基于云端的遠程電源監控系統的設計

王照

（廣州供電局有限公司白云供電局，廣東 廣州 510410）

電源作為電子系統及設備中不可缺少的部分，其故障具有突發性、緊迫性以及破壞性[1]。系統內電源一旦發生故障，必然影響系統功能并中斷系統的正常運行，如果無法及時對故障進行可靠處理，還可能引發嚴重的二次危害[2]。因此對于電源的監控是十分必要的，并且要求對電源的監控應具有良好的實時性與可靠性，同時還要保留記錄以便對故障進行追溯與分析。鑒于上述原因，本文提出了一種基于云端的遠程電源監控系統，經由云端服務器可跨平臺實現對電源的可靠監控以及對電源數據的存儲。

1 系統整體架構

本系統主要由遠程監控端、云端服務器以及電源監控終端三部分構成，以以太網作為數據傳輸鏈路實現數據傳輸，系統整體架構如圖1所示。

圖1 系統整體架構示意圖

遠程監控端的主要功能為實現人機交互與控制輸入。云端服務器不僅具有數據通信的中轉功能，通過建立數據庫對電源的歷史數據進行存儲，可實現對故障的追溯與分析功能。通過采用B/S架構的軟件設計，遠程監控端可以由任何具有瀏覽器功能的設備來充當，可以跨平臺地對電源進行實時監控[3]。電源控制終端是整個系統的核心，其主要功能為對電源數據進行采集，進行片上決斷生成異常報警信息，并將生成的數據與報警信息上傳至云端服務器作為數據儲備。

2 系統硬件設計

本系統針對遠程電源監控的要求設計了電源監控終端。電源監控終端是實現電源監控的核心功能單元，采用結構化設計方案，由主控模塊、通信模塊、數采模塊以及電源控制模塊構成，電源監控終端結構如圖1虛線框內所示。

主控模塊主要由BCM2837為核心的嵌入式系統構成，BCM2837具有豐富的運算資源以及接口資源[4]，可以有效保證終端數據采集與傳輸的實時性與電源控制的可靠性。在通信模塊設計上，采用百兆以太網作為電源控制終端的入網接口，這種冗余的數據吞吐量設計可以降低數據傳輸的延時。主控模塊通過傳輸模塊上傳電源數據，并接受控制指令。電源控制模塊接收主控模塊的控制信號并調節各路電源的輸出。數采模塊對電源的電參數與環境參數進行采集。數采模塊采集到電源的相關數據后，經過主控模塊的處理與編碼，通過通信模塊將數據上傳至云端服務器。

電參數檢測電路主要采集輸出電源的電壓、電流等信息。為了降低電路的復雜度并提高測算精度[5]，本系統設計了電參數檢測電路，如圖2所示。

圖2 電參數檢測電路

采用數字輸出的電能計量芯片ADE77581進行電參數檢測。ADE77581芯片能夠實現對電流、電壓有效值的測量及計算，對有功功率、無功功率、視在功率進行運算，并具有SPI接口，可將測算所得的電參數以數字信號直接傳入主控模塊進行處理。本設計采用隔離電路將ADE77581的輸出與主控模塊隔離開，以防止突發情況下燒毀主控模塊。采用ADUM1401隔離芯片可以起到信號隔離的作用并實現電平轉換功能。

3 系統軟件設計

3.1 電源數據存儲與管理

為實現電源的集中維護與管理，提高監控效率，本系統通過建立電源數據的云端服務器來對電源數據進行存儲與管理。隨著系統運行時間與接入設備的增加，系統生成的數據也越來越多，為了解決數據保存與存儲開銷之間的矛盾，在數據維護方面采取以數據存在時間以及故障異常作為保留權重的策略。用戶較為關心新的數據，但為了對數據進行分析與處理，歷史數據也需要進行存儲，因此本系統以數據存留時間作為權重來判斷數據是否需要保留。通過數據存在時間設定數據留存采樣間隔，數據存在時間越久采樣間隔就越大，采樣需要留存的數據就越少。同時，故障與異常發生時的數據也是用戶所關心的關鍵數據，本系統在數據留存采樣時，著重采樣故障或異常發生期間的數據，如圖3所示。

圖3 數據存留采樣策略示意圖

3.2 電源監控終端軟件設計

電源監控終端實現對電源信息數據的采編，與云端服務器進行數據交互，接收云端服務器控制指令并對電源輸出進行調節以及對異常故障情況進行反饋報警等功能。為實現上述功能，對電源監控終端的控制軟件進行了設計。

軟件控制流程如下所述：終端上電后首先對系統進行初始化，初始化包括對電能計量芯片初始化配置、溫濕度傳感器初始化、以太網的初始化設置、加載用戶配置等。初始化完成后，首先進行網絡檢測判斷終端是否已入網，如果已入網則連接云端服務器。連接服務器成功則判斷是否接收到控制指令，并根據指令對電源進行相應調節。無論終端是否已連接服務器，都進行以下操作：首先采集電源電參數數據與電源環境數據，并對數據進行處理與編碼，依照預設閾值對數據進行判決，超出閾值則生成故障異常報警信息，之后進行是否連接服務器的在線判斷，如果終端在線則將生成的數據與報警信息進行上傳，之后重復上述數據采集與處理過程；如果終端不在線則將數據與報警信息存儲于本地，等待連接服務器后一并上傳。

4 結束語

針對遠程電源監控的難題，本文提出了基于云端的遠程電源監控系統的解決方案。在現場的電源監控端和遠程監控端之間建立云端服務器實現了電源數據的可靠存儲、實時檢測以及對電源的及時控制。本系統還設計了一種基于BCM2837的電源控制終端，使得對現場電源檢測控制的工作效率得到提高，更好地為遠程監控系統服務。