發(fā)布時(shí)間：2022-03-18 00:29:10
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動(dòng)化 蓄電池 在線監(jiān)測 報(bào)警
中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0005-02
配電自動(dòng)化終端（DTU）裝置，集遙測、遙信、遙控、保護(hù)和通信等功能于一體[1]，廣泛應(yīng)用于配電室、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所、柱上開關(guān)等場合。DTU各項(xiàng)功能的發(fā)揮離不開供電模塊的穩(wěn)定。DTU的供電一般由外部公網(wǎng)和后備蓄電池共同提供[2]。其中，外部公網(wǎng)負(fù)責(zé)正常情況下的電能供給；蓄電池負(fù)責(zé)異常狀態(tài)下（即外部公網(wǎng)出現(xiàn)事故）的電能提供。顯然，蓄電池的作用是輔質(zhì)的，但鑒于DTU運(yùn)行環(huán)境的惡劣性，保證蓄電池后備功能的正常是非常重要的。
1 問題的提出
DTU作為配網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化各項(xiàng)功能打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是在設(shè)備運(yùn)行過程中，提供后備電源的蓄電池（鉛酸型）在運(yùn)行一段時(shí)間后經(jīng)常出現(xiàn)以下問題[3]：蓄電池漏液、電池變形、短路、斷路、返極、不可逆硫酸鹽化、單只落后、活性物質(zhì)脫落、電池充不進(jìn)電等。目前，對于以上問題尚缺少一種很好的事先預(yù)控手段。
鑒于此，筆者在參閱大量文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)想研發(fā)一種可以在線監(jiān)測/維護(hù)DTU裝置內(nèi)蓄電池部件的設(shè)備，該設(shè)備可監(jiān)測到蓄電池的電壓、電流、溫度、內(nèi)阻等各種參數(shù)并實(shí)時(shí)上傳至后臺系統(tǒng)，經(jīng)由數(shù)學(xué)模型辨識后實(shí)時(shí)異動(dòng)報(bào)警，以提醒運(yùn)行人員盡快處理。
2 研究現(xiàn)狀
當(dāng)前關(guān)于配電自動(dòng)化終端后備電源（即蓄電池組）的監(jiān)測裝置研究有所開展，但其在數(shù)據(jù)監(jiān)測上存在以下問題。
（1）對直流系統(tǒng)電流、電壓量的采集、蓄電池浮充電壓的采集時(shí)間間隔較寬，通常是按照分鐘、小時(shí)級別的間隔來進(jìn)行采集，不能滿足在故障狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集的頻度及精度需求。
（2）對直流系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)不能長時(shí)間保存，特別是對直流系統(tǒng)絕緣狀況的變化、蓄電池浮充電壓的監(jiān)測數(shù)據(jù)等需分析變化趨勢的需求不滿足。
（3）對直流電源模塊、蓄電池、直流回路絕緣、直流回路電源質(zhì)量、直流負(fù)載變化等數(shù)據(jù)的采集分析缺乏綜合分析能力，無法解釋直流電源對保護(hù)及自動(dòng)裝置運(yùn)行的影響程度。
（4）在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)大都為一些狀態(tài)信息，沒有更深層次的故障模型與故障診斷分析能力，更沒有根據(jù)故障原因進(jìn)行自主維護(hù)和修復(fù)的能力。
綜上所述，該項(xiàng)研究的要點(diǎn)是：建立一個(gè)可靠的、安全的蓄電池?cái)?shù)據(jù)庫，根據(jù)蓄電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型及特點(diǎn)構(gòu)建蓄電池性能分析診斷模型，以使落后/異動(dòng)蓄電池的報(bào)警不漏報(bào)、不誤報(bào)。
3 蓄電池性能分析數(shù)學(xué)建模的可行性
大量的蓄電池運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)告訴我們，隨著電池使用時(shí)間的增加，電池性能不斷劣化，電池容量不斷下降，而此時(shí)電池電壓的離散性也會(huì)變得愈來愈大。找出其中規(guī)律，并以一種可用的數(shù)學(xué)模型表達(dá)，即可成為可用的電池測試分析手段。
蓄電池失效數(shù)學(xué)模型的判定依據(jù)如下：
（1）伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于自身的電池電壓離散度將逐步變大。
（2）伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于整組電池的電池電壓離散度將逐步變大。
（3）伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于自身的內(nèi)阻值將逐步變大。
（4）伴隨著電池性能的劣化，該電池的充放電曲線電壓之差相對于電池組其它電池的值將逐步變大。
由于電池電壓數(shù)據(jù)每時(shí)每刻都在產(chǎn)生，面對海量數(shù)據(jù)，不能通過簡單的函數(shù)關(guān)系來進(jìn)行處理。在蓄電池失效分析數(shù)學(xué)建模中，筆者認(rèn)為，可采用模糊數(shù)學(xué)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷原理，以一種非線性處理方式，以某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并得出判斷結(jié)論。
4 項(xiàng)目實(shí)施流程及目標(biāo)期冀
DTU裝置內(nèi)置蓄電池的在線監(jiān)測及維護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜工作。
（1）第一步，對蓄電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)、故障診斷、報(bào)警裝置進(jìn)行需求分析調(diào)研，并形成詳細(xì)的需求分析報(bào)告，這其中包括正常運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)需求和故障狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)需求分析、故障信息的采集原則和采集方法分析、故障信息采集裝置的需求分析、直流系統(tǒng)各類異?；蛉毕萏卣鞣治?、故障分析系統(tǒng)的建模的需求分析等。
（2）第二步，對蓄電池組自主均衡S護(hù)和故障報(bào)警功能的需求進(jìn)行研究，形成分析報(bào)告。
（3）第三步，根據(jù)以上需求分析，研制蓄電池組監(jiān)測裝置中實(shí)現(xiàn)性能分析、故障診斷、自主均衡維護(hù)等功能的硬件。要求以這些硬件為主體的監(jiān)測裝置可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)不同，以快速（失電和故障狀態(tài)下）和慢速（正常運(yùn)行狀態(tài)）采集以下各類信息：直流電源輸入輸出電壓、電流曲線；蓄電池組浮充、均充、核對性放電狀態(tài)、事故放電狀態(tài)下的各類信息；蓄電池組運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)等。
（4）第四步，將研制的蓄電池組故障診斷與自主均衡維護(hù)、報(bào)警裝置進(jìn)行現(xiàn)場安裝、調(diào)試，試運(yùn)行，同時(shí)做好服務(wù)器搭建工作，將信息及時(shí)分類存入數(shù)據(jù)庫，通過狀態(tài)分析系統(tǒng)的分析和歸類，逐步建立數(shù)據(jù)模型和分析原型。
（5）第五步，根據(jù)積累的數(shù)據(jù)，對狀態(tài)診斷、分析模型和自主均衡維護(hù)進(jìn)行修正，并擴(kuò)大應(yīng)用到其他站點(diǎn)。
目標(biāo)期冀：①建立一套具備專利技術(shù)的并通過大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證的蓄電池性能分析診斷模型；②形成科學(xué)的蓄電池組在線維護(hù)機(jī)制：在蓄電池組浮充狀態(tài)中即可對落后的蓄電池進(jìn)行均衡維護(hù)，且不影響其他正常電池的電壓。
5 設(shè)計(jì)思路
設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）采用高精度A/D測量蓄電池電壓，有效反映電池電壓的變化。
（2）采用四線制直流內(nèi)阻測試方法，在線準(zhǔn)確測試蓄電池內(nèi)阻。
（3）內(nèi)置蓄電池性能分析模型，包含蓄電池電壓分析模型和綜合分析模型。
（4）根據(jù)電壓及內(nèi)阻的變化，及時(shí)判斷蓄電池的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)蓄電池呈現(xiàn)欠充或過充趨勢時(shí)，在線進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)蓄電池的正常工作狀態(tài)，延長蓄電池使用壽命。
（5）采用簡潔的電路設(shè)計(jì)方案，在保證功能和性能的前提下，實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)。
6 系統(tǒng)架構(gòu)
根據(jù)以上分析，可建立如圖1所示的系統(tǒng)拓?fù)鋱D。由圖1可知，該系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場監(jiān)測層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層和遠(yuǎn)程分析層。
（1）現(xiàn)場監(jiān)測層監(jiān)測內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場安裝蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊、控制主機(jī)遠(yuǎn)程放電模塊、電流傳感器、溫度傳感器等模塊，系統(tǒng)主機(jī)與監(jiān)控模塊通過RS485總線連接，可實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄電池組充放電數(shù)據(jù)、浮充電壓數(shù)據(jù)、內(nèi)阻數(shù)據(jù)、核對性放電數(shù)據(jù)等，并通過控制主機(jī)送到遠(yuǎn)程系統(tǒng)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)蓄電池組充放電信息及健康狀況信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理。
（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。設(shè)備自帶網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可直接接入局域網(wǎng)，無須通過計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)及現(xiàn)場編程，降低成本投入。
（3）診斷分析與應(yīng)用層。數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺對存入數(shù)據(jù)庫的各類數(shù)據(jù)提供詳細(xì)的分類處理、WEB查詢、監(jiān)測管理等功能。具體來說，就是可實(shí)時(shí)展示蓄電池組各單體電池充放電曲線、性能值，蓄電池性能分析數(shù)學(xué)模型根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，判斷蓄電池是否已硫化、是否處于過沖或欠充狀態(tài)，對已硫化的電池啟動(dòng)硬件進(jìn)行充放電除硫處理，對處于過充或欠充的電池啟動(dòng)在線均衡維護(hù)，并可查詢修復(fù)后的效果及具體數(shù)值。
7 應(yīng)用情況分析
在該項(xiàng)研究取得成功后，將其應(yīng)用到東部某供電公司。經(jīng)過2016年近一年的運(yùn)行，將所取得的效果與2015年進(jìn)行比對，詳見表1所示。由表1可知，蓄電池組在線監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)的安裝實(shí)現(xiàn)了蓄電池組狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障報(bào)警、遠(yuǎn)程放電維護(hù)，減少了維護(hù)人員的工作量，同時(shí)也排除了測量方式不一致所造成的測量誤差，并使蓄電池的報(bào)廢率降低，對環(huán)境改善起到正向作用，最終提高了配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行水平。
8 結(jié)語
通過蓄電池組在線監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)掌握蓄池內(nèi)部健康數(shù)據(jù)，延長蓄電池的生命周期、降低購置成本，減少因報(bào)廢電池產(chǎn)生的各種污染物、廢水和廢氣，進(jìn)而提高DTU直流系統(tǒng)的安全性和可靠性。
參考文獻(xiàn)
[1] 王凱，李瑩瑩.配網(wǎng)電源蓄電池在線檢測管理模塊的實(shí)現(xiàn)[J].電子制作，2013，30（4）：32-26.
