VLBI觀測(cè)站電力系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VeryLongBaseline1nterferometry,VLBI),是一種空間大地測(cè)量技術(shù),具有超高空間分辨率和定位精度,在天體物理、大地測(cè)量、地球物理、深空探測(cè)等方面應(yīng)用極為廣泛。VLBI網(wǎng)由分布于不同區(qū)域的VLBI觀測(cè)站組成,每個(gè)觀測(cè)站包括天線系統(tǒng)、接收機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、時(shí)頻系統(tǒng)、氣象數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)和本地連接測(cè)量系統(tǒng)等,同時(shí)還需建有用于支持系統(tǒng)運(yùn)行、觀測(cè)和維護(hù)的觀測(cè)基地。其中,觀測(cè)基地內(nèi)供電設(shè)施對(duì)包括鐘房、終端房、天線、饋源倉(cāng)、壓縮機(jī)房、控制房、觀測(cè)室等在內(nèi)的重點(diǎn)設(shè)備或部位提供連續(xù)穩(wěn)定電力,以滿足長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)需求。對(duì)于觀測(cè)站各分系統(tǒng),需對(duì)電壓/電流進(jìn)行定期檢查,檢查相/線電壓是否在允許的范圍內(nèi)、電壓是否過(guò)低、電流是否太大、是否存在超負(fù)載現(xiàn)象。如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,出現(xiàn)斷電故障后會(huì)引起配電房開(kāi)關(guān)跳閘,導(dǎo)致重要設(shè)備斷電。由于觀測(cè)基地內(nèi)設(shè)備和配電柜較多,且相距較遠(yuǎn),如果僅靠人工巡檢,難以在30min內(nèi)發(fā)現(xiàn)和排除故障。因此,有必要開(kāi)發(fā)電力智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)基地內(nèi)VLBI觀測(cè)系統(tǒng)和附屬設(shè)備配電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),防范重大安全事故和災(zāi)難性故障。

1設(shè)計(jì)思路

研制該系統(tǒng)的目的是為了保證VLBI觀測(cè)站電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)主要電力線路和用電設(shè)備進(jìn)行定時(shí)或?qū)崟r(shí)地在線狀態(tài)監(jiān)測(cè),進(jìn)行針對(duì)性的故障預(yù)警和初步診斷。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的途徑:首先,監(jiān)測(cè)終端實(shí)時(shí)采集電力狀態(tài)參數(shù):其次,采集的數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后通過(guò)無(wú)線通信模塊傳送到主控計(jì)算機(jī)中,經(jīng)過(guò)處理存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中:最后,通過(guò)自主設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)管理軟件進(jìn)行人機(jī)交互,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力運(yùn)行狀態(tài),并進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警。

我們基于無(wú)線數(shù)傳模式,采取商業(yè)化的電力監(jiān)測(cè)終端和自主開(kāi)發(fā)的監(jiān)測(cè)管理軟件相結(jié)合的方案,應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方法,完成了電力智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

2硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用485總線將各種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端連接在一起,如圖1所示。

電力監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)由電力監(jiān)測(cè)終端、現(xiàn)場(chǎng)總線、接口轉(zhuǎn)換器和無(wú)線數(shù)傳模塊組成。

電力監(jiān)測(cè)終端負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)出線的電力參數(shù)、設(shè)備的模擬參數(shù)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)參數(shù)等各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)量進(jìn)行測(cè)量和采集。電力監(jiān)測(cè)終端選用智能型三相電參數(shù)模塊EDA9033、開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源和有關(guān)附件組成。監(jiān)測(cè)終端通過(guò)485現(xiàn)場(chǎng)總線與標(biāo)準(zhǔn)串行接口的計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信,必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)串行接口的轉(zhuǎn)換。將單端的Rs-232信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡差分的Rs-485信號(hào)。模塊設(shè)計(jì)采用獨(dú)特的"Rs-232電荷泵"驅(qū)動(dòng),無(wú)需外接電源。

無(wú)線數(shù)傳模塊為系統(tǒng)提供雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸、檢測(cè)和控制。采用高性能、低功耗的單片機(jī),設(shè)計(jì)的外圍電路較少,從而提高了可靠性,降低了故障率。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊連接監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)需要實(shí)施監(jiān)測(cè)時(shí),遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件連接電力監(jiān)測(cè)終端,通過(guò)無(wú)線傳送實(shí)時(shí)工況,如電壓、電流等參數(shù)。

3軟件設(shè)計(jì)

