智能開關電源納信動力監控系統探討
2019-11-03 09:56:37
供稿：網友
侯永濤 李志超 摘要 智能開關電源在通信電源系統中具有重要的地位。本文針對動力監控系統的特點，歸納了智能開關電源納入動力監控系統時易出現的問題，提出了設計時應注意的事項，進行探討。
關鍵詞 智能開關電源 動力監控系統 通信協議
分類 ＴＮ86 ＴＰ273
通信電源系統是通信系統的心臟，在通信局（站）中具有無可比擬的重要地位。智能開關電源技術的飛速發展和廣泛應用，使其逐步占據了通信電源的主導地位，并在通信工程中得到了推廣。智能開關電源不僅具有高效、穩定、可靠等優點，而且可以通過智能接口方便地納入動力及環境監控系統，實現電源系統的集中維護，極大地提高了通信電源系統的可維護性。
通信局（站）動力及環境監控系統（以下簡稱動力監控系統）是對整個通信電源系統、空調及環境的綜合監控管理系統，智能開關電源是整個監控系統重要的監控對象。作為被監控的智能開關電源設備，其控制器一方面進行自動的閉環控制，另一方面還要通過智能接口完全與監控中心的信息交互，接收監控中心的各種監測與遙控命令，成為動力監控系統的監控模塊，是整個監控系統的一個組成部分。因此，在智能開關電源的設計中，應將智能電源設備自動閉環控制系統與動力監控系統綜合考慮，有機地結合在一起。不能將納入動力監控系統的智能開關電源看成在原有設備自動閉環運行的基礎上與通信接口簡單的結合，應把電源設備作為整個動力監控系統的一部分，進行電源設備閉環控制的設計。但是在實際應用中，智能開關電源生產廠家在產品設計過程中往往對此認識不足，工程設計中也未提出具體的要求，從而使電源設備的設計存在不完善之處。這樣的智能電源設備納入動力監控系統后，會對整個電源系統的完全運行增加潛在的隱患，甚至損壞通信電源設備，造成通信故障。因此，本文將結合動力監控系統的要求，對智能電源設備設計中存在的問題進行探討。
1 智能電源設備應遵循標準的通信協議
智能電源設備納入動力監控系統時，與監控中心的所有信息交互都是通過通信接口進行的，因此，二者應遵循標準的通信協議。在智能電源設備的發展過程中，以往的通信協議為各個生產廠家制定，不同廠家之間，甚至同一廠家的不同型號產品之間的通信協議有很大的區別，通信協議及監測內容的制定有著很大的隨意性，處于較為混亂的局面。監控廠商不得不投入大量的人力、物力來破譯智能設備的通信協議，或者對智能設備加裝協議轉換器，增加了動力監控系統的投資。由于智能設備協議的不同，監控單元要開發不同的軟件接口，軟件的通用性和系統的可靠性下降，維護量加大，且增加了通信電源系統以后擴容的成本及難度。同時，在破譯協議不完全時，還會造成智能電源設備的浪費，甚至可能產生誤操作，危及電源設備安全。
為解決上述問題，必須在完善相關標準的基礎上，將通信協議作為智能電源設備入網檢測的一個必要項目。中國郵電部電信總局于1999年下發了通信局（站）動力及環境監控系統智能設備的通信協議，2001年信息產業部也頒布了相應的行業標準，詳盡規定了通信接口、協議格式等內容。在通信工程的建設中，要以此為基礎，強制生產廠家執行，為智能開關電源協議的統一打下了良好的基礎。
2 智能電源設備的監測內容應合理、完善
智能電源設備的監測內容應以滿足動力監控系統的維護需求為目的，同時為動力監控系統的智能分析提供一定的原始數據。
