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直流操作電源是電力系統中繼電保護裝置、信號裝置、照明裝置等重要負載的不停電供電電源，其供電的可靠性關(guān)系重大。直流操作電源主要由蓄電池組、充電浮充電裝置以及饋電支路開(kāi)關(guān)和熔斷器等組成。為保證直流操作電源供電的可靠性，必須對其進(jìn)行全面的監視與控制調節。 工控機工作站具有功能強大、擴展方便、環(huán)境適應性和抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于組成直流操作電源綜合監控系統。其缺點(diǎn)是價(jià)格較高，但對大容量、高可靠性的直流電源系統來(lái)說(shuō)，是可以接受的�？紤]到用戶(hù)的多元化需要，我們和新鄉直流電源成套廠(chǎng)合作，開(kāi)發(fā)研制了該監控系統。 1 系統功能要求 根據現場(chǎng)需要，直流操作電源綜合監控系統應該具備以下功能： (1)電池管理功能，即選擇最佳的充電方式或充電規律，以提高蓄電池的實(shí)際蓄電容量和使用壽命； (2)交流電源中斷時(shí)的自動(dòng)處理功能，即保證在交流電源停電期間蓄電池不過(guò)度放電，以及交流電源恢復供電后對蓄電池組補充充電； (3)對電池(分組)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，對電池電壓越限應能夠進(jìn)行及時(shí)的故障報警； (4)監視充電機的工作情況? 一旦出現故障?應立即將故障組切除?并自動(dòng)投入備用組且發(fā)出聲光及遠程報警信號，通知維修人員對故障進(jìn)行及時(shí)處理； (5)對母線(xiàn)和主要支路的熔斷器進(jìn)行監視?若出現熔斷器熔斷現象?要及時(shí)發(fā)出聲光及遠程報警信號，以保證故障的及時(shí)排除和熔芯的及時(shí)更換； (6)監視動(dòng)力母線(xiàn)和控制母線(xiàn)的對地絕緣電阻，當其小于某一設定值時(shí)，應能發(fā)出聲光及遠程報警信號； (7)對檢測到的故障數據?如控母電壓過(guò)高、控母電壓過(guò)低、控母電壓紋波超限、交流失電、缺相等，要及時(shí)存儲； (8)要具有遠方通訊接口，以保證調度中心對操作電源工作狀態(tài)的了解及遠程控制，也就是說(shuō)，要具有遙控、遙信、遙調、遙測功能。 2 系統的硬件構成 本文主要針對由兩套蓄電池組、兩段控制母線(xiàn)、兩段合閘母線(xiàn)、三臺相控整流充電機(其中兩臺主機分別為兩組電池充電浮充電，另一臺作為備用機)組成的直流電源系統的監控需要。因工控機監控系統易擴充和易修改，只要稍加改進(jìn)，即可用于由高頻開(kāi)關(guān)電源模塊組成的新型直流操作電源。根據此系統的需要，硬件主要由工控機工作站(AWS-825)、模擬量采集與調理板卡、模擬量輸入板卡(PCL-813B)、數字量輸入板卡(PCL-722)、模擬量輸出板卡(PCL-728)和數字量輸出板卡(PCL-735)等組成，如圖1所示。 2.1 工作站配置 工作站采用臺灣研華公司生產(chǎn)的AWS-825型帶15英寸CRT及60鍵薄膜鍵盤(pán)的一體化工控機，其配置如下： CPU:PENTIUM 5/200 硬盤(pán)：4.3G 內存：32M 軟驅?zhuān)?.44M 3.5英寸軟盤(pán)驅動(dòng)器一個(gè) 電源類(lèi)型：PS-250，250W，平均無(wú)故障運行時(shí)間100000小時(shí)。 2.2 監控系統的供電電源 監控系統的工作電源為工作站內的開(kāi)關(guān)電源。為保證在交流電源停電的情況下，直流操作電源監控系統也能正常工作，采用圖2所示的開(kāi)關(guān)電源的供電線(xiàn)路。其中，T1為隔離變壓器，B1、B2為蓄電池組。平時(shí)由交流電源供電，當交流電源停電時(shí)，由1＃蓄電池組或2＃蓄電池組為監控系統供電。 