远程监管论文：当前电源远程监管透析

作者：刘婷 赵翔 单位：武汉理工大学自动化学院

由于阴极保护的保护电位为负值，因此这里采用双电源供电，分别为+5V电源和－5V电源;前级通过LM358将采集到的信号进行一定的放大，再由HCRN201线性光藕将信号同比例地传送到MCU，采用线性光藕隔离主要是为了保护后一级的电路，增强系统的安全性;最后将调理好的电位信号传送到单片机MSP430F2013的模拟采样通道AN0中，通过单片机内部的16位A/D模块进行模数转换，电位采集硬件电路。采集单元模块的电源是从三相交流电380V取一相作为辅助电源的供电源，通过工频变压器将交流220V转变为交流8V的供电方式，通过整流桥将交流电整成直流电，输入电容滤波，电源稳压芯片LM7805将电压稳压到5V的模拟电压源并通过电感隔离5V数字电压源，供电部分电路。数字控制单元第2层为数字控制单元，采用高性能16位数字信号控制器微处理器dsPIC33FJ16GS504为其核心芯片。EMI滤波滤除三相电流谐波，整流电路输出稳定的直流电压。高频dc－dc开关型变换电路采用移相全桥拓扑结构，输出可调的直流电压，实现开关管的零电压开关(ZVS)，可消除开关损耗，并提高电源效率。dc－dc变换器输出直流，正极与埋地阳极相连接，负极与被保护金属结构相连接。其主要任务是检测电源的输出直流电压、阴极电流及被保护金属结构与参比电极之间的电位，通过闭环控制稳定地控制电位值，并通过CAN总线通信接口与GPRS无线通信单元连接。数字控制单元结构图。通常阴极保护电源与参比电极有较长的距离，采集单元检测参比电位，并通过数字通信方式将数据传输到数字控制电路。数字控制器检测到的参比电位数据，一方面用于对电位进行闭环控制，另一方面经CAN总线将数据传输到中央控制电路。GPRS通信单元第3层为采用微处理器LPC2134(ARM7)和无线控制模块SIM300控制方案的GPRS通信单元。GPRS通信单元汇集各阴极保护电源的电压、电流、功率模块温度和参比电极等数据，通过Internet网络发送到监控中心服务器，并接收监控中心服务器的指令，对阴极保护电源进行控制和维护。

LPC2134(ARM7)通过CAN接口与数字控制电路相连接，利用CAN总线双向传输数据;(2)LPC2134(ARM7)串口与SIM300无线模块连接控制实现网络登录及数据的发送和接收。LPC2134发送AT指令给SIM300，通过SIMCard登录公网获得一个动态IP地址，并主动向公网上静态IP地址的服务器发起TCP连接，此时正在侦听相应端口的监控中心服务器侦听到远端发起的这个连接请求并进行回应，最终握手连接成功，连接成功后建立一条新的通信连接，只要不断线重连获得的动态地址就不会改变，此时可以在这条连接上进行数据收发。当一条连接上的所有数据都已经收发完成，不再需要这条连接时，就可以把连接挂断。其中SIM300模块外扩SIM卡，手机卡传输数据按GPRS通信流量计费。监控中心第4层为采用Java［6］编程语言设计的监控中心。监控中心软件采用Java编程语言，MVC设计模式。服务器采用WindowsServer2000，应用服务器采用ApacheTomcat6．0，开发框架SSH［7］(Sp-ing1．2+Struts1．2+Hibernate3．0)采用3层架构结合技术(实体类层、业务逻辑层和表示层);数据库为MicrosoftSQLServer2000［8］。系统软件模块主要包括:登录模块、设备管理模块、通信模块、数据图形模块、用户信息及系统管理模块。GPRS实时通信模块［9］采用JavaSocket套接字和多线程接口的网络数据通信，实现远端设备GPRS无线通信模块与监控中心数据的接收与发送，实时并行接收阴极电源装置各项信息数据包，解析处理，封装成指令，用于发送，实现远端控制，使阴极保护系统处于良好的运行状态。其中电源装置与监控中心通信过程如下:服务器创建Ser-verSocket侦听端口2020，将侦听GPRS无线通信模块发来的请求建立Socket输入输出流，当有接收数据时首先与数据库中系统已注册的设备信息相比较，并校验数据类型是否正确，如果正确，存储到后台SQLServer2000数据库中，否则丢弃。GPRS实时通信平台管理系统，实时接收数据信息，启动和停止通信，其端口设置和巡检时间可以根据需要修改。

使用户可在任何台式机和笔记本电脑上随时随地进行浏览，直观方便快捷地监控远程设备的运行情况，并根据用户所管理的不同权限范围进行控制。用户通过浏览器登录系统窗口，进入系统时必须先输入正确的用户名、密码和验证码;否则进入登录失败页面。图形分析使用jFreeChar生成图表的Servlet和ajax刷新页面的js代码实现，并根据用户需求分析对所采集的数据进行实时图形及历史图形的绘制，可直观地看到各装置的运行状态。阴极保护电源远程监控系统对电源装置进行实时数据的采集，并以图表实时显示电源装置各参数的运行状态。当电源各参数出现异常(采集数据不在正常范围内)时报警，显示故障装置的具体信息(其编号、地点、日期和时间、所属单位、责任人等)，根据阈值范围调整故障装置参数，向故障装置发出控制信号，用户只需上Web网就可以随时随地掌握外加电流阴极保护系统的运行状况。当遇到异常情况时及时报警，并对故障装置进行处理，从而解决了在地域广、环境条件相对恶劣的情况下对电源装置的高效监管和维护，有效节省了人力物力资源，保障整个系统安全可靠稳定地运行。