高壓母線無線測溫系統的製作方法
2023-10-05 23:27:34 2
高壓母線無線測溫系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高壓母線無線測溫系統，屬於電力領域。所述高壓母線無線測溫系統，是由RS-485通訊網絡組成的主從分布式溫度監測與管理系統；所述高壓母線無線測溫系統由母線測溫裝置、RS-485網絡通信模塊和上位機組成；所述母線測溫裝置由溫度數據採集與傳輸模塊、數據傳輸與控制模塊組成。本發明採用基於RS-485總線的主從分布式結構，既可以獨立地完成數據處理、顯示和越限報警等任務，又可以將數據傳給上位機；溫度在線監測裝置採用了無線通訊技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場幹擾性能，從根本上解決了高壓開關櫃內觸點運行溫度不易監測的難題。
【專利說明】高壓母線無線測溫系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力領域，特別涉及一種高壓母線無線測溫系統。
【背景技術】
[0002]母線是電氣主接線的中間環節，起著匯集和分配電能的作用，在電力系統中起著非常重要的作用，電力裝置中的高壓載流母線常常因接觸部位氧化、接觸鬆動、負荷過大、相問短路、散熱環境差等原因而使溫度升高，如不及時發現處理，有時會釀成安全事故，從長期安全運行要求考慮，高壓母線溫度應限制在一定範圍之內。因此採用一種適合的溫度監測方法，對電力裝置中的高壓載流母線的溫度進行在線實時監測是十分必要的。
[0003]由於高壓電氣設備一般都處於高電壓、大電流和強磁場的環境中，在實際監控中，必須要求監控對象與監測儀器之閱進行電壓隔離，其測試信號進行有效傳輸也是一直比較難以解決的問題，因此一些常規的測溫方法很難適合在高壓電氣設備中得到應用，目前，母線溫度檢測主要有以下幾種方案:
(I)採用色片
利用其顏色隨溫度的不同而變化，根據其顏色即可判斷溫度，缺點是準確度低，可靠性差，不能進行定量測量，而且對高壓母線觸點等來說，在運行時幾乎看不見顏色。
[0004](2)採用熱紅外檢測技術
優點是測量範圍大，準確度高，缺點是設各昂貴，無法檢測封閉在機櫃內的高壓母線，而且無法實現高壓設備和溫度在線檢測的一體化集成。
[0005](3)光纖測溫技術
光纖式溫度在線監測裝置，一般是採用光纖傳導信號，不受高壓和環境盼幹擾。缺點是光纖具有易折，易斷、不耐高溫的特點，在櫃內布線難度較大。
[0006](4)無線溫度監測技術
無線式溫度在線監測裝置採用無線通訊技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場幹擾性能，較好地解決了高壓開關櫃內觸點運行溫度不易監測的難題。
[0007]長期以來，高壓開關櫃內觸點運行溫度很難監測，這是因為櫃內具有裸露高壓，空間狹小，通常的溫度測量方法不能使用。儘管國內外已經研究了多種方案來監測母線溫度，但均有一定的局限性和不足。
【發明內容】
[0008]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種解決高壓開關櫃內觸點運行溫度不易監測難題的高壓母線無線測溫系統。所述技術方案如下:
本發明提供了一種高壓母線無線測溫系統，所述高壓母線無線測溫系統，是由RS-485通訊網絡組成的主從分布式溫度監測與管理系統；
所述高壓母線無線測溫系統由母線測溫裝置、RS-485網絡通信模塊和上位機組成； 所述母線測溫裝置由溫度數據採集與傳輸模塊、數據傳輸與控制模塊組成。[0009]具體地，所述溫度數據採集與傳輸模塊包括信號採集控制單元、與信號採集控制單元信號連接的A相測溫電路、B相測溫電路、C相測溫電路、無線接收模塊。
[0010]具體地，所述溫度數據採集與傳輸模塊負責母線溫度採集以及將採集數據通過無線傳輸模塊PTR4000傳輸到數據傳輸與控制模塊，由其進行處理與顯不。
[0011]具體地，所述溫度數據採集與傳輸模塊硬體電路由數字式溫度傳感器DS18B20、無線傳輸模塊PTR4000、單片機P89LPC931組成。
