通信电源监控系统设计PPT课件

1 电源技术教程 张建生主编 2 第六章通信电源监控系统设计 6 1通信用电源的集中监控6 2电源监控系统的通信接口与通信协议6 3DK系列监控模块6 4MSS3000多媒体集中监控系统6 5监控系统实例6 6通信电源的性能与特征6 7PS48600型智能高频开关电源系统6 8谐振型通信开关稳压电源系统 3 6 1通信用电源的集中监控 所谓集中监控 就是通过采用计算机 通信网络等高新技术手段 对分布式的一个或者多个通信站的电源进行遥测 遥信和遥控 实时监视系统和设备的运行状态 监测和处理故障 记录和处理相关数据并生成报表 必要时适时通知维护人员处理 从而实行集中维护 实现通信站的无人值守 4 6 1通信用电源的集中监控 把正在运行的通信电源设备的各种状态反映到监控中心称为遥信 主要包括以下三个方面的内容 1 市电还是油机 哪一路交流电在工作 电压 频率是否正常 2 蓄电池自在浮充还是均充状态 直流输出是否正常 N 1台整流器是否均正常运行 3 电池组的运行情况是否正常 有无过放电 5 6 1通信用电源的集中监控 根据遥信获得的资料 及时判断所发生的情况 或者不定期地测试必要的技术数据 以便分析故障称为遥测 主要包括以下四个方面的内容 1 市电停电后 油机在多长时间内正常供电 2 市电停电后 油机发电机尚未启动时 蓄电池能够单独供电的时间多长 恢复供电后 蓄电池均充时间是否与设定的均充时间相符 3 正在运行的某一台整流器发生故障时 能遥测故障性质 4 遥测有关数据 如停电时间 故障时间和次数 油机运行时间等均能自动记录 显示和打印 6 6 1通信用电源的集中监控 所谓遥控 就是远距离操作 主要有遥控关机和开机 集中监控是提高通信站电源系统稳定 可靠 安全供电和集中维护管理的一个重要的环节 它提高了供电系统的可靠性和通信设备的安全性 保证了供电质量 7 6 1 1通信系统集中监控内容 1 高压配电设备 如进线柜 出线柜 直流操作电源柜 变压器等遥信 过电流跳闸告警 过温告警 瓦斯报警等 遥测 三相电压 三相电流 控制电压 储能电压等 8 6 1 1通信系统集中监控内容 2 低压配电设备 如进线柜 主要配电柜 稳压器等遥信 开关状态 断相告警 过压告警 欠压告警等 遥测 三相输入 输出电压 三相输入 输出电流 频率 功率因数等 遥控 重要配电开关分 合闸 9 6 1 1通信系统集中监控内容 3 柴油发电机组遥信 运行 停机工作状态 自动 手动工作方式 过电流 过电压 欠电压 过载 频率 转速 高 水温高 启动失败 启动电池电压低 燃油油位低 燃油油温高 机油压力低等 遥测 三相输出电压 电流 功率 输出频率 转速 起动电池电压 润滑油油压 油温 水温等 遥控 开 关机 紧急停机 选择主备用机组 10 6 1 1通信系统集中监控内容 4 燃气轮机发电机组遥信 运行 停机工作状态 自动 手动工作方式 过电流 过电压 欠电压 排气温度高 润滑油油温高 润滑油油压低等 遥测 三相输出电压 电流 功率 输出频率 转速 起动电池电压 润滑油油压 油温 进气温度 排气温度等 遥控 开 关机 紧急停机 选择主备用机组 11 6 1 1通信系统集中监控内容 5 整流设备 如整流器 交流屏 直流屏遥信 整流器工作在浮充或均充状态 限流或不限流状态 整流器故障 直流输出过压和欠压 熔丝断等 遥测 交流输入电压和电流 直流输出电压和总输出电流 主要熔断器温度 各整流器的输出电流 遥控 整流器复位 开机和关机 12 6 1 1通信系统集中监控内容 6 交流不间断电源 UPS 遥信 UPS供电 市电故障 整流器故障 旁路故障 同步 不同步状态 逆变器故障 