嵌入式系统在电网远程监控中的应用
针对电网远程监控系统的现状和发展趋势，研制了一套基于tcp协议的客户/服务器机制的电网远程监控系统。本文研发了一套电网远程监控系统，以适应对电力质量管理的新的需求。本系统可实现对电网参数的主动测量、分析、自动存储等功能，通过internet光纤环网将电网监测数据传送到调度室的监控主机，工作人员可以对远程设备的运行状况进行及时、准确的监控，对其故障先兆做出判断和预测，采取有效措施解决问题，保证大型机组安全运行，防止恶性事故的发生，避免了定期检修引起的生产停顿，起到预防和消除故障的作用，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。
1 电网远程监控系统的总体架构设计
本文所设计的电网远程监控系统由监控主机、电网监测仪、光端交换机及光纤环网组成。监控主机可以通过光纤环网对多个电网监测仪进行监控，电网监测仪可以自动识别、储存并显示电网电压、电流、频率及功率等参数，通过光纤环网传送至监控主机。本系统的数据传输介质选用的是单模光纤，相比传统的串口总线rs232/rs485、can、非屏蔽双绞线utp,光纤通讯具有传输距离远、数据吞吐量大、可扩展性强等诸多优点，非常适合远距离通讯的特点。图1为电网远程监控系统的结构图。
图1 电网远程监控系统的结构图
2 电网监测仪的设计
电网监测仪采用philips公司的lpc2131作为主控芯片，lpc2131是基于一个实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位arm7tdmi-stmcpu的微控制器，并带有32kb的嵌入高速flash存储器，含有1个10位8路a/d转换器及内部实时时钟。可以对电网电压、电流、频率及功率等参数进行监测、显示及储存，并通过tcp/ip协议将数据发送至上位机。图2为电网监测仪的系统框图。
图2 电网监测仪的系统框图
2.1 电压电流检测
在电压电流信号检测中，本系统采用直流采样法，需采集u、v、w三相电压以及四相电流信号(含零线电流)，图3中pt1为电流型电压互感器，a相输入电压经限流电阻r1使pt1初级的额定电流为2.2 ma,次级会产生一个相同的电流。通过运算放大器(lf353)，调节反馈电阻r2的值，即可在输出端得到所需的电压输出。
图3 a相电压转换电路图
图4中ct1为精密电流互感器cty205a,输入端为额定电流5 a时，次级将产生2.5 ma的电流。通过运算放大器(lf353)，调节反馈电阻船的值，即可在输出端得到所需的电流输出。
图4 a相电流转换电路图
2.2 频率跟踪电路设计
频率跟踪电路的主要作用是保持与电网电压的同步关系，避免频谱泄露现象。相电压经过变压器降压，通过两个二极管d1、d2,再送入放大器，将正弦信号转换为方波信号。电阻r7起到的作用是产生一个正反馈，加速放大器的跳变过程，得到更加精确的同步信号。图5即为频率跟踪电路。
2.3 网络模块
网络模块采用realtek公司的rtl8019as以太网控制器，rtl8019as具有32位输入输出地址，地址偏移量为00h-1fh,要接收和发送数据包则需要通过dma读写rtl8019as内部的16kb ram,rtl8019as使用跳线模式、io方式读写。首先给rtl8019的ne2000兼容的各个寄存器分配pcs0引脚，io地址为00h-ffh,即把cpu的a0-a4连接到rtl8019的a1-a5,rtl8019as默认的io地址为300h-3ffh,因此，将rtl8019as的sa19-sa10和sa7-sa5接地，sa9、sa8接vcc.电路设计完成后，通过mac引擎以及isa总线即可与lpc2131进行数据交互，图6为rtl8019as与lpc2131的接口电路图。
图6 rtl8019as与lpc2131的接口电路图
2.4 液晶显示
