胡进伟 王瑞锋 储鑫
中国质量认证中心 广东省广州市 510623
摘要：制造业生产车间在运行的过程中其电磁环境十分的复杂，因而我们需要随时保障变电设备的使用安全，以此来确保电网运行的安全。现阶段我们已经可以通过电子设备和感应装置来完成对变电设备健康状态的监测，这不仅是防止变电设备出现故障的有力举措，更为后续的检修提供了有力的依据和必要的监控保障。但是变电设备的在线监控传感器会受到外界因素的影响，从而降低运行的可靠性或者是出现运行故障。为了在已有基础上提升检测智能传感器的使用效率，我们利用工业级8位MCU通讯及其采样保护控制单元来进行传感器的改进和设计，本文也将在此基础上，对在线检测智能传感器的部分设计进行探究和实验。
关键词：MCU程控单元；在线检测智能传感器；稳定设计；信号采样
一、前言
在制造业生产车间工作的过程中，电子设备运行会受到外部磁场变化的影响，为了稳定变电设备的运行状态，提升电网的安全运行能力。在此我们需要必要的监控手段，来了解变电设备运行过程中的具体运行情况和变化情况。目前电子通信技术已经被广泛的应用到了变电设备的监测之中，通过实时感应，能够及时的知晓设备的运行状态，发现异常情况，并为后续的维修做好充分的数据准备和支持。但是在线监测系统并不是稳定运行的，外部环境和自然环境变化都会造成传感器运行受阻。例如浪涌和雷击，都可以算得上是对在线监测传感器有剧烈影响的外部环境变化。在线监测系统受到影响会直接降低监测的稳定性，长期在这种不稳定环境中运行，很可能会导致监测传感器信号变弱，甚至是采样电路损坏。这些都是影响在线监测传感器运行和工作的外部阻碍，是在制造业生产车间运行过程中经常会遇到的问题。因而，为了解决传感器的故障问题，降低外部环境的影响，稳定系统的运行机制，我们需要有针对性的解决外部电磁环境因素的影响。其目的是为了能够让传感器在超高电压状态下仍然具备一定的工作能力。为此，我们将从当前已知部分入手，分析目前使用的在线监测传感器的部分漏洞和缺陷，进而有针对性的解决传感器运行过程中的问题，对此我们根据传感器的运行机制对相关设计进行了改造和更新，为后续的研发和创新提供了全新的思路。
二、当前在线监测传感器存在的部分缺陷
就目前在线监测传感器的技术使用范围来看，监测技术主要依赖的技术要点分为三类。第一类是数字信号处理技术，由于数字信号处理技术发展较为成熟，因此在线监测技术的实际应用已经十分的纯熟，但也仅限于此。第二类是高精度传感器技术，这类传感器技术存在的价值就是能够为在线监测技术提供复杂电磁环境下的信号处理能力。目前在监测技术中，有源零磁通互感器是使用范围最为广泛的。第三类是嵌入式微处理器，目前32位嵌入式微处理器MPU、32位浮点运算数字信号处理器DSP架构下的高端硬件平台、ARM和DSP架构下的高端硬件平台的使用效率很高，使用范围也十分广泛。主要集中在监测数据采集，数字信号分析领域。以上这些领域内不同技术的支持，架构成为了完整的有线智能电网监测平台，也是在线监测传感器的重要组成部分。目前监测传感器的发展和创新全部都架构在这些技术支持之上，他们算得上是组成和完善高压电气设备智能化的推手，同样也是设备运检集约化和数字化的必要保障。但是这并不意味着发展的完善程度已经很高，在技术得到必要保障的同时，在线监测技术的发展过程中也遇到了很多的制约因素。我们将其归类分装成三大类，第一类是传感器本身性能受到了限制，在复杂的电磁环境中工作，对于传感器本身的使用是一个很大的打击，因而传感器性能无法得到很大的提升，这在根本上降低了在线监控系统效率的提升。长此以往，传感器的可靠性就会随之降低。
