多元能源地下管網(wǎng)的電源智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、多元能源地下管網(wǎng)的電源智能監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)程遙川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院汽車工程系摘要：傳統(tǒng)方法對(duì)于多元能源地下管網(wǎng)的電源系統(tǒng)監(jiān)控和管理缺乏有效性，不能從根 本上控制和減少安全事故的發(fā)生。提出一種多元能源地下管網(wǎng)的智能電源監(jiān)控系 統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由監(jiān)控后臺(tái)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控前臺(tái)和終端系統(tǒng)四個(gè)模塊組成。終端 系統(tǒng)采集多元能源地下管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)和參數(shù);監(jiān)控前臺(tái)作為通訊橋 梁，負(fù)責(zé)與監(jiān)控后臺(tái)和終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送;監(jiān)控后臺(tái)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理并對(duì)終端系統(tǒng)發(fā)送指令。系統(tǒng)硬件與終端設(shè)備之間采用無線通信技術(shù)進(jìn)行連接， 釋放了硬件空間上的壓力。試驗(yàn)證明文章提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在對(duì)多元能源地下管網(wǎng) 的監(jiān)控過程中具

2、有實(shí)用性和有效性，能為其他類型地下管網(wǎng)的電源監(jiān)控設(shè)計(jì)提 供有益參考。關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控系統(tǒng);監(jiān)控后臺(tái);監(jiān)控前臺(tái);終端系統(tǒng);作者簡介：程遙（1983-）,女，重慶人，講師，研宄方向：電子信息工程。收稿日期：2016-12-12design of power supply intelligent monitoring system for multi energy underground pipe networkcheng yaodepartment of automotive engineering, sichuantop it vocational institute:abstract：the

3、traditional method for multiple energy of the underground pipe network of power system monitoring and management of the lack of effectiveness, cannot fundamentally control and reducing the occurrence of safety accidents. put forward a kind of multiple energy of the underground pipe network of intell

4、igent power monitoring and control system design, system by monitoring the background, communication network, monitoring at the front desk and terminal system of four modules. terminal system to collect multiple energy of the underground pipe network system is running in a variety of data and parame

5、ters; monitor front office as a communication bridge, with monitoring the background and the data transmission between terminal equipment; monitoring the background to the acquisition of data processing and the terminal system to send instructions. the system hardware and the wireless communication

6、technology to connect between terminal equipment, release the pressure on the hardware space. experiment shows the system design of the article puts forward the multiple energy in the process of the underground pipe network monitoring has the practicality and effectiveness, can provide the power of

7、the other types of underground pipe network monitoring design with beneficial reference.keyword：intelligent monitoring and control system; monitoring background; monitoring foreground; terminal system;received： 2016-12-12城市能源地下管網(wǎng)分布廣泛、錯(cuò)綜復(fù)雜，各種管路接門、閥件數(shù)據(jù)量龐大。對(duì)多 元能源地下管網(wǎng)的電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控面臨極大挑戰(zhàn)，監(jiān)控內(nèi)容不僅包括地下管 路走向、分布等地

8、理信息，更包含管路壓力、流量等重要屬性信息。傳統(tǒng)方法處 理這些信息的方式效率低、數(shù)據(jù)共享程度較差，地下管m管理部門難以及時(shí)對(duì)整 個(gè)管網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行正確把握，管網(wǎng)數(shù)據(jù)也難以快速、直觀地傳遞到控制中心1，2。 提出一種新的智能電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)地下管網(wǎng)的電源系統(tǒng)進(jìn)行 檢測(cè)和監(jiān)控以實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的有序利用并且促進(jìn)其安全運(yùn)行11。文章提出的智 能電源監(jiān)控系統(tǒng)通過終端對(duì)管網(wǎng)實(shí)施監(jiān)控，將數(shù)據(jù)信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到監(jiān) 控前臺(tái)和監(jiān)控后臺(tái)6-8，再由監(jiān)控后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并對(duì)終端系統(tǒng)發(fā)布 指令。多元能源地下管網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)具冇采集信息量大、信息點(diǎn)多和精確度高 等特點(diǎn)，同時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的交互和共享程度較高

