CN114844215B - 一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置，属于电力系统技术领域。本发明采用分布式架构设计、多个配电柜分区供电的方式，将多路低功率小型化高压直流电源模块化集成，为上百路脉冲源负载一对一独立供电，并通过软件和光纤通信实现远距离控制与状态监测告警，具有输出路数多、拓展灵活的优点，且能够工作于强电磁环境，本发明避免了各负载供电电源之间的耦合串扰，能够满足大规模阵列的独立供电需求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，尤其涉及到一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置。
背景技术
随着脉冲产生技术和时域阵列天线的快速发展，阵列式超宽谱高功率微波辐射技术取得了长足进步。在由上百路辐射单元构成的超宽谱高功率微波辐射系统中，直流电源装置面临以下问题：一是采用单个大功率直流电源为所有辐射单元的脉冲源集中供电容易带来电磁兼容问题，影响系统稳定性和可靠性；二是需要通过监测每一路脉冲源的电压和电流判断脉冲源的工作状态；三是直流电源装置工作于强电磁环境中，需要对全系统进行屏蔽设计，同时为方便人员在屏蔽体内安全操作，电源装置要具有远距离抗干扰通信的能力。
目前，常见的供电方式为大功率电源同时为多路辐射单元供电，此时不能对每一路负载精准监测，或者用多台电源“一对一”供电，但需要对监测数据进行整合。
发明内容
本发明解决的技术问题是研制一种可用于强电磁环境的可远距离实时监测控制的多路直流电源装置，采用分布式架构设计、多个配电机柜分区供电的方式，模块化搭建，实现可灵活拓展的多路输出，并通过光纤和RS485通信实现对每路电源的远距离控制与监测。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置，其特征在于，包括控制系统、配电机柜和高压直流模块阵列；
控制系统由远程通信控制系统和本地控制系统两部分组成，多路直流电源装置正常工作时以远程通信控制系统为主；
远程通信控制系统中上位机软件通过USB转RS485接口、RS485转光纤收发器和光纤线路与各配电机柜中具有RS485接口的数模转换模块D/A和信号采集模块A/D连接，D/A、A/D再通过RS485接口接入每路高压直流模块，进而实现对高压直流模块的输出控制与监测；上位机软件基于常用的组态王工业控制软件开发，支持RS485通信；
上位机软件通过RS485通信模块中某一节点通道及其对应的数模转换模块通道将控制指令转为一定电平的电压控制信号，控制对应节点挂载的高压直流模块的输出，同时接收对应信号采集模块通道的电压电流采样数据，并根据电压电流阈值大小对每路高压直流模块及负载工作状态实施判断，实现对异常情况的精准定位告警；每路高压直流模块为一个RS485节点，RS485通信理论上可支持256个节点；
USB转RS485接口将USB转换为多个RS485串口，每个RS485串口通过RS485转光纤收发器、光纤与一个配电机柜内的所有高压直流模块建立通信连接，通过增加RS485串口和光纤线路的方式灵活拓展控制多个区域的配电机柜，实现不同数量高压直流模块节点的通信；
配电机柜内部主要包括开关电源、PCB电路板、高压直流模块、金属导热板、L型滑槽轨道，机柜壳体固定有航插阵列和一个接地端子，开关电源通过连接PCB电路板为高压直流模块供电，由开关电源、PCB电路板、多个高压直流模块和航插构成多路直流输出阵列；通过增加配电机柜数量实现直流输出路数的灵活拓展和电源系统的模块化搭建；
PCB电路板集成一定数量高压直流模块的供电、电压调节、电压采样和电流采样线路，以及本地/远程切换开关、电位器接口和继电器，并引出接线端子，D/A、A/D和高压直流模块通过插接件置于PCB电路板上，便于安装和更换；
高压直流模块阵列为插接在PCB电路板的多个DC/DC二次电源，集成有RS485数据接口的电源模块，支持RS485调节和采集输出电压；
金属导热板由L型滑槽轨道连接固定，且与其上的高压直流模块底部紧贴，从而将热量传导至配电机柜表面，实现散热的目的；
接地端子用于将配电机柜接地，保证用电安全；
本地控制系统是控制系统的备份，本地控制系统通过电位器调节高压直流模块的控制电平，实现对电源输出的控制。