關(guān)鍵詞：直流；在線監(jiān)測系統(tǒng)；應(yīng)用
中圖分類號：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
目前對蓄電池進(jìn)行監(jiān)測及狀態(tài)評估主要以蓄電池內(nèi)阻為主要參考依據(jù)，由于大容量蓄電池內(nèi)阻極小，僅為數(shù)十至數(shù)百微歐，并且蓄電池在線工作時(shí)，由于高頻開關(guān)電源紋波有蓄電池工作電流和影響，要對蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行精確測量是極為困難的。美國密特、日本日置采用交流注入法測量蓄電池內(nèi)阻，該方法抗干擾能力弱，只適用于離線電池的測量，而對工作蓄電池的在線監(jiān)測誤差較大。美國阿爾伯采用直流放電法測量蓄電池內(nèi)阻，但需要70～150A的測試電流，對蓄電池產(chǎn)生電流沖擊，造成蓄電池極板變形、活性物質(zhì)脫落，對蓄電池的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
以高精度運(yùn)算放大器為基礎(chǔ)的信號可控帶通濾波、自動(dòng)增益放大技術(shù)，超高速同步信號采樣技術(shù)，F(xiàn)FT、小波分析為基礎(chǔ)的現(xiàn)代數(shù)字信號分析處理技術(shù)，神經(jīng)元算法為基礎(chǔ)的模式識別技術(shù)等一系列高新技術(shù)近年來取得了突破性的進(jìn)展，多頻點(diǎn)交流放電法蓄電池內(nèi)阻測試技術(shù)采用了以上最新的科技成就，實(shí)現(xiàn)了對在線工作蓄電池真實(shí)內(nèi)阻的精度測量，測量電流僅為3～5A，在存在高頻開關(guān)電源紋波及蓄電池工作電流強(qiáng)干擾條件下，蓄電池內(nèi)阻測試精度優(yōu)于2%，重復(fù)精度優(yōu)于1%，可以有效識別出蓄電池內(nèi)阻微小的變化，以此為基礎(chǔ)建立專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對蓄電池狀態(tài)評估，及時(shí)找出蓄電池組中的個(gè)別落后蓄電池，提高了直流系統(tǒng)的安全性和可靠性，確保了供安全。
當(dāng)前變電站直流電源系統(tǒng)存在以下不足之處：
1) 電力系統(tǒng)推廣無人值班變電站后，調(diào)度或直流專責(zé)維護(hù)人員無法及時(shí)了解現(xiàn)場直流設(shè)備和蓄電池組的工作狀態(tài)、運(yùn)行性能，發(fā)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的隱患，直到出現(xiàn)直流故障時(shí)才去處理,此時(shí),事故已經(jīng)擴(kuò)大。
2) 蓄電池組各單體電池的電壓不均衡，有些電壓過高、有些則過低，蓄電池組的使用壽命嚴(yán)重縮短。
3) 蓄電池核對性放電試驗(yàn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，難以按時(shí)保質(zhì)保量完成，且無法實(shí)時(shí)反映蓄電池的平時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及其性能變化趨勢。
4) 目前，現(xiàn)場直流設(shè)備的控制和維護(hù)，容易誤操作，安全隱患較多。
過去，電力系統(tǒng)的各個(gè)變電站都有人值守，可以對直流設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定期檢查，因而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理其出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，保證變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，電力系統(tǒng)推廣無人值班變電站，雖然調(diào)度中心可以通過遠(yuǎn)動(dòng)通道獲取變電站運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)信息，但是對于直流部分只能得到少量的重要信息（包括：遙信量——充電機(jī)交流電源故障，充電機(jī)故障，直流絕緣接地，直流電源電壓異常；遙測量——控母電壓）。它不能反映直流系統(tǒng)運(yùn)行的詳細(xì)信息，特別是它不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)剛剛開始出現(xiàn)異常運(yùn)行的情況，直到長期的異常運(yùn)行發(fā)展為故障時(shí)才上發(fā)調(diào)度，此時(shí)，事故已經(jīng)擴(kuò)大。目前，對直流設(shè)備運(yùn)行控制和維護(hù)也是由維護(hù)人員現(xiàn)場進(jìn)行，容易誤操作，安全隱患較多；核對性放電費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，變電站多，維護(hù)人員少，顯然無法保證按期按量完成，且無法實(shí)時(shí)反映蓄電池的平時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及其性能變化趨勢。另外，現(xiàn)有蓄電池組運(yùn)行，從技術(shù)上講也存在一些缺陷，直流系統(tǒng)的蓄電池組一般由幾十只至一百多只單體蓄電池串聯(lián)而成，串聯(lián)狀態(tài)下的蓄電池組雖然充放電電流是一致的，但由于電池的參數(shù)、外部環(huán)境及單體自放電的差異，使得蓄電池組各單體電池的電壓實(shí)際并不均衡，有些電壓過高、有些則過低，造成蓄電池組中某些單體蓄電池出現(xiàn)過充或欠充，容量減少，而且隨著時(shí)間的推移，將進(jìn)一步加深蓄電池參數(shù)的不一致性，正是這種惡性循環(huán)極大地縮短了蓄電池組的使用壽命。
因此，直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用十分必要。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集直流充電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電池的單體電壓及內(nèi)阻、母線電壓、電流、絕緣監(jiān)視,饋線開關(guān)狀態(tài)檢測等重要電源特性參數(shù)，將各變電站的直流設(shè)備信息上送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)直流設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、直流設(shè)備運(yùn)行歷史查詢和設(shè)備運(yùn)行異常的情況上報(bào)等功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的不正常狀態(tài)，及時(shí)處理，而不等其發(fā)展演變成事故；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程蓄電池組容量試驗(yàn)、電池內(nèi)阻測試及在線均衡，直流母線遠(yuǎn)程控制及狀態(tài)切換、充電機(jī)均/浮充轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)程控制、充電機(jī)參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置等功能，能極大減輕維護(hù)人員的工作量，降低維護(hù)成本，減少現(xiàn)場操作所帶來的種種隱患。
同時(shí)，系統(tǒng)還對充電裝置穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，保證充電裝置可靠運(yùn)行，并不對蓄電池產(chǎn)生不利的影響。
本直流電源及蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)代表了當(dāng)今的科技水平，技術(shù)水平處于國際先進(jìn)水平。項(xiàng)目技術(shù)成熟，產(chǎn)品適用于在電力變電站、通訊基站、通訊機(jī)房、及多個(gè)行業(yè)的大型UPS電源的直流系統(tǒng)及蓄電池在線監(jiān)測，并已經(jīng)得到了應(yīng)用。
一、主要措施
本直流電源及蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)對直流電源系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患，保障供電系統(tǒng)的安全，極大地提高變電站的安全性和可靠性，逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)檢修，提高系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理水平。大大減輕變電站維護(hù)檢測的工作量，顯著提高蓄電池的使用奉命，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
二、系統(tǒng)組成
直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由電壓采集內(nèi)阻均衡模塊、開關(guān)量模塊、放電負(fù)載、監(jiān)控終端裝置、服務(wù)器軟件、系統(tǒng)監(jiān)控軟件幾部分組成。每個(gè)變電站端的監(jiān)控終端通過RS485總線將采集均衡模塊，開關(guān)量模塊，放電負(fù)載連接到一起，將它們所有的信號收集到一起統(tǒng)一管理，并且可以通過局域網(wǎng)將采集到的所有信息傳送到中心服務(wù)器軟件，服務(wù)器軟件將信息存儲管理并分發(fā)信息到每個(gè)相關(guān)管理崗位的計(jì)算機(jī)，并使其在局域網(wǎng)上每個(gè)計(jì)算機(jī)均可瀏覽到所有信息，提供分級的管理口令可對任意一個(gè)變電站的信息及參數(shù)進(jìn)行更改并能提供相關(guān)的遠(yuǎn)程控制。
1、電壓采集內(nèi)阻均衡模塊
電壓采集器主要用于電池單體電壓、內(nèi)阻測量，并解決電池均衡問題；采用下放式安裝結(jié)構(gòu)（如圖2），利用485總線構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò),與監(jiān)控裝置通訊，每個(gè)采集器監(jiān)測6只電池(2V,4V,6V,12V均可),并且自動(dòng)切換擋位,不影響精度,接線采用插拔式接線端子,便于更換和維護(hù),帶有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲不會(huì)燒毀模塊和導(dǎo)致短路,使系統(tǒng)維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)降低到最低限度。為了提高性能，提高采樣精度，采集器采用TI 公司MSP430系列單片機(jī)作為主控制器，帶有16位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，16M時(shí)鐘頻率。
2、開關(guān)量監(jiān)測模塊
