技術(shù):11+10kV 開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳細(xì)資料由專(zhuān)業(yè)的低壓開(kāi)關(guān)柜、低壓配電柜、低壓配電箱報(bào)價(jià)廠家為您提供。

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院和國(guó)家電網(wǎng)福建連江縣供電有限公司的研究員陳、陳、高偉在2016年第9期《電氣技術(shù)》上撰文。他們?cè)O(shè)計(jì)了一套變電站10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，解決了內(nèi)部防火堵泥情況、溫濕度等運(yùn)行環(huán)境難以實(shí)時(shí)控制和存在安全隱患的問(wèn)題。

該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)的混合。每個(gè)監(jiān)控終端通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信管理機(jī)進(jìn)行信息交互，通信管理機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)軟件進(jìn)行通信。本文介紹了軟硬件設(shè)計(jì)、無(wú)線傳感器參數(shù)配置、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等。結(jié)合變電站10kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的特殊運(yùn)行環(huán)境對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了描述。

在無(wú)人值守變電站的情況下，操作人員無(wú)法實(shí)時(shí)控制10kV開(kāi)關(guān)柜的防火泥漿的堵塞情況和溫濕度。在極端情況下，防火泥漿的堵塞可能會(huì)脫落，電纜接頭的溫度可能會(huì)突然升高，機(jī)柜內(nèi)空氣的濕度可能會(huì)突然升高。如果此時(shí)不及時(shí)采取有效措施進(jìn)行監(jiān)控，10kV開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行很容易受到干擾。如果消防泥漿脫落，小動(dòng)物鉆入10kV開(kāi)關(guān)柜，可能造成相間或接地短路，造成電力事故；對(duì)于潮濕地區(qū)的變電站來(lái)說(shuō)，雖然目前每開(kāi)關(guān)柜都配有一個(gè)加熱器來(lái)驅(qū)潮，但操作人員無(wú)法從遠(yuǎn)處了解加熱器的運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)柜內(nèi)的濕度，從而造成潛在的事故。

因此，針對(duì)目前無(wú)法實(shí)時(shí)掌握和控制內(nèi)部防火堵泥和11+10kV開(kāi)關(guān)柜溫濕度條件的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)了一套實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站10kV開(kāi)關(guān)柜防火堵泥、溫濕度條件和智能防潮的智能監(jiān)控系統(tǒng)，即變電站10kV開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)。

1總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由五部分組成:消防泥漿堵漏監(jiān)控終端、無(wú)線測(cè)溫終端、智能除濕監(jiān)控終端、通信管理機(jī)和上位機(jī)平臺(tái)軟件，如圖1所示。

基于ZigBee協(xié)議棧的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于消防泥漿堵漏監(jiān)控終端、無(wú)線測(cè)溫終端、智能除濕監(jiān)控終端和通信管理機(jī)之間的通信，是一個(gè)2.4千兆赫的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

其中，消防泥漿堵漏監(jiān)控終端用于監(jiān)控動(dòng)物的入侵和消防泥漿的破壞，并通過(guò)ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)立即向通信管理人員報(bào)告任何異常情況。無(wú)線測(cè)溫終端通過(guò)將數(shù)字測(cè)溫元件貼在開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的加熱位置，通過(guò)熱傳導(dǎo)感應(yīng)熱點(diǎn)的溫度，定期采集熱點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)上報(bào)給通信管理機(jī)。智能除濕監(jiān)控終端可以實(shí)時(shí)監(jiān)控開(kāi)關(guān)柜范圍內(nèi)的溫度和濕度。根據(jù)傳感器信息，加熱器、排氣扇和半導(dǎo)體制冷裝置由冷凝算法智能控制，以驅(qū)濕和破壞冷凝條件。

同時(shí)，控制終端可以將當(dāng)前的溫濕度值、露點(diǎn)值和除濕設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)2.4千兆赫的紫蜂無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵ㄐ殴芾頇C(jī)，直至上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，還可以遠(yuǎn)程接收上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)發(fā)出的命令。通信管理機(jī)承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議轉(zhuǎn)換的角色。ZigBee模塊從控制終端接收數(shù)據(jù)，并向其發(fā)送控制命令。采用以太網(wǎng)通信，將監(jiān)控的工作環(huán)境和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳到上位機(jī)軟件平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù)器，并接收和發(fā)送命令到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