UPS 旁路供电等 遥测 三相输入电压 三相输出电压 三相输入电流 输出频率 直流电压 标准电池端电压等 13 6 1 1通信系统集中监控内容 7 蓄电池组遥信 蓄电池总电压高 低 单只蓄电池电压高 低 充电电流高等 遥测 蓄电池组总电压 单只畜电池电压 电池工作温度 充放电安时量等 8 逆变器遥信 输出电压过高 过低 输出过电流 输出频率过高 过低等 遥测 交流输出电压 电流 频率 输入电压 14 6 1 1通信系统集中监控内容 9 交流稳压器遥信 稳压器工作 市电直通 稳压器故障等 遥测 原边电压 副边电压 10 局部空调设备遥信 温度过高 温度过低 湿度过大 湿度过小 工作状态 排气压力过大 进气压力过低 风机故障 压缩机故障 加湿器故障等 遥测 机房温度 进气压力 排气压力等 遥控 开机和关机 15 6 1 1通信系统集中监控内容 11 中央空调设备遥信 电源缺相 机油温度高 压缩机运行或停机等 遥测 电源电压和电流 冷冻水的进出温度 冷却水的进出温度 机房的温湿度 遥控 开机和关机 12 机房环境遥信 各电源空调机房烟感 温感 潮湿 红外 水浸 门开告警等 遥测 各电源空调机房温度 湿度等 16 6 1 1通信系统集中监控内容 13 防雷器件遥信 故障告警 14 太阳能供电设备遥信 方阵工作状态 输出过电压 输出过电流等 遥测 方阵输出电压 方阵输出电流等 17 6 1 2监控系统的结构 图6 1通信电源集中监控系统结构 18 6 1 2监控系统的结构 图6 2维护 监控管理中心结构图 19 6 1 2监控系统的结构 图6 3端局监控器结构 20 6 1 2监控系统的结构 端局监控器主要由四大部分组成 1 监控管理对象 智能设备 2 设备与微机的接口3 现场监控器4 监控用主计算机 21 6 1 2监控系统的结构 图6 4端局监控器与现场监控器的连接 22 6 1 3监控系统的管理 监控系统的管理包括以下内容 1 配置管理2 故障管理3 性能管理4 安全管理 23 6 2电源监控系统的通信接口与通信协议6 2 1串行通信的基本概念 根据监控系统通信距离的远近 信号传输方式可以分为现场通信方式和远程通信方式 现场通信 端局监控主机与现场监控器 现场监控器与被控设备 被控设备之间 通过RS 232C RS 422 RS 485标准接口进行串行数据通信 24 6 2 1串行通信的基本概念 远程通信 端局监控器 监控主计算机 与县区监控管理中心及地市维护管理中心之间的通信 可以采用以下几种连接方式 1 LAPD高速数据链路连接2 DDN网络连接3 调制解调器 Modem 方式连接 25 6 2 2通信接口 1 串行通信采用串行通信方式时 数据字节一位一位按顺序发送与接收 串行通信有同步和异步之分 采用同步串行通信方式时 传送数据开始时 约定1 2个字符作同步指示 利用时钟实现发送端与接收端同步 异步串行通信方式则为一帧帧数据传送 26 6 2 2通信接口 2 RS 422和RS 485接口总线由于RS 232C传输距离短 速率低 接收器工作特性差等缺点 美国ETS又分布了RS 422及RS 485标准总线 目前已广泛用于计算机及智能设备之间的近程通信 27 6 2 2通信接口 3 RS 232接口RS 232C总线电平及信号定义为 3至 25V之间电压为负逻辑电平 0 3至 25V之间电压为逻辑电平 1 微型计算机中通常采用 12V或 15V为逻辑 0 12V或 15V为逻辑 1 28 6 2 2通信接口 图6 6计算机与终端直接用RS232C连接 29 6 2 2通信接口 图6 6计算机与终端直接用RS232C连接 30 6 2 3通信协议 