1 引言
近年來，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，以數(shù)字程控交換機為代表的各種通信設備正朝著集成化、智能化和模塊化方向發(fā)展，因而對通信電源系統(tǒng)的要求也越來越高。目前我國電信部門廣泛使用的新型高頻開關型整流器，具有高頻、高效、高可靠性、高功率因數(shù)和高功率密度等先進性能，正逐步取代傳統(tǒng)的相控型整流器。
正是基于以上考慮，我們研制了一套通信用高頻開關型整流器監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的PWM高頻整流技術和微處理控制技術，由模塊式結構的整流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。本文對其組成、原理和菜單式操作方法進行了深入地研究。
2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能
監(jiān)控系統(tǒng)是高頻開關型整流器的監(jiān)控中心，監(jiān)視和協(xié)調各整流模塊的工作，檢測系統(tǒng)的各項參數(shù)，處理告警信息，提供人機界面給用戶操作，從而控制整個電源系統(tǒng)的運行。監(jiān)控系統(tǒng)的結構如圖1所示。
圖1 高頻開關型整流器監(jiān)控系統(tǒng)框圖
監(jiān)控系統(tǒng)主要由告警模塊，RS485和RS232通信接口以及整流模塊內的單片機等組成。告警模塊通過RS485通信接口與各個整流模塊連接通信，以監(jiān)控其運行情況。告警模塊同時通過RS232通信接口與外設的PC機或終端機相互通*問，并通過調制解調器實現(xiàn)“三遙”。
監(jiān)控系統(tǒng)主要能夠實現(xiàn)以下功能：
?。?）控制高頻開關電源系統(tǒng)的正常運行。監(jiān)控系統(tǒng)以設定的輸出電壓值、均衡充電值、輸出電流限流值等參考值為標準，控制高頻開關型整流器的正常運行。它周期性檢測高頻開關型整流器運行的主要工作參數(shù)，同時通過RS485通信接口訪問各個整流模塊，收集工作數(shù)據(jù)，將所獲得的信息進行處理并與設定的參考值進行比較，最后根據(jù)比較誤差來調整整流模塊的運行，直到達到設定值要求并且各個整流模塊滿足均流條件為止。
?。?）提供人機界面，接受維護人員對高頻開關型整流器的控制。當維護人員對高頻開關型整流器操作時，LCD顯示屏顯示用數(shù)字編號的功能菜單。維護人員可按照菜單上的提示，在鍵盤上按相應的數(shù)字鍵，使監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行指定的功能。
（3）告警。監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)不斷地監(jiān)視高頻開關整流器的運行，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，就會產(chǎn)生一系列告警動作：
① 市電告警。
?。╝）若市電電壓低于185V或持續(xù)低于195V，則發(fā)出市電欠壓告警；
?。╞）若市電電壓高于265V或持續(xù)高于260V，則發(fā)出市電過壓告警；
?。╟）若市電中斷或市電輸入部分發(fā)生故障導致整流模塊無法工作，則發(fā)出相應整流模塊市電中斷告警。
② 系統(tǒng)實際輸出電壓超過設定的輸出電壓或是欠壓都會產(chǎn)生相應告警。
③ 整流模塊跳閘告警。
?。╝）整流模塊因故障導致輸出電壓達到或超過硬件所能承受的最高電壓時會自動關閉并告警；
?。╞）整流模塊輸出電壓超過設定的過壓閉合電壓值時會自動關閉并告警；
