基于DSP的大型电气设备在线状态自动监测系统设计

彭 亮

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁 锦州 121000）

0 引 言

DSP是一种性能较高的微处理器，适用于数字信号的处理[1]。数字信号处理器的出现，实现了数字信号处理技术与实际应用的结合，进一步推动了这项技术的发展，同时也拓宽了这项技术的应用领域。目前，国内的DSP产品已经非常丰富，开发系统的品种也很多，因此在设计大型电气设备在线状态自动监测系统时，利用DSP技术的应用会有更大的优势。

1 系统硬件设计

1.1 硬件结构

利用微处理器进行控制，以数据处理作为其核心，再利用计算机、数字谐波及传感等方面的技术进行更多的参数在线监测[2]。这种在线监测系统能够存储大量的信息数据，并节省数据处理的时间，在监测数据的同时能够快速地显示、保存及传输，并实时做出警报，整个过程不需要人工进行操作，实现了系统自动化的监测。这种技术也可以应用于电力系统设备缺陷检测。

将DSP作为技术核心，用于大型电气设备的在线监测上，能够大大突出其优点[3]。DSP有多个转换器、增加获取能力的单元以及能承载超大容量的存储器。这些设备为电路的设计、采样交流以及控制通道的转换提供了更方便的服务。DSP具备的高速串并端口为在线监测装置与上位机间的交流提供了保障，从而实现了网络与网络间的互联，满足了设备自动化的需求。目前的市场上，DSP的性能普遍提高，但价格总体呈下降趋势，因此价格优势大大超过了传统的监测系统，节约了大量的成本。基于DSP的在线状态自动监测系统使用的资源及编程更加灵活，能够使测量参数的改变更便捷，因此可以满足不同电压等级在测量时的需求。

1.2 信号获取

传统的监测系统采用的是单片机的计算机技术。这种技术能够基本保证计算的精确度，但信号取样的模式存在不同的设计，其设计要求能够准确反映其电流运动的波形，并且做到电气分离。信号的获取主要分为如下两种。

第一种是利用钳形的电流互感器固定接地线，在其系统的输出段能够获取到电流的信号。这种方法存在的弊端是难以保障传出的电流信号不失真，误差较大。第二种方式是在计算器外获得监测的信号。这种方法相较于第一种安装简单，但取样受到限制，计算器两端电压必须和流过计算机的电流成线性关系来保证电压的信号能够真实反映电流的波形。但大多数的计算器满足不了这种线性关系。

基于这两种方法存在的问题设计一种将信号由一匝穿芯式无缘交流传感器套在末屏接地线上，在传感器左右两侧的副边上接入精密电阻的方法。这种方法的信号获取接线方式较前两种简单，并且精准度更高，能够满足测量时所需的条件。

1.3 信号预处理

在线自动监测系统中，信号的预处理是指将电路信号转换为用于之后系统处理的数据采集、控制过程或其他作用的数字信号。信号的调节要连接着传感器，通过传感器的电路信号要经过过滤、放大及保护等环节，被处理成为适用于采集的信号，再进行下一步的数据采集。信号在转换过程中的精度及稳定度关系着整个系统的精度及稳定度，在转换电路的设计出现不当时，系统后面的环节不管怎样计算都无法达到预期，因此转换信号的电路设计是非常重要的环节。

2 系统软件设计

2.1 软件结构

在大型电气设备在线状态自动监测系统的软件设计中，以模块化的设计思路结合硬件的结构特点，将各装置需要完成的不同任务进行如下的软件划分，在程序上分为主程序和中断服务程序两种。其中主程序又可分为起始模块、数据提取模块、输入输出模块及通信模块。在通过这些模块和中断服务程序共同作用下，完成对大型电气设备的自动化监测。这些软件模块在主程序的指令下能够协作调配。在系统中，主程序要先进行初始化操作，需要初始化的有系统时钟、片内外时钟、管理器模块、向量表及存储器等，在初始化任务完成后才能开始执行后续的程序命令。

2.2 芯片选择

软件中的核心要素是芯片，由于芯片的种类有很多，所以在线监测系统中对于软件的选择是非常重要的，只有正确的选择才能降低成本，增加系统精准度。

在功率的损耗上，监测系统中大部分需要芯片的地方都是便携式的产品，其电量都是储存在产品本身，因此储存电量少，需要功率消耗尽可能小的芯片。在线自动监测系统在编程上对于技术和经验的要求较高，因此需要足够大的内存及容量，传统的系统编码会降低数据传输的效率，而芯片的应用使编程变得简单、方便，效率也有所提高。在数量上，芯片的数量直接决定着产品的成本，要在适当的范围内，尽可能减少芯片的数量。

2.3 通信模块

由于大型电气设备在线自动监测是一个漫长的过程，因此采集信息时会储存大量的数据，但系统监测过程中不需要全部的被采集数据，只需要能够显示故障时的信息即可。根据这一问题，设计的通信模块会将正常工作室的数据储存在上位软件中，将故障信息进行存储。具体方法如下，在监测一段时间内，如果数值没有超出设定的范围，则每隔5 min覆盖上一阶段的数据；若在检测过程中出现故障，则中断现有数据，将错误的数据进行上报。软件在这一过程中能够做到对错误数据的识别、处理及上报。

3 系统监测实验

为了对比基于DSP的大型电气设备在线状态自动监测系统比传统监测系统有更大的优势，设计出一个对比试验。在其他外界条件相同时，分别用两种方法进行监测。在设备出现故障时，分析并记录两种方法的检测精度及存储数据的数量，并进行记录，表1为两种方法的监测结果记录。

表1 两种方法的检测结果记录表

通过实验及表格中记录的数据可知，在线监测系统的存储数据能力较强，一般在10～13个，而传统方法只能存储4～6个数据，并且在线监测系统的精度更高，基本维持在90%以上，而传统方法精度只在70%上下浮动。

基于DSP的自动监测系统提高了监测的精确度，避免了计算产生的误差，同时在采集时通过DSP进行采集也提高了转换的精度。在存储方式上，采用掉电保护技术增加了数据的可靠性，利用DSP对数据进行存储扩大了存储的空间。同时，基于DSP的在线检测系统大大减少了计算量，提高系统处理数据的速度，保证系统能在异常运行时自动启动，提高了系统的可靠性优势。

4 结 论

目前，电气设备的在线监测系统涉及电子技术、计算机技术及信息处理技术等。本文对于基于DSP的在线监测系统的设计还没有做到充分地研究，对于未来的研究还应该从理论、数据采集以及系统的结构方面进行更加深入的研究。此外，还要结合我国电气设备运行的实际，探寻新的方法和技术，做到更快捷、方便地实施在线监测及诊断。