CN105606149A - 基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理*** - Google Patents

Abstract

一种基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，包括设置于多个变电站内采集变压器工作参数的传感器、现场执行控制机构、Zigbee数据采集模块、Zigbee数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、Zigbee？Modbus网关、PLC、工控机、RFID电子标签和RFID读写器，所述采集变压器工作参数的传感器分别与Zigbee数据采集模块相连接，Zigbee数据采集模块依次连接数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、Zigbee？Modbus网关、PLC和工控机，所述RFID电子标签与RFID读写器相通讯。该***可实时监测变压器的工作参数，并配有各个变压器的自身标识信息，实现更加明确地数据采集信息管理，为智能变电站和远程管理提供更加准确的数据参数基础。

Description

基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***

技术领域

本发明涉及一种配电变压器网络管理***，特别是一种基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，该监控***可用来监控变电站内变压器的工作参数，而且在传输的信息里有各个变压器的信息。

背景技术

箱式变电站包括变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备，将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。

随着自动化技术的发展，远程实时监控箱式变电站的工作环境参数(温度、湿度参数、局放参数等)及变压器的工作参数(油浸式变压器的油温参数、压力参数、振动参数、等)，对改善箱式变电站的环境，排除变压器的故障大有好处。

现有技术中，对于变压器的信息管理还没有实现网络化的信息管理，且将变压器工作工作参数和RFID电子标签信息一起传输，实现网络化统一管理的技术还没有报道。

发明内容

本发明提供一种基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，可实时监测变压器的工作参数(油浸式变压器的油温参数、压力参数、振动参数等)，并配有各个变压器的自身标识信息，实现更加明确地数据采集信息管理，实现网络化管理，为智能变电站和远程管理提供更加准确的数据参数基础。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，包括设置于多个变电站内采集变压器工作参数的传感器、现场执行控制机构、Zigbee数据采集模块、Zigbee数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、ZigbeeModbus网关、PLC、工控机、RFID电子标签和RFID读写器，所述采集变压器工作参数的传感器分别与Zigbee数据采集模块相连接，Zigbee数据采集模块依次连接数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、ZigbeeModbus网关、PLC和工控机，所述RFID电子标签与RFID读写器相通讯，RFID读写器与工控机连接；工控机上设有无线通讯接口或光纤通讯接口，工控机通过无线通讯接口或光纤通讯接口与远程管理中心相通讯；

所述采集变压器工作参数的传感器包括振动传感器、油温传感器、压力传感器；所述的振动传感器通过磁铁吸附固定在变压器油箱顶部，每相绕组的中间位置正上方；所述的油温传感器用来测量油浸式变压器的油温，位于变压器油箱的顶部，深入油中50mm-80mm；所述的压力传感器位于变压器油箱顶部，用来测量变压器的油气压力；所述RFID电子标签设置于变压器的侧部；在变压器所在变电站内设有调节温湿度的风机，当环境温湿度超出正常范围时，通过现场执行控制机构控制风机运转来自动调节环境温度和湿度。

所述的Zigbee数据处理模块包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑；

所述信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出；

所述信号变换单元是由电阻、阻抗变换器和电子开关组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；

所述隔离放大模块由电容隔离组件、放大器、电阻网络组成，其中电容隔离组件由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C6、C7组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；

嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、温度补偿传感器、网络接口和存储器，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB₂和地址总线AB₂与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB₃和地址总线AB₃与存储器连接；温度补偿传感器与DSP控制器连接，用于测量热电偶冷端环境温度和冷端自动补偿或测其他处温度；A/D转换器接收放大器的输出信号V_out。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，可实时监测变压器的工作参数(油浸式变压器的油温参数、压力参数、振动参数等)，并配有各个变压器的自身标识信息(如变压器型号，所在位置标号、管理人员等等)，实现更加明确地数据采集信息管理，为智能变电站和远程管理提供更加准确的数据参数基础。

通过采集的变电站环境参数和变压器参数及数据采集处理模块，对变电站的智能化控制提供了准确的数据基础，为变电站内环境的温湿度控制，变压器的故障分析提供了特别有效的数据。

2)采用RFID技术的配电变压器网络管理***，可以通过RFID读写器在大于10米以外的位置进行读写，使得变压器工作参数和变压器的各项信息(管理人员、型号、地理位置等)一起传输到管理中心，便于远程统一管理和监控。

附图说明

图1是基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***的整体结构示意图。

图2是数据采集处理模块的结构框图。

图3是信号接入单元原理图。

图4是信号变换单元原理图。

图5是隔离放大单元原理图。

图6是嵌入式微电脑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，包括设置于多个变电站内采集变压器工作参数的传感器、现场执行控制机构、Zigbee数据采集模块、Zigbee数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、ZigbeeModbus网关、PLC、工控机、RFID电子标签和RFID读写器，所述采集变压器工作参数的传感器分别与Zigbee数据采集模块相连接，Zigbee数据采集模块依次连接数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、ZigbeeModbus网关、PLC和工控机，所述RFID电子标签与RFID读写器相通讯，RFID读写器与工控机连接；工控机上设有无线通讯接口或光纤通讯接口，工控机通过无线通讯接口或光纤通讯接口与远程管理中心相通讯。

所述采集变压器工作参数的传感器包括振动传感器、油温传感器、压力传感器；所述的振动传感器通过磁铁吸附固定在变压器油箱顶部，每相绕组的中间位置正上方；所述的油温传感器用来测量油浸式变压器的油温，位于变压器油箱的顶部，深入油中50mm-80mm；所述的压力传感器位于变压器油箱顶部，用来测量变压器的油气压力；所述RFID电子标签设置于变压器的侧部；在变压器所在变电站内设有调节温湿度的风机，当环境温湿度超出正常范围时，通过控制风机运转来自动调节环境温度和湿度。