通信电源集中监控系统的通信协议是针对特定环境和内容制定的一些 约定 这些 约定 应根据监控对象的内容分类 规范 编码 还应按监控系统要求的功能制定统一的数据格式 因此通信协议是整个监控系统运行的前提 在通信电源集中监控系统中 必须特别强调协议的统一性 31 6 2 3通信协议 通信电源集中监控系统的通信协议是针对特定环境和内容制定的一些 约定 这些 约定 应根据监控对象的内容分类 规范 编码 还应按监控系统要求的功能制定统一的数据格式 因此通信协议是整个监控系统运行的前提 在通信电源集中监控系统中 必须特别强调协议的统一性 32 6 3DK系列监控模块 DK04主要监控DUM14高频开关电源系统和DUM23系列组合电源系统的运行状态 并对其进行较全面监测和控制 DK04监控模块主要由微处理器控制板MPC 显示控制板CFD和用户接口板UIB组成 33 6 3 1开关电源监控模块的原理 单片机或者微型计算机对各个模拟量进行A D转换 对各个开关量进行采样 对整流模块的运行信息进行监控 对充电的自动控制 放电电流进行统计 对其进行判断 相应的发出或者撤除相应的警告 并做历史记录 34 6 3 1开关电源监控模块的原理 1 DK04模块的特点 监控多个整流模块 最多可以监控100个整流模块 电池管理功能强大 浮充 均充电压控制精确 均充方式选择多样 对充电电压补偿 充电电流的限制 温度过高告警等 提供系统故障的历史记录 提供遥信遥测接口 多种数据通信方式 参数设置比较简便 可以在模块上手动设置或在计算机上对参数进行设置 保密功能强 提供远程操作密码保护 35 6 3 1开关电源监控模块的原理 2 DK04模块的性能指标DK04系列监控模块包含七个窗口 即监控模块状态 监控模块参数 监控模块告警 监控告警历史 电池管理 整流模块状态 整流模块参数等 36 6 3 2系统硬件组成及工作原理 1 系统硬件构成DK04监控模块主要由三大部分组成 微处理器控制板MPC 显示控制板CFD和用户接口板UIB 37 6 3 2系统硬件组成及工作原理 图6 8DK04监控模块硬件结构 38 6 3 2系统硬件组成及工作原理 2 软件系统CPU在按照程序进行循环运行的同时 不断地响应外围芯片的中断请求信号 当CPU响应中断时 保护断点并退出当前循环主程序 自动进入中断服务子程序 当处理完中断事件后 再返回原断点处 继续执行循环主程序 图6 9DK04C监控模块软件流程图 39 6 3 2系统硬件组成及工作原理 3 DK04系列监控模块的参数设置为了保证监控模块能够有效地对系统的输出电压进行控制 将整流模块本身的浮充和均充电压设置在这样一个水平 相当于系统浮充或者均充方式下所需要的最大电压 加上系统满载的情况下最末一台整流模块与输出端之间的线路降压 40 6 4MSS3000多媒体集中监控系统 实时图像和数据信息经局域网和广域网逐级汇接到各级监控中心 可以实现远程遥测 遥信 遥控和遥调功能 该系统除了具备常规监控系统的功能外 还具有远程动态浏览 远程故障诊断以及远程移动实时管理等特点 41 6 4 1系统的主要技术指标 储运温度 25 65 监控中心及局站监控单元工作温度 10 30 数据采集模块工作温度 10 45 相对湿度 10 90 25 系统MTBF 大于105小时系统MTTR 小于0 5小时报警准确率 100 支持多点多事件同时报警 42 6 4 1系统的主要技术指标 图像帧速率 8 3 25帧 秒可选数据采集精度 直流电压优于0 2 其它电量优于1 3 其它非电量优于2 5 蓄电池电压测量误差 不大于 3mV模块通信速率 0 96Kbps 48Kbps RS 485 RS 422 0 96Kbps 