1 引言
直流电源后备系统是各类电厂、变电所、电站等必备设备，其可靠性对整个系统的安全高效运行至关重要。随着自动化程度的提高，顾客对电源产品的高可靠性、高智能化、免维护性及产品的在线升级提出了更高的要求，这也成为电源产品的必然发展趋势。
目前各个厂家的电源产品都大同小异，产品的组成基本为以下几个部分：高频模块、监控装置、绝缘选线仪、电池巡检装置。在现有这些产品中，一般说来，绝缘选线仪、电池巡检装置都是由专门的配套厂家生产。而在一套直流系统中，监控装置、绝缘选线仪、电池巡检装置都分别有自己的CPU、液晶、键盘及各自的下位机软件，它们都需要同当地的综自通讯。这样，目前的产品存在以下问题：
（1）通讯难题：虽然三种装置各自有自己的通讯口，具备自己的通讯功能，但通讯规约都不同。它们与综自进行通讯时，四种下位机软件需要统一的通讯规约。
（2）组态不便：电源产品是个多样化产品，根据用户的不同需要，几乎每个产品都有自己的系统。而用汇编语言更改或重新编写监控软件不方便，容易出错。
（3）可操作性：三种装置的人机介面风格，键盘功能的定义都不同。这就需要运行人员必须掌握每种机箱的使用说明，给操作、运行带来不便。
基于以上情况，我们推出了智能型触摸屏控制直流系统。该系统信息采集与处理就近完成，实时性强，信号不受干扰；组态方便；网络功能强；有完善的自检功能；强大的多媒体和动画功能；全中文windows图形界面，使用户操作直观、简单、方便；采用双重控制原则，提高系统的可靠性。
2 系统总体方案设计
2．1硬件配置
智能型触摸屏控制直流系统为模块式结构，模块间可任意组合。一个完整的系统由4部分组成：监控后台（主控制单元）、充电管理单元、电池巡检单元、绝缘检测单元。其中监控后台为本系统的控制核心，实现管理整个系统的作用。
智能型直流电源系统的结构框图1如下：
图一
1.监控后台
以一台触摸式工业控制机作为监控后台,全面管理电源系统的运行，可记录、统计、分析、打印各种运行数据。采用高亮度彩色液晶触摸屏人机界面，用以实现所有操作。具有显示直观、操作方便等优点。它拥有“遥测、遥信、遥控、遥调”等功能，可适应电源系统的全自动化无人值守要求。
2.充电管理单元
监控高频整流模块按设置的电池曲线自动运行，高频整流模块采用了目前国际上先进的有源功率因数校正技术（PFC）和软开关脉宽调制技术（PWM），民主均流，并可带电插拔，热维修。原理框图：
图二
[page] 3.绝缘检测单元
绝缘检测单元采用平衡桥及不平衡桥相结合的原理，检测母线对地绝缘状态，不向直流系统输入信号，不受直流馈线对地电容影响，支路检测使用差值计算，以准确计算出正负母线接地阻抗及支路正负端接地阻抗。对于多条支路同时发生一点或平衡接地均可检测。原理框图：
图三
4.电池管理单元
电池管理单元采用电压检测和内阻检测相结合的方法来判断电池是否失效。内阻测量采用国内首创、国际一流的测试方法，通过向电池组两端注入低频交流信号，通过科学算法，结合电压检测模块的单电池电压采样，巧妙计算出每一节电池的准确内阻。
图四
整个系统监测全面，各单元之间相互独立，任何一个单元的退出都不影响其他单元的正常运行，系统的监控后台虽然能控制和监视整个系统，但各单元和监控后台之间也是相互独立的，如果监控后台出现故障，系统仍能维持正常供电。
2．2软件设计
ADS2000系统软件是智能型直流电源的主控软件，采用National Instrument公司的虚拟仪器开发环境LabWindows/CVI编制而成。软件设计遵循软件工程原理，采用模块化设计，融合面向对象编程技术。该软件运行于Windows环境下，全中文图形智能界面，实时显示、监测、控制系统运行状态。可实现全自动无人值守运行。如需操作可参照图形指导、语音提示，使设备的操作直观、简单、方便。
为实现对上述智能型直流电源硬件系统的有效管理，主控软件ADS2000采用模块化设计方法，相应的模块主要有数据采集和处理模块、数据显示模块、系统设置模块、打印模块以及通信模块等。各模块关系及软件系统结构框图如下：
图五
2．3各模块作用分述如下：
（1）系统设置模块
系统设置模块完成出厂设置和维护设置，出厂设置由生产厂商通过硬键盘进行设置，不连键盘不能设置；维护设置由用户来进行，使用软件系统的软键盘进行输入，并且需要输入维护级密码，设置错误可恢复缺省设置。系统运行时越限语音报警，并进行文字提示。