9、1一種電源智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1電源監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)多元能源地下管網(wǎng)智能電源監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控后臺(tái)、監(jiān)控前臺(tái)、終端系統(tǒng)和通 信系統(tǒng)四個(gè)模塊組成。1.2電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)通過標(biāo)準(zhǔn)和通用的軟硬件，構(gòu)建多元能源地卜*管網(wǎng)智能電源監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。智能 電源監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)包括硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)，并且需要有 安全、可靠的供電保障。硬件平臺(tái)是軟件平臺(tái)和電源系統(tǒng)骨架的載體，圖1是多 元能源地下管網(wǎng)電源監(jiān)控系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，其中，監(jiān)控后臺(tái)通過與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、 通信服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器和其他應(yīng)用系統(tǒng)的連接和數(shù)據(jù)交互對(duì)通過監(jiān)控前臺(tái)輸 入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和加工，并傳達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。圖1電源

10、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件架構(gòu)fig. 1 hardware architecture for power monitoring system下載原圖多元能源地下管網(wǎng)智能監(jiān)控的前臺(tái)系統(tǒng)是連接監(jiān)控后臺(tái)和終端系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)站， 一般按照系統(tǒng)需要可以設(shè)置能源管網(wǎng)配電室或監(jiān)控室以提高信息傳輸效率。監(jiān)控 前臺(tái)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和函數(shù)庫相連可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和函數(shù)信息的傳遞。多元能源地下管網(wǎng)電源監(jiān)控前臺(tái)可采用嵌入式硬件平臺(tái)和嵌入式軟件平臺(tái)。監(jiān)控前臺(tái)基 木功能包括信息匯集、交互傳遞，系統(tǒng)的維護(hù)和自診斷;擴(kuò)展功能伍括對(duì)信息和 數(shù)據(jù)函數(shù)的處理和電源的并網(wǎng)管理，圖2為多元能源地下管網(wǎng)電源監(jiān)控前臺(tái)架 構(gòu)。多元能源地下管網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的終

11、端用于采集地下管網(wǎng)中各種類型的電源數(shù) 據(jù)。支撐終端軟件功能的基礎(chǔ)是終端系統(tǒng)硬件平臺(tái)，由一系列采集和處理單元組 成，如圖3所示。終端系統(tǒng)監(jiān)控整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行，并對(duì)終端電流、電壓、流量等 各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集11。遠(yuǎn)方終端系統(tǒng)操作功能包括數(shù)據(jù)的采集、傳遞、系 統(tǒng)監(jiān)控、人機(jī)交互及系統(tǒng)的維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)功能;并對(duì)網(wǎng)點(diǎn)的電源進(jìn)行監(jiān) 測(cè)和分析。多元能源地下管網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的通信模塊采用傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式實(shí) 現(xiàn)對(duì)監(jiān)控后臺(tái)、監(jiān)控前臺(tái)和終端系統(tǒng)的有效連接。2.3電源監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)多元能源地下管網(wǎng)的電源監(jiān)控軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。將終端系統(tǒng)軟件進(jìn)行 初始化，終端交互模塊是操作界而和顯示觸摸屏部分將各種

12、數(shù)據(jù)信息，如電路 數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等進(jìn)行監(jiān)控和收集，并對(duì)各種信息進(jìn)行預(yù)警處理;將預(yù)警處理后 的各種數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫以后，進(jìn)入核心程序，監(jiān)控后臺(tái)負(fù)責(zé)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行交互 處理。數(shù)據(jù)和指令通過函數(shù)庫和數(shù)據(jù)庫兩個(gè)系統(tǒng)模塊可以進(jìn)行更新擴(kuò)充處理，各 個(gè)模塊之間可實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，組合形成易于擴(kuò)展和移植、且具有較強(qiáng)通用性軟件 平臺(tái)。通過數(shù)據(jù)控制和預(yù)警處理將監(jiān)控系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)信息，經(jīng)整理 分析后，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，并對(duì)各種故障給出報(bào)警。智能系統(tǒng)在監(jiān)控電源運(yùn)行和處理數(shù)據(jù)信息時(shí)，核心步驟是從電源設(shè)備中讀取來 自終端網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并持續(xù)向電源終端系統(tǒng)發(fā)送和傳達(dá)后臺(tái)指令。write cmd to device

