摘要：直流屏现如今已经被广泛的应用在水力发电厂以及火力发电厂中，作为直流屏的心脏，蓄电池的地位是不可取代的。科学合理的监控蓄电池是维护直流屏的核心工作。现场总线是连接自动化系统的通信网络和智能现场设备的桥梁，是计算机技术发展、通信技术发展和现代控制技术发展的产物。本文将以现场中线为基础，分析直流屏蓄电池的监控系统。
关键词：现场总线；直流屏；蓄电池；监控系统
在发电厂、变电厂等多种企业当中，直流屏蓄电池的应用是十分广泛的，是企业生产经营中的重要设备。直流屏蓄电池能够为信号传输的设备、自动装置、继电保护等等多种操作提供电源支持，若是出现外部电源中断的情况，那么直流屏蓄电池也能够在最短的时间内为关乎生产的重要设备提供电力支持。直流屏蓄电池的安全性能和可靠性能足以直接影响到企业的供电系统，对企业运行的安全性和可靠性起着难以替代的作用。
1. 现场总线技术概念
现场总线是一个实现双向串行多节点数字通信的系统，它的应用范围主要是集中在生产的现场和微机化测量控制设备之间，现场总线也被称之为底层控制网络，其所具有的基本特点是开放式、多点通信以及数字化。现场总线技术需要实现的功能是将专用的微处理器通过科学化的手段放进测量控制仪表中，让微处理器和测量控制仪表相互结合，产生能够进行数字计算和通信的能力。在实现通信功能的时候，其主要的介质是广光缆、双绞线以及电缆等等，通过这些介质可以将原本相互独立的测量控制仪相互连接，形成一个网络系统，并且以规范化、标准化的通信协议作为依据，将在现场中的控制设备和仪表以及计算机之间进行数据信息传递，进而实现系统自动控制。
2. 基于现场总线的直流屏蓄电池监控系统设计
直流屏蓄电池是串联多个电池而形成的，在组成蓄电池的电池中，每一个电池就是一个监控单元。这个监控单元所实现的功能是对每一个蓄电池的实际温度、在进行充电的时候电流和电压的变化、以及蓄电池的端电压等等实时监测，并且以监测的实际数据作为基础做出分析，测量某个蓄电池的内阻和容量，同时还可可以这些数据作为依据，切换电池的充电方式。这样，就实现在一套直流屏上设置百十个监控单元，监控电源的数量受到整个直流屏蓄电池监控系统的电流和电压的影响。为了简单起见，直流屏蓄电池监控系统的监控单元在设计的时候采用12V电源，另外，采用RS-485总线的方式利用双绞线连接起直流屏综合管理单元和监控单元，整个系统则是以分散结构作为架构。
3. 直流屏蓄电池监控系统监控单元设计
直流屏蓄电池监控系统的监控单元需要完成监测特定电池的电压、温度等等，还需要通过在直流屏蓄电池监控系统中共用的RS-485将相关的数据通过使用现场总线通信网络发送到管理单元。在直流屏蓄电池监控系统的监控单元中，主要是包含有CPU以及其周边的电路，检测系统温度的电路，测量电池电压的电路，通信的电路，为了减少在系统设计建设中的成本投入，直流屏蓄电池监控系统监控单元不再设计人机对话的功能，只通过设计一个LED指示灯对监控系统的运行情况和通信情况进行反映，人机对话的功能将在管理单元上设计。对于直流屏蓄电池监控系统的监控单元结构设计如下图3.1所示：
图3.1 直流屏蓄电池监控系统的监控单元结构设计
3.1 直流屏蓄电池监控系统监控单元CPU以及其周边的电路
