基于GSM的剩余電流動作保護器檢測系統的設計方案

　　0 引言

　　剩余電流動作保護器是低壓電網中的重要保護裝置，在農網的智能化改造中對剩余電流動作保護器的實時狀態監測，可以大大提高工作效率和節約人力成本。針對農網設備分布區域大而散的特點，本文提出了一種基于GSM 的剩余電流動作保護器遠程監測系統設計方案。

　　剩余電流動作保護器遠程監測系統（簡稱檢測系統） 由前端剩余電流動作保護器、單片機控制系統、GSM 短信收發模塊、監控計算機和移動終端構成。一個單片機控制系統同時連接多臺剩余電流動作保護器，進行數據通信和傳輸控制。

　　監測系統控制用的單片機選用某公司的MC68HC90JL8產品，檢測連接到的剩余電流動作保護器狀態并完成相關數據通信。設備狀態數據以短信方式傳送，通過GSM 收發模塊到移動終端或監控計算機上。

　　短信收發模塊選用某公司的 G100 型號產品，集成了關鍵的GSM 模塊TC35i 以及模塊的射頻處理電路、SIM 卡槽和MCU 微處理器單元，利用 RS232 通信協議實現透明數據傳輸。

　　1 監測系統工作原理

　　剩余電流動作保護器作為系統前端，安裝在各個低壓電網控制箱內，自動監測用電線路的狀態數據（包括負載電壓/負載電流/ 漏電電流等）。當用電線路發生過載、短路、缺相、過壓、欠壓或剩余電流故障跳閘情況時，剩余電流動作保護器就會通過核心單片機控制系統和GSM 短信收發模塊向移動終端或監控計算機發送短信，主要內容包括告警地點、告警線路、告警原因、告警數值等狀態數據。管理人員就可以據此及時掌握故障信息，迅速采取措施，保證正常供電。

　　在整個系統工作過程中，單片機控制系統不但對保護器狀態數據進行了實時監測，當用電線路的狀態和數據發生變化時，能夠自動將告警信息發送到管理平臺和移動終端上。同時，單片機控制系統還可接收管理人員的指令進行對應操作。

　　當控制系統接收到短信形式的指令后，也能實時采集剩余電流動作保護器的狀態信息和數據參數，并回傳給監控平臺和移動終端，供管理人員分析和統計。

　　在管理平臺上，監控計算機通過收集到的各個用電線路剩余電流動作保護器的狀態信息與數據參數，基于已有的比對數據，對運行情況進行統計分析，并且能以輸出報表的形式為管理部門決策提供有效的參考信息。

　　2 監測系統硬件設計

　　監測系統采用有比較優勢的功能模塊化設計，主要可分為單片機控制系統與通信模塊設計；其中單片機控制系統與通信部分設計包括硬件電路設計、軟件設計。

　　控制系統與通信模塊主要由核心單片機、電源處理電路、鍵盤輸入電路、信號處理電路、液晶顯示電路、GSM 收發模塊等單元構成，如圖1 所示。

　　根據實地調研分析，一般情況下連接在同一低壓電網變壓器上的剩余電流動作保護器基本布局在同一配電柜中，安裝的保護器的數量相對較少，并且相互安裝之間距離較近，這是在低壓電網中剩余電流動作保護器的安裝特點。針對其特點本系統中剩余電流動作保護器與單片機控制系統的連接采用 TTL 電平直接方式，同時滿足每個單片機控制系統可以連接控制4 個剩余電流動作保護器。

　　單片機控制系統和GSM 收發模塊的供電主要采用AC220V 輸入經過變壓、整流、濾波后來供給其使用；剩余電流動作保護器的編號由單片機控制系統的通訊接口編碼來決定；按鍵輸入部分采用 4*4 行列掃描查詢的方式，實現數字和相應字符命令的輸入；顯示單元部分采用點陣顯示液晶，既能顯示按鍵輸入對應中文信息，也在收發短信、收發模塊初始化和工作失常狀態下顯示相應的告警信息。

　　3 監測系統軟件設計

　　3.1 系統主要功能

　　監測系統主要實現以下功能：

　?。?）實現對所控制的剩余電流動作保護器的狀態數據采集；

　?。?）按照規定格式，實現收發模塊之間的雙向通信；

　?。?）實現對剩余電流動作保護器的狀態數據的分析、處理、編碼工作，并生成數據幀，再通過GSM 模塊將數據發送到監控計算機和移動終端上；

　?。?）實現對接收到的短信的解碼、分析、處理，將控制命令作用于剩余電流動作保護器，使之完成相應的動作；

　?。?）此外，可以靈活實現利用按鍵來設置或更改要發送的手機號碼，同時在液晶單元上顯示相關信息；

　?。?）將剩余電流動作保護器的各種故障顯示在液晶單元上。

　　3.2 主要功能模塊設計

　　3.2.1 數據采集模塊設計

　　單片機數據采集模塊對所連接的多臺剩余電流動作保護器的狀態數據進行實時采集。剩余電流動作保護器本身會在線路上有欠壓、過壓、短路、漏電流過大等故障發生時有相應的保護動作，現在，單片機要對這類故障信息做到即時的采集，并做出相應的識別、處理，以判斷出發生故障的具體線路和具體的故障類型。后期完成故障信息整合，準備發出線路故障告警信息，故障信息內容一般包括發生故障的地點，線路和具體的時間等。圖2 為數據采集模塊程序流程圖。