摘要：该文介绍了配电变压器远程监控系统的设计及工作原理，包括现场远程终端的数据采集、运算、处理、远程传输和后台监控等几个方面，并以硬件框图和软件框图的方式描述整个系统的工作过程。

关键词：遥控；遥测；遥信；远程终端

中图分类号：TM764.2 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)02-0036-02

在配电变压器远程监控系统中，远程终端通过对配电变压器低压侧线路上的三相电压和三相电流的交流采样，计算出低压侧的线电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率，并能计算有功电量、无功电量、测量变压器温度；四路脉冲计数，记录配电变压器低压侧出口处有功脉冲电能表和无功脉冲电能表的脉冲数，由脉冲数测量出电量；八路遥信量，可检测配电变压器各种事故和开关变位；二路遥控，可对变压器的开关和电容器进行远方控制；配有RS-485 接口同智能电能表集抄器进行通信，实现远程抄表；并将所有遥测数据由RS-232 接口与TC35i 进行通信，通过GSM 网络以短信息传送给后台主站，实现多台配电变压器远程终端组网运行。

1 配电变压器远程终端的设计

配电变压器远程终端包括6 个功能单元电路：N80C196 KB 单片机存储器扩展电路、遥测电路、开关量输入电路（遥信）、脉冲量输入电路、遥控电路、通讯接口电路。这6个单元电路构成整个远程终端系统。

1.1 N80C196KB单片机存储器扩展电路

该电路由单片机，程序存储器，数据存储器，地址锁存器，地址译码器，系统时钟组成。N80C196KB 为16 位单片机，系统所有操作都由其完成。因为N80C196KB 内部没有程序存储器和数据存储器，所以需要在单片机外部对存储器进行扩展，如图1所示。

screen.width-333)this.width=screen.width-333' src="uploadfile/gethttppic/2008-7/2008726936486901.jpg">

图1 单片机存储器扩展电路框图

程序存储器D₃选用EPROM27C256（32 K ）存放应用程序和检查程序，数据存储器D₄选用RAM61C256（32 K）存放采集数据，计算中间结果及设置参数，地址锁存器D₂为单片机提供寻址地址。地址译码器D₅确定了所有I/O 口的地址。12 MHz 晶振为系统时钟。这样单片机寻址能力可达64 KB 空间，并且ROM、RAM 统一编址。

1.2 遥测电路

该电路由单片机，地址译码器，2个输入缓冲器，A/D 转换器，多路选择开关，5个采样保持器，2个电压互感器（TV），3个电流互感器（TA ）组成。0～380 V 交流电压和0～6A 交流电流，经TV 和TA 互感器变成0～5V 的交流电压经采样电阻分压加到采样/保持器的输入端，进行采样保持，然后经过多路模拟开关对信号进行切换。把每路信号送到A/D 转换器的输入端进行A/D 转换，转换后的信号存放在输入缓冲器中，单片机从缓冲器中读取转换值，再利用交流算法完成有关电力参数的计算。

电网频率的检测是通过TV 把0～380V 正弦交流电压变成0～5V 的正弦交流电压经过电压跟随器及过零比较器进行过零比较，把正弦波形转换成方波，单片机对方波进行采集计算出相应的频率值。

1.3 遥信电路

在配电变压器远程终端中，有8路遥信量（开关量）输入，对变压器断电、缺相等事故信号及隔离开关开合信号进行显示，并通过GSM 网络传送给后台主站，使操作员及时发现变压器故障及开关状态。该电路由单片机、地址译码器、输入缓冲器和光电耦合器及保护电路组成。

外部开关状态经光电耦合器光电隔离后，把状态反映到输入缓冲器的输入端，CPU 对输入缓冲器进行读入操作，把状态读入CPU ，完成遥信功能。

1.4 遥控电路

该电路由单片机、输出锁存器、电平转换器、继电器组成。TC35i 通信模块由GSM 网络接收到后台主站下发的遥控命令后，首先通过RS-232 标准总线向远方终端发出遥控命令，CPU 接到遥控命令后将与遥控合或跳继电器相连的输出锁存器的相关位置转成有效，此信号再经电平转换器转换成可以驱动继电器的信号，驱动合或跳继电器动作，完成遥控功能。