第二类是信号问题，微弱信号经过电流互感器时缺乏一致性，因而在线监测传感器在工作过程中监测到的部分数据过于分散，且存在大量重复部分，这样的数据记录实用性差，且后续工作量极为复杂。第三类是传感器本身的抗干扰能力很弱，在信号较为贫瘠或者是电磁环境复杂的区域，很容易出现信号畸形，这样状态下的传感器运行会受到影响，进而导致设备出现亚健康。这些问题都是在传感器实际工作过程中遇到的常规现象和硬性缺陷。具体工程应用的过程中，传感器因为受到了过电压的冲击，而造成数据收集的失误现象时有发生。因此其保护措施必不可少，提出全新的传感器检测设计方案的目的就是为了在已有基础上完成对传感器信号采样回路的保护，以此来稳定其运行能力和执行标准。
三、关于在线监测智能传感器的设计方案
（一）、设计方案一览
此次在线监测智能传感器的创新设计目的是为了增强对信号采样电路的保护，从这一原因出发。，我们架构了以下设计思路：①在最为脆弱的电流互感器二次侧增设程控硬件完成隔离保护。②在线监测传感器运行的过程中，对信号采样期间的硬件回路实施保护，互感器二次信号输入采样电路过程为正常信号采样。③监测系统的采样空闲期内保护回路不连接，并且对二次输出和信号采样电机实施机械隔离，以此来保证浪涌，雷击不会对电路造成严重伤害。为了达到以上三点要求和目的，本次设计内容需要着重解决五点传感器内部设计结构，分别是：①采用的传感器标准为高精度穿心式电流互感器②对传感器的信号传输口进行重新设计，对信号采样和线路进行调整。③对采样保护控制回路进行全新设计，确保硬件程控一致性。④保护控制和总线通讯接口基于MCU进行设计。⑤传感器的整体设计采用封装结构。
（二）、信号采样和保护控制电气设计
信号采样以及保护控制电气设计是整个在线智能传感器设计的关键部分，因而我们选择的硬件隔离要到位。首先通过两个继电器的色剂，可以完成信号采样电路和互感器二次侧的硬件隔离。中间继电器的全部动作都在MCU程控单元控制之下完成。而具体的操作指令仍然是由控制单位上的数据采集系统发出，以此来实现总线和操控单元的连接，并且程控单元还能够通过指令密码输出控制信号，稳定传感器的控制能力。与传统的控制相比，这样设计下的传感器具备了基本的保护能力，对于外部浪涌，雷击等电压的冲击能够达到一定的控制目的，并且具备高效运行和可靠性。
（三）、设计思路整理
本研究设计内容主要基于工业级8位MCU通讯和采样保护控制单元的整体运用。在原本的在线监测传感器设计中加以优化，通过新的设计思路，增添多样化的保护控制设备，能为稳定传感器的运行和工作能力。通过设计和基本实验研究已经证实了在制造业生产车间监测中实施新的设计方案，能有效的提升的设备的运行准确性，加强设备的运行可靠性，用来预防事故的发生，为之后监测设备状态的检查以及检修提供了重要的判断依据。
结束语
本研究的出发点在于解决设备受外界影响的因素，传统的在线监测传感器自我保护能力较弱，对外界环境的适应能力较差，因而为了提升在线监测系统的监测效果，增强设备的稳定运行能力，我们提出了新的设计理念和设计方案，结合此前智能电网监测设备领域的多年研发经验，从根本上解决传感器存在的缺陷问题，提升电网运行的安全性。这一研究办法能够降低传感器的故障问题，减轻电力检修工作的难度和压力，并且提升电网运行的整体效率。于传感器运行自身而言，是性能的一种更新和突破，于电网的整体运行而言，是效益和整体效能的提升与发展，是未来提升电力使用能力和使用安全性的重要手段。
参考文献：
[1]刘亚林, 赵胜男, 吴西博,等. 基于MCU的在线监测智能传感器设计[J]. 现代信息科技, 2020, v.4(01):49-51.
[2]李唐兵, 姚建刚, 李继光. 基于MCU的电能质量在线监测仪[J]. 仪表技术与传感器, 2009(01):23-25.