[0012]具體地，所述數據傳輸與控制模塊由信號連接的無線接收模塊、信號處理控制單元、顯示報警單元組成。
[0013]具體地，所述數據傳輸與控制模塊主要功能包括溫度數據的接收、顯示、越限報警、定時發出數據採集命令以及與上位機的通信。
[0014]具體地，所述數據傳輸與控制模塊的硬體電路由與溫度數據採集與傳輸模塊相對應的PTR4000數據傳輸模塊，控制核心AT89C52單片機及其外圍電路，MAX485轉換電路，LCM顯示電路組成。
[0015]具體地，所述數據傳輸與控制模塊安裝在檢測的開關櫃的櫃門外側。
[0016]具體地，所述上位機是由計算機組成的用戶監測層組成；
所述上位機、所述數據傳輸與控制模塊之間的通信為總線結構的RS-485通信網。
[0017]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
本發明採用基於RS-485總線的主從分布式結構，以測溫裝置接收模塊中的單片機AT89C52為控制核心的從機，既可以獨立地完成數據處理、顯示和越限報警等任務，又可以將數據傳給上位機；主機將這些數據進行處理、顯示、列印，同時將各種控制命令傳給各個從機，以實現集中管理和最優控制；溫度在線監測裝置採用了無線通訊技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場幹擾性能，從根本上解決了高壓開關櫃內觸點運行溫度不易監測的難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發明實施例提供的母線測溫裝置的結構框圖；
圖2是本發明實施例提供的溫度數據採集與傳輸模塊的結構框圖；
圖3是本發明實施例提供的數據傳輸與控制模塊的結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
實施例
[0021]本發明實施例提供了一種高壓母線無線測溫系統，是由RS-485通訊網絡組成的主從分布式溫度監測與管理系統。該高壓母線無線測溫系統由母線測溫裝置、RS-485網絡通信模塊和上位機組成。
[0022]具體地，參見圖1，該母線測溫裝置由溫度數據採集與傳輸模塊、數據傳輸與控制模塊組成。參見圖2，該溫度數據採集與傳輸模塊包括信號採集控制單元、與信號採集控制單元信號連接的A相測溫電路、B相測溫電路、C相測溫電路、無線接收模塊。
[0023]進一步地，該溫度數據採集與傳輸模塊負責母線溫度採集以及將採集數據通過無線傳輸模塊PTR4000傳輸到數據傳輸與控制模塊，由其進行處理與顯示等。該溫度數據採集與傳輸模塊硬體電路主要由數字式溫度傳感器DS18B20、無線傳輸模塊PTR4000、單片機P89LPC931等其它相關元器件組成。該溫度數據採集與傳輸模塊安裝在開關櫃的三相母線上，每相設置兩個溫度採集結點，所以每臺開關柜上有3X2=6個溫度結點，其中各溫度結點均為滿足Iiire通信規約的數位化結點，溫度採集結點與數據傳輸與控制模塊之間的數據傳輸和高壓隔離採用無線傳輸模塊PTR4000來實現。
[0024]進一步地，該溫度傳感器DS18B20是由美國DALLAS公司提供的一種單總線系統的數字溫度傳感器，支持多點組網功能，多個DS18B20可以並聯在唯一的三線上，實現多點測溫。
[0025]其中，每個傳感器含有特定的64位ROM編碼即ID號，它是區別不同傳感器晶片的唯一編號。所以多個DS18B20能夠連接在同一條數據線上而不會造成混亂，這為溫度的多點測量帶來了極大的方便。
[0026]其中，溫度傳感器的轉換結果以16位二進位補碼的形式存放在存儲器中，如果測量結果的溫度值高於溫度報警觸發器TH或低於TL中的值，則DS18B20的內部報警標誌位就被置位，表示溫度測量值超出範圍。溫度報警觸發器和設置寄存器都由非易失性電可擦寫存儲器(EPROM)組成，設置值可以通過相應命令寫入，一旦寫入不會因為掉電而丟失。
