開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用
1、引言
近幾年來，開關(guān)電源技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，對開關(guān)電源的智能化要求也越來越高。開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)作為實現(xiàn)開關(guān)電源系統(tǒng)智能化要求的一部分，也越來越得到廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是通過電源與計算機(jī)的通信模塊完成與監(jiān)控中心的信息交換，接收監(jiān)控中心的各種監(jiān)測與遙控命令，并將電源的各種狀態(tài)信息反饋給監(jiān)控中心。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊的設(shè)計是組建開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，該系統(tǒng)中所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊與計算機(jī)通信的主要特點是實現(xiàn)了計算機(jī)與電源的主從總線1∶N通信方式，并且采用了MAX232和RS485雙串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口。本文所介紹的開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)實際應(yīng)用于對作者自行研制的多臺12V5000A電鍍用開關(guān)電源進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)了由一臺計算機(jī)對多臺電鍍電源的遠(yuǎn)程監(jiān)測與遙控。
2、監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊設(shè)計
為了組建開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每臺電源配置了一個獨立的監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊采用的控制芯片是MCS51系列單片機(jī)80C52。80C52具有8k的內(nèi)部ROM和256字節(jié)的內(nèi)部RAM。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。計算機(jī)通過該通信模塊可以實時讀取電源的輸出電壓、輸出電流值以及輸出過壓、輸入過壓、輸入欠壓、過流、過熱、運行/停止等8路開關(guān)量的狀態(tài)值，并可以在輸出值允許的范圍內(nèi)任意設(shè)置電源的輸出電壓、輸出電流值和復(fù)位、合閘、分閘、機(jī)控/本控4路開關(guān)量的狀態(tài)值。從監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，如果計算機(jī)需要讀取電源模塊的輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)量的狀態(tài)時，單片機(jī)收到請求命令后啟動A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX182對電源的輸出電壓、輸出電流兩路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時表征電源運行狀態(tài)的8路開關(guān)量從雙總線收發(fā)器74LS245讀入送至單片機(jī)寄存器存貯。單片機(jī)將所有處理后的數(shù)據(jù)按預(yù)定數(shù)據(jù)傳送格式發(fā)送給計算機(jī)輸出顯示。計算機(jī)需要設(shè)置電源的輸出電壓、輸出電流值和4路開關(guān)量的狀態(tài)時，計算機(jī)將設(shè)置好的數(shù)據(jù)按預(yù)定格式發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)接收處理后啟動D/A轉(zhuǎn)換芯片MAX532和輸出鎖存器74LS573將處理后的輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)量狀態(tài)值輸出給電源。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊從而實現(xiàn)了計算機(jī)對電源的實時監(jiān)控。為了保證設(shè)計人員的安全和防止通信模塊受電源影響而損壞，電源與通信模塊之間的信號傳遞均通過光耦隔離。
為了確保電源與計算機(jī)在不同應(yīng)用場合的準(zhǔn)確通信，該監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊采用了RS232C和RS485雙串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口。RS232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。其邏輯電平對地是對稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規(guī)定為＋5V～＋15V之間，邏輯1電平為－5V～－15V之間，模塊中采用了MAX232驅(qū)動芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口的主要缺點是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短，抗干擾能力差。模塊配備RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口使得任何含有串行通信口的計算機(jī)均可以實現(xiàn)和電源的通信具有廣泛的適應(yīng)性。RS485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動結(jié)構(gòu)，它通過傳輸線驅(qū)動器把邏輯電平變換為電位差，完成信號的傳遞。RS485具有傳輸速率快、傳送距離長、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，模塊中采用了MAX485驅(qū)動芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX485輸出的差分信號需經(jīng)RS232與RS485轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后才能送至計算機(jī)，所以所有使用RS485與電源進(jìn)行通信的計算機(jī)必須安裝232/485轉(zhuǎn)換接口卡。本模塊配備的RS485通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口使得監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊可以適用于環(huán)境干擾比較大的工業(yè)現(xiàn)場的長距離通信。
