VLBI觀測站電力系統(tǒng)智能監(jiān)測設計與實現(xiàn)

引言

甚長基線干涉測量(VeryLongBaseline1nterferometry,VLBI),是一種空間大地測量技術,具有超高空間分辨率和定位精度,在天體物理、大地測量、地球物理、深空探測等方面應用極為廣泛。VLBI網由分布于不同區(qū)域的VLBI觀測站組成,每個觀測站包括天線系統(tǒng)、接收機系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)、時頻系統(tǒng)、氣象數據采集設備以及數據實時傳輸網絡和本地連接測量系統(tǒng)等,同時還需建有用于支持系統(tǒng)運行、觀測和維護的觀測基地。其中,觀測基地內供電設施對包括鐘房、終端房、天線、饋源倉、壓縮機房、控制房、觀測室等在內的重點設備或部位提供連續(xù)穩(wěn)定電力,以滿足長期連續(xù)的觀測需求。對于觀測站各分系統(tǒng),需對電壓/電流進行定期檢查,檢查相/線電壓是否在允許的范圍內、電壓是否過低、電流是否太大、是否存在超負載現(xiàn)象。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)問題,出現(xiàn)斷電故障后會引起配電房開關跳閘,導致重要設備斷電。由于觀測基地內設備和配電柜較多,且相距較遠,如果僅靠人工巡檢,難以在30min內發(fā)現(xiàn)和排除故障。因此,有必要開發(fā)電力智能監(jiān)測管理系統(tǒng)對觀測基地內VLBI觀測系統(tǒng)和附屬設備配電進行實時監(jiān)測,防范重大安全事故和災難性故障。

1設計思路

研制該系統(tǒng)的目的是為了保證VLBI觀測站電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行,其主要功能是實現(xiàn)對主要電力線路和用電設備進行定時或實時地在線狀態(tài)監(jiān)測,進行針對性的故障預警和初步診斷。

系統(tǒng)實現(xiàn)的途徑:首先,監(jiān)測終端實時采集電力狀態(tài)參數:其次,采集的數據經格式轉換后通過無線通信模塊傳送到主控計算機中,經過處理存儲于系統(tǒng)數據庫中:最后,通過自主設計的監(jiān)測管理軟件進行人機交互,實時監(jiān)測電力運行狀態(tài),并進行自動預警。

我們基于無線數傳模式,采取商業(yè)化的電力監(jiān)測終端和自主開發(fā)的監(jiān)測管理軟件相結合的方案,應用模塊化設計方法,完成了電力智能監(jiān)測管理系統(tǒng)的硬件和軟件設計。

2硬件設計

系統(tǒng)采用485總線將各種現(xiàn)場監(jiān)測終端連接在一起,如圖1所示。

電力監(jiān)測現(xiàn)場由電力監(jiān)測終端、現(xiàn)場總線、接口轉換器和無線數傳模塊組成。

電力監(jiān)測終端負責對進出線的電力參數、設備的模擬參數和開關狀態(tài)參數等各個現(xiàn)場量進行測量和采集。電力監(jiān)測終端選用智能型三相電參數模塊EDA9033、開關直流穩(wěn)壓電源和有關附件組成。監(jiān)測終端通過485現(xiàn)場總線與標準串行接口的計算機進行遠程數據通信,必須進行標準串行接口的轉換。將單端的Rs-232信號轉換為平衡差分的Rs-485信號。模塊設計采用獨特的"Rs-232電荷泵"驅動,無需外接電源。

無線數傳模塊為系統(tǒng)提供雙向的數據信號傳輸、檢測和控制。采用高性能、低功耗的單片機,設計的外圍電路較少,從而提高了可靠性,降低了故障率。

遠程監(jiān)測計算機通過無線傳輸模塊連接監(jiān)測現(xiàn)場。當需要實施監(jiān)測時,遠程計算機通過監(jiān)測軟件連接電力監(jiān)測終端,通過無線傳送實時工況,如電壓、電流等參數。