（2）打印模块
由运行界面中的打印按钮调用，负责系统运行数据以及报警信息等内容的打印。
（3）数据采集和处理模块
[page]ADS2000直流电源系统采用了集散式控制系统结构，系统的信息采集与处理由“充电管理单元”、“馈线管理单元”和“电池管理单元”三个独立的模块分别完成，各模块内都有独立的控制器，各单元可独立于控制单元和其他单元工作，使产品的可靠性及可维护性大大提高。三个独立的模块各自有自己的通讯口，具备自己的通讯功能，数据采集和处理模块负责通过串口接受三个单元上传的数据，并按照各自的通讯协议进行处理，然后由数据显示模块加以显示。
（4）通信模块
通信模块完成将存储文件通过MODEM传输到指定网络地址，ADS2000采取计算机组网方式、异地、异域甚至可以通过Internet组网，软件面向网络设计、系统可通过Windows系统支持的任何一种网络和通讯协议与上位机通讯。
（5）数据显示模块
该模块负责为用户输入和数据输出提供友好界面，除主运行界面外，还包括直流电源系统图、蓄电池监测、绝缘监测、系统设置、打印日志、历史纪录以及帮助等子界面。在帮助子界面中，使用汉字导向，可帮助用户进行故障问题的分析及处理。
（6）语音报警模块
语音报警模块在系统出现报警时，为用户提供多媒体语音报警，提醒值班人员及时处理问题，避免重大问题的发生。
图六
2．4系统的最大优点在于它的客户化设计：
（1）全面的数据记录
直流系统每天的运行数据以及故障记录，都会生成相应文件自动存入计算机，不但免去了用户天天手工记录数据的工作，还可以随时查询、打印自系统运行以来任何时段的运行数据以及故障记录。
[page]（2）完备的语音报警系统
系统配备多媒体音箱，系统所能发生的任何故障，都配有相应的语音文件，一旦系统发生故障，将会启动相应的语音报警。报警消失后，音响自动解除。
（3）完美的帮助功能
该系统所能出现的任何故障，只要点击主界面上的“帮助”栏，都能找到故障原因以及解决办法，通过对帮助项的了解，不但能大大降低故障率，也能大大缩短故障排除时间，减少用户损失。
（4）详细的系统资料库。
资料库包含元件库、使用说明书、图纸库三部分。系统所使用的每一个元件，包括型号、生产厂家、使用数量等，库中均有详细记录；库中备有详细说明书；图纸库中有系统原理图、接线图等图纸，这些资料都可以直接阅读，也可以直接打印。极大方便用户的日常维护。
3 系统的网络化设计
网络技术的发展和广泛应用在不断地改变人类的工作和生活，对于智能直流电源系统，网络不仅改变了设备连接形式，而且可以通过设备信息的集中和融合提高了设备的智能化。在构造网络互连环境下，以实现产品的在线维护与升级。
产品的在线维护：在网络环境下，当产品出现故障时，主控制模块将设备运行信息适时传输到厂家指定的网络地址，经过厂家技术分析给出解决方案，以保证设备的正常运行。
产品的在线升级：电子技术的飞速发展，使产品的更新换代不断加快，为满足顾客的最大经济效益，我们在智能直流电源系统中设计了产品在线升级功能。为此我们将各管理单元的程序存储在Flash电写可擦除存储器中，主控制单元接受网络传送来的数据，经识别后分别写入各管理单元以完成产品的在线升级。
4 总结
电力系统、电信系统、移动通讯系统等对直流电源运行可靠性要求极高。智能型触摸屏控制直流系统运行程序的设计，使产品可操作性及维护性大大提高。系统本身具有完善的自捡功能，并且使用多媒体功能进行语音报警及有关解决办法的中文提示。同时实现了软件系统的网络化功能，系统可通过Windows支持的任何一种网络和通讯协议与上位机通讯，借助于现有的通讯网络实现系统的在线维护与升级。随着网络技术的不断发展，该产品必将得到广泛使用。
参考文献：
1 吴秋峰.自动化系统计算机网络。北京：机械工业出版社，2001.2
2 孙涵芳主编，INTEL16位单片机，北京航空航天大学出版社
3 开关电源资料汇编，A卷开关电源器材选配指南，北京富来电能设备公司
4 李序葆、赵永健，电力电子器件及应用，机械工业出版社
5 吴红缨.UPS用电流型高功率因数整流器.中国电源学会全国电源技术年会文集（11届）
6 李长明.通信电源技术,1997.9No.3p1
7 陆鸣.电子技术,1996,No.1p31
关键字：网络智能 监控后台 高频整流 绝缘检测 电池检测