2.3 功能電路板及其在監控系統中的作用 (1)PCL-813B(模擬量輸入)：32路單端隔離，12位分辨率，可編程輸入范圍設定，完成對系統中主要物理量(如兩臺充電機的輸出電壓、電流，兩段控制母線(xiàn)的電壓、電流，兩套電池組的充電電壓和充電電流，三相交流輸入電壓、電流，環(huán)境溫度等)的檢測、兩段直流母線(xiàn)對地絕緣電阻的檢測和對蓄電池組的分組巡回檢測等。 (2)PCL-728(模擬量輸出)：2路12位分辨率光電隔離模擬量輸出卡，2塊，用于對兩臺充電機輸出電壓、輸出電流的調節。第三臺備用機采用本機自控工作方式，只在兩臺主充電機中有故障退出而需要備用機投入時(shí)，接受監控系統發(fā)出的開(kāi)機命令投入運行，在故障機修復投入運行后便自動(dòng)退出。 (3)PCL-722(數字量輸入)：144路數字量輸入／輸出卡，模擬8255狀態(tài)0，用以實(shí)現對主要回路熔斷器的監視。 (4)PCL-735(數字量輸出)：12路繼電器輸出，用于對各充電機交流電源開(kāi)關(guān)及蓄電池總開(kāi)關(guān)的控制，及電池巡回檢測的選組及直流母線(xiàn)絕緣電阻的選線(xiàn)控制。 (5)PCLD-782B(轉接線(xiàn))：24路光電隔離數字量輸入板3塊，須和PCL-722配合使用。 2.4 模擬量檢測電路 該電路包括以下幾部分：(1)三相交流電壓值和三相交流電流值的檢測部分，用交流互感器進(jìn)行檢測；(2)1號、2號充電機輸出電壓、輸出電流值和各直流母線(xiàn)電壓、電流值的檢測部分，用霍爾模塊作檢測元件，同時(shí)實(shí)現信號變換和隔離功能；(3)電池(共分30組)巡回檢測電路，包括電池組的切換和電池組電壓的輸入兩部分。電池組切換時(shí)，須同時(shí)切換電池組的正負兩極，電池電壓的輸入部分應和工控機的工作電源實(shí)現電氣上的隔離，后者對于保證直流操作電源監控系統的正常工作非常重要；(4)直流母線(xiàn)對地電阻檢測電路，分別檢測直流正、負母線(xiàn)對地電阻，兩段母線(xiàn)共有兩套檢測電路。直流母線(xiàn)對地電阻的檢測，是直流操作電源監控系統中既重要又困難的一個(gè)問(wèn)題，筆者設計出一種新的實(shí)用檢測電路，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。檢測電路原理如圖3所示。 圖中，Rd1和Rd2分別表示直流正負母線(xiàn)對地電阻。CB為來(lái)自工控機工作站的控制信號，給CB以高電平，VT1導通，繼電器K1帶電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，則由直流正母線(xiàn)＋KM1、限流電阻R2、光耦O1、K1的常開(kāi)觸點(diǎn)、地、直流負母線(xiàn)對地電阻Rd2到直流負母線(xiàn)－KM1，形成一電流通路。該電流經(jīng)光耦隔離、轉換、阻容濾波后，輸入計算機，根據該電流的數值和直流母線(xiàn)電壓值及限流電阻值，可計算出Rd2的數值。給CB以低電平，VT1關(guān)斷，K1失電，常閉觸點(diǎn)閉合，則由直流正母線(xiàn)+KM1、直流正母線(xiàn)對地電阻Rd1到地、K1的常閉觸點(diǎn)、光耦O2、限流電阻R1、直流負母線(xiàn)－KM1，形成一電流通路。該電流經(jīng)O2隔離、轉換、阻容濾波后，輸入計算機，同樣的方法，可以求出Rd1的數值。(5)數字量輸出電路。本系統采用繼電器輸出來(lái)控制一些主要電氣開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)，由于繼電器觸點(diǎn)容量有限，必須考慮用中間繼電器等來(lái)加大觸點(diǎn)容量。 3 軟件設計 監控系統采用VASUAL BASIC 6.0進(jìn)行編程，分三部分：其一是現場(chǎng)工作站的檢測與控制程序，其二是上位機(中調計算機)的四遙(遙控、遙測、遙信、遙調)接口界面程序，其三是工作站和上位機之間的串行通訊程序。 3.1 現場(chǎng)工作站的檢測與控制程序 該部分程序分主窗口菜單程序、正常屏顯和自動(dòng)程序等三部分。 