智能電源設備的基本監測內容包括為滿足基本維護需求而監測的遙測、遙信與遙控量，在人工維護時，這些量可通過對智能電源設備的觀察，從設備面板或者用儀表方便的檢測而獲得。此類監控量反映了電源設備的基本工作狀況，能夠滿足一般維護的需求，從而使動力監控系統替代傳統的人工維護成為可能。這些量包括三相輸入電壓，三相輸出電流，輸入頻率，整流屏整流器的輸出電壓，每個整流模塊輸出電流，直流輸出電壓，總負載電流，主要分路電流，蓄電池充、放電電流等。其中，對于具有多路交流輸入的開關電源系統，大多廠家僅在輸入轉換開關后安裝一套電壓監測裝置，對正在使用的電壓進行監測。本人認為應檢測每一路的交流輸入電源電壓，達到對備用電源質量進行監測的目的，便于日常維護；而對于輸出電流，則只需對在線的交流電源進行檢測。
在滿足基本維護需求的前提下，智能電源設備應提供盡量多的監測數據，以滿足動力監控系統智能分析對大量原始數據的要求。動力監控系統的智能分析包括對開關電源設備的老化、磨損程度進行描述，對其可用性進行評估，對由于設備本身引起的故障進行預測，對電源系統已發生故障的原因進行分析、判斷等。實現這一目標，要求智能電源設備提供豐富的原始數據。動力監控系統的智能化，將有大地提高維護質量，對于延長電源設備的使用壽命，保障通信通暢具有重要的意義。但由于監測原始數據的增加，需要安裝更多的傳感器，增加了電源設備的復雜性和成本。因此，在向智能化發展過程中，應根據維護的需求，合理地確定監測量的內容，達到最佳的社會效益與經濟效益。
3 智能電源設備應具有較高的實時性
我們認為智能電源設備的實時性有兩個方面的含義：
（1）智能電源設備控制器自動閉環控制時，檢測系統相當于一個滯后環節，與控制器檢測程序掃描周期、軟件算法、硬件濾波電路設計等因素有直接的關系。
智能電源設備的監測量一方面是設備一身閉環控制的依據，另一方面是監控中心所有監測數據的最終來源。智能電源設備應具有較高的實時性，以保證所采集的數據不失真或遺漏，正確反映通信電源系統的運行狀況，為智能電源設備的閉環運行提供可靠、準確的依據。同時，在納入動力監控系統后，將相關信息實時地傳送到監控中心。
例如，動力監控系統有如下規定：從告警發生到有人值守監控中心接收到告警信息的時間間隔不大于10秒（撥號通信方式除外）。因此，在進行電源設備設計時，應充分考慮到動力監控系統實時性要求，在滿足通信電源系統穩定性和測量精度的前提下，智能電源檢測系統的延時應盡量短。
（2）納入動力監控系統時，智能電源設備（監控模塊）對系統前置機（監控單元）應答的響應時間。
動力監控系統的前置機與智能電源設備采用主從方式通信，前置機下發命令，智能電源設備產生應答信息。從動力監控系統的實時性考慮，應答時間應盡量縮短，在實際應用中，為使響應時間最短，智能電源設備應用中斷方式接收前置機的各種命令，同時在中斷服務程序中對前置機的命令產生相應的應答。
4 智能電源設備應具有完善的容錯性能
在動力監控系統中，智能開關電源不僅要實時地上送監測數據，同時，為增加通信電源系統維護的靈活性，還應能接收監控中心下發的參數設置和遙控的命令。如果智能開關電源接收的參數設置和遙控命令有誤，相當于對電源閉環系統的外加擾動因素，為克服這種情況，智能電源必須具有完善的容錯功能。
4.1智能電源設備參數設置的容錯
對于智能電源設備參數的設置一般有硬件與軟件兩種方式，在有很高實時性要求的情況下，必須采用硬件方式設置相關參數；在其他情況下，兩種方式都可采用。其中，采用軟件方式設置參數具有直觀、方便、靈活的特點，且增加設備的可靠性，降低生產成本。智能電源設備的控制器可以根據系統維護的需要，方便地采用軟件方式設置參數，增加電源系統運行的靈活性，如根據溫度的變化調整電源均、浮充電壓值。
