基于通信用高頻開關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

提出了一種通信用高頻開關(guān)型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并對該監(jiān)控系統(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)，對于目前我國電信部門通信電源系統(tǒng)十分適用。

1 引言

近年來，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，因而對通信電源系統(tǒng)的要求也越來越高。目前我國電信部門廣泛使用的新型高頻開關(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RS232通信接口與外設(shè)的PC機(jī)或終端機(jī)相互通*問，并通過調(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：

（1）控制高頻開關(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)，控制高頻開關(guān)型整流器的正常運(yùn)行。它周期性檢測高頻開關(guān)型整流器運(yùn)行的主要工作參數(shù)，同時(shí)通過RS485通信接口訪問各個(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。

（2）提供人機(jī)界面，接受維護(hù)人員對高頻開關(guān)型整流器的控制。當(dāng)維護(hù)人員對高頻開關(guān)型整流器操作時(shí)，LCDled/' target='_blank'>顯示屏顯示用數(shù)字編號的功能菜單。維護(hù)人員可按照菜單上的提示，在鍵盤上按相應(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：

① 市電告警。

（a）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；

（b）若市電電壓高于265V或持續(xù)高于260V，則發(fā)出市電過壓告警；

（c）若市電中斷或市電輸入部分發(fā)生故障導(dǎo)致整流模塊無法工作，則發(fā)出相應(yīng)整流模塊市電中斷告警。

② 系統(tǒng)實(shí)際輸出電壓超過設(shè)定的輸出電壓或是欠壓都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警。

③ 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)到或超過硬件所能承受的最高電壓時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并告警；

（b）整流模塊輸出電壓超過設(shè)定的過壓閉合電壓值時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并告警；

④ 整流模塊因溫度過高而自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，告警模塊會(huì)發(fā)出對應(yīng)的整流模塊過熱告警信息。

⑤ 告警模塊與整流模塊通信中斷時(shí)，告警模塊會(huì)發(fā)出某號整流模塊通信故障信息。

⑥ 告警模塊的數(shù)字輸入接口信號滿足告警觸發(fā)條件時(shí)，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警信息。

（4）對蓄電池實(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)壓降不能簡單地通過提高浮充電壓來補(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

③ 浮充電壓自動(dòng)溫度補(bǔ)償

④ 電池組的不均衡監(jiān)測：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。

⑤ 檢測電池放電性能

⑥ 分析電池單體故障

⑦ 電池容量試驗(yàn)

（5）自動(dòng)記錄、儲存高頻開關(guān)型整流器的運(yùn)行信息

（6）對整流模塊實(shí)施完善的監(jiān)控

① 使整流模塊按系統(tǒng)設(shè)置運(yùn)行

② 負(fù)載自動(dòng)均分：告警模塊通過整流模塊不斷監(jiān)測系統(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4A，則控制所有輸出電流過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。

③ 輸出過壓自動(dòng)關(guān)閉

④ 限制輸出電流

⑤ 整流模塊運(yùn)行狀態(tài)信息自動(dòng)儲存

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)的存儲單元或外部設(shè)備的信號通道；數(shù)據(jù)總線是CPU各種儲存器以及外部設(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。

（3）可擦除可編程只讀存儲器EEPROM，它儲存的內(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)行信號等。

（4）可擦除可編程只讀存儲器EPROM，用來儲存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。

（5）隨機(jī)存儲器ROM，在系統(tǒng)運(yùn)行期間可作注意讀寫，用于停電時(shí)保存系統(tǒng)運(yùn)行過程中的可變數(shù)據(jù)及一些中間數(shù)據(jù)。

（6）LCD顯示屏及鍵盤，它是維護(hù)人員對系統(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)人員通過鍵盤對系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。

（7）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變成數(shù)字信號，送給CPU處理。CPU根據(jù)這些數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)整。

（8）數(shù)字輸入接口電路，該電路把外界的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成CPU可以識別的數(shù)字信號并送給CPU處理。它主要用在檢測直流熔斷器的熔斷告警信號。

（9）數(shù)字輸出接口電路，該電路把CPU要求輸出的數(shù)字信號放大，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。

（10）RS485通信接口，計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)接口。CPU通過一個(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。

（11）RS232通信接口，計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)接口。CPU通過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)控高頻開關(guān)型整流器。

4 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)

通過告警模塊面板