3、監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計
開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)一臺計算機(jī)對多臺電源的實時監(jiān)控，必須制定準(zhǔn)確的通信協(xié)議。通信協(xié)議是通信雙方為實現(xiàn)正常通信所作的約定，所制定的規(guī)則。兩進(jìn)程要相互通信，就必須遵守這些約定規(guī)則。該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的通信協(xié)議優(yōu)點是實現(xiàn)了一臺計算機(jī)可以同時監(jiān)控多臺電源的主從總線1∶N通信方式。在總線結(jié)構(gòu)上有一個主站、即計算機(jī)，N個電源做為總線結(jié)構(gòu)上的從站。
主從總線1∶N通信方式可以采用多種通信協(xié)議實現(xiàn)總線使用權(quán)的分配，本系統(tǒng)中使用的地址查詢方式，主從總線1∶N通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。系統(tǒng)給每個電源分配唯一的一個地址號，計算機(jī)分配一個固定的地址號。當(dāng)計算機(jī)需要和某臺電源建立通信時，計算機(jī)發(fā)出一個含有該電源地址號的請求命令包。掛在總線上的所有電源一直處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，計算機(jī)所發(fā)出的請求命令包將被所有的電源所接收。每個電源將接收到的請求命令包中所包含的電源地址號與本模塊的地址號相比較，只有地址號與計算機(jī)所發(fā)出的請求命令包中所包含的地址號相同的電源才與計算機(jī)建立通信，響應(yīng)計算機(jī)所發(fā)出的請求命令。其它地址號不相同的電源將拒絕響應(yīng)計算機(jī)的請求命令，繼續(xù)保持接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，等待響應(yīng)計算機(jī)發(fā)出的下一個請求命令包。系統(tǒng)中的這種地址查詢方式實現(xiàn)了任何時候總線上最多只有一臺電源與計算機(jī)通信，其它電源處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，從而有效地避免了總線使用權(quán)的沖突。
近幾年來，開關(guān)電源技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，對開關(guān)電源的智能化要求也越來越高。開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)作為實現(xiàn)開關(guān)電源系統(tǒng)智能化要求的一部分，也越來越得到廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是通過電源與計算機(jī)的通信模塊完成與監(jiān)控中心的信息交換，接收監(jiān)控中心的各種監(jiān)測與遙控命令，并將電源的各種狀態(tài)信息反饋給監(jiān)控中心。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊的設(shè)計是組建開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，該系統(tǒng)中所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊與計算機(jī)通信的主要特點是實現(xiàn)了計算機(jī)與電源的主從總線1∶N通信方式，并且采用了MAX232和RS485雙串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口。本文所介紹的開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)實際應(yīng)用于對作者自行研制的多臺12V5000A電鍍用開關(guān)電源進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)了由一臺計算機(jī)對多臺電鍍電源的遠(yuǎn)程監(jiān)測與遙控。
2、監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊設(shè)計
為了組建開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每臺電源配置了一個獨立的監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊采用的控制芯片是MCS51系列單片機(jī)80C52。80C52具有8k的內(nèi)部ROM和256字節(jié)的內(nèi)部RAM。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。計算機(jī)通過該通信模塊可以實時讀取電源的輸出電壓、輸出電流值以及輸出過壓、輸入過壓、輸入欠壓、過流、過熱、運行/停止等8路開關(guān)量的狀態(tài)值，并可以在輸出值允許的范圍內(nèi)任意設(shè)置電源的輸出電壓、輸出電流值和復(fù)位、合閘、分閘、機(jī)控/本控4路開關(guān)量的狀態(tài)值。從監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，如果計算機(jī)需要讀取電源模塊的輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)量的狀態(tài)時，單片機(jī)收到請求命令后啟動A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX182對電源的輸出電壓、輸出電流兩路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時表征電源運行狀態(tài)的8路開關(guān)量從雙總線收發(fā)器74LS245讀入送至單片機(jī)寄存器存貯。