进一步的，当远程通信系统出现线路故障时，采用本地控制系统以手动调节的方式实现对所有高压直流模块的输出控制；本地控制系统工作时，将本地/远程切换开关调节至本地，此时通过继电器将远程通信控制系统线路断开，同一电路板上所有高压直流模块控制线路越过数模转换模块和信号采集模块后并联，电路板上高压直流模块的电压调节线路并联至电位器，通过手动调节电位器的电平即可控制所有高压直流模块的输出。
进一步的，多路直流电源装置采用分布式架构和模块化设计，能够实现对256路高压输出的集中部署、远距离控制、远距离监测和本地冗余控制，具备在强电磁、户外风尘等恶劣环境下稳定运行的能力。
进一步的，当某一高压直流模块的电压偏离阈值时，通过控制软件单独调节相应485节点的电压控制信号电平进行修正，当电流偏离阈值时，表明相应的负载异常，须进行维修或更换。
本发明的有效收益如下：
1、本发明提出的一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置，采用模块化、小型化高压直流模块为负载独立供电，避免了各负载供电电源之间的耦合串扰，满足大规模阵列的独立供电需求。
2、本发明采用基于RS485接口的远程通信控制系统，具有通信节点多、拓展灵活、接线简单等优点，理论上能够远距离实时控制和监测256路高压直流模块的输出，且能够实现对高压直流模块和脉冲源负载的故障侦测。
3、本发明采用光纤通信、全航插接线、全金属密闭机柜及接地的设计，大大提高了抗强电磁脉冲的能力，且通过金属散热无需散热孔，具有防尘和防水的优势，提高了对户外环境的适应性。
4、本发明的高压直流模块供电线及各通信串口的连接线均集成在PCB电路板上，避免了繁杂的人工接线，优化了整体线路布局，方便使用与维护。
5、本发明采用的控制系统包括远程通信控制系统和本地控制系统两部分，当远程通信控制系统故障时，通过本地控制系统仍能够实现所有高压直流模块的输出控制，大大提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明装置原理图；
图2为本发明装置配电机柜内部示意图。
1-D/A模块、2-A/D模块、3-PCB电路板、4-高压直流模块、5-金属导热板、6-L型滑槽轨道，7-接地端子，8-开关电源
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的阐述和说明。
本发明提供的一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置原理图如图1所示，本发明包括控制系统、配电机柜和高压直流模块阵列，其中控制系统由远程通信控制系统和本地控制系统两部分组成，且本发明装置正常工作时以远程通信控制系统为主。远程通信控制系统中上位机软件通过USB转RS485接口、RS485转光纤收发器和光纤线路与各配电机柜中具有RS485接口的D/A和A/D连接，D/A、A/D再通过RS485接口接入高压直流模块，进而实现对每路高压直流模块的输出控制与监测。本地控制系统通过电位器调节高压直流模块的控制电平，实现对电源输出的控制。
如图1所示，上述实施方式提供的多路直流电源装置工作时，正常情况下，上位机软件通过RS485通信模块中某一节点通道及其对应的D/A通道将控制指令转为一定电平的电压控制信号，控制对应高压直流模块的输出，同时接收对应A/D通道的电压电流采样数据，并根据电压电流阈值大小对每路高压直流模块及负载工作状态实施判断，实现对异常情况的精准定位告警。当某一高压直流模块的电压偏离阈值时，通过单独调节相应电压控制信号的电平进行修正，当电流偏离阈值时，表明相应的负载异常，须进行维修或更换。
USB转RS485接口将USB转换为多个RS485串口，每个RS485串口通过光纤与一个配电机柜内的所有高压直流模块建立通信连接，通过增加RS485串口和光纤线路的方式可灵活拓展控制多个区域的配电机柜，实现对多个区域配电机柜的输出控制与监测。每个高压直流模块为一个RS485通信节点，根据RS485通信原理，理论上能够远程控制监测256路直流输出。
如图2所示，配电机柜内部主要包括D/A模块1、A/D模块2、PCB电路板3、高压直流模块4、金属导热板5、L型滑槽6和开关电源8，机柜壳体接有接地端子7和航插，开关电源8通过连接PCB电路板3为高压直流模块4供电，8与1～6共同构成高压直流模块的多路输出阵列。通过增加配电机柜数量可实现直流输出路数的灵活拓展和电源系统的模块化搭建。
PCB电路板3集成一定数量高压直流模块的供电、电压调节、电压采样和电流采样等线路，以及本地/远程切换开关、电位器和继电器，并引出接线端子和航插连接，D/A模块1、A/D模块2与高压直流模块4分别置于PCB电路板的两侧，并通过插接件连接，易于更换维护。