1.5 接口电路

配电变压器远程终端有两个通信接口，一个是RS-232 、另一个是RS-485/RS-422，RS-232 用于与GSM通信模块进行通信，通过GSM 网络与后台计算机交换数据，RS-485/RS-422 与智能电能表集抄器进行通信，采集每个用户电能表中的电量数，通过GSM 网络传给后台主机，实现远程抄表功能，电路框图如图2所示。

screen.width-333)this.width=screen.width-333' src="uploadfile/gethttppic/2008-7/2008726936492332.jpg">

图2 接口电路框图

RS-485/RS-422 接口：由单片机、光电隔离器D₈ 、D₉（75LBC184 ）组成，收发信号通过光电隔离器后，由D₈、D₉进行发送和接收，当选用RS-485 方式时，D₈完成收发功能。当选用RS-422 方式时，D₈完成发送功能。D₉完成接收功能。

RS-232 接口：由单片机、D₁₀（82C50 ）、D₁₁（MAX 232）GSM 模块构成。GSM 通信模块的异步通讯适配器的核心是TC35i ，它是GSM 无线双频调制解调器，主要是为语音传输、短消息发送提供无线接口。仅支持异步通信，且采用标准的RS-232 接口，由于RS-232 接口采用EIA 电平逻辑，而N80C196KB 单片机串行口采用TTL 电平逻辑，所以GSM 通信模块与单片机通信时必须通过电平转换，这种转换通过D₁₀（82C50 ）、D₁₁（MAX232 ）来完成。

2 主站监控系统软件的设计

主站管理监控系统负责对远程终端设备的监测、控制和管理，其主要功能包括：通信管理、远程终端管理、台区设备监控三部分。其系统结构框图如图3所示。

screen.width-333)this.width=screen.width-333' src="uploadfile/gethttppic/2008-7/2008726936494843.jpg">

图3 系统结构框图

通信管理模块主要用于管理和后台计算机相连的GSM 通信设备，连接、断开设备以及对收到的短信息进行管理等，该模块包括通信参数设置、通信信息管理和其他信息管理。通信参数设置：设置和GSM 通信设备相连的RS232 端口通信参数。通信信息管理：查询、删除收到的原始通信短信息。其他信息管理：查询、删除收到的其它短信息。

远程终端管理模块包括远程终端设置、遥测参数设置、遥信遥控参数设置、定时传送设置等。远程终端设置：系统所管理的每个远程终端设备都必须在此增加，该单元用于增加、修改或删除远程终端设备，设置的项目包括：设备编码、设备名称、规格型号、所在台区、SIM 卡号、报警卡号等。遥测参数设置：该单元的功能是设置远程终端设备遥测参数的上限值、下限值、标准值；TV 、TA 变比系数；电量脉冲系数和底数等。遥信遥控参数设置：系统有8个状态量和2路遥控。该单元用于设置每个状态量的类型和名称，以及每路遥控对应的开关项。定时传送设置：远程终端设备定时向主站上传遥测、遥信或SOE 数据，该单元设置远程终端设备向主站自动传送数据的时间间隔和主站的电话号码。

台区设备监控模块包括台区设备监控、事故/事件查询、历史数据查询、设备遥控等。台区设备监控：该单元通过查看每个远程终端设备上传的{zx1}遥测、遥信、SOE 数据，监测台区变压器的运行状况。若台区设备发生事故或事件即遥信变位，远程终端设备立即将事故或事件数据包发送到主站，主站以声音报警、屏幕弹出事故窗口显示的方式进行报警，并同时将事故信息以短信息的方式发送到有关人员的手机中；另外若发生某些遥测值越线，主站也以同样的方式报警。事故/事件查询：该单元主要查询历史的事故、事件、遥测值越线等数据。历史数据查询：主要查询遥测、遥信数据。“台区设备监控”显示的是{zx1}数据；“历史数据查询”显示的是所有接收到数据，可根据日期范围和台区设备进行组合查询。设备遥控：遥控操作用于控制远程台区断路器的分、合，实现远程遥控操作。系统提供了2路遥控功能，一路用于电容器的投切、一路用于断路器的分、合，本单元的功能就是下发遥控命令。

参考文献

[1] 袁瑞舜，丁晓明，等.美国国家半导体公司线性集成电路特性与应用手册（上下册）.上海：上海半导体器件研究所，1982.

[2] 孙涵芳.Intel 16位单片机.北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[3] 何熙文，徐成深， 等. Intel 8XC196MC/MD xx单片机原理及使用设计. 大连：大连理工大学出版社，1995.

[4] 魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[5] 吕伟臣. Delphi6入门与提高. 清华大学出版社，2002.