基于虛擬儀器的通信電源監(jiān)測系統(tǒng)設計

基于虛擬儀器的通信電源監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以pc機為主機，通過串行口與單片機系統(tǒng)或電源模塊通訊。實現(xiàn)了對電源電壓、電流、工作狀態(tài)等的數(shù)據(jù)采集，以及對模塊運行狀態(tài)，系統(tǒng)設置，告警信息等的遙測和遙控。
關鍵詞：集中監(jiān)控；數(shù)據(jù)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(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，人們對信息的需求和依賴越來越強。作為通信系統(tǒng)的心臟，通信局（站）電源系統(tǒng)扮演著極為重要的角色。而現(xiàn)實情況下，通信電源的智能化進程相對于電信產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展顯得緩慢，滯后，這就要求加速發(fā)展通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)，為此，筆者在現(xiàn)有設備的基礎上獨立開發(fā)研制了一套基于虛擬儀器的通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)。
通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的可擴充性顯得非常重要 。它要求監(jiān)控系統(tǒng)中的各個基本監(jiān)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(wǎng)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(jù)控制規(guī)模的變化要求，方便地刪除某些監(jiān)控節(jié)點或把另外新的監(jiān)控節(jié)點接納進來；而且通信網(wǎng)絡可以延伸擴展，使網(wǎng)絡的范圍不斷擴大，從一個基本監(jiān)控節(jié)點逐步擴展為通信局 (站) 監(jiān)控系統(tǒng) 、區(qū)縣級監(jiān)控系統(tǒng)和地市級監(jiān)控系統(tǒng) 。因此，如何使所設計的監(jiān)控模塊能與其它廠家生產(chǎn)的監(jiān)控模塊相互兼容，并能在不斷擴充的監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控模塊本身兼容性的優(yōu)劣，另一方面也關系到監(jiān)控系統(tǒng)可擴充性的高低 。本文從監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計出發(fā)，系統(tǒng)分析了監(jiān)控系統(tǒng)可擴充性的硬件實現(xiàn)和軟件設計 。
系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容與要求：監(jiān)控開關電源模塊的電壓、電流、工作狀態(tài)；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(tài)，熔絲狀態(tài)，系統(tǒng)設置，告警信息等開關量能進行遙控和部分遙信。
1 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計
   集中監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡拓樸結構主要采用總線型、環(huán)型和星型等結構。由于總線型的信道為共享, 增刪控制節(jié)點較容易。如增加一個節(jié)點只要把帶有該網(wǎng)絡接口的節(jié)點掛在總線上, 并由監(jiān)控中心分配一個系統(tǒng)中已有同類設備的不同地址即可。在增加節(jié)點時, 不影響其它節(jié)點的工作, 而且新節(jié)點一入網(wǎng)便可馬上投入運行。因此通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡接口結構見圖1, 極大地方便了系統(tǒng)的擴充。
監(jiān)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(xié)議采用了呼叫—應答模式，即中心機發(fā)出命令呼叫，包括一些特殊標志碼、底層監(jiān)測節(jié)點號和呼號指令代碼。下位的監(jiān)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(jié)點號是不是自己的節(jié)點號。若是呼叫自己，該節(jié)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(jié)點號特征碼（ASCII碼為23H）；命令文本是由命令碼及數(shù)據(jù)組成的； CR是回車結束符（ASCII碼為0DH）； BCC是數(shù)據(jù)塊校驗碼，本協(xié)議采用異或校驗碼，長度8位。
2 監(jiān)測軟件設計
監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)。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(xié)議，生成命令字符串，并通過串行口發(fā)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(shù)據(jù)。
（5）分解數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存放到相應的文件中，并在前面板顯示數(shù)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(shù)據(jù)長度、校驗位和停止位。設置的內(nèi)容為：使用串口2 ，波特率：4 800 bps ，數(shù)據(jù)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(fā)送數(shù)據(jù)或命令時，發(fā)送方從數(shù)據(jù)的第一位開始向后逐次異或直到發(fā)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(shù)據(jù)后，重新計算BCC碼，當與接收到得BCC碼相同時，數(shù)據(jù)傳輸正確，否則，認為數(shù)據(jù)傳送錯誤。其編程如圖4所示。
數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)buffer，當數(shù)據(jù)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(tǒng)對交流輸入模塊和整流穩(wěn)壓模塊的監(jiān)視結果。該系統(tǒng)不但可以實時顯示備測參數(shù)、對超限參數(shù)指示報警，而且可以對采樣的參數(shù)數(shù)據(jù)進行實時的紀錄，必要時可進行回放。實際應用表明，該系統(tǒng)結構簡單、安全可靠、使用方便，保證了通訊系統(tǒng)的正常運行。








圖6 實際測試結果


參考文獻：
[1]尤 佳，韋  巍.通信電源現(xiàn)場監(jiān)控模塊的網(wǎng)絡接口設計[J] .浙江工程學院學報，2003（1）：28-31.
[2] 石長信，通信電源設備的遠程監(jiān)控軟件設計[J] .通訊電源技術，2002（5）：37-38
[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(tǒng)[J] .電工技術雜志，2003（6）：81-82.