VLBI观测站电力系统智能监测设计与实现

引言

甚长基线干涉测量(VeryLongBaseline1nterferometry,VLBI),是一种空间大地测量技术,具有超高空间分辨率和定位精度,在天体物理、大地测量、地球物理、深空探测等方面应用极为广泛。VLBI网由分布于不同区域的VLBI观测站组成,每个观测站包括天线系统、接收机系统、数据采集系统、时频系统、气象数据采集设备以及数据实时传输网络和本地连接测量系统等,同时还需建有用于支持系统运行、观测和维护的观测基地。其中,观测基地内供电设施对包括钟房、终端房、天线、馈源仓、压缩机房、控制房、观测室等在内的重点设备或部位提供连续稳定电力,以满足长期连续的观测需求。对于观测站各分系统,需对电压/电流进行定期检查,检查相/线电压是否在允许的范围内、电压是否过低、电流是否太大、是否存在超负载现象。如果没有及时发现问题,出现断电故障后会引起配电房开关跳闸,导致重要设备断电。由于观测基地内设备和配电柜较多,且相距较远,如果仅靠人工巡检,难以在30min内发现和排除故障。因此,有必要开发电力智能监测管理系统对观测基地内VLBI观测系统和附属设备配电进行实时监测,防范重大安全事故和灾难性故障。

1设计思路

研制该系统的目的是为了保证VLBI观测站电力系统的安全、稳定运行,其主要功能是实现对主要电力线路和用电设备进行定时或实时地在线状态监测,进行针对性的故障预警和初步诊断。

系统实现的途径:首先,监测终端实时采集电力状态参数:其次,采集的数据经格式转换后通过无线通信模块传送到主控计算机中,经过处理存储于系统数据库中:最后,通过自主设计的监测管理软件进行人机交互,实时监测电力运行状态,并进行自动预警。

我们基于无线数传模式,采取商业化的电力监测终端和自主开发的监测管理软件相结合的方案,应用模块化设计方法,完成了电力智能监测管理系统的硬件和软件设计。

2硬件设计

系统采用485总线将各种现场监测终端连接在一起,如图1所示。

电力监测现场由电力监测终端、现场总线、接口转换器和无线数传模块组成。

电力监测终端负责对进出线的电力参数、设备的模拟参数和开关状态参数等各个现场量进行测量和采集。电力监测终端选用智能型三相电参数模块EDA9033、开关直流稳压电源和有关附件组成。监测终端通过485现场总线与标准串行接口的计算机进行远程数据通信,必须进行标准串行接口的转换。将单端的Rs-232信号转换为平衡差分的Rs-485信号。模块设计采用独特的"Rs-232电荷泵"驱动,无需外接电源。

无线数传模块为系统提供双向的数据信号传输、检测和控制。采用高性能、低功耗的单片机,设计的外围电路较少,从而提高了可靠性,降低了故障率。

远程监测计算机通过无线传输模块连接监测现场。当需要实施监测时,远程计算机通过监测软件连接电力监测终端,通过无线传送实时工况,如电压、电流等参数。

3软件设计

按实现功能软件划分为系统、监测管理、查询管理、帮助四大模块,如图2所示。

系统模块主要实现系统通信和其他相关配置等功能:监测管理模块主要实现具体电力参数的状态监测、故障显示等功能:查询管理模块主要实现历史故障和交接班记录查询及报表输出等功能:帮助模块主要为用户提供帮助信息。

主模块,即主界面配以下拉菜单、快捷按钮及状态栏等构成整个软件框架。四大功能模块设计成四个下拉菜单,选择四大模块中的任一菜单,即可进行相关操作。

软件开发语言采用Delphi面向对象的结构化设计语言,可方便地开发出模块化结构的应用软件。模块化编程以其灵活的程序结构、模块的复用性强,节省了很多重复编程的时间。本系统软件主要分通信模块、数据库、人机界面等三部分进行模块化编程。

通信模块是整个软件的核心,通过配置通信参数,软件发出命令,提供监测终端和计算机之间的数据通信服务。通信协议采用AsCII码格式协议。通信模块的工作流程如图3所示。

首先打开串口,进行串口参数的设置,然后开始检测电力监测终端,测试通信是否正常。之后根据执行的不同监测任务,选择不同的联机方式。

系统中使用的数据全部存放在s0Lserver2008数据库中,在Delphi中使用ADo对象模型即编程方式来访问数据库[8]。数据库共设计了用户表、值班记录表、数采设备信息表、照明电实时数据采集表、动力电实时数据采集表、低插电实时数据采集表、照明电故障记录表、动力电故障记录表、低插电故障记录表等9个数据库表。

系统界面完全按照可视化人机界面设计,界面风格与windows相同,包含主界面以及登录、状态显示、查询和统计等界面。登录系统后,显示主界面,表明系统已经运行。下方状态栏显示当前用户、通信状态及当前时间。上方是控制菜单和快捷按钮,通过选择菜单,可大致看出系统的结构。通过点击快捷按钮,能快速实现相应的菜单的内容。

系统接收自电力监测终端的监测数据存放在数据缓冲区,经过提取和数据处理,由状态显示窗体将有关的电力参数(单相及三相电压、单相及三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、各相有功功率、正反向有功电度等)实时显示出来,由程序设计实现实时监测值与数据库中预设标准值的比较,如果实时监测值超出标准值允许的范围,即发现异常,窗体上的绿色图标马上变为红色图标,这样就能直观地显示出什么位置、什么参数发生异常,实现故障预警。根据需要监测的不同内容,主要设计有照明电、动力电、低插电等电力参数实时状态监测,以及后续可拓展的开关量和模拟量状态监测等内容。

4结语

展望电力监测系统的发展趋势,正朝着"分布化、智能化、集成化、可视化和协调化"的方向发展,未来的电力监测系统将更加智能化、自动化,可互操作性、可扩充性愈来愈强,灵活性愈来愈高。本文所述VLBI观测站电力智能监测管理系统是结合实际设计开发,具备分散监测、可操作性强、易升级等优点,对于保障观测站电力的安全可靠运行具有重要意义。目前,系统侧重于远程状态监测,今后升级时可扩展远程控制功能,实现电力智能监控。