上位機(jī)平臺(tái)軟件包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和本地客戶端:應(yīng)用服務(wù)器主動(dòng)接收通信管理機(jī)發(fā)送的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)參數(shù)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；本地客戶端提供參數(shù)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，并通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送和接收監(jiān)控命令。

2終端設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1消防泥漿堵塞監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)

消防泥漿堵漏監(jiān)控終端主要由五部分組成:紅外熱釋電感應(yīng)模塊、振動(dòng)傳感器模塊、通信模塊、控制模塊和電源模塊，如圖2所示。中央處理器通過(guò)CCP采集模塊采集紅外熱釋電傳感器的信息，判斷小動(dòng)物是否通過(guò)。同時(shí)，中央處理器通過(guò)輸入輸出端口采集植入防火泥漿的振動(dòng)傳感器的信息，判斷防火泥漿的位置狀態(tài)。

通過(guò)兩者的結(jié)合，得到防火泥漿的封堵?tīng)顟B(tài)；如果防火泥漿堵塞異常，中央處理器通過(guò)ZigBee無(wú)線通信模塊將報(bào)警信息上傳到通信管理機(jī)，并進(jìn)一步通知上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)通知操作人員及時(shí)檢修防火泥漿，以保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

熱釋電傳感器對(duì)溫度敏感，當(dāng)入侵物體的溫度與環(huán)境溫度不同時(shí)，熱釋電傳感器輸出δT。本設(shè)計(jì)選用GH-718作為紅外熱釋電傳感器，采用紅外熱釋電傳感器和菲涅爾光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)。工作電壓DC4.5~20V，靜態(tài)功耗50μA，傳感距離7m，傳感角度110°。

振動(dòng)傳感器為MMA7455L，為XYZ三軸低G加速度傳感器，工作在2.4~3.6V低壓。分辨率高達(dá)64 lsbs?？沙惺芨哌_(dá)5000克的高強(qiáng)度沖擊。選用微芯片公司的20針8位CMOS閃存單片機(jī)PIC16F690作為中央處理器，待機(jī)狀態(tài)電流為50nA，空閑狀態(tài)可進(jìn)入超低功耗睡眠模式，工作溫度范圍為-40℃~ 125℃；選擇低頻晶體振蕩器(4 MHz)以進(jìn)一步降低功耗。超低功耗喚醒、高灌溉/牽引電流能力和超低功耗節(jié)能睡眠模式。

紫蜂模塊采用digi公司的XBee模塊，通過(guò)串口通信與中央處理器通信，采用基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的紫蜂協(xié)議，采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，紫蜂通信采用自由2.4GHz通道，模塊配置為路由器模式，不休眠，采用3.3V DC電源。

終端電源取自220伏交流電壓，220伏交流電壓通過(guò)YAW3S05T(交流/DC)電源轉(zhuǎn)換模塊降低至5伏DC電壓，提供給人體紅外感應(yīng)模塊使用。同時(shí)，SPX1113.3電源模塊進(jìn)一步將5V DC電源降低到3.3V，供中央處理器、紫蜂等模塊使用。

圖2消防泥漿堵漏監(jiān)控終端

3]，接口電路為XBee模塊。通信管理機(jī)與上位機(jī)平臺(tái)采用以太網(wǎng)通信，接口電路為RJ45模塊，鏈路層通信協(xié)議為T(mén)CP。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

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泥漿堵塞監(jiān)測(cè)終端程序包括初始化、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、熱釋電傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)主動(dòng)報(bào)告。初始化主要完成輸入輸出端口設(shè)置、EEPROM數(shù)據(jù)讀取、中斷設(shè)置、定時(shí)器設(shè)置、振動(dòng)模塊配置、自檢等。由于PIC16F690單片機(jī)有自己的EEPROM模塊，監(jiān)控終端的地址和振動(dòng)模塊的加速度監(jiān)控閾值都存儲(chǔ)在EEPROM中，可以在刻錄時(shí)寫(xiě)入，也可以通過(guò)通信修改。