?、?整流模塊因溫度過高而自動關閉時，告警模塊會發(fā)出對應的整流模塊過熱告警信息。
?、?告警模塊與整流模塊通信中斷時，告警模塊會發(fā)出某號整流模塊通信故障信息。
?、?告警模塊的數(shù)字輸入接口信號滿足告警觸發(fā)條件時，會發(fā)出相應的告警信息。
?。?）對蓄電池實施完善的監(jiān)控功能
?、?電池回路電纜壓降自動補償：當蓄電池組容量較大時，其充放電流大，回路的壓降比較明顯。當充電電流變化時，回路壓降也隨之發(fā)生變化，但這個壓降不能簡單地通過提高浮充電壓來補償，否則會影響蓄電池的充電電壓精度。為此該監(jiān)控系統(tǒng)設計了電池回路壓降自動補償?shù)墓δ?。用戶在系統(tǒng)安裝完成并正常運行后，進入維護信息菜單，把電池回路電纜的電阻值輸入告警模塊。電源系統(tǒng)運行時，告警模塊會自動根據(jù)在線電池電流，計算出電池回路的壓降，并相應調整系統(tǒng)輸出電壓進行補償。
?、?均衡充電控制
?、?浮充電壓自動溫度補償
?、?電池組的不均衡監(jiān)測：正常情況下，電池組的各單體電池端電壓應該相等。不均衡度超過50mv/cell則表明電池已損壞，為了及時發(fā)現(xiàn)電池不均衡的故障，測量電池組中各單體電池的端電壓就成為電源系統(tǒng)的日常維護工作之一。
?、?檢測電池放電性能
?、?分析電池單體故障
?、?電池容量試驗
?。?）自動記錄、儲存高頻開關型整流器的運行信息
?。?）對整流模塊實施完善的監(jiān)控
① 使整流模塊按系統(tǒng)設置運行
?、?負載自動均分：告警模塊通過整流模塊不斷監(jiān)測系統(tǒng)輸出電流，若發(fā)現(xiàn)個別整流模塊的輸出電流與系統(tǒng)中所有整流模塊的平均輸出電流值相差超過4A，則控制所有輸出電流過大的整流模塊降低一個單位的輸出電壓，使該模塊提高輸出電流減少；同時控制所有輸出電流過小的整流模塊提高輸出電壓一個單位，使該模塊輸出電流增加。在告警模塊的控制下，整流模塊之間自動重新分配負載，從而達到均流工作的目的。
③ 輸出過壓自動關閉
?、?限制輸出電流
⑤ 整流模塊運行狀態(tài)信息自動儲存
3 告警模塊的組成及工作原理
告警模塊的系統(tǒng)方框圖如圖2所示。告警模塊的核心是DS80C320單片機，它采用典型的總線結構，將單片機的內部總線延伸到外部，其它部件則并行掛接在系統(tǒng)的總線上。該系統(tǒng)包括：
圖2 告警模塊系統(tǒng)方框圖
?。?）系統(tǒng)總線，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線是傳遞CPU選擇要與之交換數(shù)據(jù)的存儲單元或外部設備的信號通道；數(shù)據(jù)總線是CPU各種儲存器以及外部設備交換數(shù)據(jù)的通道；控制總線是CPU控制其它電路協(xié)調工作的通道。
?。?）CPU，告警模塊的核心，它是程序執(zhí)行機構，所有軟件功能都由CPU控制完成。
（3）可擦除可編程只讀存儲器EEPROM，它儲存的內容在停電期間不會消失，但在系統(tǒng)運行期間可以進行修改。主要用于儲存一些重要的運行數(shù)據(jù)，如密碼、設定的參數(shù)，運行信號等。
?。?）可擦除可編程只讀存儲器EPROM，用來儲存CPU所要執(zhí)行的程序（即軟件），即使停電也不會消失，系統(tǒng)運行期間也不會被改寫。
（5）隨機存儲器ROM，在系統(tǒng)運行期間可作注意讀寫，用于停電時保存系統(tǒng)運行過程中的可變數(shù)據(jù)及一些中間數(shù)據(jù)。
?。?）LCD顯示屏及鍵盤，它是維護人員對系統(tǒng)控制操作的工具。顯示屏顯示系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)及操作菜單，指導維護人員通過鍵盤對系統(tǒng)進行控制操作。