3.1.1 主窗口菜單程序 主窗口菜單程序由口令保護、調節與控制、物理量檢測、電池巡檢、故障檢測與診斷等構成�？诹畋Ｗo用于限制非授權人員的操作；調節與控制菜單設有開(kāi)關(guān)機控制、充電方式切換、主要參量調節、核對性放電等四個(gè)子菜單，分別實(shí)現人為的開(kāi)關(guān)機操作和充電方式切換及對主要給定量的在線(xiàn)調節等功能。為易于進(jìn)行人機對話(huà)，充電方式切換、主要參量調節和核對性放電等三個(gè)子菜單分別啟動(dòng)實(shí)現對應功能的三個(gè)子窗口。主要參量調節設置了每個(gè)參數的上下限，以保證系統主要參量的調節在允許的范圍內進(jìn)行。核對性放電監視電池電壓?當電池電壓下降到其下限值時(shí)或電池電壓不到下限值但放出的電池容量已達到電池的額定容量時(shí)?停止核對性放電。在放電子窗口中，顯示放電過(guò)程中電池電壓和放電電流的實(shí)際值及上次放電終了時(shí)的電池電壓以及上次實(shí)際放出的電池容量，供電池維護人員參考。物理量檢測給用戶(hù)提供了了解系統中任意物理量的實(shí)際數值的用戶(hù)界面。為保證主要物理量的檢測精度，對每一個(gè)主要檢測支路和A/D輸入都采用10段3點(diǎn)二次插值法進(jìn)行數值處理。電池巡檢給用戶(hù)提供了自動(dòng)巡檢、手動(dòng)抽檢、查看故障電池等三個(gè)檢測方式，并顯示出當前電池的編號和電壓值及所有故障電池的編號。故障監視及診斷設有交流失電、缺相，控制母線(xiàn)過(guò)壓、欠壓、紋波越限，充電機過(guò)流，直流母線(xiàn)對地絕緣電阻越限和主要回路熔斷器熔斷等故障監視和聲光及語(yǔ)音報警功能。 3.1.2 正常屏顯 正常屏顯主要顯示兩段控制母線(xiàn)的電壓、電流值和三臺充電機的工作狀態(tài)等信息。 3.1.3 自動(dòng)程序 自動(dòng)程序用主窗口定時(shí)器控件來(lái)實(shí)現。主要完成以下任務(wù)： (1)采集系統主要參量，并判斷其數值是否越限； (2)控制兩臺充電機的充電過(guò)程，保證蓄電池組處于最佳的充電狀態(tài)； (3)分析并執行來(lái)自上位機的遙控、遙調命令； (4)刷新顯示； (5)監視主要熔斷器狀態(tài)； (6)蓄電池巡回檢測； (7)向上位機發(fā)送運行信息。 軟件設計中的輸入輸出操作，通過(guò)調用研華公司提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(DDL)來(lái)實(shí)現。自動(dòng)程序框圖如圖4所示。 3.2上位機程序 上位機程序的目的是為操作管理人員提供一個(gè)了解操作電源運行信息和對操作電源進(jìn)行遙控、遙調的遠程交互接口。程序主要由界面程序和通信程序兩部分組成，界面設計完全仿照工控機工作站的程序界面，通信程序在下面介紹。 3.3 串行通信程序 串行通信程序的任務(wù)是實(shí)現直流操作電源的四遙功能，采用一對一的對等通信方式，通過(guò)MScomm控件實(shí)現。該系統采用發(fā)送和接收定長(cháng)數據段的通信方法。對操作電源的運行信息，進(jìn)行定時(shí)發(fā)送；對來(lái)自上位機的遙控、遙調命令，采用中斷接收、定時(shí)處理的編程方法。上位機中的通信程序采用中斷接收、定時(shí)處理、隨時(shí)發(fā)送遙控及遙調命令的編程方式。為可靠起見(jiàn)，對每一個(gè)數據信息包都連續發(fā)送三次。接收程序則要取連續接收的三個(gè)數據進(jìn)行比較，只有當這三個(gè)數據中有兩個(gè)以上相同時(shí)，才認為是有效數據。 現場(chǎng)試運行表明，基于工作站的操作電源綜合監控系統具有抗干擾能力強、可靠性高、易于擴充和改進(jìn)、開(kāi)發(fā)周期短、易于設計出友好的人機界面、易于采用虛擬儀器技術(shù)等新的設計思路來(lái)提高系統性能等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。 |