3軟件設計

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

系統(tǒng)模塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)通信和其他相關配置等功能:監(jiān)測管理模塊主要實現(xiàn)具體電力參數的狀態(tài)監(jiān)測、故障顯示等功能:查詢管理模塊主要實現(xiàn)歷史故障和交接班記錄查詢及報表輸出等功能: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)欄等構成整個軟件框架。四大功能模塊設計成四個下拉菜單,選擇四大模塊中的任一菜單,即可進行相關操作。

軟件開發(fā)語言采用Delphi面向對象的結構化設計語言,可方便地開發(fā)出模塊化結構的應用軟件。模塊化編程以其靈活的程序結構、模塊的復用性強,節(jié)省了很多重復編程的時間。本系統(tǒng)軟件主要分通信模塊、數據庫、人機界面等三部分進行模塊化編程。

通信模塊是整個軟件的核心,通過配置通信參數,軟件發(fā)出命令,提供監(jiān)測終端和計算機之間的數據通信服務。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。

首先打開串口,進行串口參數的設置,然后開始檢測電力監(jiān)測終端,測試通信是否正常。之后根據執(zhí)行的不同監(jiān)測任務,選擇不同的聯(lián)機方式。

系統(tǒng)中使用的數據全部存放在s0Lserver2008數據庫中,在Delphi中使用ADo對象模型即編程方式來訪問數據庫[8]。數據庫共設計了用戶表、值班記錄表、數采設備信息表、照明電實時數據采集表、動力電實時數據采集表、低插電實時數據采集表、照明電故障記錄表、動力電故障記錄表、低插電故障記錄表等9個數據庫表。

系統(tǒng)界面完全按照可視化人機界面設計,界面風格與windows相同,包含主界面以及登錄、狀態(tài)顯示、查詢和統(tǒng)計等界面。登錄系統(tǒng)后,顯示主界面,表明系統(tǒng)已經運行。下方狀態(tài)欄顯示當前用戶、通信狀態(tài)及當前時間。上方是控制菜單和快捷按鈕,通過選擇菜單,可大致看出系統(tǒng)的結構。通過點擊快捷按鈕,能快速實現(xiàn)相應的菜單的內容。

系統(tǒng)接收自電力監(jiān)測終端的監(jiān)測數據存放在數據緩沖區(qū),經過提取和數據處理,由狀態(tài)顯示窗體將有關的電力參數(單相及三相電壓、單相及三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、各相有功功率、正反向有功電度等)實時顯示出來,由程序設計實現(xiàn)實時監(jiān)測值與數據庫中預設標準值的比較,如果實時監(jiān)測值超出標準值允許的范圍,即發(fā)現(xiàn)異常,窗體上的綠色圖標馬上變?yōu)榧t色圖標,這樣就能直觀地顯示出什么位置、什么參數發(fā)生異常,實現(xiàn)故障預警。根據需要監(jiān)測的不同內容,主要設計有照明電、動力電、低插電等電力參數實時狀態(tài)監(jiān)測,以及后續(xù)可拓展的開關量和模擬量狀態(tài)監(jiān)測等內容。

4結語

展望電力監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,正朝著"分布化、智能化、集成化、可視化和協(xié)調化"的方向發(fā)展,未來的電力監(jiān)測系統(tǒng)將更加智能化、自動化,可互操作性、可擴充性愈來愈強,靈活性愈來愈高。本文所述VLBI觀測站電力智能監(jiān)測管理系統(tǒng)是結合實際設計開發(fā),具備分散監(jiān)測、可操作性強、易升級等優(yōu)點,對于保障觀測站電力的安全可靠運行具有重要意義。目前,系統(tǒng)側重于遠程狀態(tài)監(jiān)測,今后升級時可擴展遠程控制功能,實現(xiàn)電力智能監(jiān)控。