液晶显示器采用cm12864型lcd,液晶模块经数据总线接收lpc2131发送的指令和数据，存入内部的数据存储器中，从而实现所需信息的显示。为了获得友好的界面和便捷的使用，液晶显示采用汉字显示方式，从字模软件中获取汉字代码，再将每个汉字的代码记录在cat1025中，在使用时跳去。由于lpc2131大多gpio是复用口，需要在使用前对l/o口进行设置。图7为lpc2131与cm12864的连接框图。
图7 lpc2131与cm12864的连接框图
3 电网远程监控的实现
本文所设计的电网远程监控系统采用客户一服务器分布式网络接口，远程监控主机(服务器端)通过internet连接到电网监测仪(客户端)，实现电网的远程监控。
3.1 客户/服务器机制
针对电网远程监控系统的特点，将电网监测仪设置为客户端，远程监控主机设置为服务器端。服务器端24小时不问断地监听来自客户端的连接请求，建立连接后进行tcp数据传输。图8为基于tcp协议的客户/服务器机制。
图8 基于tcp协议的客户/服务器机制
客户端首先申请套接字打开通信信道，并连接到服务器所在主机保留的端口，该端口对应服务器的tcp进程;随后向服务器发出请求报文并等待接收应答;最后从服务器收到最终应答结果，或在不再请求时关闭信道并终止客户端进程。
服务器端首先申请套接字打开通信通道，通知本地主机在某一保留端口接受客户端请求;一旦接收到客户端的请求，便启动新进程处理用户请求，同时释放旧进程以响应新的客户请求，一旦服务完成，便关闭新进程与客户的通信链路;如果不想响应客户端的请求，则关闭服务器进程。
3.2 实时监控系统
远程监控主机(服务器端)的网络通讯程序采用vb编写，使用mfc winsock类添加网络通信能力。远程监控主机的ip地址为192.168. 1.100,监控程序端口号8000,所有网络上的电网监测仪都与该服务器监控程序建立连接，传输数据。此时监控程序的运行状态为监听连接，等待各个电网监测仪(客户端)设备的连接请求。当某个电网监测仪与服务器端监控程序建立连接之后，就开始进行传输数据。
3.3 历史数据查询
若服务器端要求获得电网的实时参数，客户端在上传实时数据时将数据存储到客户端的数据库，同时服务器端将接收到的数据存放在自己的数据库中，形成历史数据库，供查询、决策参考及故障分析。
远程监控系统的sql server数据库采用ado api技术，用ado的connection对象实现与数据库的连接，用recordset对象实现对数据记录的访问，用command对象来实现sql查询，用error对象控制数据交换时发生的错误。
数据库查询是在用户条件的基础上从数据库中返回相应的结果，因此需要在查询中包含变量或控件的值。其功能主要是从电网参数表中查询两个时间段之间的电网整点参数。图9为查询数据库的流程图。
3.4 电网远程监控系统的调试
本文所设计的电网监测仪在四川省达州电业局经过反复测试，效果良好，该系统能够及时的检测并发送电压、电流、功率及频率等参数给监控主机。监控主机显示的数据对比现场测量的数据误差在5%以内，各项参数的测试都比较准确。表1为系统测试的其中一组数据。
4 结论
本文自行设计的电网远程监控系统经过大量实验和反复调试，该监控系统运行稳定可靠，能够满足现场需要，使用方便，可以有效地提高控制和管理水平，同时也为现有的电网参数监控设备提供了一种设计方法，以便相关电力工作者参考与借鉴。
北斗导航系统向全球提供服务 高精度、高可靠的定位、导航
华为提出了全系列的室内数字化解决方案
未来电视的产业格局可谓是百家争鸣
非隔离式升压拓扑的LED驱动器电路
DC/DC步降变换器控制器ADP186的引脚功能、工作原理及应用分析
嵌入式系统在电网远程监控中的应用
大数据带给营销的十大主要价值
如何做好服务器安全的监控工作
一起聊聊屏蔽和EMC的故事
GNSS位移监测站的应用领域
PQI展示USB3.0接口的64GB U盘
CAD制图中倒圆角的技巧
TDK | 开拓环境新时代并为未来铁路提供支持的电容器
新唐科技强势推出业界领先内建2组独立模拟数字转换器及运算放大器之NuMicro® M0519系列
