网络环境下的智能型直流电源系统设计

1 引言

　　直流电源后备系统是各类电厂、变电所、电站等必备设备，其可靠性对整个系统的安全高效运行至关重要。随着自动化程度的提高，顾客对电源产品的高可靠性、高智能化、免维护性及产品的在线升级提出了更高的要求，这也成为电源产品的必然发展趋势。
　　
　　目前各个厂家的电源产品都大同小异，产品的组成基本为以下几个部分：高频模块、监控装置、绝缘选线仪、电池巡检装置。在现有这些产品中，一般说来，绝缘选线仪、电池巡检装置都是由专门的配套厂家生产。而在一套直流系统中，监控装置、绝缘选线仪、电池巡检装置都分别有自己的CPU、液晶、键盘及各自的下位机软件，它们都需要同当地的综自通讯。这样，目前的产品存在以下问题：
　　
　　（1）通讯难题：虽然三种装置各自有自己的通讯口，具备自己的通讯功能，但通讯规约都不同。它们与综自进行通讯时，四种下位机软件需要统一的通讯规约。
　　
　　（2）组态不便：电源产品是个多样化产品，根据用户的不同需要，几乎每个产品都有自己的系统。而用汇编语言更改或重新编写监控软件不方便，容易出错。
　　
　　（3）可操作性：三种装置的人机介面风格，键盘功能的定义都不同。这就需要运行人员必须掌握每种机箱的使用说明，给操作、运行带来不便。

　　基于以上情况，我们推出了智能型触摸屏控制直流系统。该系统信息采集与处理就近完成，实时性强，信号不受干扰；组态方便；网络功能强；有完善的自检功能；强大的多媒体和动画功能；全中文windows图形界面，使用户操作直观、简单、方便；采用双重控制原则，提高系统的可靠性。

2 系统总体方案设计

2．1硬件配置

　　智能型触摸屏控制直流系统为模块式结构，模块间可任意组合。一个完整的系统由4部分组成：监控后台（主控制单元）、充电管理单元、电池巡检单元、绝缘检测单元。其中监控后台为本系统的控制核心，实现管理整个系统的作用。

　　智能型直流电源系统的结构框图1如下：

图一

　　1.监控后台

　　以一台触摸式工业控制机作为监控后台,全面管理电源系统的运行，可记录、统计、分析、打印各种运行数据。采用高亮度彩色液晶触摸屏人机界面，用以实现所有操作。具有显示直观、操作方便等优点。它拥有“遥测、遥信、遥控、遥调”等功能，可适应电源系统的全自动化无人值守要求。

　　2.充电管理单元

　　监控高频整流模块按设置的电池曲线自动运行，高频整流模块采用了目前国际上先进的有源功率因数校正技术（PFC）和软开关脉宽调制技术（PWM），民主均流，并可带电插拔，热维修。原理框图：

图二

　 　3.绝缘检测单元

　　绝缘检测单元采用平衡桥及不平衡桥相结合的原理，检测母线对地绝缘状态，不向直流系统输入信号，不受直流馈线对地电容影响，支路检测使用差值计算，以准确计算出正负母线接地阻抗及支路正负端接地阻抗。对于多条支路同时发生一点或平衡接地均可检测。原理框图：

图三

　　4.电池管理单元

　　电池管理单元采用电压检测和内阻检测相结合的方法来判断电池是否失效。内阻测量采用国内首创、国际一流的测试方法，通过向电池组两端注入低频交流信号，通过科学算法，结合电压检测模块的单电池电压采样，巧妙计算出每一节电池的准确内阻。

图四

　　整个系统监测全面，各单元之间相互独立，任何一个单元的退出都不影响其他单元的正常运行，系统的监控后台虽然能控制和监视整个系统，但各单元和监控后台之间也是相互独立的，如果监控后台出现故障，系统仍能维持正常供电。

2．2软件设计

　　ADS2000系统软件是智能型直流电源的主控软件，采用National Instrument公司的虚拟仪器开发环境LabWindows/CVI编制而成。软件设计遵循软件工程原理，采用模块化设计，融合面向对象编程技术。该软件运行于Windows环境下，全中文图形智能界面，实时显示、监测、控制系统运行状态。可实现全自动无人值守运行。如需操作可参照图形指导、语音提示，使设备的操作直观、简单、方便。
为实现对上述智能型直流电源硬件系统的有效管理，主控软件ADS2000采用模块化设计方法，相应的模块主要有数据采集和处理模块、数据显示模块、系统设置模块、打印模块以及通信模块等。各模块关系及软件系统结构框图如下：

图五

2．3各模块作用分述如下：

　　（1）系统设置模块

　　系统设置模块完成出厂设置和维护设置，出厂设置由生产厂商通过硬键盘进行设置，不连键盘不能设置；维护设置由用户来进行，使用软件系统的软键盘进行输入，并且需要输入维护级密码，设置错误可恢复缺省设置。系统运行时越限语音报警，并进行文字提示。

　　（2）打印模块

　　由运行界面中的打印按钮调用，负责系统运行数据以及报警信息等内容的打印。

　　（3）数据采集和处理模块

　　 ADS2000直流电源系统采用了集散式控制系统结构，系统的信息采集与处理由“充电管理单元”、“馈线管理单元”和“电池管理单元”三个独立的模块分别完成，各模块内都有独立的控制器，各单元可独立于控制单元和其他单元工作，使产品的可靠性及可维护性大大提高。三个独立的模块各自有自己的通讯口，具备自己的通讯功能，数据采集和处理模块负责通过串口接受三个单元上传的数据，并按照各自的通讯协议进行处理，然后由数据显示模块加以显示。

　　（4）通信模块

　　通信模块完成将存储文件通过MODEM传输到指定网络地址，ADS2000采取计算机组网方式、异地、异域甚至可以通过Internet组网，软件面向网络设计、系统可通过Windows系统支持的任何一种网络和通讯协议与上位机通讯。

　　（5）数据显示模块

　　该模块负责为用户输入和数据输出提供友好界面，除主运行界面外，还包括直流电源系统图、蓄电池监测、绝缘监测、系统设置、打印日志、历史纪录以及帮助等子界面。在帮助子界面中，使用汉字导向，可帮助用户进行故障问题的分析及处理。

　　（6）语音报警模块

　　语音报警模块在系统出现报警时，为用户提供多媒体语音报警，提醒值班人员及时处理问题，避免重大问题的发生。