振動(dòng)模塊的配置主要是選擇啟動(dòng)時(shí)的測(cè)量范圍和精度，判斷是否連接，如果沒(méi)有連接或斷開(kāi)則報(bào)警。為了防止剛通電時(shí)的振動(dòng)，中央處理器在通電后啟動(dòng)振動(dòng)傳感器，并保持1分鐘，每100毫秒采集一次振動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)自適應(yīng)抗干擾濾波算法判斷火泥是否脫落，并產(chǎn)生SOE事件報(bào)警。為了防止干擾信號(hào)引起的誤報(bào)警，根據(jù)防滅火泥漿脫落的特點(diǎn)，如果振動(dòng)超過(guò)極限持續(xù)時(shí)間達(dá)到閾值(默認(rèn)設(shè)置為2s)，則認(rèn)為報(bào)警信號(hào)可靠，并產(chǎn)生SOE事件報(bào)警。

當(dāng)紅外感應(yīng)區(qū)域被入侵時(shí)，紅外傳感器將向中央處理器發(fā)送報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間達(dá)到閾值時(shí)，它也被認(rèn)為是可靠的警報(bào)信號(hào)，并產(chǎn)生SOE事件警報(bào)。中央處理器通過(guò)紫蜂模塊每30秒向上位機(jī)報(bào)告一次終端的狀態(tài)。終端有三種狀態(tài):正常、入侵和掉線。如果終端在事件發(fā)生后有兩種狀態(tài)，將立即被報(bào)告為SOE事件。

2.2無(wú)線測(cè)溫終端的設(shè)計(jì)

無(wú)線測(cè)溫傳感器主要安裝在開(kāi)關(guān)柜的觸點(diǎn)上，定期測(cè)量觸點(diǎn)溫度并主動(dòng)上傳。工作原理很簡(jiǎn)單。中央處理器通過(guò)I2C接口與溫度傳感器交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度信息采集。然后中央處理器根據(jù)協(xié)議對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行一系列的狀態(tài)判斷和設(shè)計(jì)處理，較后通過(guò)串口通信接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee模塊。

由于工作環(huán)境特殊，供電不方便，采用電池供電方案，因此在軟硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)較大限度地降低功耗，并選擇在高溫低功耗模式下工作的元器件。

無(wú)線測(cè)溫終端的軟件設(shè)計(jì)包括溫度檢測(cè)、溫度數(shù)據(jù)傳輸和低功耗管理。考慮到一般環(huán)境下熱點(diǎn)的溫度變化不明顯，為了降低測(cè)溫傳感器的功耗，軟件設(shè)計(jì)采用了短周期溫度數(shù)據(jù)采集、長(zhǎng)周期主動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸和循環(huán)睡眠等方法。圖4是無(wú)線測(cè)溫傳感器的主要工作流程圖。

中央處理器每15秒收集兩次溫度值，并驗(yàn)證兩個(gè)溫度值，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。TMP102的轉(zhuǎn)換溫度需要26毫秒，因此為了降低功耗，在轉(zhuǎn)換溫度期間，中央處理器進(jìn)入睡眠狀態(tài)26毫秒。終端地址存儲(chǔ)在可編程只讀存儲(chǔ)器中，僅在中央處理器初始化時(shí)讀取，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)中使用，從而避免頻繁的可編程只讀存儲(chǔ)器讀取并增加功耗。

將當(dāng)前讀取的有效溫度值與上次保存的溫度值進(jìn)行比較。如果溫差超過(guò)某個(gè)閾值，直接上傳數(shù)據(jù)；否則，每5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)。使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄑ娱L(zhǎng)傳輸間隔可以提高電池的使用壽命。當(dāng)溫度超過(guò)75℃的上限值時(shí)，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，直接上傳溫度數(shù)據(jù)，累計(jì)3次后，轉(zhuǎn)換為每5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)；當(dāng)溫度再次降到73℃以下時(shí)，警告狀態(tài)被解除。