卫星硅调谐器TDA20142
PLC设备接入网关实现工厂PLC接入物联网IOT云平台
创新微MinewSemi的LoRa模块在环境监测中的应用
室温超导材料，真的假的？
唯创知音声音播放语音芯片助力扫地机、拖地机升级
豪威集团发布新一代超低静态电流高效同步降压转换器WD1020/WD1021
1 电网远程监控系统的总体架构设计
本文所设计的电网远程监控系统由监控主机、电网监测仪、光端交换机及光纤环网组成。监控主机可以通过光纤环网对多个电网监测仪进行监控，电网监测仪可以自动识别、储存并显示电网电压、电流、频率及功率等参数，通过光纤环网传送至监控主机。本系统的数据传输介质选用的是单模光纤，相比传统的串口总线rs232/rs485、can、非屏蔽双绞线utp,光纤通讯具有传输距离远、数据吞吐量大、可扩展性强等诸多优点，非常适合远距离通讯的特点。图1为电网远程监控系统的结构图。
图1 电网远程监控系统的结构图
2 电网监测仪的设计
电网监测仪采用philips公司的lpc2131作为主控芯片，lpc2131是基于一个实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位arm7tdmi-stmcpu的微控制器，并带有32kb的嵌入高速flash存储器，含有1个10位8路a/d转换器及内部实时时钟。可以对电网电压、电流、频率及功率等参数进行监测、显示及储存，并通过tcp/ip协议将数据发送至上位机。图2为电网监测仪的系统框图。
图2 电网监测仪的系统框图
2.1 电压电流检测
在电压电流信号检测中，本系统采用直流采样法，需采集u、v、w三相电压以及四相电流信号(含零线电流)，图3中pt1为电流型电压互感器，a相输入电压经限流电阻r1使pt1初级的额定电流为2.2 ma,次级会产生一个相同的电流。通过运算放大器(lf353)，调节反馈电阻r2的值，即可在输出端得到所需的电压输出。
图3 a相电压转换电路图
图4中ct1为精密电流互感器cty205a,输入端为额定电流5 a时，次级将产生2.5 ma的电流。通过运算放大器(lf353)，调节反馈电阻船的值，即可在输出端得到所需的电流输出。
图4 a相电流转换电路图
2.2 频率跟踪电路设计
频率跟踪电路的主要作用是保持与电网电压的同步关系，避免频谱泄露现象。相电压经过变压器降压，通过两个二极管d1、d2,再送入放大器，将正弦信号转换为方波信号。电阻r7起到的作用是产生一个正反馈，加速放大器的跳变过程，得到更加精确的同步信号。图5即为频率跟踪电路。
2.3 网络模块
网络模块采用realtek公司的rtl8019as以太网控制器，rtl8019as具有32位输入输出地址，地址偏移量为00h-1fh,要接收和发送数据包则需要通过dma读写rtl8019as内部的16kb ram,rtl8019as使用跳线模式、io方式读写。首先给rtl8019的ne2000兼容的各个寄存器分配pcs0引脚，io地址为00h-ffh,即把cpu的a0-a4连接到rtl8019的a1-a5,rtl8019as默认的io地址为300h-3ffh,因此，将rtl8019as的sa19-sa10和sa7-sa5接地，sa9、sa8接vcc.电路设计完成后，通过mac引擎以及isa总线即可与lpc2131进行数据交互，图6为rtl8019as与lpc2131的接口电路图。
图6 rtl8019as与lpc2131的接口电路图
2.4 液晶显示
液晶显示器采用cm12864型lcd,液晶模块经数据总线接收lpc2131发送的指令和数据，存入内部的数据存储器中，从而实现所需信息的显示。为了获得友好的界面和便捷的使用，液晶显示采用汉字显示方式，从字模软件中获取汉字代码，再将每个汉字的代码记录在cat1025中，在使用时跳去。由于lpc2131大多gpio是复用口，需要在使用前对l/o口进行设置。图7为lpc2131与cm12864的连接框图。
