智能开关电源纳信动力监控系统探讨

侯永涛　李志超
　　摘要　智能开关电源在通信电源系统中具有重要的地位。本文针对动力监控系统的特点，归纳了智能开关电源纳入动力监控系统时易出现的问题，提出了设计时应注意的事项，进行探讨。

　　关键词　智能开关电源　动力监控系统　通信协议

　　分类　ＴＮ86　ＴＰ273

　　通信电源系统是通信系统的心脏，在通信局（站）中具有无可比拟的重要地位。智能开关电源技术的飞速发展和广泛应用，使其逐步占据了通信电源的主导地位，并在通信工程中得到了推广。智能开关电源不仅具有高效、稳定、可靠等优点，而且可以通过智能接口方便地纳入动力及环境监控系统，实现电源系统的集中维护，极大地提高了通信电源系统的可维护性。

　　通信局（站）动力及环境监控系统（以下简称动力监控系统）是对整个通信电源系统、空调及环境的综合监控管理系统，智能开关电源是整个监控系统重要的监控对象。作为被监控的智能开关电源设备，其控制器一方面进行自动的闭环控制，另一方面还要通过智能接口完全与监控中心的信息交互，接收监控中心的各种监测与遥控命令，成为动力监控系统的监控模块，是整个监控系统的一个组成部分。因此，在智能开关电源的设计中，应将智能电源设备自动闭环控制系统与动力监控系统综合考虑，有机地结合在一起。不能将纳入动力监控系统的智能开关电源看成在原有设备自动闭环运行的基础上与通信接口简单的结合，应把电源设备作为整个动力监控系统的一部分，进行电源设备闭环控制的设计。但是在实际应用中，智能开关电源生产厂家在产品设计过程中往往对此认识不足，工程设计中也未提出具体的要求，从而使电源设备的设计存在不完善之处。这样的智能电源设备纳入动力监控系统后，会对整个电源系统的完全运行增加潜在的隐患，甚至损坏通信电源设备，造成通信故障。因此，本文将结合动力监控系统的要求，对智能电源设备设计中存在的问题进行探讨。

　　1　智能电源设备应遵循标准的通信协议

　　智能电源设备纳入动力监控系统时，与监控中心的所有信息交互都是通过通信接口进行的，因此，二者应遵循标准的通信协议。在智能电源设备的发展过程中，以往的通信协议为各个生产厂家制定，不同厂家之间，甚至同一厂家的不同型号产品之间的通信协议有很大的区别，通信协议及监测内容的制定有着很大的随意性，处于较为混乱的局面。监控厂商不得不投入大量的人力、物力来破译智能设备的通信协议，或者对智能设备加装协议转换器，增加了动力监控系统的投资。由于智能设备协议的不同，监控单元要开发不同的软件接口，软件的通用性和系统的可靠性下降，维护量加大，且增加了通信电源系统以后扩容的成本及难度。同时，在破译协议不完全时，还会造成智能电源设备的浪费，甚至可能产生误操作，危及电源设备安全。

　　为解决上述问题，必须在完善相关标准的基础上，将通信协议作为智能电源设备入网检测的一个必要项目。中国邮电部电信总局于1999年下发了通信局（站）动力及环境监控系统智能设备的通信协议，2001年信息产业部也颁布了相应的行业标准，详尽规定了通信接口、协议格式等内容。在通信工程的建设中，要以此为基础，强制生产厂家执行，为智能开关电源协议的统一打下了良好的基础。