19 2Kbps RS 232C 区域监控中心可监控局站监控单元数目 250个城市监控中心可监控区域监控中心数目 250个 43 6 4 2系统功能及特点 1 系统功能 1 实时数据遥测 遥信 遥控及遥调功能 2 实时动态图象监视及语音功能 3 告警功能 4 历史数据的处理和统计功能 5 系统安全管理功能 6 系统配置及设置功能 7 其它功能 44 6 4 2系统功能及特点 2 系统特点 1 采用Internet技术 数据传输采用TCP IP协议 监控网络使用extranet结构 2 可监控所有的动力设备 空调设备以及环境参量等 对其它管理系统可提供所需的软硬件接口 无需添加传输设备 即可将其它管理系统无缝接入 以共享网络资源 3 数据采集模块采用全接口隔离设计 采用防雷 防静电等具体措施 45 6 4 2系统功能及特点 2 系统特点 4 数据采集模块采用模块化设计方案 兼顾专用化与通用化原则 配置灵活 5 模块化软件设计 监控点容量大 扩展性强 6 具有操作方便 内容丰富的人机显示界面 包括平台化的系统配置 实时远程诊断与维护 实测参数显示 运行状态监测 报表统计查询等功能 46 6 4 3系统监控对象及内容 1 高压配电设备遥测量 AI 三相电压和电流 有功和无功电度 高压开关柜电源电压 变压器油温等 遥信量 DI 高压开关状态 变压器温度过高 操作直流电源设备告警 瓦斯告警等 2 低压配电设备遥测量 AI 三相电压和电流 变压器温度 功率因数 频率 稳压器电压 总用电量等 遥信量 DI 变压器告警 稳压器告警 功率补偿屏告警 主要开关状态 停电 缺相 超压或欠压等告警 遥控量 DO 有关开关分 合闸等 47 6 4 3系统监控对象及内容 3 交流配电屏遥测量 AI 输入电压和电流等 遥信量 DI 相关告警 4 整流设备遥测量 AI 交流输入电压和电流 直流输出电压和电流 直流单元输出电流等 遥信量 DI 整流器告警 故障 过载 整流输出过压 欠压等 整流器工作状态等 遥控量 DO 整流单元启动 关闭 复位等 48 6 4 3系统监控对象及内容 5 交流稳压器遥测量 AI 输入和输出电压等 遥信量 DI 相关故障告警等 遥控量 DO 稳压器开 关及复位等 6 直流配电屏及直流变换设备遥测量 AI 输出电压和电流 遥信量 DI 相关告警 49 6 4 3系统监控对象及内容 7 逆变器遥测量 AI 输出电流电压 输入电流电压 输出频率等遥信量 DI 相关告警 8 蓄电池组遥测量 AI 单体电池电压 总电压和电流 电池组标示电池温度 蓄电池充放电电流等 9 不间断电源UPS遥测量 AI 输入电压 输出电流 输出电压 标示电池组电压等 遥信量 DI 相关告警 50 6 4 3系统监控对象及内容 10 中央空调遥测量 AI 交流输入电压 主机工作电流 水塔风机工作电流 冷却水泵工作电流和电压 水池液位 水塔液位 冷却水进水与出水温度等 遥信量 DI 相关设备告警 冷却风机 水泵 以及主机等 遥控量 DO 启动和关闭有关设备 51 6 4 3系统监控对象及内容 11 专用空调遥测量 AI 交流输入电压 水塔风机工作状态 主机工作电流 逆风 回风口处温度 冷却水进水与出水温度 冷却水泵工作电流 水塔液位 遥信量 DI 相关设备告警 遥控量 DO 启动和关闭有关设备 52 6 4 3系统监控对象及内容 12 分体空调遥测量 AI 主机工作电流 遥信量 DI 风机告警 开 关机状态 遥控量 DO 启动关闭主机 13 发电机组遥测量 AI 三相电压 电流 输出功率和频率 启动电池电压 油位 机油压力 水温等 遥信量 DI 工作方式 自动 手动 工作状态 运行 停机 