電鍍用開關電源監控系統的設計與應用
近幾年來，開關電源技術得到了迅猛發展，對開關電源的智能化要求也越來越高。開關電源監控系統作為實現開關電源系統智能化要求的一部分，也越來越得到廣泛的應用。
開關電源監控系統的主要功能是通過電源與計算機的通信模塊完成與監控中心的信息交換，接收監控中心的各種監測與遙控命令，并將電源的各種狀態信息反饋給監控中心。監控系統通信模塊的設計是組建開關電源監控系統的關鍵所在，該系統中所設計的監控系統通信模塊與計算機通信的主要特點是實現了計算機與電源的主從總線1∶N通信方式，并且采用了MAX232和RS485雙串行通信總線標準接口。
本文所介紹的開關電源監控系統實際應用于對作者自行研制的多臺12V 5000A電鍍用開關電源進行實時監控，實現了由一臺計算機對多臺電鍍電源的遠程監測與遙控。
1.監控系統通信模塊設計
為了組建開關電源監控系統，系統中的每臺電源配置了一個獨立的監控系統通信模塊。監控系統通信模塊采用的控制芯片是MCS51系列單片機80C52。80C52具有8k的內部ROM和256字節的內部RAM。監控系統通信模塊電路結構圖如圖1所示。
圖1 監控系統通信模塊
計算機通過該通信模塊可以實時讀取電源的輸出電壓、輸出電流值以及輸出過壓、輸入過壓、輸入欠壓、過流、過熱、運行/停止等8路開關量的狀態值，并可以在輸出值允許的范圍內任意設置電源的輸出電壓、輸出電流值和復位、合閘、分閘、機控/本控4路開關量的狀態值。從監控系統通信模塊電路結構示意圖可以看出，如果計算機需要讀取電源模塊的輸出電壓、輸出電流值和開關量的狀態時，單片機收到請求命令后啟動A/D轉換芯片MAX182對電源的輸出電壓、輸出電流兩路模擬量進行轉換，轉換后的數據送入單片機進行數據處理。同時表征電源運行狀態的8路開關量從雙總線收發器74LS245讀入送至單片機寄存器存貯。單片機將所有處理后的數據按預定數據傳送格式發送給計算機輸出顯示。計算機需要設置電源的輸出電壓、輸出電流值和4路開關量的狀態時，計算機將設置好的數據按預定格式發送給單片機。單片機接收處理后啟動D/A轉換芯片MAX532和輸出鎖存器74LS573將處理后的輸出電壓、輸出電流值和開關量狀態值輸出給電源。監控系統通信模塊從而實現了計算機對電源的實時監控。為了保證設計人員的安全和防止通信模塊受電源影響而損壞，電源與通信模塊之間的信號傳遞均通過光耦隔離。
為了確保電源與計算機在不同應用場合的準確通信，該監控系統通信模塊采用了RS232C和RS485雙串行通信總線標準接口。RS232C是由美國電子工業協會（EIA）正式公布的、在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線，適于短距離或帶調制解調器的通信場合。其邏輯電平對地是對稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規定為＋5V～＋15V之間，邏輯1電平為－5V～－15V之間，模塊中采用了MAX232驅動芯片進行電平轉換。RS232C標準接口的主要缺點是數據傳輸速率慢、傳送距離短，抗干擾能力差。模塊配備RS232C標準接口使得任何含有串行通信口的計算機均可以實現和電源的通信具有廣泛的適應性。RS485標準接口為差分驅動結構，它通過傳輸線驅動器把邏輯電平變換為電位差，完成信號的傳遞。RS485具有傳輸速率快、傳送距離長、抗干擾能力強等優點，模塊中采用了MAX485驅動芯片進行電平轉換。MAX485輸出的差分信號需經RS232與RS485轉換模塊轉換后才能送至計算機，所以所有使用RS485與電源進行通信的計算機必須安裝232/485轉換接口卡。本模塊配備的RS485通信總線標準接口使得監控系統通信模塊可以適用于環境干擾比較大的工業現場的長距離通信。
2.監控系統通信協議設計
開關電源監控系統要實現一臺計算機對多臺電源的實時監控，必須制定準確的通信協議。通信協議是通信雙方為實現正常通信所作的約定，所制定的規則。兩進程要相互通信，就必須遵守這些約定規則。該監控系統設定的通信協議優點是實現了一臺計算機可以同時監控多臺電源的主從總線1∶N通信方式。在總線結構上有一個主站、即計算機，N個電源做為總線結構上的從站。