在正常操作期間，無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)器模塊處于睡眠狀態(tài)。僅當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，才通過(guò)拉低引腳電平來(lái)喚醒XBee模塊，并且在數(shù)據(jù)傳輸完成后，XBee模塊在上拉電平進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在軟件進(jìn)入睡眠狀態(tài)之前，所有空閑的輸入/輸出端口都被配置為輸入，并且正在使用的輸入/輸出端口的電平狀態(tài)應(yīng)該與所連接的設(shè)備保持一致，以避免電流在引腳上流動(dòng)并降低模塊的功耗。

圖4無(wú)線溫度傳感器工作流程圖

4]。

采用TI公司生產(chǎn)的TMP102數(shù)字式溫度傳感器，其具有體積極小、低功耗等特性。TMP102采用SOT563封裝，高度只有0.6mm；較大工作電流只有10μA，休眠電流只有1μA。選擇8位單片機(jī)PIC16F1823作為CPU，待機(jī)狀態(tài)下電流為20nA，空閑狀態(tài)可進(jìn)入超低功耗休眠模式，工作溫度范圍為-40℃~125℃。

單片機(jī)工作于外部晶振模式可使工作功耗較小，也能提供精確度更高的時(shí)基，選用低頻晶振（4MHz）。ZigBee無(wú)線模塊通過(guò)串口與CPU進(jìn)行通信，配置為終端，可休眠。CPU通過(guò)拉高或拉低SLEEP_RQ引腳電平即可控制XBee是否進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠時(shí)XBee較大工作電流僅為1μA。采用TLH4902 TADIRAN電池供電，高低溫特性好，工作溫度范圍-55℃～85℃，一般壽命長(zhǎng)達(dá)20年。

圖3 測(cè)溫終端系統(tǒng)框圖

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2.3智能除濕監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)

智能除濕監(jiān)控終端采用分體設(shè)計(jì)模式，由控制模塊和潮汐驅(qū)動(dòng)模塊組成(如圖5所示)?？刂颇K包括電源轉(zhuǎn)換模塊、溫濕度采集模塊、微處理器模塊、繼電器輸出模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊和通信模塊

單片機(jī)采用微芯片的16位PIC24FJ64G -004。其主要功能特點(diǎn)如下:多達(dá)26個(gè)可用的外圍引腳；2個(gè)I2C模塊；2個(gè)通用異步收發(fā)器模塊；5個(gè)帶可編程預(yù)分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；4個(gè)外部中斷源。電源轉(zhuǎn)換模塊的220伏至12V部分采用臺(tái)灣魏明的開(kāi)關(guān)電源模塊RPS-712，輸出電流范圍為0~6.3A，紋波和噪聲為100兆歐，電壓精度為2.0%，輸入電壓范圍為90 ~ 264伏交流電或70 ~ 127伏DC。

溫濕度傳感器采用森西里奧公司的SHT11，具有集成度高、功能全面、體積小、響應(yīng)速度超快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。溫度采集范圍:-40℃~+120℃，精度:25℃0.5℃，0 ~ 40℃0.9℃；濕度采集范圍:0 ~ 100%相對(duì)濕度，精度:3.5%相對(duì)濕度；傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線DATA和時(shí)鐘線SCK傳輸數(shù)據(jù)。

開(kāi)關(guān)值為無(wú)源或有源輸入信號(hào)，經(jīng)PC817光電隔離后輸入單片機(jī)。無(wú)線通信模塊配置為路由器模式，不會(huì)休眠。潮汐驅(qū)動(dòng)模塊中的加熱和溫度控制裝置擴(kuò)展了接線盒中現(xiàn)有的加熱板，電源電壓為220伏。由于加熱速度快，除濕效果不明顯，用于控制接線盒中的環(huán)境溫度。制冷除濕裝置為半導(dǎo)體制冷除濕機(jī)，由兩組風(fēng)扇、兩組導(dǎo)熱金屬塊、半導(dǎo)體制冷片和接水板組成。為了提高冷凝控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)性能，采用閉環(huán)控制BUCK電路實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)除濕機(jī)的輸出功率。

