基于電力載波的智能母線監測控制器

閆浩東 李文靜 李 楊 張 宇 鄭現振 / 上海工程技術大學汽車工程學院

基于電力載波的智能母線監測控制器

閆浩東 李文靜 李 楊 張 宇 鄭現振 / 上海工程技術大學汽車工程學院

伴隨著當今經濟的飛速發展，生活和工業用電量激增。新型母線的需求量增大，因此對母線的保護顯得更加重要，為此設計完成一套母線的溫/濕度監測系統。母線接頭點溫度采用電阻式溫度傳感器PT100，進行接觸式測量，測量得到的溫度信息通過電力載波（PLC）的方式上傳到A相和N相電力線上，通過中繼器對個電力載波模塊上傳的數據進行收集，并通過WiFi、網線、RS485總線等方式上傳到監控中心。

電阻式溫度傳感器PT100；電力載波；RS485

引言

伴隨著當今經濟的飛速發展，生活和工業用電量激增。而傳統電纜由于安裝困難，容易老化，難于維護等多種隱患已不能適應當前的需求。而新型母線則采用銅排緊壓的方式，使得電流密度變大，能量損耗低，且安裝靈活，易于維護，有效避免了傳統電纜出現的問題。但同時新型母線對溫度提出了更高的要求，溫度過高，會加速絕緣老化，甚至破壞絕緣，降低母線的可靠性。嚴重的后果會導致母線無法散熱以致引起火災，對財產和生命安全造成危害。因此為保證母線的工作性能和可靠性，必須對母線的溫度、濕度進行實時監測。

1.方案概述

本系統中對智能母線溫度檢測所使用的設備主要由溫度傳感器、濕度傳感器、檢測終端、中繼器、服務器等組成。其中溫度傳感器、濕度傳感器、檢測終端集成為智能母線檢測控制器。一個智能母線檢測控制器可以檢測一個母線接頭（4個溫度檢測點）的溫度和1個點的濕度信息。

監控中心通過WiFi、網線、RS485等通訊方式接收中繼器發送的數據，從而監控到當前母線所有節點的狀態。各相的電壓、電流參數通過儀表上傳到服務器。系統架構如圖1所示。

圖1 智能母線溫度檢測系統方案

2.檢測控制器設計

使用單片機和電力載波模塊完成智能母線控制器的開發，該控制器以單片機為核心，主要包括單相電輸入接口、熱電阻輸入接口、電源模塊、PLC模塊、溫度變送器模塊、通訊RS485接口、配置串口及按鍵顯示接口等，檢測控制器方案如圖2所示。

圖2 檢測控制器方案框圖

（1）單相電輸入

該接口用于把HITPLC-10模塊接入到單相電網中，并使用該接口進行供電和通訊。

（2）電源模塊

該模塊專為HITPLC-10模塊供電的DC-DC模塊，該模塊有三路隔離電源輸出，其中一路給HITPLC-10模塊供電，其它兩路給用戶系統使用。其電路原理如圖3所示。

圖3 電源模塊原理圖

（3）HITPLC-10模塊

該模塊為電力載波模塊，其原理如圖4所示。

圖4 電力載波模塊原理圖

（4）操作鍵盤

該鍵盤用于電力載波通訊的觸發輸入，在簡單的通訊演示中，通過按Device板的按鍵去控制Server板的LED顯示，完成一個簡單的電力載波通訊過程，如圖5所示。

圖5 按鍵與指示原理圖

（5）EVB調試串口（COM0）

該接口為EVB的調試串口，用于輸出調試信息，用戶不使用。

（6）配置串口（COM1）

電腦串口連接該串口即可對HITPLC-10模塊進行配置，或使用串口調試助手發送數據收發命令控制HITPLC-10模塊進行數據收發。RS232串口通訊原理如圖6所示。

圖6 RS232串口通訊原理圖

3.監控軟件

智能母線監測軟件用來監控母線各檢測點的溫度情況，其主要功能需求如下：

（1）通過以太網獲取數據，可以設置網絡IP和端口，實時監聽并接收各點溫度、相電壓及相電流數據。

（2）支持2條母線同時采集，節點數據最多600個，相電流、相電壓每分鐘不超過一組數據，每節點每分鐘一組溫度數據。

（3）可實時顯示各節點的溫度，繪出母線路線圖，在母線上表達出節點的位置，可以方便地在現場定位到需要查詢信息的節點位置。如節點個數較多，可分頁顯示或下拉工具條顯示；

（4）用戶可查看某個節點的詳細信息，比如：位置、ID號、容量、溫度等；

（5）生成各節點的溫度曲線圖，便于直觀看出溫度變化情況；

（6）當某個節點出現異常，發送報警信號，啟動自動報警功能；

（7）用戶可根據需求查詢某個節點的歷史數據；

（8）分為管理員和用戶兩種模式，各自需要密碼登錄相應的模式；

（9）管理員模式下，包含用戶模式下的所有操作以及添加或刪除節點，并可對節點信息進行編輯。

（10）節點的溫度信息自動保存，用戶可根據需求查詢某個節點的歷史數據。

本軟件基于Windows 7運行。

4.結論

該項目運用了電力載波進行信號傳輸，無需額外布線 數據可跨樓層、跨房間傳輸；溫/濕度定位到某個母線接頭；具有故障報警和預警功能；母線接頭點溫度采用電阻式溫度傳感器PT100，進行接觸式測量，測得的結果更加準確可靠。智能母線監測軟件能使用戶更容易查到每個節點的溫濕度信息，比如：位置、ID號、容量、溫度等；當某個節點出現異常，發送報警信號，啟動自動報警功能等等。

[1]陳穎曼,吳琴.基于MI200E的低壓電力線載波通信系統設計[J].實驗技術與管理,2015(01).

[2]張濤,陶保震,孫鋒.基于遠程抄表的自取電小型智能通信裝置[J].國外電子測量技術,2014(03).

[3]葛炎風,林蘇斌,繆希仁.基于電力線載波通信技術的智能家居控制系統設計[J].現代建筑電氣, 2011(03).