嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”(devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體,還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是:以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相對模糊的定義。目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落,工業(yè)、服務(wù)業(yè)、消費(fèi)電子……,而恰恰由于這種范圍的擴(kuò)大,使得“嵌入式系統(tǒng)”更加難于明確定義。
??? 在電力系統(tǒng)中,諸如發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)、繼電保護(hù)等,均已全部或部分實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。然而,電力變壓器(尤其是配電系統(tǒng)中)卻是無人問津的荒地,完全未納入監(jiān)測、故障診斷和預(yù)警服務(wù)的范圍。
電力設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測指對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄、分類和評估,它為設(shè)備維護(hù)、維修提供決策依據(jù),包括以下任務(wù):
?、俜e累設(shè)備運(yùn)行情況資料和數(shù)據(jù),建立設(shè)備運(yùn)行的歷史檔案;
?、趯υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)處于正?;虍惓W龀龀醪脚袛?,根據(jù)歷史檔案、運(yùn)行狀態(tài)等級和已出現(xiàn)的故障特征及征兆初步判斷故障的性質(zhì)和程度;
③對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估,并對評估進(jìn)行分類,為設(shè)備檢修的實(shí)施提供依據(jù)。
電力設(shè)備在線監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢是:
?、匐娏ο到y(tǒng)監(jiān)測與前沿性技術(shù)成果緊密結(jié)合:將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、電力電子技術(shù)與設(shè)備診斷技術(shù)結(jié)合起來,使診斷技術(shù)不斷提高;
?、趩我换蛉后w監(jiān)測發(fā)展:由以單臺設(shè)備為目標(biāo)的在線監(jiān)測向整體在線設(shè)備的監(jiān)測延伸;
?、墼O(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤:將設(shè)備監(jiān)測技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,在設(shè)備狀態(tài)參數(shù)采集后,采用移動通信技術(shù)遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù),集中進(jìn)行故障分析和故障預(yù)警;
④狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、集成:隨著傳感技術(shù)和信息技術(shù)的日益成熟,將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護(hù)等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,在智能化理論(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng))的基礎(chǔ)上結(jié)合信號采集、數(shù)據(jù)分析為主的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測和診斷技術(shù),電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障分析診斷必將進(jìn)入智能化的新時(shí)代。
根據(jù)上述電力設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和發(fā)展趨勢,結(jié)合監(jiān)測技術(shù)未涉足電力變壓器的現(xiàn)狀,本文針對電力變壓器,提出了在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線運(yùn)行參數(shù)的采集處理[2-3],通過移動通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸,并結(jié)合"電力設(shè)備在線監(jiān)測預(yù)警服務(wù)平臺[4]",實(shí)現(xiàn)電力變壓器的故障分析和預(yù)警服務(wù)。
一 電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)由傳感器、變送器、ARM9 CPU、RF發(fā)射模塊(USB GPRS 模塊)等組成。
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2 工作流程
圖2給出了電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的部分電路。
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?、偾岸藬?shù)據(jù)采集:電力變壓器的監(jiān)測參數(shù)包括溫度、電壓/電流和開關(guān)狀態(tài)三類參數(shù),其中溫度和電壓/電流為模擬量,溫度信號通過溫度傳感器獲取,電流/電壓信號通過電流/電壓變送器獲?。荒M量獲取后的取值均為0~5 V的電壓信號,均經(jīng)過信號隔離電路LM339后輸入到多路轉(zhuǎn)換電路CD4051,之后經(jīng)由采樣保持電路LF398,輸入到A/D轉(zhuǎn)換器,將獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,然后由CPU進(jìn)行數(shù)字處理;開關(guān)狀態(tài)為開關(guān)量信號,通過去抖和整形信號處理后,交由開關(guān)量信號接收電路送至CPU,然后由CPU進(jìn)行統(tǒng)一地信號處理。
?、跀?shù)據(jù)處理:CPU對采集的模擬量和開關(guān)量進(jìn)行排序和歸一化處理,形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式,并按窗口方式進(jìn)行移動保存,同時(shí)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷,加注異常標(biāo)識,以便優(yōu)先上傳和處理。
③數(shù)據(jù)上傳:CPU根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果,通過標(biāo)準(zhǔn)USB接口電路和帶USB接口的射頻電路(USB GPRS模塊),優(yōu)先上傳帶有異常標(biāo)識的數(shù)據(jù),在沒有異常標(biāo)識的情況下,定時(shí)輪流上傳模擬量和開關(guān)量信號。
?、軘?shù)據(jù)顯示:通過LED構(gòu)成的顯示電路,在LED上輪流顯示采集的溫度值、電壓/電流值。
?、菖渲霉芾恚和ㄟ^RS485接口電路接受遠(yuǎn)程配置管理,包括采集數(shù)據(jù)整定值、數(shù)據(jù)保存窗口大小、異常數(shù)據(jù)閥值、上傳數(shù)據(jù)格式、上傳信號通道配置、上傳信號時(shí)間配置等。
二 電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施參數(shù)
1 系統(tǒng)實(shí)施參數(shù)
①CPU:(ARM9)AT91RM900,主頻266 MHz;
?、贏/D轉(zhuǎn)換:12 bit;
?、?a target="_blank">操作系統(tǒng):嵌入式Linux;
?、芏嗦忿D(zhuǎn)換開關(guān):CD4051,8路;
?、菽M量:支持8路;
?、揲_關(guān)量:支持8路;
?、逺F模塊:采用移動網(wǎng)絡(luò)(GSM)的USB GPRS接口模塊;
⑧遠(yuǎn)程通信接口:RS485,用于系統(tǒng)配置;
⑨顯示:2×6 bit LED.
2? 軟件參數(shù)配置
?、俨杉c(diǎn)數(shù)配置:根據(jù)實(shí)際采集點(diǎn)配置采集點(diǎn)數(shù);
?、诓杉瘏?shù)值整定:歸一化參數(shù)映射值;
?、郛惓Uǎ翰杉瘏?shù)連續(xù)3次超過整定值,即為異常;
④遠(yuǎn)程通信整定:包括傳輸通道配置、傳輸時(shí)間配置、傳輸優(yōu)先級別配置。
3? 采集參數(shù)
?、贉囟炔杉c(diǎn)數(shù):3路;
?、陔妷翰杉c(diǎn)數(shù):3路;
?、垭娏鞑杉c(diǎn)數(shù):2路;
?、荛_關(guān)量采集點(diǎn)數(shù):4路。
本文給出的針對電力變壓器的監(jiān)測系統(tǒng),可以擴(kuò)展應(yīng)用于其他的電力設(shè)備。其中的模擬量采集信號可以進(jìn)行擴(kuò)充,達(dá)到32路,開關(guān)量采集信號可以達(dá)到16路。為了保證系統(tǒng)的抗干擾性,本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)采用高抗干擾性能的USB GPRS模塊,并采用信號監(jiān)測及返回校驗(yàn)和看門狗,保證遠(yuǎn)程傳輸?shù)目煽啃?。并采用相?yīng)的電磁屏蔽方式,對系統(tǒng)中的核心部件進(jìn)行屏蔽處理。
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