基于虛擬儀器的通信電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于虛擬儀器的通信電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
薛領(lǐng)東，王太新，馬月輝
（石家莊鐵道學(xué)院通信中心，河北 石家莊 050043）
摘 要：針對(duì)通信電源智能化的需要，研制了一套以虛擬儀器為核心的通信電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以pc機(jī)為主機(jī)，通過(guò)串行口與單片機(jī)系統(tǒng)或電源模塊通訊。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源電壓、電流、工作狀態(tài)等的數(shù)據(jù)采集，以及對(duì)模塊運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)設(shè)置，告警信息等的遙測(cè)和遙控。
關(guān)鍵詞：集中監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；智能控制；通信電源
中圖分類號(hào)：            文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：
The Design of Supervision System for Communication Power Supply Base on Virtual Instrument
XUE Ling-dong，WANG Tai-xin，MA Yue-hui
(Communication Center Shijiazhuang Railway Institute ，Shijiazhuang 050043, China)

Abstract: In order to meet the demand of intelligent supervision for communication power supply, the supervision system for communication power supply based on virtual instrument has been developed. In the system, a PC as process unit communicates with single-chip system or power supply by serial interface. It can sample the data of power supply, such as voltage, current, operation status and so on. The system has the remote measure and control function on rectifiers operation status, system setting and alarms etc.
Key words: centralized supervision and control; data acquisition; intelligent control; communication power supply
0 引言
伴隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)信息的需求和依賴越來(lái)越強(qiáng)。作為通信系統(tǒng)的心臟，通信局（站）電源系統(tǒng)扮演著極為重要的角色。而現(xiàn)實(shí)情況下，通信電源的智能化進(jìn)程相對(duì)于電信產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展顯得緩慢，滯后，這就要求加速發(fā)展通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)，為此，筆者在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上獨(dú)立開(kāi)發(fā)研制了一套基于虛擬儀器的通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)。
通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)充性顯得非常重要 。它要求監(jiān)控系統(tǒng)中的各個(gè)基本監(jiān)控模塊既可獨(dú)立地對(duì)某個(gè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè) 、控制，亦可通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，實(shí)行既有集中又有分散的控制；另外還可以根據(jù)控制規(guī)模的變化要求，方便地刪除某些監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或把另外新的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)接納進(jìn)來(lái)；而且通信網(wǎng)絡(luò)可以延伸擴(kuò)展，使網(wǎng)絡(luò)的范圍不斷擴(kuò)大，從一個(gè)基本監(jiān)控節(jié)點(diǎn)逐步擴(kuò)展為通信局 (站) 監(jiān)控系統(tǒng) 、區(qū)縣級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和地市級(jí)監(jiān)控系統(tǒng) 。因此，如何使所設(shè)計(jì)的監(jiān)控模塊能與其它廠家生產(chǎn)的監(jiān)控模塊相互兼容，并能在不斷擴(kuò)充的監(jiān)控系統(tǒng)中可靠 、正常地運(yùn)行,是設(shè)計(jì)者所不能忽視的重要問(wèn)題 。它一方面關(guān)系到監(jiān)控模塊本身兼容性的優(yōu)劣，另一方面也關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)可擴(kuò)充性的高低 。本文從監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)出發(fā)，系統(tǒng)分析了監(jiān)控系統(tǒng)可擴(kuò)充性的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì) 。