開關(guān)量模塊主要用于母線及各饋線開關(guān)狀態(tài)的采集，采用下放式安裝結(jié)構(gòu)，利用485總線與監(jiān)控裝置通訊，每個(gè)模塊可同時(shí)監(jiān)測8路開關(guān)量,每路開關(guān)量均通過光電隔離,隔離電壓4000V,開關(guān)量判斷最小時(shí)間1ms,可設(shè)置軟件抗抖動(dòng)處理,具有硬件抗干擾措施,由通信電源提供主工作電源。
3、監(jiān)控終端裝置
監(jiān)控終端裝置負(fù)責(zé)采集電壓采集模塊,開關(guān)量模塊,放電內(nèi)阻單元等模塊數(shù)據(jù),并把采集到的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心（遠(yuǎn)端）,同時(shí)負(fù)責(zé)本地?cái)?shù)據(jù)的存儲、實(shí)時(shí)顯示、設(shè)置、表格、查詢、報(bào)警等人機(jī)操作界面控制,并可通過通訊方式控制充電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及參數(shù)修改。
監(jiān)控裝置采用32位ARM 處理器作為主控制器芯片,該芯片片內(nèi)資源豐富,具有60M時(shí)鐘頻率,帶有4個(gè)UART,2個(gè)I2C,2個(gè)SPI,10/100網(wǎng)卡等資源, UART1和UART2為RS485接口，用于采集2組電池的電壓,其中UART2可用來連接其他智能通信裝置(如充電機(jī)等), 10/100網(wǎng)絡(luò)通信接口用于本地調(diào)試或調(diào)度上傳。
4、放電負(fù)載
放電負(fù)載是直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分，可以對兩組電池進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)，配有7路控制輸出，可以完成電池組虛脫機(jī)，電池組放電，電池組切換，母線并列等遠(yuǎn)程控制操作；通過通信口與監(jiān)控裝置連接，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程放電，遠(yuǎn)程控制電池組切換等控制操作。具有以下功能：
(1) 具有可遙控放電試驗(yàn)功能
(2) 可以設(shè)定放電的終止條件，包括電池組終止電壓、單體電池電壓、電池組放電容量、放電時(shí)間。
(3) 負(fù)載采用新型功率材料，無紅熱及明火現(xiàn)象，強(qiáng)制風(fēng)冷。
(4) 可以設(shè)置采樣的時(shí)間間隔，以達(dá)到分析數(shù)據(jù)的最佳效果。
(5) 可將放電過程的全部電壓數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)值上傳監(jiān)控中心。
5、服務(wù)器軟件
服務(wù)器軟件負(fù)責(zé)與每個(gè)變電站的監(jiān)控終端通信,接收監(jiān)控終端發(fā)來的所有數(shù)據(jù),并且存儲每個(gè)子站發(fā)來的報(bào)警數(shù)據(jù)和需要保存的歷史數(shù)據(jù),查詢、更改每個(gè)裝置的設(shè)置.
6、系統(tǒng)監(jiān)控軟件
系統(tǒng)監(jiān)控軟件負(fù)責(zé)監(jiān)控和瀏覽所有監(jiān)控終端發(fā)送來的數(shù)據(jù),可設(shè)置每個(gè)變電站的直流系統(tǒng)模擬圖,并可在模擬圖上直接顯示出控制母線電壓,合閘母線電壓,每個(gè)空開的運(yùn)行狀態(tài)及電池組溫度等信息,可以用表格形式查看每節(jié)電池的當(dāng)前電壓,也可以用曲線或表格的形式進(jìn)行對比,查看歷史運(yùn)行曲線等功能,查看和遠(yuǎn)程更改現(xiàn)場采集模塊的相關(guān)設(shè)置等遠(yuǎn)程控制信息。
三、關(guān)鍵技術(shù)問題及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
1、微歐級微小電阻的精密測量；
2、蓄電池內(nèi)阻測試不得有大電流沖擊，測試電流小于10A，不對蓄電池組及直流系統(tǒng)運(yùn)行和產(chǎn)生任何影響，不對蓄電池產(chǎn)生損害；
3、抗干擾性強(qiáng)，直流系統(tǒng)的數(shù)十安至數(shù)百安的工作電流、高頻開關(guān)電源的紋波不對測試精度產(chǎn)生任何影響，以適應(yīng)于各種苛刻條件下對直流系統(tǒng)的在線監(jiān)測；
4、充電裝置穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)的在線監(jiān)測；
5、可以對蓄電池連線電阻進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)對蓄電池?cái)嗑€、接頭松動(dòng)、接頭生銹等故障隱患的監(jiān)測；
6、可以對蓄電池充放電全過程進(jìn)行監(jiān)測；
7、可以控制放電儀，對蓄電池進(jìn)行核容放電，并自動(dòng)生成核容報(bào)表；
8、絕對保證安全：
（1）不得在直流工作回路增加任何器件；
（2）測試線全部采用高阻設(shè)計(jì)，即使測試線短路也不對直流系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生任何影響；
（3）采用阻燃設(shè)計(jì)；
9、SDH、以太網(wǎng)、GPRS、RS485、RS232、USB等多種通訊方式，實(shí)現(xiàn)多種方式靈活組建大范圍遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
10、以多服務(wù)器為基礎(chǔ)的大型數(shù)據(jù)庫管理分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百個(gè)變電站的監(jiān)測、數(shù)據(jù)存貯、統(tǒng)計(jì)分析、生成報(bào)表。
11、B/S結(jié)構(gòu)的監(jiān)控軟件，便于軟件的維護(hù)管理和升級；
12、專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對直流電源、蓄電池的狀態(tài)評估。
13、系統(tǒng)達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
（1）電壓測試精度：0.5%；
（2）電流測試精度：1.0%；
（3）蓄電池內(nèi)阻及連線電阻測試精度：2.0%；
（4）蓄電池內(nèi)阻測試電流：≤5A；
（5）可以監(jiān)測變電站數(shù)量：1024個(gè)。
四、應(yīng)用情況
對原直流電源蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對其遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高變電站直流電源系統(tǒng)的自動(dòng)化水平、完善其功能，增強(qiáng)直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性；本次建設(shè)5個(gè)變電站的直流電源系統(tǒng)，每個(gè)變電站各安裝一套站端設(shè)備，共5套，在遠(yuǎn)端共用1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器和3個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)直流電源蓄電池在線均衡維護(hù)監(jiān)控。
五、經(jīng)濟(jì)效益分析
直流電源蓄電池在線均衡維護(hù)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集直流充電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電池的單體電壓及內(nèi)阻、母線電壓、電流、絕緣監(jiān)視,饋線開關(guān)狀態(tài)檢測等重要電源特性參數(shù)，并上送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)直流設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的不正常狀態(tài)，及時(shí)處理，而不等其發(fā)展演變成事故；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程蓄電池組容量試驗(yàn)、電池內(nèi)阻測試及在線均衡，直流母線遠(yuǎn)程控制及狀態(tài)切換、充電機(jī)均/浮充轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)程控制、充電機(jī)參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置等功能，能極大減輕維護(hù)人員的工作量，降低維護(hù)成本，減少現(xiàn)場操作所帶來的種種隱患，全面提高變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)水平。根據(jù)站內(nèi)蓄電池投運(yùn)6年以上需進(jìn)行每年一次、6年以內(nèi)需進(jìn)行兩年一次充放電維護(hù)的相關(guān)管理規(guī)定，目前，蓄電池站內(nèi)維護(hù)一般采用配備2~3人、駐守3~7天的維護(hù)模式，其人工及車輛費(fèi)約2萬元左右；實(shí)現(xiàn)蓄電池在線均衡可有效延長蓄電池使用壽命三分之一以上，按每套8萬元計(jì)算，每年每個(gè)變電站可以節(jié)約蓄電池采購費(fèi)用（25000元人民幣/年），合計(jì)每站年節(jié)約成本約四萬五千元人民幣左右，間接的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益就更大了。
1）、節(jié)省了大量的人力物力，提高了工作效率，有利于減人增效
該系統(tǒng)可把各變電站的直流設(shè)備信息上送到監(jiān)控中心，供其查詢，同時(shí)監(jiān)控中心也可以向各站發(fā)送控制命令。這樣，維護(hù)人員在監(jiān)控中心就可對直流設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控，減輕了運(yùn)行維護(hù)人員工作量，提高了工作效率，有利于變電站實(shí)現(xiàn)無人值守和少人值班，對供電企業(yè)的減人增效意義重大。
2）有利于安全生產(chǎn)
直流電源遠(yuǎn)程操作及維護(hù)系統(tǒng)把分散的直流電源蓄電池信息上送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心就可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，特別是在直流設(shè)備發(fā)生運(yùn)行異常時(shí)，運(yùn)行維護(hù)人員能及時(shí)收到報(bào)警信號，及時(shí)處理，而不等其發(fā)展演變成事故；另外，本系統(tǒng)在對蓄電池組充放電等都經(jīng)過了微機(jī)防誤邏輯判斷，嚴(yán)格遵守直流系統(tǒng)操作規(guī)程，避免了人為誤操作；實(shí)現(xiàn)了電池在線均衡，不但延長了電池使用壽命，而且提高了電池及直流系統(tǒng)供電的安全性。
3）滿足了智能電網(wǎng)及數(shù)字化變電站的發(fā)展要求。