主從總線1∶N通信方式可以采用多種通信協議實現總線使用權的分配，本系統中使用的地址查詢方式，主從總線1∶N通信方式的監控系統結構示意圖如圖2所示。
系統給每個電源分配唯一的一個地址號，計算機分配一個固定的地址號。當計算機需要和某臺電源建立通信時，計算機發出一個含有該電源地址號的請求命令包。掛在總線上的所有電源一直處于等待接收數據狀態，計算機所發出的請求命令包將被所有的電源所接收。每個電源將接收到的請求命令包中所包含的電源地址號與本模塊的地址號相比較，只有地址號與計算機所發出的請求命令包中所包含的地址號相同的電源才與計算機建立通信，響應計算機所發出的請求命令。其它地址號不相同的電源將拒絕響應計算機的請求命令，繼續保持接收數據狀態，等待響應計算機發出的下一個請求命令包。系統中的這種地址查詢方式實現了任何時候總線上最多只有一臺電源與計算機通信，其它電源處于等待接收數據狀態，從而有效地避免了總線使用權的沖突。
電鍍行業屬重污高耗企業，盡管自去年10月以來，浙江已關停110家電鍍企業，但在剛剛結束的浙江省重污染高耗能行業提升整治工作會上，浙江省環保廳廳長徐震仍對電鍍行業整治提出批評：整治進度落后、規范執行不到位。因電鍍園區建設問題，徐震還對金華進行了點名批評。
徐震介紹，浙江電鍍行業共有注冊企業1541家，其中溫州就有601家，寧波225家，而杭州、嘉興、臺州等地電鍍企業數量也均超過百家。
環保部門在調查中發現，部分電鍍企業存在排放強酸性電鍍廢水現象，而這些廢水中含有的銅、鎳、鉻等重金屬，可引發急性或慢性中毒，損傷皮膚、血液、神經中樞。
去年10月，浙江召開重污染高耗能行業整治現場會，確定對電鍍企業關停184家、整治提升600家、搬遷入園757家目標，并計劃新建電鍍園區27個。
截至2012年6月底，已有110家企業關停，已建成電鍍園區10個，已有289家企業搬入園區，已有400家企業整治提升，共取締無證無照企業452家。
但在浙江省環保廳廳長徐震看來，目前對電鍍企業整治的進度明顯滯后。“全省計劃關停的184家企業中，仍有74家未關掉；計劃整治提升的600家企業，僅完成400家，而且大部分尚未完成驗收。”
據了解，按浙江省去年確定的電鍍行業整治提升方案，今年6月底前所有電鍍企業要按統一標準完成整治驗收，對尚未達到整治要求的企業必須依法予以關停電鍍行業整治提升方案。
而整治規范執行的問題也讓這位環保廳長頗為頭疼。
徐震說，目前對電鍍行業的整治存在“避重就輕，沒有動真格”、“對標桿企業認定標準過低”等問題。“原地整治多、低小散企業關停少，搬遷入園企業更少，該關停的沒有關停，該搬遷的沒有搬遷，特別是電鍍園區建設未得到應有重視。”
他直言，一些地方園區外原地整治提升的所謂標桿式企業根本沒有先進性可言，有些企業生產設施簡陋，臟亂差嚴重，對屬于國家排放標準中的“一類污染物”未進行分質處理，有些還緊鄰居民區，不可能達到整治標準要求，環境隱患很大。
徐震還對有137家在冊電鍍企業的金華市進行了點名批評。“金華市電鍍企業眾多，但僅有的2個園區建設任務，至今沒有完成，原地整治提升企業通過驗收比例也不高。”
目前，浙江省環保廳已提出“七個一律”要求，要求“浙江各地必須嚴格按照標準和規程進行驗收，絕不以降低要求換進度”。
年底前，浙江環保部門要以電鍍園區外的電鍍企業為重點，進行一次全面的執法檢查。
浙江省副省長陳加元認為，電鍍行業整治也應獎懲結合。相關部門應始終保持打擊環境違法行為的高壓態勢，“要敢于碰硬，對違法企業絕不姑息遷就。”另一方面，對就地關閉轉產的企業，地方財政要通過“以獎代補”的方式給予適當獎勵。
記者了解到，除電鍍行業外，浙江還將繼續推進印染、造紙、制革、化工四個行業的整治提升。目前，相關整治提升實施方案已經出臺。
今年3—5月，浙江已對電鍍、印染行業開展排查整治，責令限期整改企業616家，責令停產整治企業65家，關閉企業10家，移送公安機關處理6人。
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