启动电池电压报警 电压 电流波频等异常告警 遥控量 DO 开 关机 复位 53 6 4 3系统监控对象及内容 14 机房环境遥测量 AI 温度 湿度 图像 语音 遥信量 DI 烟雾 红外探测 玻璃破碎 门禁 遥控量 DO 照明 门锁 摄像机的上下左右转动 摄像机镜头的光圈 调焦与变焦 54 6 4 4系统组网方式 图6 11MSS3000系统多级组网拓扑结构 55 6 4 4系统组网方式 1 区域监控中心结构图6 12MSS3000监控中心一般结构 56 6 4 4系统组网方式 2 局站监控单元结构MSS3000系统组网方案包括 大规模配置 带或不带图像监控 中规模配置 带或不带图像监控 小规模配置 带或不带图像监控 甚小规模配置 57 6 4 4系统组网方式 图6 13带图像监控的大规模配置方案 58 6 4 4系统组网方式 图6 14甚小规模配置方案 59 6 4 4系统组网方式 3 网路传输方案MSS3000基于Internet的技术框架 采用分布式计算机广域互联网方案 可以利用多种网路资源进行单独或混合组网 常用的网路资源有 PSTN DDN ISDN PSPDN 专线 E1线路 HDSL SDH PDH 97工程网 微波等 60 6 4 4系统组网方式 1 基于2M线路传输方式优点 图像 语音和数据信息在同一条E1线上传送 可完成交互式多媒体监控 缺点 2M传输资源的可使用性不普及 用途 特别适用于数据 语音及图像综合监控系统 图6 15基于2M线路传输方式 61 6 4 4系统组网方式 2 Modem Modem 异步DDN传输方式优点 传输资源丰富 便利 价格便宜 组网灵活简单 缺点 传输速率较低 不支持实时图像传送 用途 基站 中小局站无图像监控的场合 专用设备监控或以甚小规模配置的单项监控场合 62 6 4 4系统组网方式 3 DDN专线传输方式优点 传输速率有较大的选择余地 网路资源较丰富 中 低速专线价格适中 缺点 高速DDN专线代价较高 用途 大 中局站数据监控系统 或带低速图像信息的监控系统 63 6 4 4系统组网方式 4 ISDN传输方式优点 性能价格比优 传输速率适中 传输带宽恒定 质量稳定可靠 缺点 传输资源普及性不高 用途 大中城市局站数据监控系统 64 6 4 4系统组网方式 5 其它传输方式可以利用交换机中的公务或空余时隙传送数据信息 通过标准E1分接器插入和提取某个时隙完成数据上下线 或者利用X 25网或帧中继网传输信息 也可以据监控场所的具体情况支持前述所有传输方式混合使用 为用户提供经济实用 可靠性高 性能价格比优的网路传输方案 65 6 4 5数据采集模块 1 设计特点数据采集模块以微处理器为核心 对所有接口均采取隔离措施 与被监控设备在电气上相互独立 互不干扰 隔离技术指标 开关量1 5KV 模拟量为3 5KV RS 485通信接口为1 6KV 电源为1 5KV RS 232C接口提供 15KV的ESD保护 66 6 4 5数据采集模块 图6 16数据采集模块结构图 67 6 4 5数据采集模块 系统特点 具有防雷击 过压及过流保护 看门狗及防错 容错设计 系统热设计和防静电设计 故障局部化设计 使用的元器件失效率低 集成度高 具有工业级性能指标 功能电路模块化设计 降低了电路关联复杂性 避免了交互干扰 68 6 4 5数据采集模块 系统特点 采用集中供电方式 抑制了电源共地不一所引发的电源干扰 电源具有交流220V 直流48V 24V三种输入方式 且互为热备用 随机自检 定时自检 命令自检 具有远端与本地维护方式 安装可以是平放 堆叠或壁挂方式 69 6 4 5数据采集模块 2 数据采集模块功能 1 