目前,電力系統(tǒng)中發(fā)電廠，特別是變電站正朝著數(shù)字化、無人值守型方向發(fā)展, 各種電氣設(shè)備已逐漸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，而直流電源系統(tǒng)本身的遠(yuǎn)程在線維護(hù)卻無完善的實(shí)施方案和技術(shù)手段；應(yīng)用該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)由計(jì)劃定時(shí)檢修向狀態(tài)檢修維護(hù)的過渡，大大提高了直流電源現(xiàn)有技術(shù)水平，滿足智能電網(wǎng)及數(shù)字化變電站的發(fā)展要求。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能電網(wǎng);直流屏;技術(shù)架構(gòu);蓄電池
中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）09-00-02
0 引 言
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使物體與物體之間可以像人與人之間進(jìn)行信息交流和互動(dòng)已成為人們追求的目標(biāo)，把物聯(lián)網(wǎng)的這種思想運(yùn)用到傳統(tǒng)的電網(wǎng)中，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用和發(fā)展帶來了重要契機(jī)。根據(jù)現(xiàn)代電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏系統(tǒng)監(jiān)測既解決了現(xiàn)在直流電源系統(tǒng)監(jiān)測的不足，又符合現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向。現(xiàn)有的直流屏監(jiān)測系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是監(jiān)測信息經(jīng)由傳感器檢測，通過數(shù)據(jù)傳輸通道上傳至數(shù)據(jù)庫，再由集中監(jiān)測軟件將數(shù)據(jù)在屏幕上集中顯示，屏幕可以為液晶屏和觸摸屏。整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)如果在傳輸過程中丟失，數(shù)據(jù)庫也就沒有這些數(shù)據(jù)，它們將無法恢復(fù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有“讓物說話”的能力，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電廠直流屏監(jiān)測，使得單方面監(jiān)控變成互動(dòng)式協(xié)調(diào)，可有效提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性和可靠性。譬如，直流系統(tǒng)的蓄電池組有自己的“思想”，將會(huì)開口說話，除將充電參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)主動(dòng)提供給集中監(jiān)控平臺外，在監(jiān)控平臺內(nèi)甚至在蓄電池上嵌入智能評判系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反映電池的運(yùn)行狀態(tài);同時(shí)電池自身保留狀態(tài)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場報(bào)警，并可在一定范圍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)措施等。
1 基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)直流屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以把直流系統(tǒng)分為整流裝置、蓄電池、直流配電和工頻逆變四大環(huán)節(jié)，直流屏的監(jiān)測實(shí)際上就是這四大環(huán)節(jié)的監(jiān)測。其中，整流裝置的監(jiān)測包括交流電源部分，直流配電監(jiān)測包括直流母線部分。
在整流環(huán)節(jié)中，需要對整流器的電壓、電流、參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測，從這些狀態(tài)和參數(shù)中判斷整流器的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行性能。同時(shí)，還需要對整流器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以滿足對蓄電池充電電壓、充電電流以及負(fù)載電壓和負(fù)載電流的要求。在并聯(lián)運(yùn)行的整流器之間也需要進(jìn)行協(xié)調(diào)，以保證均流特性或運(yùn)行的最佳效率。這就是說，在整流環(huán)節(jié)，既需要整流器的狀態(tài)量向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸，又需要控制量向整流器傳輸?shù)碾p向傳輸。
蓄電池是整個(gè)直流電源系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。然而，蓄電池的性能和參數(shù)具有易變特點(diǎn)，和其它環(huán)節(jié)相比，蓄電池既重要又脆弱。所以，要適時(shí)對蓄電池的電壓、電流、電量、溫度等物理量進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)或監(jiān)測結(jié)果實(shí)時(shí)傳向監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和蓄電池模型，推斷蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，以便對蓄電池進(jìn)行科學(xué)維護(hù)。如果是自動(dòng)維護(hù)，需要向蓄電池維護(hù)裝置下達(dá)指令。
直流配電和工頻逆變的監(jiān)測量也需要向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸。這樣，在信息邏輯結(jié)構(gòu)上，完成了直流電源監(jiān)控系統(tǒng)與直流電源四個(gè)環(huán)節(jié)間的信息交換。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖 1 直流屏監(jiān)測硬件系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)
直流屏監(jiān)控系統(tǒng)作為發(fā)電站信息系統(tǒng)的一部分，需要向發(fā)電站信息系統(tǒng)上傳信息，同時(shí)需要接受命令，對直流電源系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行操作。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測硬件系統(tǒng)體系架構(gòu)
基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測硬件系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，該系統(tǒng)采用智能型RTU（Remote Terminal Unit遠(yuǎn)動(dòng)終端）終端采集直流屏設(shè)備的參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理與存儲。通過現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)總線轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成串行協(xié)議或工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲。通過顯示操作工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)的顯示，并通過其對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作和對智能型RTU終端進(jìn)行設(shè)置。服務(wù)器與顯示操作工作站采用以太網(wǎng)連接，并與發(fā)電站信息系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
智能型RTU具有雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，既可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的獲取，也可連接現(xiàn)場設(shè)備的執(zhí)行環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。
圖2 直流屏監(jiān)測硬件體系架構(gòu)
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測軟件架構(gòu)
基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測軟件是集數(shù)據(jù)采集、顯示、報(bào)警、報(bào)表、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、組態(tài)化的監(jiān)測軟件。為了適應(yīng)當(dāng)今電力系統(tǒng)使用設(shè)備多、縱向橫向聯(lián)系緊密、擴(kuò)建組建頻繁等特點(diǎn)，軟件從分析、設(shè)計(jì)到具體編程，全部采用面向?qū)ο蟮姆椒?，融合最新的?jì)算機(jī)編程技術(shù)，在滿足嚴(yán)格的可靠性、實(shí)時(shí)性基礎(chǔ)上，更在系統(tǒng)的可組態(tài)性、可擴(kuò)展性、可用性、可維護(hù)性等方面實(shí)現(xiàn)新的突破，圖3所示為直流電源監(jiān)測軟件結(jié)構(gòu)。
3.1 通信子系統(tǒng)
通信子系統(tǒng)采用設(shè)備驅(qū)動(dòng)（通信口）和協(xié)議解釋（單元）分層的設(shè)計(jì)原則，它們之間有標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口。通信口負(fù)責(zé)通信報(bào)文的接收和發(fā)送，是單元與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的軟件通道;單元一方面負(fù)責(zé)解釋通信口接收的通信報(bào)文，更新數(shù)據(jù)子系統(tǒng)中與之相關(guān)的數(shù)據(jù)，另一方面負(fù)責(zé)構(gòu)造要求通信口發(fā)送的通信報(bào)文。也就是說，通信口負(fù)責(zé)接收和發(fā)送怎么實(shí)現(xiàn)，單元負(fù)責(zé)接收和發(fā)送什么內(nèi)容。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)和協(xié)議解釋分層的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可組態(tài)性和可擴(kuò)展性，因?yàn)樗鼈冎g的搭配十分靈活。同時(shí)，系統(tǒng)提供各種常用的通信口功能模塊和單元功能模塊，用戶只要根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)連接，建立相應(yīng)的通信口和單元，即完成了通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。