金属导热板5由L型滑槽轨道6连接固定，且与其上的高压直流模块4底部紧贴，从而将热量传导至配电机柜表面，实现散热的目的。采用传导散热的方式可以避免因开孔加装风扇带来的屏蔽性能降低。接地端子7用于将配电机柜接地，保证用电安全。
本地控制系统是控制系统的备份。当远程通信系统出现线路故障时，可临时采用本地控制系统以手动调节的方式实现对所有高压直流模块的输出控制。本地控制系统工作时，将本地/远程切换开关调节至本地，此时继电器将远程通信控制系统线路断开，同一电路板上所有高压直流模块控制线路越过D/A和A/D后并联，电路板上高压直流模块的电压调节线路并联至电位器，通过手动调节电位器的电平即可控制所有高压直流模块的输出。
高压直流模块为插接在PCB电路板的多个DC/DC二次电源，集成有RS485数据接口的电源模块，支持RS485调节和采集输出电压；每个高压直流模块的输出对应一个接线端子和航插。
本发明涉及的多路直流电源装置采用分布式架构和模块化设计，可实现对256路高压输出的集中部署、远距离控制、远距离监测和本地冗余控制，具有高可靠冗余控制、快速便捷拓展的优势，具备在强电磁、户外风尘等恶劣环境下稳定运行的能力。
以上是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡依本发明技术方案所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置，其特征在于，包括控制系统、配电机柜和高压直流模块阵列；
所述控制系统由远程通信控制系统和本地控制系统两部分组成，所述多路直流电源装置正常工作时以远程通信控制系统为主；
所述远程通信控制系统中上位机软件通过USB转485接口、485转光纤收发器和光纤线路与各配电机柜中具有485接口的数模转换模块和信号采集模块连接，数模转换模块、信号采集模块再通过485接口接入高压直流模块阵列，进而实现对每路高压直流模块的输出控制与监测；
所述上位机通过485通信模块中某一节点通道及其对应的数模转换模块通道将控制指令转为一定电平的电压控制信号，控制对应高压直流模块的输出，同时接收对应信息采集模块通道的电压电流采样数据，并根据电压电流阈值大小对每路高压直流模块及负载工作状态实施判断，实现对异常情况的精准定位告警；
所述USB转485接口将USB转换为多个485串口，每个485串口通过光纤与一个配电机柜内的所有高压直流模块建立通信连接，通过增加485通道和光纤线路的方式可灵活拓展控制多个区域的配电机柜，实现对多个区域配电机柜的输出控制与监测；
所述配电机柜内部由开关电源、数模转换模块、信号采集模块、PCB电路板、高压直流模块、金属导热板、L型滑槽轨道组成，机柜壳体固定有航插阵列和一个接地端子，由开关电源、数模转换模块、信号采集模块、PCB电路板、高压直流模块、金属导热板和L型滑槽轨道构成高压直流模块多路输出阵列；通过增加配电机柜数量实现直流输出路数的灵活拓展和电源系统的模块化搭建；
所述PCB电路板集成一定数量高压直流模块的供电、电压调节、电压采样和电流采样线路，以及本地/远程切换开关、电位器接口和继电器，并引出接线端子，数模转换模块、信号采集模块和高压直流模块通过插接件置于PCB电路板上，便于安装和更换；
所述金属导热板由L型滑槽轨道连接固定，且与其上的高压直流模块底部紧贴，从而将热量传导至配电机柜表面，实现散热的目的；
所述接地端子用于将配电机柜接地，保证用电安全；
所述本地控制系统是控制系统的备份，所述本地控制系统通过电位器调节高压直流模块的控制电平，实现对电源输出的控制；
当远程通信系统出现线路故障时，采用本地控制系统以手动调节的方式实现对所有高压直流模块的输出控制；本地控制系统工作时，将本地/远程切换开关调节至本地，此时继电器将远程通信控制系统线路断开，同一电路板上所有高压直流模块控制线路越过数模转换模块和信号采集模块后并联，电路板上高压直流模块的电压调节线路并联至电位器，通过手动调节电位器的电平即可控制所有高压直流模块的输出；
多路直流电源装置采用分布式架构和模块化设计，能够实现对256路高压输出的集中部署、远距离控制、远距离监测和本地冗余控制，具备在强电磁、户外风尘的恶劣环境下稳定运行的能力。
2.根据权利要求1所述的一种可远距离实时监测控制的多路直流电源装置，其特征在于，当某一高压直流模块的电压偏离阈值时，通过控制软件单独调节相应485节点的电压控制信号电平进行修正，当电流偏离阈值时，表明相应的负载异常，须进行维修或更换。
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