[0027]進一步地，該無線傳輸模塊PTR4000基於無線收發晶片，加上少量的外圍元件，構成了無線數傳模塊。PTR4000無線數傳模塊以nRF2401無線收發晶片為核心，工作在2.4GHz自由頻段，支持多點間通信，最高傳輸速率1Mbps，體積小巧(不包括天線，24X 24mm)，功耗低，標準DIP間距接口，便於嵌入式系統使用。
[0028]詳細地，nRF2401是Nordic Semiconductor公司生產的單片式無線收發晶片。它工作在全球開放的2.4GHz的ISM頻段。nRF2401由完全集成的頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調製器組成。
[0029]進一步地，該單片機P89LPC931是PHILIPS公司推出的低成本、少引腳、高集成度FLASH單片機，P89LPC931採用了高性能的處理器結構，指令執行時間只需2到4個時鐘周期。6倍於標準80C51器件。P89LPC931集成了許多系統級的功能，這樣可大大減少元件的數目和電路板面積並降低系統的成本。更好的電磁兼容性能。適合於許多要求高集成度、低成本的場合。可以滿足多方面的性能要求。
[0030]具體地，參見圖3，該數據傳輸與控制模塊由信號連接的無線接收模塊、信號處理控制單元、顯示報警單元組成。
[0031]進一步地，該數據傳輸與控制模塊主要功能包括溫度數據的接收、顯示、越限報警、定時發出數據採集命令以及與上位機的通信等。該數據傳輸與控制模塊的主要硬體電路由與溫度數據採集與傳輸模塊相對應的PTR4000數據傳輸模塊，控制核心AT89C52單片機及其外圍電路，MAX485轉換電路，LCM顯示電路等組成。該數據傳輸與控制模塊一般安裝在檢測的開關櫃的櫃門外側。
[0032]具體地，AT89C52單片機是ATMEL公司生產的標準型系列產品，是低功耗、高性能、CMOS型的8位單片機。片內自帶有8KB的EPR0M，一般應用中可以不用擴展程序存儲器。它屬於MCS-51系列，具有51內核。
[0033]具體地，RS-485採用平衡發送和差分接收方式來實現通信:在發送端TXD將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A、B兩路輸出，經傳輸後在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強的抗共模幹擾的能力，接收靈敏度也相當高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果以IOKbps速率傳輸數據時傳輸距離可達12m，而用IOOKbps時傳輸距離可達1.2km。如果降低波特率，傳輸距離還可進一步提高。另外RS-485實現了多點互連，最多可達32臺驅動器和32接收器，非常便於多器件的連接。不僅可以實現半雙工通信，而且可以實現全雙工通信。
[0034]具體地，該上位機是由計算機等組成的用戶監測層組成；上位機與數據傳輸與控制模塊之間的通信為總線結構的RS-485通信網。
[0035]本系統把溫度傳感器直接安裝在發熱點上，利用直接接觸方式來採集母線溫度，然後通過無線方式將數據發送到安裝在開關櫃櫃門表面的接收裝置上。接收裝置可以同時接收多個溫度傳感器的數據，並且整理保存後輪換顯示。
[0036]溫度數據還可以通過RS-485通信網絡發送到後臺監視計算機上，由上位機軟體進行數據處理和保存，並可以用溫度曲線的方式顯示以便分析。當溫度超過預先設定的上限值時，系統將進行聲音報警和屏幕提示處理，提醒值班人員進行緊急處理。
[0037]本發明的母線測溫系統具有以下幾個特點:
(I)多路數據檢測
每臺母線溫度測溫裝置可檢測6路信號。
[0038](2)硬體結構簡單可靠
所選用器件集成度高、功耗低、可靠性高。
[0039](3)數據無線傳輸
採用無線傳輸代替信號的傳輸導線，避免了導線內阻和分布電容的影響、環境溫度對導線的影響以及環境的電磁幹擾，這種傳輸的多同通道的溫度測量可適用於母線溫度檢測的場合，克服了因導線帶來的種種不便。
[0040](4)抗幹擾能力強
從硬體和軟體兩方面採取多項措施提高測溫裝置的抗幹擾能力。
[0041](5)掉電保護功能