圖3 直流屏監(jiān)測軟件結(jié)構(gòu)
3.2 數(shù)據(jù)子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)子系統(tǒng)管理著整個(gè)系統(tǒng)所有的應(yīng)用信息，包括模擬量、開關(guān)量、整定值和各種類型的事件，其主要功能如下：
（1）對子系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)、操作及各種運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)有效管理;
（2）接受通信子系統(tǒng)對其數(shù)據(jù)的刷新;
（3）通過“連接接口”為其它子系統(tǒng)和管理器提供數(shù)據(jù)、操作信息;
（4）通過數(shù)據(jù)庫管理器，完成數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，為構(gòu)建統(tǒng)計(jì)報(bào)表提供數(shù)據(jù)源。
3.3 顯示子系統(tǒng)
顯示子系統(tǒng)由各種圖片組成，圖片以文件的方式存在于計(jì)算機(jī)中，由其他工具軟件進(jìn)行創(chuàng)建和修改。圖片分為屏幕主圖、屏幕子圖、屏幕彈出式子圖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和工程圖紙五種，以滿足不同應(yīng)用場合下的功能要求。
圖片包含圖形元件（圖元）的集合，并提供有效的管理。圖元是畫面顯示的基本元素，可作為背景靜態(tài)顯示，也可有數(shù)據(jù)連接、子圖、備注功能，實(shí)現(xiàn)操作人員與系統(tǒng)交互的人機(jī)接口。
顯示子系統(tǒng)同時(shí)能嵌入各種可視化人機(jī)界面功能模塊，用于完成標(biāo)準(zhǔn)圖片所無法完成的特殊的人機(jī)交互任務(wù)，如通信狀態(tài)監(jiān)測、事件記錄查看、歷史數(shù)據(jù)分析等，以增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展能力和應(yīng)用的靈活性。
4 結(jié) 語
基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測系統(tǒng)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合智能電網(wǎng)的發(fā)展，以及發(fā)電廠智能控制的需要，采用智能型RTU終端采集直流屏設(shè)備的參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)直流屏監(jiān)測系統(tǒng)對其它系統(tǒng)開放、透明和與協(xié)議無關(guān)，做到“物與物”的無障礙交流和互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的直流屏監(jiān)測。
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1系統(tǒng)的組成與建立
該系統(tǒng)主要由監(jiān)測點(diǎn)模塊(傳感器模塊)、GPRS系統(tǒng)、控制中心組成…。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1．1監(jiān)測點(diǎn)模塊
傳感器是通過RS485接口電路和嵌入式CPU相連的，在外設(shè)置的傳感器主要有溫度傳感器和濕度傳感器。溫度傳感器使用數(shù)字型的Ds1820。DSl820數(shù)字溫度計(jì)提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示土壤的溫度。信息則經(jīng)過單線接口送入Dsl820或從Dsl820送出，因此從嵌入式CPU~IJDSl820僅需1條線(不含地線)。DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需外部電源。濕度傳感器選用美國Kele公司的HS一200ODD型數(shù)字濕度傳感器。該傳感器集合了一個(gè)帶溫度補(bǔ)償、工廠刻度和數(shù)字通信能力的電容式聚合感應(yīng)單元。其工作電壓是2．0—5．5V，可以從標(biāo)準(zhǔn)的微處理器I／0口汲取供電電流，輸出是標(biāo)準(zhǔn)的9600波特串行信號。其設(shè)計(jì)目的是能夠整合進(jìn)控制和監(jiān)控系統(tǒng)中；對相對濕度的測試準(zhǔn)確率是±2％，測量范圍是30。一100℃。
1．2GPRS系統(tǒng)
GPRS通信模塊主要是實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)的功能。MOTOROLA內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議GPRS通信模塊G20，其性能優(yōu)越，體積極小(24．4mm×48．2mm×6．Omm)，從根本上解決了GPSR無線通信和數(shù)據(jù)傳輸終端的協(xié)議瓶頸和成本問題，廣泛地應(yīng)用于GPRS無線E網(wǎng)、監(jiān)控系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)等GPRS無線通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域。系統(tǒng)選用Motorola的MPC8250嵌入式cPu，因它是一個(gè)多用途的通用芯片，內(nèi)部集成了微處理器和常用組件，可用于各種控制領(lǐng)域。它是MPC860應(yīng)用于通信系統(tǒng)的低成本實(shí)現(xiàn)，提供了更高的性價(jià)比，并在通信方面有所增強(qiáng)，可以支持通用串行總線(USB)。MPC850集成了嵌入式PowerPC核和一個(gè)為通信使用的專門的RIsC通信處理器模塊(CPM)。MPC850的CPM支持6個(gè)串行通道：1個(gè)串行通信控制器(SCC)，1個(gè)USB，2個(gè)串行管理控制器(SMS)，1個(gè)I2c接口和1個(gè)串行接口電路sPI。通常可將1個(gè)SCC和2個(gè)SMS配置成為通用串口UART，用以控制不同的模塊且速率可調(diào)，ROM上文件系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。供電模塊采用小型光伏發(fā)電系統(tǒng)(太陽能電池、蓄電池、智能充電控制器和負(fù)荷電路)作為整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的電源。當(dāng)蓄電池電壓升高到設(shè)定的“蓄電池充滿”電壓時(shí)，對蓄電池的充電轉(zhuǎn)為“浮充”方式，只用很小的電流對蓄電池的自放電進(jìn)行補(bǔ)充充電。該太陽能電源天(含陰天)充電后可供監(jiān)測系統(tǒng)無光線條件下1一作8～1Oh
1．3控制中心
由于GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸能夠直接和計(jì)算機(jī)的TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信，只要計(jì)算機(jī)能上互聯(lián)網(wǎng)，就可以通過計(jì)算機(jī)直接與遠(yuǎn)程的監(jiān)測進(jìn)行交互式對話，用戶通過計(jì)算機(jī)界面可以觀察到遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)的各種情況，通過監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和查看歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析未來的數(shù)據(jù)，給專家及時(shí)有效地做出決策。只要決策有了就會(huì)通過短信平臺把各種信息發(fā)到該地區(qū)用戶的手機(jī)仁?？刂浦行闹辉试S授權(quán)給該系統(tǒng)的工作人員才能登錄進(jìn)入，以防止非工作人員的惡意修改。
2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)需要軟件編程的地方主要有兩個(gè)地方：是嵌入式CPU與GPRS通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；二是控制中心和遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。其中，前者就是實(shí)現(xiàn)GPRS和單片機(jī)的串口進(jìn)行通信，后者監(jiān)控中心就是實(shí)現(xiàn)GPRS信息的接收和保存。設(shè)計(jì)語言主要采用VB6．0編寫．再與數(shù)據(jù)庫連接以方便存儲各監(jiān)測點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)。在編寫程序時(shí)，控制中心添加了幾個(gè)核心控件：LiStBox控件，用于建立和存儲遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)隊(duì)列；Timer控件，用于對遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)循環(huán)的監(jiān)測；PictureBox控件，用于描繪監(jiān)測點(diǎn)溫度和濕度的實(shí)時(shí)變化情況；Labe1控件，用于顯示該系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)?？刂浦行牡牧鞒虉D，如圖2昕示。GPRS通信模塊和嵌入式CPU的串口相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，只要嵌入式CPU收到傳感器送過來的數(shù)據(jù)，就通過串口將數(shù)據(jù)送到GPRS模塊，控制中心經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)就收GPRS模塊發(fā)過來的數(shù)據(jù)。3試驗(yàn)結(jié)果與分析利用本方案建立的農(nóng)業(yè)旱情監(jiān)測系統(tǒng)，對3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。其中，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)安裝了溫度和濕度傳感器各1個(gè)，選擇3個(gè)各具代表性的地方進(jìn)行監(jiān)測。在監(jiān)控中心可以清楚地看到遠(yuǎn)程農(nóng)田的具體情況，分析監(jiān)測參數(shù)的相對變化情況。該監(jiān)測系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性，隨時(shí)都在線，其誤碼率也非常低。下面給出該監(jiān)測系統(tǒng)溫度和濕度的誤碼率、延時(shí)的仿真圖，如圖3和圖4所示。