每一个监控单元所实现的功能就是对一路线路和一路电压进行监测，在监测的过程中比较少的监测物理量。此外，单片机的电路其本身只是需要比较少的接口即可，所以在设计的时候所使用的单片机只要能够满足监测需求即可，价格没必要太高，资源也没必要太多。微处理器采用AT89C051，通过DIP20实现封装，这款微处理器具有比较高的性能，并且电源电压比较低，备有15根口线，能够为监控单元使用提供硬件支持。为了能够保证单片机能够在使用的过程中具有可靠性和安全性，就需要在电路上设置检查电路。检查电路的芯片是MAX813L。除此以外，还需要将多个相同的监控单元接入到系统之中，为了能够很好的区分出这些不同的单元，就需要针对于每个单元设定出唯一一个地址。地址的设定规则需要采用8位拨码开关，总共需要设置256个不相同的地址，也就是说在直流屏蓄电池监控系统中最多只能设置256个监测电池，这个数量对于日常中使用的直流电源屏来说，就已经足够了。
3.2 直流屏蓄电池监控系统监控单元的电压测量电路
在监控系统中，每个单体的电池中，其最大的电压也就在1.2V到12V，对于这个电压的测量相对来说还是比较容易的，但是把这些电池进行串联，两个不同的电池其正极和负极之间的电压差可能达到300V。所有的单片机系统因为是在同一条通信线上进行连接，则需要在连接的时候有共同的电压等级和点位基准。因为直流屏蓄电池监控系统中存在着大约300V的电位差，是不能够直接测量电池电压的，在测量电压的时候可以采用V/F进行转换，也可以通过光电隔离实现。首先，将被测电压的信号通过使用V/F转换电路变成频率信号，之后通过使用光隔离电路将转换形成的频率信号传输到CPU。
3.3 直流屏蓄电池监控系统监控单元的测量温度
直流屏蓄电池在开展工作的时候，其工作温度和内阻之间有着十分紧密的联系，电池质量的优劣将会直接受到温度变化的影响。在设计监测系统的时候，要选择数字式一线传感器DS18B20，通过使用胶水将电池表面与传感器做好连接即可。作为数字温度传感器，它的湿度是可以直接通过CPU读入的，不需要其他复杂的操作即可完成任务，所以说，这种电路设计是十分简单的，也具有比较高的可靠性，也很少会出现电路误差。相对于CPU来说，测量湿度只是占用了一个端口，就能够被测量读出来。
3.4 直流屏蓄电池监控系统监控单元的电源问题
电路在设计的时候，所采用的供电电源是12V。为CPU和通信电路进行供电的电源是5V。因为CPU和被测信号之间具有比较大的电压差，所以V/F电路在供电的时候就需要另外一个隔离的5V电源。在电路上采用一片5V稳压芯片以及DC/DC电源模块，从而产生2个电压。稳压芯片能够为单片机和周围的电路提供电力，DC/DC电源模块为V/F转换提供电力。
结束语
现场总线在实际使用中具有很高的可靠性，并且成本投入相对比较低，所以逐渐受到青睐。直流屏蓄电池机理相对比较复杂，在使用过程中要采取合适的方式进行监督，让其重要性得以发挥。
参考文献：
[1]刘才. 大功率广播电台变电站直流屏系统的设计与实现[J]. 民营科技，2015，（5）：29-29.
[2]杨传凯，韦汶妍，师一卿，等. 结合扣分制与熵值法的站用直流系统状态评价方法研究[J]. 智慧电力，2018，（02）：31-32.
[3]田力. 某110kV变电站10kV断路器拒动引发的事故分析[J]. 科技创新与应用，2017，（18）：180-180.
[4]徐霜. Acrel-2000电力监控系统在上海市环境监测中心的应用[J]. 电源世界，2016，（03）：42-45.
[5]施兵华. 浅谈直流屏蓄电池放电试验的可行性操作方法[J]. 民营科技，2016，（09）：64-65.
职工创新项目《配电直流屏智能放电及监测装置的推广》
论文作者:林涛声,冼海炎,冼伟镜
论文发表刊物:《云南电业》2019年5期
论文发表时间:2019/10/30
标签：蓄电池论文; 监控系统论文; 单元论文; 电路论文; 电压论文; 测量论文; 电池论文; 《云南电业》2019年5期论文;