本系統中，選用非易失性數據存儲器，可以在系統掉電時保護數據，因而提高了系統的可靠性。
[0042](6)低功耗
為了延長電池電源的使用壽命，本系統儘可能選用低功耗的CMOS器件。考慮到本系統每5分鐘採集一次溫度數據，其他時間整個系統不工作，所以利用時基電路，使單片機系統每5分鐘上電一次，進行數據採集、存儲、數據傳輸等操作，操作完畢後整個系統(除定時電路)斷電。這樣就可以大大降低系統的功耗。[0043](7)良好的入機交互界面。
[0044]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
本系統採用基於RS-485總線的主從分布式結構，以測溫裝置接收模塊中的單片機AT89C52為控制核心的從機，既可以獨立地完成數據處理、顯示和越限報警等任務，又可以將數據傳給上位機；主機將這些數據進行處理、顯示、列印，同時將各種控制命令傳給各個從機，以實現集中管理和最優控制；溫度在線監測裝置採用了無線通訊技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場幹擾性能，從根本上解決了高壓開關櫃內觸點運行溫度不易監測的難題。
[0045]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述高壓母線無線測溫系統，是由RS-485通訊網絡組成的主從分布式溫度監測與管理系統； 所述高壓母線無線測溫系統由母線測溫裝置、RS-485網絡通信模塊和上位機組成； 所述母線測溫裝置由溫度數據採集與傳輸模塊、數據傳輸與控制模塊組成。
2.根據權利要求1所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述溫度數據採集與傳輸模塊包括信號採集控制單元、與信號採集控制單元信號連接的A相測溫電路、B相測溫電路、C相測溫電路、無線接收模塊。
3.根據權利要求2所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述溫度數據採集與傳輸模塊負責母線溫度採集以及將採集數據通過無線傳輸模塊PTR4000傳輸到數據傳輸與控制模塊，由其進行處理與顯示。
4.根據權利要求2所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述溫度數據採集與傳輸模塊硬體電路由數字式溫度傳感器DS18B20、無線傳輸模塊PTR4000、單片機 P89LPC931 組成。
5.根據權利要求1所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述數據傳輸與控制模塊由信號連接的無線接收模塊、信號處理控制單元、顯示報警單元組成。
6.根據權利要求5所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述數據傳輸與控制模塊主要功能包括溫度數據的接收、顯示、越限報警、定時發出數據採集命令以及與上位機的通信。
7.根據權利要求5所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述數據傳輸與控制模塊的硬體電路由與溫度數據採集與傳輸模塊相對應的PTR4000數據傳輸模塊，控制核心AT89C52單片機及其外圍電路，MAX485轉換電路，LCM顯示電路組成。
8.根據權利要求5所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述數據傳輸與控制模塊安裝在檢測的開關櫃的櫃門外側。
9.根據權利要求1所述的高壓母線無線測溫系統，其特徵在於， 所述上位機是由計算機組成的用戶監測層組成； 所述上位機、所述數據傳輸與控制模塊之間的通信為總線結構的RS-485通信網。
【文檔編號】G01K7/00GK103454005SQ201310420925
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】樊世斌, 李峰 申請人:國網河南省電力公司焦作供電公司