無(wú)線溫濕度控制器作為終端箱防潮控溫的核心，由溫濕度采集處理模塊、ZigBee通信模塊、紅外通信模塊和控制策略模塊組成。主要流程圖如圖6所示。

圖6控制器主要流程圖

5]。電源轉(zhuǎn)換模塊將220V交流電源轉(zhuǎn)換成直流12V、直流5V、直流3.3V輸出，供給其他模塊使用。溫濕度采集模塊可以采集溫濕度數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。

微處理器用于控制溫濕散熱片、溫濕度的采集，信息處理，控制命令的處理，并管理其他模塊。繼電器輸出模塊根據(jù)微處理器模塊發(fā)出的指令，控制制冷裝置和加熱裝置的工作。開(kāi)關(guān)量采集模塊可以通過(guò)門(mén)限開(kāi)關(guān)采集柜門(mén)狀態(tài)，或通過(guò)空開(kāi)輔助模塊采集空開(kāi)的狀態(tài)。通信模塊主要負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)線傳輸。驅(qū)潮模塊由加熱控溫裝置和制冷除濕裝置組成。

圖5 智能除濕監(jiān)控結(jié)構(gòu)終端圖

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中央處理器每1秒采集一次溫濕度值并進(jìn)行判斷處理；每隔30秒，通過(guò)無(wú)線通信模塊上傳溫濕度值、露點(diǎn)值、除濕設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)；當(dāng)中央處理器接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，根據(jù)控制代碼判斷是通過(guò)ZigBee通信還是紅外模塊進(jìn)行處理。紅外模塊支持紅外手持設(shè)備讀取附近的終端數(shù)據(jù)。

控制終端通過(guò)兩種方式?jīng)Q定是否啟動(dòng)除濕防潮設(shè)備進(jìn)行除濕和溫度控制。

一是根據(jù)溫度和相對(duì)濕度計(jì)算露點(diǎn)值，并將露點(diǎn)值與當(dāng)前溫度的差值作為除濕機(jī)的啟動(dòng)條件。根據(jù)溫度和預(yù)設(shè)閾值之間的比較來(lái)確定。

其次，強(qiáng)制啟動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的軟件窗口分配除濕設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，時(shí)間到達(dá)后除濕設(shè)備返回到原始狀態(tài)。以上兩種方法構(gòu)成了除濕防潮設(shè)備相對(duì)完善的控制方法。

3通信管理機(jī)的設(shè)計(jì)

通信管理機(jī)是基于RCM6760模塊的嵌入式系統(tǒng)。其功能是通信管理和協(xié)議轉(zhuǎn)換。硬件結(jié)構(gòu)可以分為兩部分:系統(tǒng)和接口。系統(tǒng)部分是通信管理機(jī)的核心硬件，主要包括中央處理器、存儲(chǔ)器、復(fù)位及其外圍電路。CPU采用RCM6760，具有體積小、內(nèi)置時(shí)鐘芯片、多串口、外設(shè)豐富等優(yōu)點(diǎn)。它適用于多串口多任務(wù)的嵌入式系統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

此外，該模塊的編譯環(huán)境中移植了μC/OS-II，大大縮短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期。RCM6760模塊帶有1MB閃存作為程序存儲(chǔ)器。板載4位串行閃存AT45DB041B用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)內(nèi)容包括:歷史故障信息、所有通信協(xié)議和串行通信接口的設(shè)置參數(shù)。通信管理機(jī)的接口電路包括以太網(wǎng)模塊、ZigBee模塊等。其中，ZigBee模塊采用XBee PRO模塊，配置為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)

定時(shí)管理任務(wù)主要負(fù)責(zé)定時(shí)和延時(shí)，包括以太網(wǎng)重傳延時(shí)、以太網(wǎng)傳輸延時(shí)和心跳包傳輸延時(shí)功能。數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳和心跳數(shù)據(jù)包上傳的默認(rèn)時(shí)間間隔分別為5分鐘和2分鐘。數(shù)據(jù)分析任務(wù)主要負(fù)責(zé)與主站服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。操作對(duì)象是全局變量、以太網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)和以太網(wǎng)接收緩沖區(qū)。物理層根據(jù)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)議層根據(jù)主站協(xié)議進(jìn)行分析和封裝。

