基于TCP/IP协议的远程智能电源监控切换系统

毛茫茫

(四川城市职业学院实验实训中心，四川成都610000)

基于TCP/IP协议的远程智能电源监控切换系统

毛茫茫

(四川城市职业学院实验实训中心，四川成都610000)

为了更好地保障关键设备运行的可靠性，针对不间断供电的需求，提出了一种基于TCP/IP协议的智能电源远程切换系统。该系统底层利用微控制器对电源状态进行采样和控制。采用TCP/IP链路提供远程通信，构建远程监控系统，在不同的故障情况下完成主、备电源间转换，以保持供电的连续性。

双电源；自动切换；远程监控；智能化

双电源是电力、银行、水利、电信等领域必不可少的供电保障系统，而双电源的切换系统是双电源可靠运行的前提之一。国内外的大多数双电源切换系统都具有快速切换的功能，但是也存在着一些问题。目前使用的大多数双电源切换系统所使用的控制部件都是8位或16位的单片机，执行机构是继电器。由于8位单片机的计算能力有一定的局限性，所以大多数切换系统都没有设计电源的缺相、欠压、过压、短路、过载、超频等故障的分级识别和分析功能，不利于系统的精细操作[1]；同时，单片机的局限性在一定程序上还影响着继电器的逻辑组合设置，使继电器的输出模式缺少灵活性，导致故障率高。针对以上问题，本文利用DSP芯片设计了一种新型智能双电源电子快速切换系统，具有分析准确、执行快速、智能化强的特点。

1 系统总体设计

我国《供配电系统设计规范》一级负荷的供电可靠性要求中明确指出，一级负荷应配置双电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏；对于一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，还应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。从以上规定可以看出，对于用电可靠性高的场合，例如银行、医院、铁路、电力、电信等部门或者其他一些关键设备，供电电源中双电源切换系统的研制是必需的，其性能会直接影响到整个系统运行的安全。

目前，我国的双电源切换系统主要是利用单片机、交流接触器、延迟继电器等设备组成切换系统，可以形成具有一定远程控制能力的无人值守故障切换系统；但也存在切换速度慢、故障率较高和智能化水平较低的缺点。

根据以上要求，形成如图1所示的双电源切换系统。

图1 双电源切换整体设计

如图1所示，整个系统分为三个部分。第一部分是现场检测与控制部分，这一部分的核心是DSP，在本设计中选用TMS320F28335，是高性能的32位浮点中央处理器，时钟频率150 MHZ，时钟周期6.67 ns，具有低功耗、运算速度快的特点。与DSP配合使用的是LCD屏，用于显示电源的运行状态。现场的检测模块集合了电量变送器、数据采集器等仪器，具体的测量功能包括：两路电源的三相相电压、频率及相应的电流、开关量等。除了测量模块，与DSP直接相连的还有切换驱动模块、报警模块、电源状态显示模块。在这其中，切换驱动模块完成从监控系统下传过来的执行命令，从而完成主、备电源之间运行的切换；报警模块完成故障的报警功能。

系统的第二部分是提供远程通信的通信模块，该模块由嵌入式网关、远程通信网组成。嵌入式网关与DSP芯片之间利用RS232串口通信，嵌入式网关与远程通信网之间采用通信接口卡相连，具体的方式由所选的通信网络确定。在本设计中采用的通信网络是以太网，接口协议是TCP/IP，通信速度可以达到10 Mb/s的通信速率，可以完全满足现场通信速率的要求。

系统的第三部分是上位机的监控系统，系统的核心是专家判断系统，可根据系统上传的数据对电源的运行状态进行分析，并自动产生操作命令，同时将操作命令下传至驱动切换模块，以完成电源系统运行状态的切换。

2 检测与驱动设计

系统采用电压互感器和电流互感器来检测主电源与备用电源的电压及电流等数据，所采集数据经过交流放大电路传输至TMS320F28335中。

为了提高系统的运行速度，在本设计中，没有采用继电器来驱动控制，选用了无触点开关。在所有的无触点开关技术中，可选用的器件有可控硅、光耦三极管、达林顿管、晶闸管等。而本设计所需要的无触点开关需要满足以下条件：导通时间可以达到微秒级，能够适用于交流负载且能够抗击瞬间大电流的频繁冲击。在所有的无触点开关中只有以晶闸管为主体的开关可以满足以上要求。普通晶闸管的开通和关断时间能够达到微秒级且可以抗击瞬间大电流的能力，所以，晶闸管是无触点开关的首选。

以无触点开关为主体的双电源自动切换系统如图2所示。

图2 双电源切换系统

3 通信模块设计

本设计的通信分为两个层次：底层和中间层。底层通信完成采集数据和控制命令的传递，选用的通信方式为CAN总线形式。由于所选用的DSP芯片上已经内置了CAN接口模块，所以依需求进行连线就可以。

中间层的通信选用公共通信网络，所使用的通信协议是TCP/IP协议，并利用嵌入式芯片担当网关的角色。

DSP芯片与嵌入式网关之间利用RS232串口进行通信，网关与通信网及上位机之间安装相应的网卡，完成通信功能。

网关与监控系统的上位机之间选用客户端/服务器模式进行通信，具体过程为：

(1)服务器启动，等待请求；

(2)客户机发出请求，到达相应端口；

(3)服务器接收到客户机的请求，进行系统分析，如果客户机请求合理，发出允许连接的命令；

(4)客户机收到服务器的命令后，进行连接，确认连接后，发送相应数据。

TCP/IP协议采用socket套接字来完成客户端和服务器的连接和数据交换，具体过程如图3所示[2]。

图3 套接字系统调用

4 总结

基于TCP/IP协议的双电源自动切换系统采用DSP作为底层核心控制芯片，提高了系统的数字化、网络化和智能化，可以有效地减少操作的失误，是双电源切换的良好方案。经过现场使用证明，该系统运行良好，具有较高的应用价值。

[1]赏星耀，项新建.双电源智能自动切换系统的研究[J].机电工程，2006(7)：18-19.

[2]郭晶晶.基于前端分区切换的远程监控系统[D].厦门：华侨大学，2007：19-21.

Remote intelligent switching power supply monitoring system based on TCP/IP protocol

In order to guarantee the reliability of key equipment operation,a kind of intelligent remote switching power supply was put forward based on TCP/IP protocol for the need of uninterruptible power supply.The underlying of system uses the microcontroller to conduct the power supply's acquisition and control.The remote monitoring system was built by using TCP/IP link for remote communication.The conversion was finished between the main power supply and backup power supply in different fault for maintaining the continuity of power supply.

double power supply;automatic switching-over;remote monitoring;intelligence

TM 76

A

1002-087 X(2016)06-1296-02

2016-01-20

四川省教育厅高职院校信息化对标框架和指标分析研究一般项目(自然科学)(15ZB0432)

毛茫茫(1979—)，男，四川省人，学士，实验师，主要研究方向为计算机应用。