按實(shí)現(xiàn)功能軟件劃分為系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)管理、查詢管理、幫助四大模塊,如圖2所示。

系統(tǒng)模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信和其他相關(guān)配置等功能:監(jiān)測(cè)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)具體電力參數(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障顯示等功能:查詢管理模塊主要實(shí)現(xiàn)歷史故障和交接班記錄查詢及報(bào)表輸出等功能:幫助模塊主要為用戶提供幫助信息。

主模塊,即主界面配以下拉菜單、快捷按鈕及狀態(tài)欄等構(gòu)成整個(gè)軟件框架。四大功能模塊設(shè)計(jì)成四個(gè)下拉菜單,選擇四大模塊中的任一菜單,即可進(jìn)行相關(guān)操作。

軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用Delphi面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言,可方便地開(kāi)發(fā)出模塊化結(jié)構(gòu)的應(yīng)用軟件。模塊化編程以其靈活的程序結(jié)構(gòu)、模塊的復(fù)用性強(qiáng),節(jié)省了很多重復(fù)編程的時(shí)間。本系統(tǒng)軟件主要分通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面等三部分進(jìn)行模塊化編程。

通信模塊是整個(gè)軟件的核心,通過(guò)配置通信參數(shù),軟件發(fā)出命令,提供監(jiān)測(cè)終端和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。通信協(xié)議采用AsCII碼格式協(xié)議。通信模塊的工作流程如圖3所示。

首先打開(kāi)串口,進(jìn)行串口參數(shù)的設(shè)置,然后開(kāi)始檢測(cè)電力監(jiān)測(cè)終端,測(cè)試通信是否正常。之后根據(jù)執(zhí)行的不同監(jiān)測(cè)任務(wù),選擇不同的聯(lián)機(jī)方式。

系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)全部存放在s0Lserver2008數(shù)據(jù)庫(kù)中,在Delphi中使用ADo對(duì)象模型即編程方式來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)[8]。數(shù)據(jù)庫(kù)共設(shè)計(jì)了用戶表、值班記錄表、數(shù)采設(shè)備信息表、照明電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集表、動(dòng)力電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集表、低插電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集表、照明電故障記錄表、動(dòng)力電故障記錄表、低插電故障記錄表等9個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表。

系統(tǒng)界面完全按照可視化人機(jī)界面設(shè)計(jì),界面風(fēng)格與windows相同,包含主界面以及登錄、狀態(tài)顯示、查詢和統(tǒng)計(jì)等界面。登錄系統(tǒng)后,顯示主界面,表明系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行。下方狀態(tài)欄顯示當(dāng)前用戶、通信狀態(tài)及當(dāng)前時(shí)間。上方是控制菜單和快捷按鈕,通過(guò)選擇菜單,可大致看出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。通過(guò)點(diǎn)擊快捷按鈕,能快速實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的菜單的內(nèi)容。

系統(tǒng)接收自電力監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū),經(jīng)過(guò)提取和數(shù)據(jù)處理,由狀態(tài)顯示窗體將有關(guān)的電力參數(shù)(單相及三相電壓、單相及三相電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、各相有功功率、正反向有功電度等)實(shí)時(shí)顯示出來(lái),由程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值的比較,如果實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值超出標(biāo)準(zhǔn)值允許的范圍,即發(fā)現(xiàn)異常,窗體上的綠色圖標(biāo)馬上變?yōu)榧t色圖標(biāo),這樣就能直觀地顯示出什么位置、什么參數(shù)發(fā)生異常,實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警。根據(jù)需要監(jiān)測(cè)的不同內(nèi)容,主要設(shè)計(jì)有照明電、動(dòng)力電、低插電等電力參數(shù)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè),以及后續(xù)可拓展的開(kāi)關(guān)量和模擬量狀態(tài)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。

4結(jié)語(yǔ)

展望電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),正朝著"分布化、智能化、集成化、可視化和協(xié)調(diào)化"的方向發(fā)展,未來(lái)的電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將更加智能化、自動(dòng)化,可互操作性、可擴(kuò)充性愈來(lái)愈強(qiáng),靈活性愈來(lái)愈高。本文所述VLBI觀測(cè)站電力智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)是結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),具備分散監(jiān)測(cè)、可操作性強(qiáng)、易升級(jí)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于保障觀測(cè)站電力的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。目前,系統(tǒng)側(cè)重于遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè),今后升級(jí)時(shí)可擴(kuò)展遠(yuǎn)程控制功能,實(shí)現(xiàn)電力智能監(jiān)控。