【關(guān)鍵詞】：在線監(jiān)測 CMA智能監(jiān)測裝置 系統(tǒng)供電 信號傳輸
一、引言
輸電設(shè)備自身故障一直是危及電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要原因之一，且輸電設(shè)備自身故障造成的電網(wǎng)故障也有逐年增多的趨勢。所以應(yīng)當(dāng)重視和加強(qiáng)對輸電設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測。對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)的在線監(jiān)測，及時(shí)反映電力設(shè)備運(yùn)行狀況及潛在隱患，使管理人員及時(shí)了解現(xiàn)場信息，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。在巡視人員不易到達(dá)地區(qū)或由于天氣原因無法進(jìn)行線路巡視時(shí)，協(xié)助了巡視人員的巡視工作，為輸電線路的巡視及狀態(tài)檢修開辟一條有效的解決途徑。輔助采取預(yù)防措施，避免停電事故發(fā)生具有十分重要的意義。
二、目前國內(nèi)輸電線路在線監(jiān)測產(chǎn)品介紹：
2.1導(dǎo)線溫度。
2.2導(dǎo)線張力。
2.3微風(fēng)振動(dòng)。
2.4舞動(dòng)。
2.5覆冰。
2.6導(dǎo)線弧垂。
2.7風(fēng)偏。
2.8鹽密、灰密。
2.9泄漏電流。
2.10桿塔傾斜。
2.11桿塔應(yīng)力。
2.12桿塔振動(dòng)。
2.13接地電阻及腐蝕。
2.14微氣象。
2.15圖像、視頻監(jiān)控。
三、西安金源電氣股份有限公司輸電線路智能遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測產(chǎn)品介紹：
輸電線路智能遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測系統(tǒng)通過視頻采集壓縮技術(shù)、超低功耗技術(shù)、GPRS/CDMA/無線接力通信、OPGW傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，或通過彩信將圖像、視頻信息發(fā)往相關(guān)管理人員的手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控點(diǎn)及周圍環(huán)境的全天候監(jiān)測。
智能視頻監(jiān)控裝置組成：由視頻采集壓縮單元、主控制器、通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)供電單元4部分。
3.1視頻采集壓縮單元：實(shí)現(xiàn)視頻/圖像數(shù)據(jù)采集功能，基于CCD自行研發(fā)的高速球機(jī)，保證了視頻輸入信號高清晰度。系統(tǒng)集成了攝像機(jī)和云臺，實(shí)現(xiàn)高速可控，可水平旋轉(zhuǎn)360度，垂直旋轉(zhuǎn)180度，對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行全方位多角度拍攝。視頻監(jiān)控裝置的主要組成為：高速球機(jī)，保證視頻輸入信號高清晰度。
3.2主控制器：通過視頻采集壓縮單元獲取監(jiān)控點(diǎn)周邊視頻/圖像數(shù)據(jù)，并將其傳送回后臺管理平臺，進(jìn)行進(jìn)一步處理。主控制器能夠接受后臺發(fā)送的控制命令，以預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔或手機(jī)進(jìn)行視頻/圖像數(shù)據(jù)的采集，且能夠存儲10天的歷史數(shù)據(jù)。主控制器具備啟動(dòng)自檢、故障自恢復(fù)和遠(yuǎn)程在線軟件升級功能，保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。主控制器：提供主控、電源、無線傳輸、遠(yuǎn)程控制等核心功能，提供總線方式，從而可以方便的接入各類傳感器，中央處理單元可以同時(shí)接入2路圖像監(jiān)測子系統(tǒng)和2路實(shí)時(shí)視頻子系統(tǒng)，以及9個(gè)氣象、拉力、角度等傳感器子系統(tǒng)。
塔上CMA-智能監(jiān)測裝置，轉(zhuǎn)發(fā)主站控制命令：為主站系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的遠(yuǎn)程交互控制節(jié)點(diǎn)，為未來更多類型狀態(tài)監(jiān)測裝置的接入提供方便。CMA-智能監(jiān)測裝置的特點(diǎn)：
3.2.1、智能化程度高：
a通過遠(yuǎn)程設(shè)置個(gè)接口的開關(guān)狀態(tài)：在CMA的硬件設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到多接口同時(shí)打開時(shí)的功耗問題，可以通過遠(yuǎn)程開啟和斷開其電源，以降低CMA的功耗。b遠(yuǎn)程升級CMA及監(jiān)測裝置的程序。c通過遠(yuǎn)程下載CMA的日志文件。d遠(yuǎn)程設(shè)置通道和頻段，修改網(wǎng)關(guān)等。
3.2.2、采用低功耗設(shè)計(jì)。
3.2.3、接口豐富。
3.2.4、集約化管理：多個(gè)CMD（狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)）只需要一張SIM卡即可。
3.3系統(tǒng)供電單元：由太陽能電池板、微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等風(fēng)光互補(bǔ)供電控制器組成，為系統(tǒng)工作提供可靠的電能，風(fēng)光互補(bǔ)供電設(shè)計(jì)使的連續(xù)陰雨天也可正常工作。
3.3.1系統(tǒng)供電單元：內(nèi)含高效率充電電路及高能蓄電池，為系統(tǒng)正常工作提供充足電力。每基鐵塔安裝主、副電源箱個(gè)一個(gè)，每個(gè)電源箱重量為30kg.
3.3.2太陽能電池板：采用單晶硅太陽能電池板，為系統(tǒng)正常工作提供充足電力；每基鐵塔安裝太陽能板4塊。
3.3.3風(fēng)能發(fā)電機(jī)：作為太陽能發(fā)電的有益補(bǔ)充，確保無陽光惡劣天氣仍可工作。
3.4通信網(wǎng)絡(luò)部分：實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控裝置和后臺管理平臺之間的數(shù)據(jù)信息的傳輸，一般采用GPRS網(wǎng)絡(luò)。并根據(jù)實(shí)際情況采用CDMA網(wǎng)絡(luò)、無線接力傳輸和OPGW等通訊方式?！?60千伏銀東直流輸電線路在線監(jiān)測裝置使用的是聯(lián)通公司的CDMA網(wǎng)絡(luò)信號。
四、結(jié)束語
智能在線裝置存在的兩個(gè)主要技術(shù)制約問題：一個(gè)是在線裝置的長期供電問題，另一個(gè)是在線裝置的數(shù)據(jù)通信問題。供電問題通過風(fēng)光互補(bǔ)供電設(shè)計(jì)，使用高效率充電電路及高能蓄電池已完全能夠滿足監(jiān)測系統(tǒng)可靠供電需要。另外還有通過遠(yuǎn)程開啟和斷開其電源，以降低功耗的手段。數(shù)據(jù)通信問題目前解決的不理想。我們現(xiàn)在安裝的在線裝置使用的是聯(lián)通公司的CDMA網(wǎng)絡(luò)信號，現(xiàn)場在塔上測試傳輸信號速度比塔下小很多，這樣造成在線視頻裝置的監(jiān)視圖像清晰度不夠。主要原因是安裝的±660千伏直流線路鐵塔高度平均要比聯(lián)通的微波塔高度要高出20m-30m。而聯(lián)通微波信號是主要向下覆蓋的。
五、參考文獻(xiàn)
1 劉振亞，特高壓直流輸電線路維護(hù)與監(jiān)測，中國電力， 2009， （3）
無線傳感器監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)施簡介
CWSN－Tll－THL型無線溫濕度光照度測量終端
本型號無線傳感器采用無線防沖突組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對分散的溫度、濕度和光照度采集點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。此產(chǎn)品適用于民用型的無線監(jiān)控系統(tǒng)，特點(diǎn)是高集成度、功耗低、精度高、高靈敏度；外觀精巧便于運(yùn)輸和安裝，巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使傳感器更貼近作物生長環(huán)境；條件惡劣地區(qū)和戶外均可使用。溫度測量范圍是－40～85℃；濕度測量范圍是0～100％RH：光照度測量范圍是0～128000Lx。
CWSN－Tll－GPRS型GPRS無線匯聚終端
本型號無線匯聚終端采用內(nèi)置433MHz(433～434.79MHz)或選2.4G通信模塊和GPRS通信模塊(GSM900/1800MHz)相結(jié)合。在無阻擋情況下433MHz通信頻段最遠(yuǎn)傳輸距離是200～300m。本設(shè)備也可通過遠(yuǎn)程控制對農(nóng)作物生長環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)遠(yuǎn)程控制中心又可通過GPRS無線匯聚終端對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。本設(shè)備能防雷、防水(防水級別為IP68)，適用于各種惡劣環(huán)境。
無線傳輸監(jiān)控設(shè)備特點(diǎn)及優(yōu)勢
CWSN－TIl－THL型無線溫濕度光照度測量終端的優(yōu)點(diǎn)
高集成：每個(gè)無線傳感器上匯集溫度、濕度和光照度三種數(shù)據(jù)采集單元。
實(shí)時(shí)在線監(jiān)測：433MHz免申請頻段按設(shè)定時(shí)間進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在無阻擋情況下最遠(yuǎn)傳輸距離為200～300m。
低功耗設(shè)計(jì)：最大功耗為20mW，使用3.6V高效鋰電池供電(可更換)，若以10min為數(shù)據(jù)的傳輸周期，可持續(xù)使用2～3年。
安裝使用：本型號外觀尺寸小巧(直徑×高)是72×53mm，質(zhì)量為150g，便于安裝及運(yùn)輸；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙可使傳感器貼近農(nóng)作物生長的環(huán)境，提高測量的精確度；同時(shí)用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸周期。
保密性：可透明傳輸，也可數(shù)據(jù)加密。
適用的物理環(huán)境：抗電磁干擾和高絕緣性，防水級別IP68。CWSN－Tll－GPRs型GPRs無線匯聚終端的優(yōu)點(diǎn)
特性：GPRS終端是整套無線測溫系統(tǒng)中的“網(wǎng)關(guān)”。可將傳感器的數(shù)據(jù)信息傳送給遠(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。