單片機(jī)將所有處理后的數(shù)據(jù)按預(yù)定數(shù)據(jù)傳送格式發(fā)送給計算機(jī)輸出顯示。計算機(jī)需要設(shè)置電源的輸出電壓、輸出電流值和4路開關(guān)量的狀態(tài)時，計算機(jī)將設(shè)置好的數(shù)據(jù)按預(yù)定格式發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)接收處理后啟動D/A轉(zhuǎn)換芯片MAX532和輸出鎖存器74LS573將處理后的輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)量狀態(tài)值輸出給電源。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊從而實現(xiàn)了計算機(jī)對電源的實時監(jiān)控。為了保證設(shè)計人員的安全和防止通信模塊受電源影響而損壞，電源與通信模塊之間的信號傳遞均通過光耦隔離。
為了確保電源與計算機(jī)在不同應(yīng)用場合的準(zhǔn)確通信，該監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊采用了RS232C和RS485雙串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口。RS232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。其邏輯電平對地是對稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規(guī)定為＋5V～＋15V之間，邏輯1電平為－5V～－15V之間，模塊中采用了MAX232驅(qū)動芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口的主要缺點是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短，抗干擾能力差。模塊配備RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口使得任何含有串行通信口的計算機(jī)均可以實現(xiàn)和電源的通信具有廣泛的適應(yīng)性。RS485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動結(jié)構(gòu)，它通過傳輸線驅(qū)動器把邏輯電平變換為電位差，完成信號的傳遞。RS485具有傳輸速率快、傳送距離長、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，模塊中采用了MAX485驅(qū)動芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX485輸出的差分信號需經(jīng)RS232與RS485轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后才能送至計算機(jī)，所以所有使用RS485與電源進(jìn)行通信的計算機(jī)必須安裝232/485轉(zhuǎn)換接口卡。本模塊配備的RS485通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口使得監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊可以適用于環(huán)境干擾比較大的工業(yè)現(xiàn)場的長距離通信。
3、監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計
開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)一臺計算機(jī)對多臺電源的實時監(jiān)控，必須制定準(zhǔn)確的通信協(xié)議。通信協(xié)議是通信雙方為實現(xiàn)正常通信所作的約定，所制定的規(guī)則。兩進(jìn)程要相互通信，就必須遵守這些約定規(guī)則。該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的通信協(xié)議優(yōu)點是實現(xiàn)了一臺計算機(jī)可以同時監(jiān)控多臺電源的主從總線1∶N通信方式。在總線結(jié)構(gòu)上有一個主站、即計算機(jī)，N個電源做為總線結(jié)構(gòu)上的從站。
主從總線1∶N通信方式可以采用多種通信協(xié)議實現(xiàn)總線使用權(quán)的分配，本系統(tǒng)中使用的地址查詢方式，主從總線1∶N通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。系統(tǒng)給每個電源分配唯一的一個地址號，計算機(jī)分配一個固定的地址號。當(dāng)計算機(jī)需要和某臺電源建立通信時，計算機(jī)發(fā)出一個含有該電源地址號的請求命令包。掛在總線上的所有電源一直處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，計算機(jī)所發(fā)出的請求命令包將被所有的電源所接收。每個電源將接收到的請求命令包中所包含的電源地址號與本模塊的地址號相比較，只有地址號與計算機(jī)所發(fā)出的請求命令包中所包含的地址號相同的電源才與計算機(jī)建立通信，響應(yīng)計算機(jī)所發(fā)出的請求命令。其它地址號不相同的電源將拒絕響應(yīng)計算機(jī)的請求命令，繼續(xù)保持接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，等待響應(yīng)計算機(jī)發(fā)出的下一個請求命令包。系統(tǒng)中的這種地址查詢方式實現(xiàn)了任何時候總線上最多只有一臺電源與計算機(jī)通信，其它電源處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，從而有效地避免了總線使用權(quán)的沖突。
| 【上一個】 如何執(zhí)行開關(guān)電源的合理設(shè)計 | 【下一個】 大型并網(wǎng)光伏電站對電網(wǎng)的影響分析 |
| ^ 開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 | ^ 電鍍用開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 |