系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容與要求：監(jiān)控開(kāi)關(guān)電源模塊的電壓、電流、工作狀態(tài)；三相交流和直流配電的電壓、電流以及蓄電池的充放電電壓、電流；電池溫度和單體電池電壓。對(duì)模塊運(yùn)行中的狀態(tài)，熔絲狀態(tài)，系統(tǒng)設(shè)置，告警信息等開(kāi)關(guān)量能進(jìn)行遙控和部分遙信。
1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
   集中監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)主要采用總線型、環(huán)型和星型等結(jié)構(gòu)。由于總線型的信道為共享, 增刪控制節(jié)點(diǎn)較容易。如增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)只要把帶有該網(wǎng)絡(luò)接口的節(jié)點(diǎn)掛在總線上, 并由監(jiān)控中心分配一個(gè)系統(tǒng)中已有同類設(shè)備的不同地址即可。在增加節(jié)點(diǎn)時(shí), 不影響其它節(jié)點(diǎn)的工作, 而且新節(jié)點(diǎn)一入網(wǎng)便可馬上投入運(yùn)行。因此通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1, 極大地方便了系統(tǒng)的擴(kuò)充。
監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)和底層模塊之間采用異步半雙工通信方式，協(xié)議采用了呼叫—應(yīng)答模式，即中心機(jī)發(fā)出命令呼叫，包括一些特殊標(biāo)志碼、底層監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)號(hào)和呼號(hào)指令代碼。下位的監(jiān)測(cè)模塊接收命令后，首先判斷是不是一個(gè)完整的信息，然后檢查呼叫節(jié)點(diǎn)號(hào)是不是自己的節(jié)點(diǎn)號(hào)。若是呼叫自己，該節(jié)點(diǎn)將以響應(yīng)幀作應(yīng)答，否則不做應(yīng)答。響應(yīng)幀有兩種。若中心機(jī)的命令幀正確無(wú)誤，則用“正確響應(yīng)幀”作應(yīng)答；如果中心機(jī)的命令幀有錯(cuò)誤則用“錯(cuò)誤響應(yīng)幀”作應(yīng)答，這兩種響應(yīng)幀格式見(jiàn)圖2。其中，（a）為命令幀、（b）為正確應(yīng)答幀及（c）為錯(cuò)誤應(yīng)答幀。
其中@是命令幀開(kāi)始標(biāo)志（ASCII碼為25H）； H，L是站地址的高位與低位；＃是節(jié)點(diǎn)號(hào)特征碼（ASCII碼為23H）；命令文本是由命令碼及數(shù)據(jù)組成的； CR是回車結(jié)束符（ASCII碼為0DH）； BCC是數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)碼，本協(xié)議采用異或校驗(yàn)碼，長(zhǎng)度8位。
2 監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用了美國(guó)NI公司的LabVIEW編程平臺(tái)，構(gòu)成了一套基于虛擬儀器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。上位機(jī)的編程思想是：
（1） 對(duì)串行口初始化，設(shè)定異步通訊的幀格式。
（2）按照通訊協(xié)議，生成命令字符串，并通過(guò)串行口發(fā)布。
（3） 延時(shí)500 ms，等待下位機(jī)的應(yīng)答，若無(wú)應(yīng)答錯(cuò)誤報(bào)警。
（4）通過(guò)串行口接收數(shù)據(jù)。
（5）分解數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存放到相應(yīng)的文件中，并在前面板顯示數(shù)值或曲線。
圖3表示了對(duì)串口進(jìn)行初始化的編程LabVIEW提供了串口異步通信的子VI ，通過(guò)對(duì)該子VI 的設(shè)置，可以配置串行口。圖中，我們?cè)O(shè)置了使用的串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、校驗(yàn)位和停止位。設(shè)置的內(nèi)容為：使用串口2 ，波特率：4 800 bps ，數(shù)據(jù)位： 8位 ，無(wú)奇偶校驗(yàn) ，一位停止位。
BCC碼計(jì)算的機(jī)算：BCC碼是校驗(yàn)碼，發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時(shí)，發(fā)送方從數(shù)據(jù)的第一位開(kāi)始向后逐次異或直到發(fā)送文本的最后一個(gè)字符。最后得到的一個(gè)兩位的BCD碼，就是校驗(yàn)碼。接收端接收到數(shù)據(jù)后，重新計(jì)算BCC碼，當(dāng)與接收到得BCC碼相同時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸正確，否則，認(rèn)為數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤。其編程如圖4所示。
數(shù)據(jù)的讀取：利用LabVIEW可以便利地讀取異步串口。利用順序結(jié)構(gòu)框（case框），檢測(cè)異步串行口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)buffer，當(dāng)數(shù)據(jù)滿時(shí)，讀取并送到下面的case框去處理，其編程如圖5所示。
圖6分別是系統(tǒng)對(duì)交流輸入模塊和整流穩(wěn)壓模塊的監(jiān)視結(jié)果。該系統(tǒng)不但可以實(shí)時(shí)顯示備測(cè)參數(shù)、對(duì)超限參數(shù)指示報(bào)警，而且可以對(duì)采樣的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的紀(jì)錄，必要時(shí)可進(jìn)行回放。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、使用方便，保證了通訊系統(tǒng)的正常運(yùn)行。








圖6 實(shí)際測(cè)試結(jié)果


參考文獻(xiàn)：
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