ZigBee通信任務(wù)負(fù)責(zé)與各個(gè)終端的數(shù)據(jù)交換。通信協(xié)議是底層終端的串口通信協(xié)議。ZigBee通信任務(wù)的操作對(duì)象是全局變量、ZigBee數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)和ZigBee數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，如圖7所示。

ZigBee通信任務(wù)分為兩部分:發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。分布式數(shù)據(jù)可以分為兩類(lèi):首先類(lèi)是分布式查詢?nèi)蝿?wù)；第二類(lèi)是更改任務(wù)，包括閾值設(shè)置、手動(dòng)自動(dòng)設(shè)置和起止控制。

在通信協(xié)議方面，設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一的幀格式，具體說(shuō)明如表1所示。地址字段代表終端設(shè)備的地址，命令代碼包括設(shè)置終端參數(shù)、讀取終端數(shù)據(jù)、終端報(bào)警、通信響應(yīng)等功能。校驗(yàn)和和響應(yīng)機(jī)制用于處理通信錯(cuò)誤，提高通信的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

在正常通信過(guò)程中，如果接收方接收到正確的數(shù)據(jù)并且驗(yàn)證一致，它將向發(fā)送方返回響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)發(fā)生通信錯(cuò)誤，即校驗(yàn)失敗時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送方無(wú)法在預(yù)設(shè)的時(shí)限內(nèi)收到對(duì)方的響應(yīng)信號(hào)，因此需要延遲重傳。

表1幀格式描述

6]。

通訊管理機(jī)的軟件設(shè)計(jì)部分按功能將任務(wù)劃分為定時(shí)管理、以太網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)解析和ZigBee通信任務(wù)[7]。各任務(wù)間的關(guān)系如圖7所示。

圖7 通信管理機(jī)任務(wù)

-[

4.上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

變電站10kV開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)由六個(gè)模塊組成:系統(tǒng)管理、臺(tái)賬信息建立和維護(hù)、開(kāi)關(guān)柜監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)展現(xiàn)、國(guó)企事件管理和系統(tǒng)幫助[8]。

其中，系統(tǒng)管理模塊包括用戶管理、角色管理、模塊管理、部門(mén)管理等功能，為系統(tǒng)提供了靈活的權(quán)限配置和可靠的安全性。賬戶信息建立和維護(hù)模塊可用于建立、維護(hù)、變更和查詢系統(tǒng)、通信管理機(jī)、電壓等級(jí)和開(kāi)關(guān)柜設(shè)備信息等。開(kāi)關(guān)柜監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前開(kāi)關(guān)柜溫度、濕度、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行模式和運(yùn)行狀態(tài)。歷史數(shù)據(jù)模塊可以查看開(kāi)關(guān)柜監(jiān)控的歷史信息，并提供生成和打印歷史數(shù)據(jù)報(bào)表以及開(kāi)關(guān)柜歷史數(shù)據(jù)對(duì)比圖的功能；SOE事件模塊用于檢查各種設(shè)備的異常數(shù)據(jù)，確認(rèn)異常數(shù)據(jù)并填寫(xiě)原因；系統(tǒng)幫助模塊提供系統(tǒng)說(shuō)明。

結(jié)論

該系統(tǒng)采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)終端成為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并能在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)以加密形式傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通信管理機(jī)作為通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控設(shè)備之間的接口設(shè)備，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，需要接收來(lái)自下層眾多終端的ZigBee模塊的數(shù)據(jù)包。

設(shè)計(jì)中采用了基于RCM6760的嵌入式操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通信采用API操作模式，采用多對(duì)一路由模式。可以有效提高ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由效率，保證ZigBee網(wǎng)絡(luò)的暢通。利用以太網(wǎng)的光纖通道可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的互聯(lián)。

主站具有友好的人機(jī)界面、純WEB技術(shù)和B/S架構(gòu)。其功能模塊是根據(jù)供電企業(yè)的不同職能部門(mén)設(shè)計(jì)的，易于被用戶接受。因此，變電站10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是一種優(yōu)質(zhì)的開(kāi)關(guān)柜防潮控溫設(shè)備，可作為新舊開(kāi)關(guān)柜冷凝控制器的替代和首選設(shè)備。

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