基于云端的远程电源监控系统的设计

2019-03-13王照

科技与创新 2019年4期

王照

（广州供电局有限公司白云供电局，广东广州 510410）

电源作为电子系统及设备中不可缺少的部分，其故障具有突发性、紧迫性以及破坏性[1]。系统内电源一旦发生故障，必然影响系统功能并中断系统的正常运行，如果无法及时对故障进行可靠处理，还可能引发严重的二次危害[2]。因此对于电源的监控是十分必要的，并且要求对电源的监控应具有良好的实时性与可靠性，同时还要保留记录以便对故障进行追溯与分析。鉴于上述原因，本文提出了一种基于云端的远程电源监控系统，经由云端服务器可跨平台实现对电源的可靠监控以及对电源数据的存储。

1 系统整体架构

本系统主要由远程监控端、云端服务器以及电源监控终端三部分构成，以以太网作为数据传输链路实现数据传输，系统整体架构如图1所示。

图1 系统整体架构示意图

远程监控端的主要功能为实现人机交互与控制输入。云端服务器不仅具有数据通信的中转功能，通过建立数据库对电源的历史数据进行存储，可实现对故障的追溯与分析功能。通过采用B/S架构的软件设计，远程监控端可以由任何具有浏览器功能的设备来充当，可以跨平台地对电源进行实时监控[3]。电源控制终端是整个系统的核心，其主要功能为对电源数据进行采集，进行片上决断生成异常报警信息，并将生成的数据与报警信息上传至云端服务器作为数据储备。

2 系统硬件设计

本系统针对远程电源监控的要求设计了电源监控终端。电源监控终端是实现电源监控的核心功能单元，采用结构化设计方案，由主控模块、通信模块、数采模块以及电源控制模块构成，电源监控终端结构如图1虚线框内所示。

主控模块主要由BCM2837为核心的嵌入式系统构成，BCM2837具有丰富的运算资源以及接口资源[4]，可以有效保证终端数据采集与传输的实时性与电源控制的可靠性。在通信模块设计上，采用百兆以太网作为电源控制终端的入网接口，这种冗余的数据吞吐量设计可以降低数据传输的延时。主控模块通过传输模块上传电源数据，并接受控制指令。电源控制模块接收主控模块的控制信号并调节各路电源的输出。数采模块对电源的电参数与环境参数进行采集。数采模块采集到电源的相关数据后，经过主控模块的处理与编码，通过通信模块将数据上传至云端服务器。

电参数检测电路主要采集输出电源的电压、电流等信息。为了降低电路的复杂度并提高测算精度[5]，本系统设计了电参数检测电路，如图2所示。

图2 电参数检测电路

采用数字输出的电能计量芯片ADE77581进行电参数检测。ADE77581芯片能够实现对电流、电压有效值的测量及计算，对有功功率、无功功率、视在功率进行运算，并具有SPI接口，可将测算所得的电参数以数字信号直接传入主控模块进行处理。本设计采用隔离电路将ADE77581的输出与主控模块隔离开，以防止突发情况下烧毁主控模块。采用ADUM1401隔离芯片可以起到信号隔离的作用并实现电平转换功能。

3 系统软件设计

3.1 电源数据存储与管理

为实现电源的集中维护与管理，提高监控效率，本系统通过建立电源数据的云端服务器来对电源数据进行存储与管理。随着系统运行时间与接入设备的增加，系统生成的数据也越来越多，为了解决数据保存与存储开销之间的矛盾，在数据维护方面采取以数据存在时间以及故障异常作为保留权重的策略。用户较为关心新的数据，但为了对数据进行分析与处理，历史数据也需要进行存储，因此本系统以数据存留时间作为权重来判断数据是否需要保留。通过数据存在时间设定数据留存采样间隔，数据存在时间越久采样间隔就越大，采样需要留存的数据就越少。同时，故障与异常发生时的数据也是用户所关心的关键数据，本系统在数据留存采样时，着重采样故障或异常发生期间的数据，如图3所示。

图3 数据存留采样策略示意图

3.2 电源监控终端软件设计

电源监控终端实现对电源信息数据的采编，与云端服务器进行数据交互，接收云端服务器控制指令并对电源输出进行调节以及对异常故障情况进行反馈报警等功能。为实现上述功能，对电源监控终端的控制软件进行了设计。

软件控制流程如下所述：终端上电后首先对系统进行初始化，初始化包括对电能计量芯片初始化配置、温湿度传感器初始化、以太网的初始化设置、加载用户配置等。初始化完成后，首先进行网络检测判断终端是否已入网，如果已入网则连接云端服务器。连接服务器成功则判断是否接收到控制指令，并根据指令对电源进行相应调节。无论终端是否已连接服务器，都进行以下操作：首先采集电源电参数数据与电源环境数据，并对数据进行处理与编码，依照预设阈值对数据进行判决，超出阈值则生成故障异常报警信息，之后进行是否连接服务器的在线判断，如果终端在线则将生成的数据与报警信息进行上传，之后重复上述数据采集与处理过程；如果终端不在线则将数据与报警信息存储于本地，等待连接服务器后一并上传。