　　2　智能电源设备的监测内容应合理、完善

　　智能电源设备的监测内容应以满足动力监控系统的维护需求为目的，同时为动力监控系统的智能分析提供一定的原始数据。

　　智能电源设备的基本监测内容包括为满足基本维护需求而监测的遥测、遥信与遥控量，在人工维护时，这些量可通过对智能电源设备的观察，从设备面板或者用仪表方便的检测而获得。此类监控量反映了电源设备的基本工作状况，能够满足一般维护的需求，从而使动力监控系统替代传统的人工维护成为可能。这些量包括三相输入电压，三相输出电流，输入频率，整流屏整流器的输出电压，每个整流模块输出电流，直流输出电压，总负载电流，主要分路电流，蓄电池充、放电电流等。其中，对于具有多路交流输入的开关电源系统，大多厂家仅在输入转换开关后安装一套电压监测装置，对正在使用的电压进行监测。本人认为应检测每一路的交流输入电源电压，达到对备用电源质量进行监测的目的，便于日常维护；而对于输出电流，则只需对在线的交流电源进行检测。

　　在满足基本维护需求的前提下，智能电源设备应提供尽量多的监测数据，以满足动力监控系统智能分析对大量原始数据的要求。动力监控系统的智能分析包括对开关电源设备的老化、磨损程度进行描述，对其可用性进行评估，对由于设备本身引起的故障进行预测，对电源系统已发生故障的原因进行分析、判断等。实现这一目标，要求智能电源设备提供丰富的原始数据。动力监控系统的智能化，将有大地提高维护质量，对于延长电源设备的使用寿命，保障通信通畅具有重要的意义。但由于监测原始数据的增加，需要安装更多的传感器，增加了电源设备的复杂性和成本。因此，在向智能化发展过程中，应根据维护的需求，合理地确定监测量的内容，达到最佳的社会效益与经济效益。

　　3　智能电源设备应具有较高的实时性

　　我们认为智能电源设备的实时性有两个方面的含义：

　　（1）智能电源设备控制器自动闭环控制时，检测系统相当于一个滞后环节，与控制器检测程序扫描周期、软件算法、硬件滤波电路设计等因素有直接的关系。

　　智能电源设备的监测量一方面是设备一身闭环控制的依据，另一方面是监控中心所有监测数据的最终来源。智能电源设备应具有较高的实时性，以保证所采集的数据不失真或遗漏，正确反映通信电源系统的运行状况，为智能电源设备的闭环运行提供可靠、准确的依据。同时，在纳入动力监控系统后，将相关信息实时地传送到监控中心。

　　例如，动力监控系统有如下规定：从告警发生到有人值守监控中心接收到告警信息的时间间隔不大于10秒（拨号通信方式除外）。因此，在进行电源设备设计时，应充分考虑到动力监控系统实时性要求，在满足通信电源系统稳定性和测量精度的前提下，智能电源检测系统的延时应尽量短。

　　（2）纳入动力监控系统时，智能电源设备（监控模块）对系统前置机（监控单元）应答的响应时间。

　　动力监控系统的前置机与智能电源设备采用主从方式通信，前置机下发命令，智能电源设备产生应答信息。从动力监控系统的实时性考虑，应答时间应尽量缩短，在实际应用中，为使响应时间最短，智能电源设备应用中断方式接收前置机的各种命令，同时在中断服务程序中对前置机的命令产生相应的应答。

　　4　智能电源设备应具有完善的容错性能

　　在动力监控系统中，智能开关电源不仅要实时地上送监测数据，同时，为增加通信电源系统维护的灵活性，还应能接收监控中心下发的参数设置和遥控的命令。如果智能开关电源接收的参数设置和遥控命令有误，相当于对电源闭环系统的外加扰动因素，为克服这种情况，智能电源必须具有完善的容错功能。

　　4.1智能电源设备参数设置的容错

　　对于智能电源设备参数的设置一般有硬件与软件两种方式，在有很高实时性要求的情况下，必须采用硬件方式设置相关参数；在其他情况下，两种方式都可采用。其中，采用软件方式设置参数具有直观、方便、灵活的特点，且增加设备的可靠性，降低生产成本。智能电源设备的控制器可以根据系统维护的需要，方便地采用软件方式设置参数，增加电源系统运行的灵活性，如根据温度的变化调整电源均、浮充电压值。

