基于虛擬儀器的通信電源監測系統設計

基于虛擬儀器的通信電源監測系統設計
薛領東，王太新，馬月輝
（石家莊鐵道學院通信中心，河北 石家莊 050043）
摘 要：針對通信電源智能化的需要，研制了一套以虛擬儀器為核心的通信電源監測系統。該系統以pc機為主機，通過串行口與單片機系統或電源模塊通訊。實現了對電源電壓、電流、工作狀態等的數據采集，以及對模塊運行狀態，系統設置，告警信息等的遙測和遙控。
關鍵詞：集中監控；數據采集；智能控制；通信電源
中圖分類號：            文獻標識碼：
The Design of Supervision System for Communication Power Supply Base on Virtual Instrument
XUE Ling-dong，WANG Tai-xin，MA Yue-hui
(Communication Center Shijiazhuang Railway Institute ，Shijiazhuang 050043, China)

Abstract: In order to meet the demand of intelligent supervision for communication power supply, the supervision system for communication power supply based on virtual instrument has been developed. In the system, a PC as process unit communicates with single-chip system or power supply by serial interface. It can sample the data of power supply, such as voltage, current, operation status and so on. The system has the remote measure and control function on rectifiers operation status, system setting and alarms etc.
Key words: centralized supervision and control; data acquisition; intelligent control; communication power supply
0 引言
伴隨著現代社會的飛速發展，人們對信息的需求和依賴越來越強。作為通信系統的心臟，通信局（站）電源系統扮演著極為重要的角色。而現實情況下，通信電源的智能化進程相對于電信產業的飛速發展顯得緩慢，滯后，這就要求加速發展通信電源集中監控系統，為此，筆者在現有設備的基礎上獨立開發研制了一套基于虛擬儀器的通信電源集中監控系統。
通信電源監控系統的可擴充性顯得非常重要 。它要求監控系統中的各個基本監控模塊既可獨立地對某個對象進行檢測 、控制，亦可通過通信網絡互連起來，實行既有集中又有分散的控制；另外還可以根據控制規模的變化要求，方便地刪除某些監控節點或把另外新的監控節點接納進來；而且通信網絡可以延伸擴展，使網絡的范圍不斷擴大，從一個基本監控節點逐步擴展為通信局 (站) 監控系統 、區縣級監控系統和地市級監控系統 。因此，如何使所設計的監控模塊能與其它廠家生產的監控模塊相互兼容，并能在不斷擴充的監控系統中可靠 、正常地運行,是設計者所不能忽視的重要問題 。它一方面關系到監控模塊本身兼容性的優劣，另一方面也關系到監控系統可擴充性的高低 。本文從監控系統的硬件設計出發，系統分析了監控系統可擴充性的硬件實現和軟件設計 。
系統監控的內容與要求：監控開關電源模塊的電壓、電流、工作狀態；三相交流和直流配電的電壓、電流以及蓄電池的充放電電壓、電流；電池溫度和單體電池電壓。對模塊運行中的狀態，熔絲狀態，系統設置，告警信息等開關量能進行遙控和部分遙信。
1 監測系統的硬件設計
   集中監控系統的通信網絡拓樸結構主要采用總線型、環型和星型等結構。由于總線型的信道為共享, 增刪控制節點較容易。如增加一個節點只要把帶有該網絡接口的節點掛在總線上, 并由監控中心分配一個系統中已有同類設備的不同地址即可。在增加節點時, 不影響其它節點的工作, 而且新節點一入網便可馬上投入運行。因此通信電源集中監控系統采用總線型網絡接口結構見圖1, 極大地方便了系統的擴充。
監測中心計算機和底層模塊之間采用異步半雙工通信方式，協議采用了呼叫—應答模式，即中心機發出命令呼叫，包括一些特殊標志碼、底層監測節點號和呼號指令代碼。下位的監測模塊接收命令后，首先判斷是不是一個完整的信息，然后檢查呼叫節點號是不是自己的節點號。若是呼叫自己，該節點將以響應幀作應答，否則不做應答。響應幀有兩種。若中心機的命令幀正確無誤，則用“正確響應幀”作應答；如果中心機的命令幀有錯誤則用“錯誤響應幀”作應答，這兩種響應幀格式見圖2。其中，（a）為命令幀、（b）為正確應答幀及（c）為錯誤應答幀。
其中@是命令幀開始標志（ASCII碼為25H）； H，L是站地址的高位與低位；＃是節點號特征碼（ASCII碼為23H）；命令文本是由命令碼及數據組成的； CR是回車結束符（ASCII碼為0DH）； BCC是數據塊校驗碼，本協議采用異或校驗碼，長度8位。
2 監測軟件設計
監測系統軟件采用了美國NI公司的LabVIEW編程平臺，構成了一套基于虛擬儀器的實時監測系統。上位機的編程思想是：
（1） 對串行口初始化，設定異步通訊的幀格式。
（2）按照通訊協議，生成命令字符串，并通過串行口發布。
（3） 延時500 ms，等待下位機的應答，若無應答錯誤報警。
（4）通過串行口接收數據。
（5）分解數據，將數據存放到相應的文件中，并在前面板顯示數值或曲線。
圖3表示了對串口進行初始化的編程LabVIEW提供了串口異步通信的子VI ，通過對該子VI 的設置，可以配置串行口。圖中，我們設置了使用的串口號、波特率、數據長度、校驗位和停止位。設置的內容為：使用串口2 ，波特率：4 800 bps ，數據位： 8位 ，無奇偶校驗 ，一位停止位。
BCC碼計算的機算：BCC碼是校驗碼，發送數據或命令時，發送方從數據的第一位開始向后逐次異或直到發送文本的最后一個字符。最后得到的一個兩位的BCD碼，就是校驗碼。接收端接收到數據后，重新計算BCC碼，當與接收到得BCC碼相同時，數據傳輸正確，否則，認為數據傳送錯誤。其編程如圖4所示。
數據的讀取：利用LabVIEW可以便利地讀取異步串口。利用順序結構框（case框），檢測異步串行口的數據緩沖區buffer，當數據滿時，讀取并送到下面的case框去處理，其編程如圖5所示。
圖6分別是系統對交流輸入模塊和整流穩壓模塊的監視結果。該系統不但可以實時顯示備測參數、對超限參數指示報警，而且可以對采樣的參數數據進行實時的紀錄，必要時可進行回放。實際應用表明，該系統結構簡單、安全可靠、使用方便，保證了通訊系統的正常運行。








圖6 實際測試結果


參考文獻：
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[3]馬月輝，王碩禾，溫  杰，薛  強.基于虛擬儀器的多排污口檢測系統[J] .電工技術雜志，2003（6）：81-82.