?。?）V/F單元，它把系統(tǒng)運行中的輸出電壓、市電輸入電壓、電池充放電電流及模擬電信號變成數(shù)字信號，送給CPU處理。CPU根據(jù)這些數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行控制和調整。
（8）數(shù)字輸入接口電路，該電路把外界的開關信號轉換成CPU可以識別的數(shù)字信號并送給CPU處理。它主要用在檢測直流熔斷器的熔斷告警信號。
（9）數(shù)字輸出接口電路，該電路把CPU要求輸出的數(shù)字信號放大，驅動相應的告警繼電器，以驅動外部的告警設備。
?。?0）RS485通信接口，計算機通信標準接口。CPU通過一個RS485接口與各整流模塊的微處理器通信，以獲取整流模塊的運行數(shù)據(jù)，并發(fā)出指令控制整流模塊的運行。
?。?1）RS232通信接口，計算機通信標準接口。CPU通過RS232接口連接PC機、打印機、調制解調器，用這些外部設備監(jiān)控高頻開關型整流器。
4 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)
通過告警模塊面板上的操作裝置或接在RS232通信接口上的終端，采用菜單式操作方法，可以方便的實現(xiàn)對高頻開關型整流器進行監(jiān)控操作。該菜單包括用戶信息菜單和維護信息菜單兩大部分：用戶信息菜單用于觀察系統(tǒng)的參數(shù)及工作情況；維護信息菜單則用于觀察和更改系統(tǒng)的工作參數(shù)。系統(tǒng)運行時，告警模塊LCD顯示屏顯示系統(tǒng)市電電壓，輸出電壓和電流以及電池電流。按[MENU]鍵，進入告警模塊監(jiān)控菜單系統(tǒng)，其系統(tǒng)監(jiān)控菜單如圖3所示。
4.1用戶信息菜單的功能
在主菜單下按[1]鍵，進入用戶信息菜單，依據(jù)菜單提示按鍵，可實現(xiàn)以下各項功能：（1）告警復位；（2）繼電器信息；（3）整流模塊信息；（4）系統(tǒng)信息；（5）電壓信息。
圖3 告警模塊的監(jiān)控菜單系統(tǒng)
4.2 維護信息菜單的功能
在主菜單下按[2]鍵，輸入維護密碼，進入維護信息菜單，依據(jù)菜單的提示按鍵，可實現(xiàn)以下各項功能：
?。?）整流模塊控制：① 模塊連接；② 模塊切斷。
?。?）系統(tǒng)程序。在維護信息菜單下按[2]鍵，進入系統(tǒng)程序子菜單，并可實現(xiàn)以下功能：
?、?顯示信息；② 校準；③ 設置時鐘；④ 打印信息；⑤ 測試/操作。
?。?）電壓設置。在維護信息菜單下按[3]鍵，進入電壓設置子菜單，并可設置以下電壓值：
?、?電池電壓；② 電池過壓告警電壓；③ 電池欠壓告警電壓；④ 升壓急充電壓；⑤ 負載切斷電壓；⑥ 整流模塊切斷電壓。
?。?）系統(tǒng)設置。在維護信息菜單下按[4]鍵，則進入系統(tǒng)設置子菜單，并可實現(xiàn)以下功能：
① 密碼設置；② 刪除信息；③ 設模塊數(shù)；④ 電纜電阻；⑤ 電流限制。
?。?）升壓控制。在維護信息菜單下按[5]鍵，則進入升壓控制子菜單，并可實現(xiàn)以下功能：
?、?定時升壓；② 剩余時間；③ 撤消升壓；④ 手動升壓。
5 結束語
本文首先提出了一種通信用高頻開關型整流器監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，對該監(jiān)控系統(tǒng)的技術特點和設計方案進行了較為系統(tǒng)的研究，之后對該系統(tǒng)中告警模塊的組成、原理及監(jiān)控菜單系統(tǒng)進行了深入地研究。經(jīng)實際使用表明：本系統(tǒng)具有高頻、高效、高可靠性和高功率密度等優(yōu)點，對于目前我國電信部門通信電源系統(tǒng)十分適用。