　　在实际应用中，采用软件方式进行参数设置时，如果监控中心产生误操作，下发的参数往往会超出合理的阈值或者引起相关参数逻辑上的混乱。若开关电源设备未进行相应的容错处理而接收错误的参数，将导致设备无法正常运行。因此，电源设备必须对接收到的设置参数进行判断。例如，接收的设置参数应在合理的范围内，相同测点的上限值与下限值的逻辑关系，均充电压与浮充电压的逻辑关系等。如果设置参数有误，应将此参数抛弃，同时向监控中心返还拒绝接受的应答信息。

　　4.2　智能电源设备遥控的容错

　　智能电源设备作为一个独立的闭环系统运行的同时，还可以接收远端的遥控命令，远端遥控可以使通信电源系统的维护更加灵活、方便。在进行远端遥控时，如果智能电源对于接收到的遥控命令处理不当，必然影响通信电源系统的正常运行，甚至损伤设备，导致通信故障。

　　在执行遥控命令时，应注意以下两个方面的问题。

　　（1）当遥控命令下发后，任何情况下，都不应使电源设备恒处于非自动遥控运行状态。

　　电源设备的运行应分为设备的自动闭环运行和远端遥控运行两种方式，以设备的闭环运行为主，遥控运行根据实际需要实施，是暂的。目前　，有些厂家进行遥控的方法是在下发一遥控命令后，需下发取消已实施的遥控。但如果取消前一遥控的命令无法正确下发，电源设备将一直处于非自动运行的受控状态，若不及时进行必要的人为干预，大多数遥控功能的长期作用将不可避免地使设备处于非正常运行状态，甚至导致故障。

　　因此，在进行遥控时应根据通信电源系统的实际运行考虑，对于长时间运行可能导致设备故障的遥控命令赋予一定的执行条件，当此条件不符时，电源设备转换至自动运行，对设备进行正常的控制。

　　（2）远端遥控功能的执行不是绝对的、无条件的，而是相对的、有条件的。

　　当电源设备的自动运行无法满足电源系统的特殊维护需求，或者需对电源系统进行灵活操作时，可以进行远端遥控。但在进行遥控时，应以不影响通信电源系统正常运行，不损坏智能电源设备及其相关设备为前提。因此，遥控不是绝对的、无条件的，应根据电源系统的实际情况实施。

　　综上所述，并结合智能开关电源的实际情况，我们认为在系统设计时，应对开关电源的遥控命令进行综合的考虑。开关电源的遥控命令主要有遥控开机、遥控关机、遥控均充、遥控浮充及遥控测试。对于每一条遥控命令，都应根据具体情况采取相应的措施。

　　例如，执行遥控均充命令时，可以将直流电压高于上限作为结束均充的标志。接收到遥控均充的命令后，首先判断直流电压是否高于上限，如果高于上妇，认为此遥控命令无效。若低于上限，则进行均充状态，按智能电源设备自动闭环程序运行，在直流电压达到电压上限时自动转入浮充工作状态。

　　同样，在进行浮充遥控时，可以将直流电压低于下限作为结束浮充的标志。接收到遥控浮充的命令后，首先判断直流电压是否低于下限，如果低于下降，认为此遥控命令无效。若高于下限，则进入浮充状态，按智能电源设备自动闭环程序运行。

　　在日常维护中，主要应依靠智能电源设备的自动运行；远端遥控则是有益的、必要的补充。同时，应充分考虑远端遥控可能产生的各种不利因素，并在电源设备设计时加以预防，使遥控功能灵活、方便、安全地为通信电源的日常维护服务。

　　以上论述了智能开关电源系统在设计过程中应注意的几个问题，在实际应用中，我们应从通信电源系统的维护需求出发，充分考虑纳入动力监控后对电源设备本身的影响，使智能电源的设计更合理、完善。同时，在通信工程实施过程中，要严格按照相关的标准对设备进行验收，确保电源设备在纳入动力监控系统后能够正常、稳定地运行。

摘自《通信电源技术》2002.1