13、為電源監(jiān)控系統(tǒng)向終端發(fā)送的抽象數(shù)據(jù)函數(shù)，返回結(jié)果抽象函數(shù)為 write-line device,從終端系統(tǒng)中讀取的函數(shù)源代碼如下：public void read cmd to devicstream processing units, string ci if ( ! stream processing uniti stream processing units. c stream processing units. public string read line from (serial port stream processi string result =if ( ! stream p

14、rocessing unit stream processing units. c int try times = 0;do while ( result.times < 3);length& & resulif (try times 二=3 result = "null' return result;監(jiān)控后臺(tái)數(shù)據(jù)交互監(jiān)控目ij臺(tái)函數(shù)庫圖 2 電源監(jiān)控前臺(tái)硬件架構(gòu) fig. 2 the hardware structure of power supply monitoring下載原圖圖 3 終端系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) fig. 3 the hardware str

15、ucture of the terminal system下載原圖幵始程序設(shè)s初始化朿圖4電源監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖fig. 4 power monitoring system software structure diagram 卜載原圖通過上述函數(shù)，實(shí)現(xiàn)功能模塊調(diào)用，完成讀取返回的結(jié)果和向電源監(jiān)控后臺(tái)發(fā) 送cmd。通過對(duì)函數(shù)信息的讀取能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)終端系統(tǒng)指令的發(fā)布、 對(duì)終端系統(tǒng)數(shù)據(jù)的解讀和對(duì)整個(gè)智能管網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控。電源監(jiān)控后臺(tái)是處理管網(wǎng)系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)和對(duì)終端系統(tǒng)傳達(dá)指令的中樞，對(duì)電源 監(jiān)控后臺(tái)的系統(tǒng)軟件控制是多元能源地下管網(wǎng)的電源智能監(jiān)控系統(tǒng)控刺的核心， 可以采用成熟而且高效p1d控制

16、算法對(duì)監(jiān)控后臺(tái)軟件進(jìn)行系統(tǒng)控制。p1d控制系 統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的一種控制方式，其控制器結(jié)構(gòu)簡單，不需要應(yīng)用復(fù)雜的數(shù)學(xué) 模式，易于操作。這種算法可以按照微分、比例、積分的函數(shù)關(guān)系對(duì)電源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在電源監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中可靈活改變pid控制器結(jié)構(gòu)，滿足對(duì)電 源監(jiān)控系統(tǒng)的需求，ptd特征輸出公式為：= kxk + k 從 k) +其中，kp為比例系數(shù)控制系統(tǒng)精度和速度、k:為積分系數(shù)控制系統(tǒng)穩(wěn)定指數(shù)、ku 為微分系數(shù)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征，at (k)、at (k-1)為相關(guān)的控制參數(shù)，利用 公式(2)和公式(3)進(jìn)行表述：蟬)=t(k) - t(k - 1)st(k-l) = t(k-l)-t(k-

17、2)通過以上公式(2)和公式(3)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源監(jiān)控系統(tǒng)中參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和控 制，完成多元能源地下管網(wǎng)的電源智能監(jiān)控，詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程描述如下：首先，對(duì)系統(tǒng)初始化，初始化完成后即進(jìn)入監(jiān)控程序，依次循環(huán)監(jiān)控參數(shù)設(shè)定、 故障査詢和維修指南査詢等請(qǐng)求，然后采樣、判斷輸入輸出參數(shù)。其次，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)一個(gè)電源故障信息貯存器對(duì)電源故障信息進(jìn)行 存儲(chǔ)，并及時(shí)更新。最后，在電源故障信息貯存器中建立“故障維修指南”數(shù)據(jù)庫，該指南集成了 電源研發(fā)工程師的全部經(jīng)驗(yàn)，寄存了電源的各種故障模式，針對(duì)每一種故障模 式給出丫故障原因和維修方法，在電源監(jiān)控過程屮，當(dāng)出現(xiàn)電源故障時(shí)，相當(dāng) 于隨產(chǎn)品配備了一名維修工程師，降低

