漏电保护器电话网监控系统设计

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漏电保护器电话网监控系统设计
申茂磊1 李纪光2
摘　要: 本文阐述了剩余电流保护器的工作原理，并提出采用普通的电话网络为传送通道的漏电保护器监控系统。采用高速DSP作为漏电保护器的核心器件，对零序电流互感器信号的实时数据采集和处理，简化了系统的外围电路设计，提高了漏电保护器的性能。系统采用普通的电话网络为传输通道，PC 机作为上位机，进行多组漏电信号的采集和远程监控。
关键词：漏电保护器；漏电流；远程监控；电话网
0 引言
随着人民生活水平的不断提高，人们对供电质量的要求也越来越高。过去人们往往要求能供上电就行，而现在对供电的质量和安全也有了更高的要求。为此，电源的漏电保护越来越被重视。特别是随着电冰箱、洗衣机、电视机、空调、电饭煲、微波炉等各种电器设备进入千家万户，用电安全已越来越得到人们的重视。因此，对建筑电气的设计和施工也提出了更高的要求。国内外多年的运行经验表明，推广使用漏电保护器，对防止触电伤亡事故，避免因漏电而引起的火灾事故，具有明显的效果。在应用上，通过零序电流互感器建立动作判据，对于防止人身电击事故和保护用电设备，是最有效的方法之一[1]。文中采用电话线路及RS-232总线相结合进行数据传输，对多个现代建筑的智能漏电保护器进行实时的监控。当今电话几乎已进入每一个家庭，该方案既可以节省管理成本又有很高的实用性[2]。利用TI公司的32DSP2812，作为核心处理器件，借助当前覆盖面日益广泛的电话网络, 完成集漏电检测、控制和管理于一体的远程监控。
1漏电保护器的工作原理
漏电保护器主要包括检测元件(零序电流互感器)、中间环节(包括放大器、比较器、脱扣器等)、执行元件(主开关)以及试验元件等几个部分。
 

图1漏电流保护器的工作原理图
漏电电流保护器的工作原理如图1所示。三相电流母线和零线穿过电流互感器的铁心，当低压电网未发生触电和漏电事故时，根据电路理论可知，三相四线电流的相量和等于零，此时互感器铁心中的磁通相量之和等于零，互感器(CT)的二次侧绕组没有感应电压输出，线路正常供电。当发生触电或漏电事故时，三相四线电流的相量和将不等于零，互感器铁心中的磁通相量和不等于零，此时CT二次侧绕组就有感应电压输出，经过模拟和数字信号处理，当故障电流达到规定的数值时，继电器就推动断路器的脱扣机构动作，迅速切断电源，达到漏电保护的目的[3]。
2 漏电保护系统的设计方案
文中以2812DSP为核心外理器，负责漏电流实时数据的采集和实时处理，采用电话网络为传送通道。
采用特殊设计的零序电流互感器将漏电电流的大小转换为电压信号，分成两路进行信号调理。一路经过放大后作为硬件控制跳闸操作部分的输入信号和整定值进行比较并进行后续处理。另一路经过放大部分、滤波等处理后，直接送到DSP的A/D通道，经由DSP内部的A/D转换器将其转换为数字量，通过外扩的LCD显示，以实现对当前漏电流值数字量的实时监视。这为用户提供了一个监视电网漏电情况的手段，如果用户发现线路的漏电明显增加，就可以在漏电保护器还没有动作时，检查线路故障并排除故障，从而大大方便了用户的使用[3-4]。PC 机作为上位机，负责对各检测控制点下位机采集到的漏电流数据进行、分析、处理, 并向各下位机发出控制命令，完成智能漏电保护和主机之间信息的传输，对现代建筑中多个漏电保护器进行监控。系统构成如图1所示。
 