實(shí)時(shí)在線監(jiān)測：可同時(shí)接收多個(gè)多種無線傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)(最多可同時(shí)接收60個(gè))，用戶可隨時(shí)添加、刪除傳感器個(gè)數(shù)和種類；測量循環(huán)周期以1min為單位，用戶可以設(shè)置。
電源：內(nèi)置蓄電池、太陽能充電板及充電電路，無需外接供電，安裝使用方便。433MHz通信模塊最大輸出功率是20mW，GPRS通信模塊的最大輸出功率為2mW，太陽能充電板功率為15W。在非充電狀態(tài)連續(xù)工作時(shí)間為7天(僅供蓄電池供電)。
[關(guān)鍵詞]輸電線路桿塔傾斜監(jiān)測系統(tǒng) zigbee和GSM技術(shù)
一、選題背景及其意義
隨著科技進(jìn)步及工農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，用電量大幅上升，對電網(wǎng)供電安全性、可靠性提出了越來越高的要求。架空高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的動(dòng)脈，其運(yùn)行狀態(tài)直接決定電力系統(tǒng)的安全和效益。目前我國對線路等的檢測經(jīng)驗(yàn)還較少，還沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。另外隨著近年來煤礦的大量開采造成形態(tài)各異的地下采空區(qū)，引起地面沉降、斷裂等一系列工程地質(zhì)災(zāi)害，這些采空塌陷區(qū)，大多分布廣，延伸遠(yuǎn)，可造成地表輸電線路基礎(chǔ)傾斜、開裂、桿塔變形、傾倒，引起絕緣子串和地線線夾邁步，電氣安全距離不夠等問題，當(dāng)問題擴(kuò)大時(shí)容易造成倒桿斷線，電氣距離不夠引起跳閘等事故。嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運(yùn)行。
本論文設(shè)計(jì)的輸電線路桿塔傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，在桿塔發(fā)生異常時(shí)，能夠及時(shí)向管理中心匯報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對于處在采空區(qū)的線路桿塔可以進(jìn)行全天候的監(jiān)測，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的測量由于地面沉降等原因造成的桿塔傾斜角度，當(dāng)桿塔順線路或橫線路傾斜角度超過預(yù)定報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)可發(fā)出報(bào)警信息，使工作人員能夠及時(shí)處理危情，并且大大的減少了人工的巡視次數(shù)，提高了桿塔的安全系數(shù)。
二、國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，越來越多基于網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、智能化的系統(tǒng)應(yīng)用在電網(wǎng)中。但目前我國電網(wǎng)智能化僅處于剛剛起步的階段，尤其在運(yùn)行狀態(tài)檢測環(huán)節(jié)上，和世界上先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的技術(shù)還有較大的差距。同時(shí)鐵搭運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定，是輸電環(huán)節(jié)中的重中之重，因此應(yīng)研究一套較為合理的桿塔運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，來保證輸電環(huán)節(jié)的穩(wěn)定。
目前國內(nèi)已涉及線路監(jiān)測系統(tǒng)的研究，例如高壓輸電線路絕緣子帶電檢測、桿塔故障在線監(jiān)測、桿塔傾斜測量等。國外在這方面也有較多的研究。該系統(tǒng)采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳送媒介，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供更加簡捷、便利的手段。
三、主要研究內(nèi)容
本論文主要研究桿塔傾斜測量技術(shù)，傳輸線路周圍的溫度、濕度、氣候檢測，無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊方面的研究。
本文研究的主要內(nèi)容如下：1、分析研究了傾角傳感器的工作原理、GSM技術(shù)的工作原理，制定了監(jiān)測儀設(shè)計(jì)的硬件和軟件總體流程。2、根據(jù)監(jiān)測儀設(shè)計(jì)方案，選擇了該設(shè)計(jì)中的主要器件。包括傾角傳感器的選擇、GSM通信模塊的選擇、太陽能蓄電池的選擇等。充分體現(xiàn)了監(jiān)測儀設(shè)計(jì)中低成本和低功耗的要求。3、設(shè)計(jì)了硬件電路，包括微控制器ATmega64A的最小系統(tǒng)、電源電路、通信電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路等。4、實(shí)現(xiàn)了軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)初始化、A／D信號采集部分程序、按鍵中斷程序等。5、在整體設(shè)計(jì)中，采取軟件和硬件的方式，增強(qiáng)監(jiān)測儀的抗干擾性和穩(wěn)定性。6、通過EMC電磁兼容實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證了監(jiān)測儀的穩(wěn)定性和可行性。
四、研究方案及難點(diǎn)
整個(gè)系統(tǒng)的工作過程為：數(shù)據(jù)采集主模塊根據(jù)監(jiān)控中心設(shè)置好的采樣間隔，定期產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集命令發(fā)送到ZigBee主節(jié)點(diǎn)，然后由ZigBee主節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)采集命令廣播給其他ZigBee子節(jié)點(diǎn)，ZigBee子節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)采集命令發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊接到命令后，開始進(jìn)行傾角、絕緣子拉力以及風(fēng)向、風(fēng)速、電源電壓等數(shù)據(jù)的采集。
采集完成之后再發(fā)送給ZigBee模塊，然后通過各ZigBee子節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)以接力的方式傳送給ZigBee主節(jié)點(diǎn)，ZigBee主節(jié)點(diǎn)將各數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集主模塊。最后由數(shù)據(jù)采集主模塊將所有數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給GSM模塊，由GSM模塊將數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心的GSM模塊，再通過串口發(fā)給Pc機(jī)后臺。最后由Pc機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理、存儲和顯示。
該系統(tǒng)的主要模塊功能如下：
1.中央處理器。核心微處理器選用ATmega64A，它是由ATMEL公司推出的一款高性能，低功耗的8位AVR微處理器。最高處理速度可達(dá)16MHz，其芯片內(nèi)部集成了大容量的Flash程序存儲區(qū)和功能豐富強(qiáng)大的硬件接口電路。先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，擁有130條指令，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期。
2.定時(shí)時(shí)鐘模塊。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片選用Philips公司生產(chǎn)的串行日歷時(shí)鐘芯片PCF8583.該芯片供電電壓范圍寬、功耗小、計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。
3.數(shù)據(jù)采集模塊。在輸電線路桿塔的運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊主要進(jìn)行桿塔傾角數(shù)據(jù)、絕緣子拉力數(shù)據(jù)以及風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、濕度，電源電壓數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集模塊為分層次設(shè)計(jì)，有主輔之分，主模塊除了在完成上述功能以外，還負(fù)責(zé)將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)采集命令，以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的打包、處理、發(fā)送。
4.ZigBee模塊。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。
5.GSM模塊。GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。
使用ARM或者單片機(jī)通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能，它是基于ARM平臺，使用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。有些GSM模塊具有“開放內(nèi)置平臺”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺中。
6.監(jiān)控中心。包括GSM接收模塊和后臺管理軟件，主要完成桿塔運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及對于數(shù)據(jù)采集模塊參數(shù)的控制。
7.電源模塊。本系統(tǒng)包括太陽能電池板和蓄電池，主要為數(shù)據(jù)采集模塊、ZigBee模塊和GSM模塊提供電能。
8.設(shè)計(jì)環(huán)境。硬件電路以Protel99SE(sP6)為環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)械相關(guān)的設(shè)計(jì)以AutoCAD2006為環(huán)境進(jìn)行；軟件用c語言編寫。
本設(shè)計(jì)中的桿塔傾角監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低成本、低功耗，并采取zigbee及GSM無線通信的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傾角監(jiān)測儀與桿塔監(jiān)控中心的通信。