18、了電源維修、操作人員的技能要求。3試驗(yàn)結(jié)果與分析本文運(yùn)用仿真試驗(yàn)來證明提出的電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)冇效性。設(shè)計(jì)一套相對(duì)簡易智 能電源監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)由模擬監(jiān)控后臺(tái)和1個(gè)終端設(shè)備組成。實(shí)驗(yàn)過程選取 1個(gè)電源，對(duì)電源的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)置電機(jī)工作流程和電機(jī)供給脈沖，獲得終端測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)比傳統(tǒng)電源監(jiān)控方法，本文的智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)δM多元能 源地下管網(wǎng)的電源系統(tǒng)的電流變化異常情況做出有效的識(shí)別，而傳統(tǒng)方法并未 識(shí)別出電源參數(shù)異常，沒有實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。本文提出的智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)K端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且能夠識(shí)別出電 源系統(tǒng)的電流異常情況，很好地預(yù)防了電源的異常工作，有效地保護(hù)了整個(gè)系 統(tǒng)。圖5是運(yùn)用木文提

19、出的智能方法對(duì)多元能源地下管網(wǎng)電源監(jiān)控系統(tǒng)模型的電流 異常情況監(jiān)控圖，從電流的冋饋情況可以看出能夠檢測(cè)出電流的異常。圖6是運(yùn) 用傳統(tǒng)方法對(duì)電源監(jiān)控系統(tǒng)電流異常情況的監(jiān)控，電流的波動(dòng)變化情況少，不 能有效地對(duì)電流異常情況進(jìn)行識(shí)別。從閣示上可以明顯看出，本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 統(tǒng)能夠通過對(duì)電源系統(tǒng)的電流進(jìn)行監(jiān)控，識(shí)別出其異常情況。電涼/ma2502001501005000.511.522.；t/s圖5智能電源監(jiān)控系統(tǒng)電流采集fig. 5 intelligent monitoring system ofpower supply current acquisition 下載原圖250電流/ma圖 6 傳統(tǒng)方

20、法電流米集 fig. 6 the traditional method of current collection下載原圖本文通過仿真試驗(yàn)分別對(duì)100組電流數(shù)據(jù)和100組電壓數(shù)據(jù)的異常情況進(jìn)行綜合 識(shí)別和匯總。從圖7可以看出本文提出的多元能源地不管網(wǎng)的智能電源監(jiān)控系統(tǒng) 相對(duì)于傳統(tǒng)方法在電源數(shù)據(jù)監(jiān)控識(shí)別率上具有較大優(yōu)勢(shì)，能夠有效地對(duì)電流和 電源的異常情況做出精準(zhǔn)的識(shí)別和預(yù)警。9080706050403020電源數(shù)據(jù)監(jiān)控識(shí)別率/%本文方法傳統(tǒng)方法圖7電源數(shù)據(jù)異常情況識(shí)別匯總圖fig. 7 power abnormal data recognition summary 下載原圖4002i的i) |o

21、 4ji|i)iv設(shè)計(jì)一種波形圖顯示電源電壓數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，隨時(shí)直觀地觀察系統(tǒng)電壓的變 化情況。如圖8數(shù)據(jù)顯示，縱軸為電壓值大小、橫軸為時(shí)間、波形圖為數(shù)據(jù)記錄 中電源的電壓值的顯示。從波形圖的趨勢(shì)可以看圖本文提出的方法對(duì)電壓的變化 情況進(jìn)行有效的識(shí)別和監(jiān)控。以上仿真試驗(yàn)證明本文提出的多元能源地下管網(wǎng)的電源智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效 的對(duì)復(fù)雜的城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)行有效的監(jiān)控，能源保證管網(wǎng)的正常和運(yùn)行和 保證整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和有效性。參考文獻(xiàn)1 任薔，張瑋，安石，等.基于lab view的csrm電源輸出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)j.強(qiáng)激光 與粒子束，2016, 4:172-175.2 何寧輝，郝金鵬，沙偉燕，等.電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)j. 電氣應(yīng)用，2016，4:73-76.3 陳凱.高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置供能電源的研制j.廣東電力，2016, 29 :121-125.4 崔濤，劉孝剛，姜珊珊，等.