基于GSM的剩余电流动作保护器检测系统的设计方案

　　0 引言

　　剩余电流动作保护器是低压电网中的重要保护装置，在农网的智能化改造中对剩余电流动作保护器的实时状态监测，可以大大提高工作效率和节约人力成本。针对农网设备分布区域大而散的特点，本文提出了一种基于GSM 的剩余电流动作保护器远程监测系统设计方案。

　　剩余电流动作保护器远程监测系统（简称检测系统） 由前端剩余电流动作保护器、单片机控制系统、GSM 短信收发模块、监控计算机和移动终端构成。一个单片机控制系统同时连接多台剩余电流动作保护器，进行数据通信和传输控制。

　　监测系统控制用的单片机选用某公司的MC68HC90JL8产品，检测连接到的剩余电流动作保护器状态并完成相关数据通信。设备状态数据以短信方式传送，通过GSM 收发模块到移动终端或监控计算机上。

　　短信收发模块选用某公司的 G100 型号产品，集成了关键的GSM 模块TC35i 以及模块的射频处理电路、SIM 卡槽和MCU 微处理器单元，利用 RS232 通信协议实现透明数据传输。

　　1 监测系统工作原理

　　剩余电流动作保护器作为系统前端，安装在各个低压电网控制箱内，自动监测用电线路的状态数据（包括负载电压/负载电流/ 漏电电流等）。当用电线路发生过载、短路、缺相、过压、欠压或剩余电流故障跳闸情况时，剩余电流动作保护器就会通过核心单片机控制系统和GSM 短信收发模块向移动终端或监控计算机发送短信，主要内容包括告警地点、告警线路、告警原因、告警数值等状态数据。管理人员就可以据此及时掌握故障信息，迅速采取措施，保证正常供电。

　　在整个系统工作过程中，单片机控制系统不但对保护器状态数据进行了实时监测，当用电线路的状态和数据发生变化时，能够自动将告警信息发送到管理平台和移动终端上。同时，单片机控制系统还可接收管理人员的指令进行对应操作。

　　当控制系统接收到短信形式的指令后，也能实时采集剩余电流动作保护器的状态信息和数据参数，并回传给监控平台和移动终端，供管理人员分析和统计。

　　在管理平台上，监控计算机通过收集到的各个用电线路剩余电流动作保护器的状态信息与数据参数，基于已有的比对数据，对运行情况进行统计分析，并且能以输出报表的形式为管理部门决策提供有效的参考信息。

　　2 监测系统硬件设计

　　监测系统采用有比较优势的功能模块化设计，主要可分为单片机控制系统与通信模块设计；其中单片机控制系统与通信部分设计包括硬件电路设计、软件设计。

　　控制系统与通信模块主要由核心单片机、电源处理电路、键盘输入电路、信号处理电路、液晶显示电路、GSM 收发模块等单元构成，如图1 所示。

　　

　　根据实地调研分析，一般情况下连接在同一低压电网变压器上的剩余电流动作保护器基本布局在同一配电柜中，安装的保护器的数量相对较少，并且相互安装之间距离较近，这是在低压电网中剩余电流动作保护器的安装特点。针对其特点本系统中剩余电流动作保护器与单片机控制系统的连接采用 TTL 电平直接方式，同时满足每个单片机控制系统可以连接控制4 个剩余电流动作保护器。

　　单片机控制系统和GSM 收发模块的供电主要采用AC220V 输入经过变压、整流、滤波后来供给其使用；剩余电流动作保护器的编号由单片机控制系统的通讯接口编码来决定；按键输入部分采用 4*4 行列扫描查询的方式，实现数字和相应字符命令的输入；显示单元部分采用点阵显示液晶，既能显示按键输入对应中文信息，也在收发短信、收发模块初始化和工作失常状态下显示相应的告警信息。

　　3 监测系统软件设计

　　3.1 系统主要功能

　　监测系统主要实现以下功能：

　　（1）实现对所控制的剩余电流动作保护器的状态数据采集；

　　（2）按照规定格式，实现收发模块之间的双向通信；

　　（3）实现对剩余电流动作保护器的状态数据的分析、处理、编码工作，并生成数据帧，再通过GSM 模块将数据发送到监控计算机和移动终端上；

　　（4）实现对接收到的短信的解码、分析、处理，将控制命令作用于剩余电流动作保护器，使之完成相应的动作；

　　（5）此外，可以灵活实现利用按键来设置或更改要发送的手机号码，同时在液晶单元上显示相关信息；

　　（6）将剩余电流动作保护器的各种故障显示在液晶单元上。

　　3.2 主要功能模块设计

　　3.2.1 数据采集模块设计

　　单片机数据采集模块对所连接的多台剩余电流动作保护器的状态数据进行实时采集。剩余电流动作保护器本身会在线路上有欠压、过压、短路、漏电流过大等故障发生时有相应的保护动作，现在，单片机要对这类故障信息做到即时的采集，并做出相应的识别、处理，以判断出发生故障的具体线路和具体的故障类型。后期完成故障信息整合，准备发出线路故障告警信息，故障信息内容一般包括发生故障的地点，线路和具体的时间等。图2 为数据采集模块程序流程图。