在實際應用中，采用軟件方式進行參數設置時，如果監控中心產生誤操作，下發的參數往往會超出合理的閾值或者引起相關參數邏輯上的混亂。若開關電源設備未進行相應的容錯處理而接收錯誤的參數，將導致設備無法正常運行。因此，電源設備必須對接收到的設置參數進行判斷。例如，接收的設置參數應在合理的范圍內，相同測點的上限值與下限值的邏輯關系，均充電壓與浮充電壓的邏輯關系等。如果設置參數有誤，應將此參數拋棄，同時向監控中心返還拒絕接受的應答信息。
4.2 智能電源設備遙控的容錯
智能電源設備作為一個獨立的閉環系統運行的同時，還可以接收遠端的遙控命令，遠端遙控可以使通信電源系統的維護更加靈活、方便。在進行遠端遙控時，如果智能電源對于接收到的遙控命令處理不當，必然影響通信電源系統的正常運行，甚至損傷設備，導致通信故障。
在執行遙控命令時，應注意以下兩個方面的問題。
（1）當遙控命令下發后，任何情況下，都不應使電源設備恒處于非自動遙控運行狀態。
電源設備的運行應分為設備的自動閉環運行和遠端遙控運行兩種方式，以設備的閉環運行為主，遙控運行根據實際需要實施，是暫的。目前 ，有些廠家進行遙控的方法是在下發一遙控命令后，需下發取消已實施的遙控。但如果取消前一遙控的命令無法正確下發，電源設備將一直處于非自動運行的受控狀態，若不及時進行必要的人為干預，大多數遙控功能的長期作用將不可避免地使設備處于非正常運行狀態，甚至導致故障。
因此，在進行遙控時應根據通信電源系統的實際運行考慮，對于長時間運行可能導致設備故障的遙控命令賦予一定的執行條件，當此條件不符時，電源設備轉換至自動運行，對設備進行正常的控制。
（2）遠端遙控功能的執行不是絕對的、無條件的，而是相對的、有條件的。
當電源設備的自動運行無法滿足電源系統的特殊維護需求，或者需對電源系統進行靈活操作時，可以進行遠端遙控。但在進行遙控時，應以不影響通信電源系統正常運行，不損壞智能電源設備及其相關設備為前提。因此，遙控不是絕對的、無條件的，應根據電源系統的實際情況實施。
綜上所述，并結合智能開關電源的實際情況，我們認為在系統設計時，應對開關電源的遙控命令進行綜合的考慮。開關電源的遙控命令主要有遙控開機、遙控關機、遙控均充、遙控浮充及遙控測試。對于每一條遙控命令，都應根據具體情況采取相應的措施。
例如，執行遙控均充命令時，可以將直流電壓高于上限作為結束均充的標志。接收到遙控均充的命令后，首先判斷直流電壓是否高于上限，如果高于上婦，認為此遙控命令無效。若低于上限，則進行均充狀態，按智能電源設備自動閉環程序運行，在直流電壓達到電壓上限時自動轉入浮充工作狀態。
同樣，在進行浮充遙控時，可以將直流電壓低于下限作為結束浮充的標志。接收到遙控浮充的命令后，首先判斷直流電壓是否低于下限，如果低于下降，認為此遙控命令無效。若高于下限，則進入浮充狀態，按智能電源設備自動閉環程序運行。
在日常維護中，主要應依靠智能電源設備的自動運行；遠端遙控則是有益的、必要的補充。同時，應充分考慮遠端遙控可能產生的各種不利因素，并在電源設備設計時加以預防，使遙控功能靈活、方便、安全地為通信電源的日常維護服務。
以上論述了智能開關電源系統在設計過程中應注意的幾個問題，在實際應用中，我們應從通信電源系統的維護需求出發，充分考慮納入動力監控后對電源設備本身的影響，使智能電源的設計更合理、完善。同時，在通信工程實施過程中，要嚴格按照相關的標準對設備進行驗收，確保電源設備在納入動力監控系統后能夠正常、穩定地運行。
摘自《通信電源技術》2002.1