難點(diǎn)預(yù)計(jì)出現(xiàn)在傾角計(jì)算及程序的設(shè)計(jì)，再有系統(tǒng)的通信鏈路的安全，可靠；數(shù)據(jù)庫的安全，主要是權(quán)限管理和數(shù)據(jù)備份。
五、預(yù)期成果和可能的創(chuàng)新點(diǎn)
文章論述的鐵塔傾斜實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)測量精度高、實(shí)時(shí)性好、運(yùn)行成本低。該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中擁有較強(qiáng)的可靠性、穩(wěn)定性具備在惡劣的環(huán)境下持續(xù)正常工作的能力，保證較長的使用壽命；系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，無需記憶復(fù)雜的工作指令，應(yīng)具有美觀有好的人機(jī)界面；工作人員可以遠(yuǎn)程對系統(tǒng)進(jìn)行控制、管理、維護(hù)，無需人員到現(xiàn)場。系統(tǒng)通過對塔身狀態(tài)信息的綜合在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了傾角狀態(tài)的全記錄并起到預(yù)警，告警的功能便于提前采取有效措施，確保電網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果看系統(tǒng)是一種有效的監(jiān)測鐵塔傾斜的系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用前景。創(chuàng)新點(diǎn)：為了以后對本系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展，系統(tǒng)預(yù)留一些模擬量輸入接口；通訊方式的擴(kuò)展，支持短信息。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉君華.現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試監(jiān)測儀設(shè)計(jì)[M]西安：西安交通大學(xué)出版社，2001
關(guān)鍵詞：無線；防護(hù)；自動(dòng)；語音；報(bào)警
前言
鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)是一個(gè)大型綜合性系統(tǒng)，為保證整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)期的維護(hù)是必要的，但隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高，特別是近幾年多次大提速之后，如何在正常施工維護(hù)設(shè)備的過程中保證鐵路職工的人身安全的問題變得越來越難解決；長期以來，老式室內(nèi)室外分別盯看、配合通知的方式已無法解決運(yùn)輸速度與人身安全的矛盾，因此，如何利用現(xiàn)代成熟的先進(jìn)技術(shù)，正確及時(shí)地獲取列車的運(yùn)行實(shí)際位置，自動(dòng)給予施工者以聲音提示，已成為當(dāng)前保障施工防護(hù)中人身安全的當(dāng)務(wù)之急。
1 方案介紹
全自動(dòng)站場信息無線語音提示系統(tǒng)由監(jiān)測采集機(jī)（既有）、監(jiān)測站機(jī)（既有）、地面信息處理機(jī)、手持電臺（既有）等組成。
整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
1.1 各部分組成及作用
1.1.1 監(jiān)測采集機(jī)：實(shí)時(shí)在線采集站場開關(guān)量和模擬量。
1.1.2 監(jiān)測站機(jī)：對監(jiān)測采集機(jī)上送的開關(guān)量和模擬量進(jìn)行綜合處理，形成語音提示信息，以串口通訊的方式，在符合發(fā)送條件時(shí)，將“列車接近、信號開放”等語音提示信息通過聲卡發(fā)送給地面信息處理機(jī)。
1.1.3地面信息處理機(jī)：把監(jiān)測站機(jī)送達(dá)的語音信息，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后加到電臺的音頻輸入接口發(fā)射。
1.1.4 手持電臺：收聽地面信息處理機(jī)發(fā)送的語音提示信息。
1.2 具體功能實(shí)現(xiàn)過程
在微機(jī)監(jiān)測站機(jī)中增加聲音驅(qū)動(dòng)卡，端口擴(kuò)展卡。通過專用通訊線連接微機(jī)監(jiān)測站機(jī)和地面信息處理機(jī)。
在監(jiān)測軟件中增加對進(jìn)站與出發(fā)信號機(jī)、熔絲斷絲報(bào)警、信號機(jī)燈絲斷絲等關(guān)鍵信號設(shè)備的分析，使列車在一接近、二接近、進(jìn)站信號開放、出發(fā)信號開放、熔絲斷絲、燈絲斷絲、軌道電路異常紅光帶、信號非正常關(guān)閉時(shí)輸出聲音提示信息。
在信號機(jī)械室內(nèi)安裝地面信息處理機(jī)，接收站機(jī)聲卡輸出的語音信息，然后通過無線對外發(fā)送。
室外手持電臺與地面信息處理機(jī)在相同頻點(diǎn)時(shí)，即可接收室內(nèi)發(fā)出的無線聲音信息。
2 系統(tǒng)功能
2.1 基本功能
自動(dòng)發(fā)送“列車接近、信號開放”等語音提示信息；
自動(dòng)發(fā)送“燈絲斷絲、熔絲斷絲、異常紅光帶”等關(guān)鍵報(bào)警信息；
監(jiān)測站機(jī)對所產(chǎn)生的語音提示信息進(jìn)行記錄并存儲，并提供查詢窗口。
2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)
投資少。利用既有的微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，既有的手持臺對講系統(tǒng)，增加少量設(shè)備即可完成系統(tǒng)功能。
高可靠性。由于利用了微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的采樣，保證了采樣數(shù)據(jù)的高穩(wěn)定性和高可靠性。微機(jī)監(jiān)測站機(jī)軟件又對數(shù)據(jù)進(jìn)行了更加全面的分析判斷，保證了報(bào)警信息的多樣性。
自動(dòng)通知。系統(tǒng)通訊采用自動(dòng)發(fā)送方式，使地面信息處理機(jī)以無線方式自動(dòng)向有關(guān)人員通知關(guān)鍵報(bào)警信息，使現(xiàn)場施工人員和信號值班員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲取相關(guān)信息。
2.3 擴(kuò)展功能
可利用微機(jī)監(jiān)測的既有網(wǎng)絡(luò)，將各車站的語音報(bào)警信息傳送到監(jiān)測服務(wù)器，監(jiān)測各終端可調(diào)看所管轄范圍內(nèi)車站的語音提示信息。
3 設(shè)備技術(shù)條件
3.1 供電電源
地面信息處理機(jī)采用交流電源和蓄電池供電。交流供電電源220V（1±20%）50Hz。在正常情況下，交流供電并對備用蓄電池進(jìn)行充電（最大充電電流不大于5A），并具有過充過放保護(hù)功能。交流電源故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換至備用蓄電池供電（標(biāo)稱電壓12V）。交流供電恢復(fù)后，自動(dòng)轉(zhuǎn)換至交流供電。
3.2 工作環(huán)境要求：工作環(huán)境要求應(yīng)符合表1規(guī)定。
表1 環(huán)境溫度、相對濕度、振動(dòng)和沖擊要求
3.3 安全要求
3.3.1 應(yīng)符合GB.15842-1995標(biāo)準(zhǔn)的中5.2節(jié)有關(guān)規(guī)定。
3.3.2 產(chǎn)品所有可觸及部分之間或可觸及部分與地之間的峰值電壓均不允許超過72V。
3.3.3 產(chǎn)品設(shè)有獨(dú)立的安全接地端子，并標(biāo)有安全接地符號。
3.3.4 產(chǎn)品應(yīng)裝有有效斷電的熔斷器。
3.4 結(jié)構(gòu)要求
3.4.1 結(jié)構(gòu)工藝的一般要求
a.設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)做到構(gòu)件堅(jiān)固、造型優(yōu)美、色彩協(xié)調(diào)、面板表示清楚，文字使用標(biāo)準(zhǔn)漢字，操作方便、按鍵可靠。b.設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)在不打開機(jī)殼就能測量電性能，應(yīng)留有調(diào)制入等必須的測量接口。c.設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)便于維修、檢測。裝卸構(gòu)件牢固耐用，同型號設(shè)備的相同部件應(yīng)能互換。
3.4.2 天線：天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)牢固，安裝架設(shè)方便，應(yīng)防水、防電化學(xué)腐蝕。
3.5 可靠性指標(biāo)
可靠性指標(biāo)采用產(chǎn)品平均故障間隔時(shí)間MTBF值表示。地面信息處理機(jī)MTBF值應(yīng)不低于600h。
可靠性試驗(yàn)方法應(yīng)符合GB/T15844.3標(biāo)準(zhǔn)中第9節(jié)的有關(guān)規(guī)定。
3.6 地面信息處理機(jī)發(fā)射電臺性能
3.7 天饋線系統(tǒng)技術(shù)要求
工作頻率范圍：150.875±4MHz。
天線增益：4～8dB（全向）
天線端的標(biāo)準(zhǔn)阻抗：50Ω
電壓駐波比（VSWR）≤1.5
極化方向：垂直極化
最大輸出功率：不小于10W。
3.8 系統(tǒng)功能指標(biāo)
3.8.1 列車接近
一是能準(zhǔn)確提示接近方向（上行、下行或其它方向）
二是能準(zhǔn)確提示一接近、二接近
三是能準(zhǔn)確提示進(jìn)幾股道
進(jìn)站信號開放：能準(zhǔn)確提示方向（上行、下行或其它方向）
3.8.2 出發(fā)信號開放
一是能準(zhǔn)確提示方向（上行、下行或其它方向）
二是能準(zhǔn)確提示幾道出發(fā)
反向列車接近：能準(zhǔn)確提示方向（上行、下行或其它方向）
反向列車通知出發(fā)：能準(zhǔn)確提示方向（上行、下行或其它方向）
信號非正常關(guān)閉：能準(zhǔn)確提示非正常關(guān)閉的信號機(jī)名稱
熔絲斷絲：能準(zhǔn)確提示幾排幾架熔絲斷絲
燈絲斷絲：能準(zhǔn)確提示燈絲斷絲的信號機(jī)名稱
異常紅光帶：能準(zhǔn)確提示出現(xiàn)異常紅光帶的區(qū)段名稱
道岔斷表示：能準(zhǔn)確提示出現(xiàn)道岔斷表示的道岔名稱
4 結(jié)束語
通過以上內(nèi)容可知：本方案利用既有的信號設(shè)備，增加少量的設(shè)備就能解決信號工現(xiàn)場維護(hù)維修的實(shí)際問題。本系統(tǒng)已經(jīng)在本公司研制成功，應(yīng)用于鐵路信號產(chǎn)品中。
參考文獻(xiàn)