图7 lpc2131与cm12864的连接框图
3 电网远程监控的实现
本文所设计的电网远程监控系统采用客户一服务器分布式网络接口，远程监控主机(服务器端)通过internet连接到电网监测仪(客户端)，实现电网的远程监控。
3.1 客户/服务器机制
针对电网远程监控系统的特点，将电网监测仪设置为客户端，远程监控主机设置为服务器端。服务器端24小时不问断地监听来自客户端的连接请求，建立连接后进行tcp数据传输。图8为基于tcp协议的客户/服务器机制。
图8 基于tcp协议的客户/服务器机制
客户端首先申请套接字打开通信信道，并连接到服务器所在主机保留的端口，该端口对应服务器的tcp进程;随后向服务器发出请求报文并等待接收应答;最后从服务器收到最终应答结果，或在不再请求时关闭信道并终止客户端进程。
服务器端首先申请套接字打开通信通道，通知本地主机在某一保留端口接受客户端请求;一旦接收到客户端的请求，便启动新进程处理用户请求，同时释放旧进程以响应新的客户请求，一旦服务完成，便关闭新进程与客户的通信链路;如果不想响应客户端的请求，则关闭服务器进程。
3.2 实时监控系统
远程监控主机(服务器端)的网络通讯程序采用vb编写，使用mfc winsock类添加网络通信能力。远程监控主机的ip地址为192.168. 1.100,监控程序端口号8000,所有网络上的电网监测仪都与该服务器监控程序建立连接，传输数据。此时监控程序的运行状态为监听连接，等待各个电网监测仪(客户端)设备的连接请求。当某个电网监测仪与服务器端监控程序建立连接之后，就开始进行传输数据。
3.3 历史数据查询
若服务器端要求获得电网的实时参数，客户端在上传实时数据时将数据存储到客户端的数据库，同时服务器端将接收到的数据存放在自己的数据库中，形成历史数据库，供查询、决策参考及故障分析。
远程监控系统的sql server数据库采用ado api技术，用ado的connection对象实现与数据库的连接，用recordset对象实现对数据记录的访问，用command对象来实现sql查询，用error对象控制数据交换时发生的错误。
数据库查询是在用户条件的基础上从数据库中返回相应的结果，因此需要在查询中包含变量或控件的值。其功能主要是从电网参数表中查询两个时间段之间的电网整点参数。图9为查询数据库的流程图。
3.4 电网远程监控系统的调试
本文所设计的电网监测仪在四川省达州电业局经过反复测试，效果良好，该系统能够及时的检测并发送电压、电流、功率及频率等参数给监控主机。监控主机显示的数据对比现场测量的数据误差在5%以内，各项参数的测试都比较准确。表1为系统测试的其中一组数据。
4 结论
本文自行设计的电网远程监控系统经过大量实验和反复调试，该监控系统运行稳定可靠，能够满足现场需要，使用方便，可以有效地提高控制和管理水平，同时也为现有的电网参数监控设备提供了一种设计方法，以便相关电力工作者参考与借鉴。
北斗导航系统向全球提供服务 高精度、高可靠的定位、导航
华为提出了全系列的室内数字化解决方案
未来电视的产业格局可谓是百家争鸣
非隔离式升压拓扑的LED驱动器电路
DC/DC步降变换器控制器ADP186的引脚功能、工作原理及应用分析
嵌入式系统在电网远程监控中的应用
大数据带给营销的十大主要价值
如何做好服务器安全的监控工作
一起聊聊屏蔽和EMC的故事
GNSS位移监测站的应用领域
PQI展示USB3.0接口的64GB U盘
CAD制图中倒圆角的技巧
TDK | 开拓环境新时代并为未来铁路提供支持的电容器
新唐科技强势推出业界领先内建2组独立模拟数字转换器及运算放大器之NuMicro® M0519系列
卫星硅调谐器TDA20142
PLC设备接入网关实现工厂PLC接入物联网IOT云平台
创新微MinewSemi的LoRa模块在环境监测中的应用
室温超导材料，真的假的？
唯创知音声音播放语音芯片助力扫地机、拖地机升级
豪威集团发布新一代超低静态电流高效同步降压转换器WD1020/WD1021