通用型模拟量采集模块AI30 2 通用型数字量输入输出模块DIO30 3 电池监测模块BS30 4 环境安全监控模块ES30 5 协议转换模块PT30 6 通讯机模块CM30A B 70 6 5监控系统实例6 5 1JM 6A现场监控器 图6 17JM 6A型现场监控器框图 71 6 5 2PSMS动力设备及环境监控系统 1 系统特点2 系统功能3 三遥内容图6 18PSMS监控系统网络图 72 6 6通信电源的性能与特征 6 6 1发展概况我国从1963年开始研制可控硅整流器 1967年形成系列并得到普遍采用1965年开始研制逆变器 DC DC变换器 直到八十年代才开始生产应用DC DC变换器 90年代 国内许多生产厂家正在不断吸取国外先进技术 研制生产自己的开关电源 73 6 6 2系统基本组成 图6 19高频开关电源系统组成 74 6 6 3性能指标 系统性能包括输入电压范围 输出电压调节范围 三遥 限流保护告警 并联均分等方面 技术指标包括 1 效率2 稳压精度3 功率因数4 杂音电压5 动态特性 75 6 6 4电路技术 目前在国内生产的高频开关电源主要应用固定频率PWM调压方式的变换电路 这种电路已是一种非常成熟的技术 具有设计简单 可靠性高 生产制造方便 成本低等优点 76 6 7PS48600型智能高频开关电源系统6 7 1系统简介 1 系统结构图6 20PS48600系统结构图 77 6 7 2交直流配电系统 1 环境 性能 1 使用环境条件 2 交流配电单元主要性能 3 直流配电单元主要性能2 基本功能 1 交流配电功能 2 直流配电功能 78 6 7 2交直流配电系统 3 交流配电单元 1 主回路 2 交流配电监控电路 3 交流防雷电路 4 直流应急电源启动电路4 直流配电单元直流配电单元由两块直流监控板B142FU1 B142FA1及辅助器件组成 其中的部分电路构成直流配电监控单元 79 6 7 3整流系统 PS48600电源系统的整流功能由整流柜RACK 600提供 满配置的RACK 600整流柜由一个交流分配单元 一个PSM 4监控模块和12个HD4850整流模块构成 80 6 7 3整流系统 1 HD4850整流模块技术参数 1 交流输入电压 2 直流输出电压 3 输出杂音 4 稳压精度 5 工作效率 6 功率因数 0 99 81 6 7 3整流系统 1 HD4850整流模块技术参数 7 动态负载响应 8 音响杂音 9 告警 10 保护功能 11 三遥功能 12 外形尺寸 82 6 7 3整流系统 2 HD4850整流模块组成HD4850整流模块主要由六块印刷电路板构成 H1415F1板 内含PFC主电路 辅助电源电路板 H1415C2板 为PFC电路控制板 H1415M1板 用作DC DC主电路 H1415C1板 用于DC DC控制 H1415U1板 构成50A模块监控CPU系统 H1415D1板 组成50A模块显示单元 83 6 7 3整流系统 图6 21HD4850模块前面板图6 22HD4850模块后面板 84 6 7 3整流系统 3 HD4850整流模块的PFC技术图6 23平均电流控制方式电路原理 85 6 7 3整流系统 图6 24平均电流控制方式开关调制信号 86 6 7 4监控单元 PSM 4是PS48600的监控单元 也是PS48300 PS48450 PS481200等电源系统的监控单元 它具有 遥控 遥信 遥测 功能 配有多组RS 485 RS 232C接口 可以很方便的实现集中监控 适合于各种程控交换机以及各种通信设备配套使用 87 6 8谐振型通信开关稳压电源系统 6 8 1SWICHTEC谐振型通信开关稳压电源系