图1监控系统框图
通常外置式Modem具有RS-232接口, 通过DB 9插头与上位机的RS-232 接口直接相连。DSP借助RS-232 经过Modem链接到公用的电话线上实现数据通信, 完成零序电流互感器的远程监控。主要实现了零序电流互感器数据的接收、处理与打包发送, 参数的远程修改, 报表与图表的输出, 数据的更新维护等功能。通信程序一般采用中断方式或查询方式与上位机通信，上位机作为主控方，DSP的服务程序用C语言编写, 实现现场的零序电流互感器实时测控。当DSP收到PC机发送的地址信号时, 便转入中断服务程序, 向上位机发送零序电流互感器数据。数据通信协议参照Motorola公司的远程定位网络寻呼协议的格式, 是基于标准的RS-232的通信协议, 其包括控制字符规定、监控系统的通信协议、通信数据块的描述、DSP的识别、通信进程机制等部分[5]。
3 系统的软件设计
漏电流保护器是的电话网络系统软件由各监测单元信号的采集和系统管理软件组成。DSP的软件是在CCS开发环境下采用C语言编写的，采用模块化程序设计，使得程序结构清晰，便于进一步扩展系统的功能。整个程序包括的子模块有：键盘和显示模块、零序电流互感器数据采集模块、串行通信模块等几个部分构成。系统管理软件完成对整个系统的管理和监控，是人机交互的界面。各节点信息处理软件完成对各节点信息的处理和控制。
2.1 漏电流检测模块的软件设计
DSP检测的漏电流，通过设备串行通信节点将信息上传给电话网络，通过上位机进行监控，从而完成相应的报警、显示、控制输出等。零序电流互感器信号由经信号调理电路后送入DSP进行检测和处理。DSP对连接零序电流互感器的端口的输出信号进行不间断扫描。若检测电流大于设定值，将信息保存、打包，并执行相应的报警，然后通过电话通信模块发送给上位机检控系统。发送完毕将数据后设置为接收模式，同时返回，继续对端口进行扫描。其漏电流传感器检测的流程图如图3所示。
 

图3 信号检测程序程图
2.2上位机通信软件设计
通过串口向Modem（以单个字符ASCII码)连续发送回车, 接收到OK完成Modem初始化；DSP系统循环等待, 响应串口中断, 判断是否接收到振铃信号, 若是则自动应答；当串口接收到结果码，说明建立数据链路, 可进行通信，否则，报错并且等待远端中心机的下一次拨号；通信结束时，切换到在线命令模式；再向Modem以单个字符ASCII码连续发送，结束通信，挂机。
运行上位机的监控软件后，选择通信按钮与下位机建立了通信，可以对下位机的状态进行监控，实时显示瞬时采集值和波形，通过软件编程远程监控漏电保护器。上位机监控软件采用VB6.0编写，VB6.0的MSComm通信控件提供了标准的事件处理函数、事件和方法，用户不必了解通信过程中的底层操作和API函数，从而比较容易、高效地实现了串口通信。通过添加MSComm控件完成对串口通信的设置，首先对串口初始化，之后要对串口进行捕获操作，确定是否有信号从串口通过，是否对这些信号进行处理，若需要对串口进行读写操作，就要通过设置成一定的波特率将数据送出或读入，最终完成串口通信。VB的特点是事件驱动，定时器控件会定时触发相应事件的驱动程序。软件采用定时器控件来实现，在数据信息送出30秒后，PC机仍未收到任何回执信息时，程序自动跳出系统。其下位机流程图，如图4所示。
 

图4 上位机通信程序流程图
3 结 语
该监控系统的采用32位DSP作为控制的内核完成各单元漏电信号采集与处理，具有体积小、低功耗、抗干扰能力强等特点，可采用电池供电。通过RS-232的电平转换电话线和Modem相结合，借助公用电话网，完成与上位机之间的远距离测控。系统发挥了计算机的检测控制功能, 又充分利用了现有信道的通信功能，既解决了艰苦边远地区测点的覆盖问题, 又节省了大量人力、物力。监控系统能实时检测线路漏电流，及时分断线路并报警，有效防止人身触电和电气火灾，可广泛应用于民用及工业用等不同场合。该系统具有记忆、存储、显示、打印、方便的参数设置及操作功能，经过现场运行，可靠性强,功能多，价格低，符合国家标准，保证了电力系统的平稳运行，达到了安全报警控制的目的。

参考文献
[1]陈 方,欧阳静,尹 康. 基于DSP的智能漏电保护装置研究[J].人民长江,2007,38(8):44-45.
[2]王亚晓.基于电话网的家用电器远程控制系统的设计[J].现代电子技术,2007, (21):124-126
[3]李开成,刘建锋,黄海煌.基于MSP430单片机的数字式漏电保护器的研制[J].继电器,2008,36(8):64-67.
[4]杨学昭,任业生,薛 立.智能漏电保护报警系统的设计与实现[J].微计算机信息,2007,23(11):41-43.
[5]谢于俊,杨士元.分布式智能家庭网络系统的研究[J].计算机工程, 2002 (1) :13-17.