摘 要： 介紹了基于工作站的直流操作電源綜合監(jiān)控系統(tǒng)，較為詳盡地介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成和軟件設計。該監(jiān)控系統(tǒng)具有檢測全面、控制功能強大、可靠性高、實用性強、擴充和升級方便等顯著優(yōu)點。
關鍵詞： 工作站 直流操作電源 綜合監(jiān)控系統(tǒng) 硬件 軟件

直流操作電源是電力系統(tǒng)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關和熔斷器等組成。為保證直流操作電源供電的可靠性，必須對其進行全面的監(jiān)視與控制調節(jié)。
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，非常適合于組成直流操作電源綜合監(jiān)控系統(tǒng)。其缺點是價格較高，但對大容量、高可靠性的直流電源系統(tǒng)來說，是可以接受的?？紤]到用戶的多元化需要，我們和新鄉(xiāng)直流電源成套廠合作，開發(fā)研制了該監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)功能要求
根據現場需要，直流操作電源綜合監(jiān)控系統(tǒng)應該具備以下功能：
(1)電池管理功能，即選擇的充電方式或充電規(guī)律，以提高蓄電池的實際蓄電容量和使用壽命；
(2)交流電源中斷時的自動處理功能，即保證在交流電源停電期間蓄電池不過度放電，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)進行實時檢測，對電池電壓越限應能夠進行及時的故障報警；
(4)監(jiān)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行及時處理；
(5)對母線和主要支路的熔斷器進行監(jiān)視若出現熔斷器熔斷現象要及時發(fā)出聲光及遠程報警信號，以保證故障的及時排除和熔芯的及時更換；
(6)監(jiān)視動力母線和控制母線的對地絕緣電阻，當其小于某一設定值時，應能發(fā)出聲光及遠程報警信號；
(7)對檢測到的故障數據如控母電壓過高、控母電壓過低、控母電壓紋波超限、交流失電、缺相等，要及時存儲；
(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，要具有遙控、遙信、遙調、遙測功能。

2.1 工作站配置
工作站采用臺灣研華公司生產的AWS-825型帶15英寸CRT及60鍵薄膜鍵盤的一體化工控機，其配置如下：
CPU:PENTIUM 5/200
硬盤：4.3G
內存：32M
軟驅：1.44M 3.5英寸軟盤驅動器一個
電源類型：PS-250，250W，平均無故障運行時間100000小時。
2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的供電電源
監(jiān)控系統(tǒng)的工作電源為工作站內的開關電源。為保證在交流電源停電的情況下，直流操作電源監(jiān)控系統(tǒng)也能正常工作，采用圖2所示的開關電源的供電線路。其中，T1為隔離變壓器，B1、B2為蓄電池組。平時由交流電源供電，當交流電源停電時，由1＃蓄電池組或2＃蓄電池組為監(jiān)控系統(tǒng)供電。

2.3 功能電路板及其在監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)。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，接受監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的開機命令投入運行，在故障機修復投入運行后便自動退出。
(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，用以實現對主要回路熔斷器的監(jiān)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關及蓄電池總開關的控制，及電池巡回檢測的選組及直流母線絕緣電阻的選線控制。
(5)PCLD-782B(轉接線)：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電壓、電流值的檢測部分，用霍爾模塊作檢測元件，同時實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，須同時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現電氣上的隔離，后者對于保證直流操作電源監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作非常重要；(4)直流母線對地電阻檢測電路，分別檢測直流正、負母線對地電阻，兩段母線共有兩套檢測電路。直流母線對地電阻的檢測，是直流操作電源監(jiān)控系統(tǒng)中既重要又困難的一個問題，筆者設計出一種新的實用檢測電路，很好地解決了這個問題。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對地電阻。CB為來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，常開觸點閉合，則由直流正母線＋KM1、限流電阻R2、光耦O1、K1的常開觸點、地、直流負母線對地電阻Rd2到直流負母線－KM1，形成一電流通路。該電流經光耦隔離、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關斷，K1失電，常閉觸點閉合，則由直流正母線+KM1、直流正母線對地電阻Rd1到地、K1的常閉觸點、光耦O2、限流電阻R1、直流負母線－KM1，形成一電流通路。該電流經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(tǒng)采用繼電器輸出來控制一些主要電氣開關的閉合與斷開，由于繼電器觸點容量有限，必須考慮用中間繼電器等來加大觸點容量。

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了解操作電源運行信息和對操作電源進行遙控、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是實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MScomm控件實現。該系統(tǒng)采用發(fā)送和接收定長數據段的通信方法。對操作電源的運行信息，進行定時發(fā)送；對來自上位機的遙控、遙調命令，采用中斷接收、定時處理的編程方法。上位機中的通信程序采用中斷接收、定時處理、隨時發(fā)送遙控及遙調命令的編程方式。為可靠起見，對每一個數據信息包都連續(xù)發(fā)送三次。接收程序則要取連續(xù)接收的三個數據進行比較，只有當這三個數據中有兩個以上相同時，才認為是有效數據。

現場試運行表明，基于工作站的操作電源綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有抗干擾能力強、可靠性高、易于擴充和改進、開發(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等新的設計思路來提高系統(tǒng)性能等顯著優(yōu)點。