(diào)配及維護(hù)。利用保存在PC機(jī)中的各實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源相關(guān)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用率匯總統(tǒng)計(jì)，以便于管理教師對(duì)各實(shí)訓(xùn)設(shè)備做出學(xué)期及年度設(shè)備使用情況分析，同時(shí)為學(xué)院對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的升級(jí)、維修及購(gòu)置提供數(shù)據(jù)信息。

（4）系統(tǒng)具有設(shè)備安全保障功能。當(dāng)遇到緊急情況如設(shè)備故障特殊參數(shù)超限等，系統(tǒng)可向監(jiān)管中心報(bào)警，管理教師根據(jù)系統(tǒng)提供的即時(shí)信息，按照實(shí)訓(xùn)設(shè)備故障處理方案進(jìn)行及時(shí)處理。

（5）網(wǎng)絡(luò)信息管理與信息發(fā)布，提高學(xué)生技能水平。管理者在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信息瀏覽、分析和控制。當(dāng)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中由于各種因素使設(shè)備出現(xiàn)故障，實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師通過系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)時(shí)設(shè)備信息分析，指導(dǎo)學(xué)生判斷故障并能正確處理故障。

在本系統(tǒng)中，通過電力載波技術(shù)來監(jiān)控電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源，以完成電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源的跟蹤管理與設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)跟蹤和現(xiàn)場(chǎng)定位；同時(shí)將電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源的參數(shù)（電壓、電流、開啟時(shí)間等）數(shù)據(jù)打包由載波系統(tǒng)通過電聯(lián)接點(diǎn)向管理中心傳送，并通過管理中心數(shù)據(jù)分析確定使用的設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置在設(shè)備上的提示裝置發(fā)出語音及聲光提示。

3 結(jié)語

該技術(shù)是一種基于電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號(hào)處理單元和連接在信號(hào)處理單元上的信號(hào)采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，其特征在于，信號(hào)采集單元具有差分信號(hào)接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號(hào)輸入接口，信號(hào)采集單元通過其中的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理單元相連接，通訊模塊由自動(dòng)選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發(fā)單元組成。

采用基于電力載波的電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源智能管理系統(tǒng)在對(duì)原有的布線不需要任何改動(dòng)的情況下提高工作效率與管理水平，能實(shí)現(xiàn)真正意義的設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)控、管理和調(diào)度，是未來的發(fā)展方向。