基于GSM的剩余電流動作保護器檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案

　　本文提出了一種利用GSM通信來對剩余電流動作保護器的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行遠(yuǎn)程監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案中的系統(tǒng)可在農(nóng)網(wǎng)智能化改造中推廣應(yīng)用。本系統(tǒng)采用單片機作為主控制系統(tǒng)對剩余電流動作保護器數(shù)據(jù)進行采集，通過GSM模塊TC35i進行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，以短信的方式發(fā)送到監(jiān)控計算機和移動終端上，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的及時監(jiān)控。

　　0引言

　　剩余電流動作保護器是低壓電網(wǎng)中的重要保護裝置，在農(nóng)網(wǎng)的智能化改造中對剩余電流動作保護器的實時狀態(tài)監(jiān)測，可以大大提高工作效率和節(jié)約人力成本。針對農(nóng)網(wǎng)設(shè)備分布區(qū)域大而散的特點，本文提出了一種基于GSM的剩余電流動作保護器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案。

　　剩余電流動作保護器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱檢測系統(tǒng))由前端剩余電流動作保護器、單片機控制系統(tǒng)、GSM短信收發(fā)模塊、監(jiān)控計算機和移動終端構(gòu)成。一個單片機控制系統(tǒng)同時連接多臺剩余電流動作保護器，進行數(shù)據(jù)通信和傳輸控制。

　　監(jiān)測系統(tǒng)控制用的單片機選用某公司的MC68HC90JL8產(chǎn)品，檢測連接到的剩余電流動作保護器狀態(tài)并完成相關(guān)數(shù)據(jù)通信。設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)以短信方式傳送，通過GSM收發(fā)模塊到移動終端或監(jiān)控計算機上。

　　短信收發(fā)模塊選用某公司的G100型號產(chǎn)品，集成了關(guān)鍵的GSM模塊TC35i以及模塊的射頻處理電路、SIM卡槽和MCU微處理器單元，利用RS232通信協(xié)議實現(xiàn)透明數(shù)據(jù)傳輸。

　　1監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

　　剩余電流動作保護器作為系統(tǒng)前端，安裝在各個低壓電網(wǎng)控制箱內(nèi)，自動監(jiān)測用電線路的狀態(tài)數(shù)據(jù)(包括負(fù)載電壓/負(fù)載電流/漏電電流等)。當(dāng)用電線路發(fā)生過載、短路、缺相、過壓、欠壓或剩余電流故障跳閘情況時，剩余電流動作保護器就會通過核心單片機控制系統(tǒng)和GSM短信收發(fā)模塊向移動終端或監(jiān)控計算機發(fā)送短信，主要內(nèi)容包括告警地點、告警線路、告警原因、告警數(shù)值等狀態(tài)數(shù)據(jù)。管理人員就可以據(jù)此及時掌握故障信息，迅速采取措施，保證正常供電。

　　在整個系統(tǒng)工作過程中，單片機控制系統(tǒng)不但對保護器狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了實時監(jiān)測，當(dāng)用電線路的狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，能夠自動將告警信息發(fā)送到管理平臺和移動終端上。同時，單片機控制系統(tǒng)還可接收管理人員的指令進行對應(yīng)操作。

　　當(dāng)控制系統(tǒng)接收到短信形式的指令后，也能實時采集剩余電流動作保護器的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)參數(shù)，并回傳給監(jiān)控平臺和移動終端，供管理人員分析和統(tǒng)計。

　　在管理平臺上，監(jiān)控計算機通過收集到的各個用電線路剩余電流動作保護器的狀態(tài)信息與數(shù)據(jù)參數(shù)，基于已有的比對數(shù)據(jù)，對運行情況進行統(tǒng)計分析，并且能以輸出報表的形式為管理部門決策提供有效的參考信息。

　　2監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　監(jiān)測系統(tǒng)采用有比較優(yōu)勢的功能模塊化設(shè)計，主要可分為單片機控制系統(tǒng)與通信模塊設(shè)計;其中單片機控制系統(tǒng)與通信部分設(shè)計包括硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計。

　　控制系統(tǒng)與通信模塊主要由核心單片機、電源處理電路、鍵盤輸入電路、信號處理電路、液晶顯示電路、GSM收發(fā)模塊等單元構(gòu)成，如圖1所示。

　　圖1 檢測系統(tǒng)功能模塊和外部連接結(jié)構(gòu)圖

　　根據(jù)實地調(diào)研分析，一般情況下連接在同一低壓電網(wǎng)變壓器上的剩余電流動作保護器基本布局在同一配電柜中，安裝的保護器的數(shù)量相對較少，并且相互安裝之間距離較近，這是在低壓電網(wǎng)中剩余電流動作保護器的安裝特點。針對其特點本系統(tǒng)中剩余電流動作保護器與單片機控制系統(tǒng)的連接采用TTL電平直接方式，同時滿足每個單片機控制系統(tǒng)可以連接控制4個剩余電流動作保護器。

　　單片機控制系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊的供電主要采用AC220V輸入經(jīng)過變壓、整流、濾波后來供給其使用;剩余電流動作保護器的編號由單片機控制系統(tǒng)的通訊接口編碼來決定;按鍵輸入部分采用4*4行列掃描查詢的方式，實現(xiàn)數(shù)字和相應(yīng)字符命令的輸入;顯示單元部分采用點陣顯示液晶，既能顯示按鍵輸入對應(yīng)中文信息，也在收發(fā)短信、收發(fā)模塊初始化和工作失常狀態(tài)下顯示相應(yīng)的告警信息。

　　3監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1系統(tǒng)主要功能

　　監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

　　(1)實現(xiàn)對所控制的剩余電流動作保護器的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集;

　　(2)按照規(guī)定格式，實現(xiàn)收發(fā)模塊之間的雙向通信;

　　(3)實現(xiàn)對剩余電流動作保護器的狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析、處理、編碼工作，并生成數(shù)據(jù)幀，再通過GSM模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計算機和移動終端上;

　　(4)實現(xiàn)對接收到的短信的解碼、分析、處理，將控制命令作用于剩余電流動作保護器，使之完成相應(yīng)的動作;

　　(5)此外，可以靈活實現(xiàn)利用按鍵來設(shè)置或更改要發(fā)送的手機號碼，同時在液晶單元上顯示相關(guān)信息;

　　(6)將剩余電流動作保護器的各種故障顯示在液晶單元上。

　　3.2主要功能模塊設(shè)計

　　3.2.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

　　單片機數(shù)據(jù)采集模塊對所連接的多臺剩余電流動作保護器的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實時采集。剩余電流動作保護器本身會在線路上有欠壓、過壓、短路、漏電流過大等故障發(fā)生時有相應(yīng)的保護動作，現(xiàn)在，單片機要對這類故障信息做到即時的采集，并做出相應(yīng)的識別、處理，以判斷出發(fā)生故障的具體線路和具體的故障類型。后期完成故障信息整合，準(zhǔn)備發(fā)出線路故障告警信息，故障信息內(nèi)容一般包括發(fā)生故障的地點，線路和具體的時間等。圖2為數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖。

　　圖2 數(shù)據(jù)采集部分程序流程圖