引言

發電機是電力系統的核心，隨著單機容量的不斷增大，其運行可靠性顯得尤為重要。對于發電機而言，并網運行后實現在線監測和診斷已成為一項亟待解決的課題。其主要目的在于：檢出發電機在初始階段出現的缺陷，以便有計劃地安排檢修，減少強迫停機次數，避免事故的發生；延長發電機平均無故障時間及縮短平均修理時間，降低發電機的維護費和提高發電機的可用性。

發電機運行狀態監測原理

發電機長期運行后，絕緣性能漸趨劣化，而絕緣結構的劣化是各種劣化的綜合表征。目前，射頻監測法是較為常用的監測發電機絕緣狀態的方法。

本文論述的遠程監測系統配合在線運行的SJY-1射頻監測儀，通過監測射頻儀的輸出信號，進行初步的故障診斷。如何確定射頻監測儀的示值變化與發電機定子絕緣狀況變化趨勢的關系是監測與診斷中極為重要的問題。根據發電機定子絕緣變化的過程具有“模糊態”的特點，其監測可劃分為良好、中介過渡、注意、警告、危險等幾個區域，發電機的絕緣狀態與SJY-1射頻儀的信號電平具有一定的函數關系。

當SJY-1射頻監測儀檢測信號低于300 mV或在此附近擺動，而且測量值與發電機負荷無關的情形下，發電機系統的放電總量是微小的，此時表明發電機系統的絕緣狀況良好；當SJY-1射頻監測儀檢測信號電平高于1000 mV，表明在整個發電機系統中放電量比較大，應該引起維修人員的注意。

然而，考慮到1000 mV并非發電機定子內部放電判斷的絕對界限，因此不能規定射頻信號一旦達到某一特定值就一定要維修檢查。發電機絕緣從最初的缺陷發展成為故障所需的時間與故障類型各不相同，相對而言，信號的長期變化可給評判提供更為豐富的信息。為了得到信號的長期變化數據，本監測系統采用設定告警門限與告警次數累計相結合的方法。首先，用戶設定告警門限值（一般可設為1000 mV），告警次數累計為N。然后在實際運行過程中，當射頻儀的監測值超過告警門限值時，告警累計次數加一，反之則減一。只有當告警累計次數≥N時，即發電機絕緣狀態長期處于告警范圍中時，監測系統才認為當前的發電機存在絕緣故障可能，從而啟動短消息告警程序，通知維修人員及時排查。

系統的總體設計

考慮到SJY-1射頻監測儀會自動把mV級電壓（0mV~10000 mV）轉換成mA級電流輸出（0mA~20mA），所以本監測系統實際監測的信號是mA級的電流。為方便用戶操作，本系統在提供告警門限值設置時仍采用mV級電壓單位，而在內部程序處理時完成數值單位的轉換。

系統的總體設計框圖如圖1所示。射頻儀產生的0mA~20mA的電流轉換成電壓信號后輸出至數據采集模塊，然后微處理器對采集的數據進行監測。一旦發現異常情況，則通過GSM模塊TC35i終端發送告警短消息給維修人員。

本系統采用S3C44B0X作為微處理器，針對SJY-1射頻監測儀產生的電流信號變化較為緩慢的特點，使用其內部定時器所產生的中斷，以每秒12次的采樣速率啟動ADC，轉換后的數據經過初步平滑處理后存入數據緩沖。當緩沖區滿時，將數據轉存至固態硬盤中。若系統檢測到有故障發生時，啟動告警程序，發送短消息給維修人員。維修人員可以通過系統與PC聯機讀出固態硬盤中的歷史數據，存入數據庫，并分析故障產生的原因及解決方案。

系統的硬件組成

本系統中以微處理器S3C44B0X為核心的小系統由外部程序存儲器、LCD顯示、UART串口、實時時鐘以及鍵盤組成。在此基礎上，本系統對S3C44B0X小系統的外圍電路進行了擴展，增加了ADC模塊、存儲模塊、串口通信模塊和GSM模塊。

本系統的輸入信號為射頻儀產生的4mA～20mA的電流信號，經精密電阻后轉換成0V～4V電壓輸入至4通道、12位、并行/串行ADC芯片ADS7824。設計時選用了通道0作為原始信號的輸入，保留其余三路信號以備將來開發所用。同時選用了串行工作模式。ADC模塊的電路如圖2所示。為保證電路板是單電源，本設計的ADC模塊中采用了DC-DC轉換器，給隔離放大器提供其所需的雙電源。

考慮到系統需要大容量的數據存儲，要求存儲芯片體積小、功耗低，所以選用了三星公司的NAND結構Flash存儲器件——16MB的K9F2808來作為本系統的固態硬盤。其電源電壓為2.7V~3.6V，按頁讀寫，按塊擦除。

本系統的串行通信模塊由兩部分組成：PC通信和Modem通信。S3C44B0X提供兩個DB9串口，分別是UART0和UART1。系統設計時將UART0用于連接PC，進行簡單的數據傳輸及接收，并采用MAX3221作為電平轉換芯片。UART1則作為全功能串口，經過MAX3243電平轉換后與Modem通信。由于S3C44B0X未提供RS-232通信所需的諸如DCD（載波檢測）、DTR（數據終端準備好）、DSR（數據準備好）和RIC（振鈴指示）等專用的I/O口，因此本設計中選用其通用的I/O口替代，由軟件模擬這些握手信號。

此外，系統還要求其GSM模塊支持短消息服務，具備標準的RS-232接口以及SIM卡接口，并能直接用AT命令對其進行接口。因此，采用了內置TC35i無線模塊的西門子TC35i終端作為系統的GSM模塊，通過全功能串口UART1與之通信。

系統的軟件設計

系統軟件設計包括下位機軟件設計和PC機軟件設計。前者主要由人機交互模塊、數據采集與存儲模塊，以及短消息發送模塊（流程如圖3所示）組成，而后者又包括串口通信模塊、主界面和數據庫設計兩部分。

人機交互模塊由LCD顯示器和鍵盤組成，負責設定系統的參數，如告警閾值，告警計數門限值、短消息服務中心號碼和維修人員手機號碼等。如前所述，本系統在提供告警閾值設置時采用mV級電壓，并通過內部程序完成數值單位的轉換。此外，考慮到維修人員需要把固態硬盤中的數據導入PC中，所以軟件設計中還專門設定了PC數據轉存功能。當指定的按鍵中斷產生時，軟件將自動屏蔽其他中斷，啟動數據轉存子程序，從而將固態硬盤中的數據按頁讀出，并通過串口傳送給PC。

數據采集與存儲模塊主要負責采樣和硬盤K9F2808的讀寫。采樣頻率為每秒12次，由MCU內部定時器中斷啟動。

短消息發送模塊主要負責用戶數據區編碼以及告警短消息的發送。本設計中，MCU與TC35i終端的通信速率設定為19200bps，使用AT指令集進行通信。AT指令是基于字符的命令結構，有TEXT模式和PDU模式，還有早期使用的BLOCK模式。其中，PDU模式在GSM移動設備中使用最為普遍。本設計也是采用的該模式。

在PC機軟件設計中，串口通信模塊負責PC機與下位機之間數據的收發，而主界面和數據庫的設計是為了更好的實現對系統的遠程監測功能。

結語

本設計實現了基于S3C44B0X的遠程監測系統。實驗表明，該系統實時性好、性能可靠、實用性強。此外，由于短消息業務具有永遠在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優勢，所以該系統還特別適用于一些通信數據量較小的應用。

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