编辑：冰封 引用地址：网络环境下的智能型直流电源系统设计
直流电源后备系统是各类电厂、变电所、电站等必备设备，其可靠性对整个系统的安全高效运行至关重要。随着自动化程度的提高，顾客对电源产品的高可靠性、高智能化、免维护性及产品的在线升级提出了更高的要求，这也成为电源产品的必然发展趋势。
目前各个厂家的电源产品都大同小异，产品的组成基本为以下几个部分：高频模块、监控装置、绝缘选线仪、电池巡检装置。在现有这些产品中，一般说来，绝缘选线仪、电池巡检装置都是由专门的配套厂家生产。而在一套直流系统中，监控装置、绝缘选线仪、电池巡检装置都分别有自己的CPU、液晶、键盘及各自的下位机软件，它们都需要同当地的综自通讯。这样，目前的产品存在以下问题：
（1）通讯难题：虽然三种装置各自有自己的通讯口，具备自己的通讯功能，但通讯规约都不同。它们与综自进行通讯时，四种下位机软件需要统一的通讯规约。
（2）组态不便：电源产品是个多样化产品，根据用户的不同需要，几乎每个产品都有自己的系统。而用汇编语言更改或重新编写监控软件不方便，容易出错。
（3）可操作性：三种装置的人机介面风格，键盘功能的定义都不同。这就需要运行人员必须掌握每种机箱的使用说明，给操作、运行带来不便。
基于以上情况，我们推出了智能型触摸屏控制直流系统。该系统信息采集与处理就近完成，实时性强，信号不受干扰；组态方便；网络功能强；有完善的自检功能；强大的多媒体和动画功能；全中文windows图形界面，使用户操作直观、简单、方便；采用双重控制原则，提高系统的可靠性。
2 系统总体方案设计
2．1硬件配置
智能型触摸屏控制直流系统为模块式结构，模块间可任意组合。一个完整的系统由4部分组成：监控后台（主控制单元）、充电管理单元、电池巡检单元、绝缘检测单元。其中监控后台为本系统的控制核心，实现管理整个系统的作用。
智能型直流电源系统的结构框图1如下：
1.监控后台
以一台触摸式工业控制机作为监控后台,全面管理电源系统的运行，可记录、统计、分析、打印各种运行数据。采用高亮度彩色液晶触摸屏人机界面，用以实现所有操作。具有显示直观、操作方便等优点。它拥有“遥测、遥信、遥控、遥调”等功能，可适应电源系统的全自动化无人值守要求。
2.充电管理单元
监控高频整流模块按设置的电池曲线自动运行，高频整流模块采用了目前国际上先进的有源功率因数校正技术（PFC）和软开关脉宽调制技术（PWM），民主均流，并可带电插拔，热维修。原理框图：
[page] 3.绝缘检测单元
绝缘检测单元采用平衡桥及不平衡桥相结合的原理，检测母线对地绝缘状态，不向直流系统输入信号，不受直流馈线对地电容影响，支路检测使用差值计算，以准确计算出正负母线接地阻抗及支路正负端接地阻抗。对于多条支路同时发生一点或平衡接地均可检测。原理框图：
4.电池管理单元
电池管理单元采用电压检测和内阻检测相结合的方法来判断电池是否失效。内阻测量采用国内首创、国际一流的测试方法，通过向电池组两端注入低频交流信号，通过科学算法，结合电压检测模块的单电池电压采样，巧妙计算出每一节电池的准确内阻。
整个系统监测全面，各单元之间相互独立，任何一个单元的退出都不影响其他单元的正常运行，系统的监控后台虽然能控制和监视整个系统，但各单元和监控后台之间也是相互独立的，如果监控后台出现故障，系统仍能维持正常供电。
2．2软件设计
ADS2000系统软件是智能型直流电源的主控软件，采用National Instrument公司的虚拟仪器开发环境LabWindows/CVI编制而成。软件设计遵循软件工程原理，采用模块化设计，融合面向对象编程技术。该软件运行于Windows环境下，全中文图形智能界面，实时显示、监测、控制系统运行状态。可实现全自动无人值守运行。如需操作可参照图形指导、语音提示，使设备的操作直观、简单、方便。
为实现对上述智能型直流电源硬件系统的有效管理，主控软件ADS2000采用模块化设计方法，相应的模块主要有数据采集和处理模块、数据显示模块、系统设置模块、打印模块以及通信模块等。各模块关系及软件系统结构框图如下：
2．3各模块作用分述如下：
（1）系统设置模块
系统设置模块完成出厂设置和维护设置，出厂设置由生产厂商通过硬键盘进行设置，不连键盘不能设置；维护设置由用户来进行，使用软件系统的软键盘进行输入，并且需要输入维护级密码，设置错误可恢复缺省设置。系统运行时越限语音报警，并进行文字提示。
（2）打印模块
由运行界面中的打印按钮调用，负责系统运行数据以及报警信息等内容的打印。
（3）数据采集和处理模块
[page]ADS2000直流电源系统采用了集散式控制系统结构，系统的信息采集与处理由“充电管理单元”、“馈线管理单元”和“电池管理单元”三个独立的模块分别完成，各模块内都有独立的控制器，各单元可独立于控制单元和其他单元工作，使产品的可靠性及可维护性大大提高。三个独立的模块各自有自己的通讯口，具备自己的通讯功能，数据采集和处理模块负责通过串口接受三个单元上传的数据，并按照各自的通讯协议进行处理，然后由数据显示模块加以显示。
（4）通信模块
通信模块完成将存储文件通过MODEM传输到指定网络地址，ADS2000采取计算机组网方式、异地、异域甚至可以通过Internet组网，软件面向网络设计、系统可通过Windows系统支持的任何一种网络和通讯协议与上位机通讯。
（5）数据显示模块
该模块负责为用户输入和数据输出提供友好界面，除主运行界面外，还包括直流电源系统图、蓄电池监测、绝缘监测、系统设置、打印日志、历史纪录以及帮助等子界面。在帮助子界面中，使用汉字导向，可帮助用户进行故障问题的分析及处理。
（6）语音报警模块
语音报警模块在系统出现报警时，为用户提供多媒体语音报警，提醒值班人员及时处理问题，避免重大问题的发生。
2．4系统的最大优点在于它的客户化设计：
（1）全面的数据记录
直流系统每天的运行数据以及故障记录，都会生成相应文件自动存入计算机，不但免去了用户天天手工记录数据的工作，还可以随时查询、打印自系统运行以来任何时段的运行数据以及故障记录。
[page]（2）完备的语音报警系统
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（3）完美的帮助功能
该系统所能出现的任何故障，只要点击主界面上的“帮助”栏，都能找到故障原因以及解决办法，通过对帮助项的了解，不但能大大降低故障率，也能大大缩短故障排除时间，减少用户损失。
（4）详细的系统资料库。
资料库包含元件库、使用说明书、图纸库三部分。系统所使用的每一个元件，包括型号、生产厂家、使用数量等，库中均有详细记录；库中备有详细说明书；图纸库中有系统原理图、接线图等图纸，这些资料都可以直接阅读，也可以直接打印。极大方便用户的日常维护。
3 系统的网络化设计
网络技术的发展和广泛应用在不断地改变人类的工作和生活，对于智能直流电源系统，网络不仅改变了设备连接形式，而且可以通过设备信息的集中和融合提高了设备的智能化。在构造网络互连环境下，以实现产品的在线维护与升级。
产品的在线维护：在网络环境下，当产品出现故障时，主控制模块将设备运行信息适时传输到厂家指定的网络地址，经过厂家技术分析给出解决方案，以保证设备的正常运行。
产品的在线升级：电子技术的飞速发展，使产品的更新换代不断加快，为满足顾客的最大经济效益，我们在智能直流电源系统中设计了产品在线升级功能。为此我们将各管理单元的程序存储在Flash电写可擦除存储器中，主控制单元接受网络传送来的数据，经识别后分别写入各管理单元以完成产品的在线升级。
4 总结
电力系统、电信系统、移动通讯系统等对直流电源运行可靠性要求极高。智能型触摸屏控制直流系统运行程序的设计，使产品可操作性及维护性大大提高。系统本身具有完善的自捡功能，并且使用多媒体功能进行语音报警及有关解决办法的中文提示。同时实现了软件系统的网络化功能，系统可通过Windows支持的任何一种网络和通讯协议与上位机通讯，借助于现有的通讯网络实现系统的在线维护与升级。随着网络技术的不断发展，该产品必将得到广泛使用。
参考文献：
1 吴秋峰.自动化系统计算机网络。北京：机械工业出版社，2001.2
2 孙涵芳主编，INTEL16位单片机，北京航空航天大学出版社
3 开关电源资料汇编，A卷开关电源器材选配指南，北京富来电能设备公司
4 李序葆、赵永健，电力电子器件及应用，机械工业出版社
5 吴红缨.UPS用电流型高功率因数整流器.中国电源学会全国电源技术年会文集（11届）
6 李长明.通信电源技术,1997.9No.3p1
7 陆鸣.电子技术,1996,No.1p31
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