见图2，所述的Zigbee数据处理模块包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑。

见图3，信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3(如CD4051或CC4051)三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出，IN11、IN21和IN31为第1路信号输入端，同理，IN18、IN28和IN38为第8路信号输入端。QH为信号接入单元选通信号，低电平为选通状态，D2、D1和D0为输入端选控信号，输入信号为分时按顺序接入。其选通与控制信来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑，其信号选通接入后都由A1、A2、和A3输出给信号变換单元。

见图4，信号变换单元是由电阻R1～R11、阻抗变换器GS1～GS6和电子开关S1～S7组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；

信号变換单元将来自信号接入单元的各种信号转換(万能调理)成标准电压信号。信号变換单元接收信号接入单元输出端A1、A2、和A3端信号，通过信号变換单元的调理转換成规定的输出端B1、B2和B3的输出信号。Vout是外加基准电压，D2、D1及D0是来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑的选控信号，以控制输入信号的转换。

在嵌入式微电脑的控制下，可将mV、mA、热电阻、热电耦等信号直接变换规定的标准信号，实施时该标准信号可为5V；

见图5，隔离放大模块由电容隔离组件U₁、放大器U₂、电阻网络U₃组成，其中电容隔离组件U₁由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C6、C7组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；GL为电容开关式隔离选通信号，低电平为选通，D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑；这种电容开关式隔离，具有高可靠隔离特性，可编程放大器，线性好，依据信号自动选定量程，尤其能保证微弱数据信号放大不失真。

D0低电平时，KC11～KC22都合在左边，即电容C1和C2存入信号，D0高电平时，信号传给运算放大器U₂；U₂和U₃构成可编程放大器，即在来自嵌入式微电脑的放大选控信号下，调节数字电位器SD1、SD2和SD3的阻值，实现放大倍数的变化，即改变信号的量程，进而提高信号变换的精度；隔离放大单元实现了将调理单元与放大电路的可靠隔离，以控制增益放大电路与前端干扰，同时根据信的大小，自动选定其放大电路的增益，即选择量程，称之为可编程增益。

见图6，嵌入式微电脑包括A/D转换器U4、基准电压源、DSP控制器U5(如TMS320C54X)、温度补偿传感器DS18B20、网络接口U6和存储器U7，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB₂和地址总线AB₂与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB₃和地址总线AB₃与存储器连接；温度补偿传感器DS18B20与DSP控制器连接，用于测量热电偶冷端环境温度和冷端自动补偿或测其他处温度；A/D转换器接收放大器的输出信号V_out。为了消除环境温度对热电耦测量精度产生的影响，DSP控制器U5连接一个DS18B20一线总线式数字温度传感器；网络接口U6可采用Profibus-DP和Modbus现场总线，实现与工控机的通信；USB接口可用于程序的更新。

实施例中，A/D转换器采用±18位高分辩率A/D转换器，如美信公司产品MAX132MRC芯片，串行、低功耗，温度范围－55℃～+125℃；DSP控制器是数据采集处理的核心部件，采用德卅仪器(TI)的TMS320C2407，16位DSP；存储器为只读存储器；网络接口专用于Profibus-DP和Modbus现场总线；基准电压源为A/D转换器提供基准电压，一般采用5V或2.5V的高准确，且稳定的直流电源；USB接口为转存设置或输岀必要的信息。

Claims (3)

1.基于Zigbee和RFID技术的配电变压器网络管理***，其特征在于，包括设置于多个变电站内采集变压器工作参数的传感器、现场执行控制机构、Zigbee数据采集模块、Zigbee数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、ZigbeeModbus网关、PLC、工控机、RFID电子标签和RFID读写器，所述采集变压器工作参数的传感器分别与Zigbee数据采集模块相连接，Zigbee数据采集模块依次连接数据处理模块、Zigbee路由器节点、Zigbee网络协调器、ZigbeeModbus网关、PLC和工控机，所述RFID电子标签与RFID读写器相通讯，RFID读写器与工控机连接；工控机上设有无线通讯接口或光纤通讯接口，工控机通过无线通讯接口或光纤通讯接口与远程管理中心相通讯；

所述采集变压器工作参数的传感器包括振动传感器、油温传感器、压力传感器；所述的振动传感器通过磁铁吸附固定在变压器油箱顶部，每相绕组的中间位置正上方；所述的油温传感器用来测量油浸式变压器的油温，位于变压器油箱的顶部，深入油中50mm-80mm；所述的压力传感器位于变压器油箱顶部，用来测量变压器的油气压力；所述RFID电子标签设置于变压器的侧部；在变压器所在变电站内设有调节温湿度的风机，当环境温湿度超出正常范围时，通过控制风机运转来自动调节环境温度和湿度。

2.根据权利要求1所述的分布式智能变电站网络监控***，其特征在于，所述的Zigbee数据处理模块包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑。

3.根据权利要求2所述的分布式智能变电站网络监控***，其特征在于，所述信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出；

所述信号变换单元是由电阻、阻抗变换器和电子开关组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；

所述隔离放大模块由电容隔离组件、放大器、电阻网络组成，其中电容隔离组件由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C6、C7组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；

嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、温度补偿传感器、网络接口和存储器，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB₂和地址总线AB₂与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB₃和地址总线AB₃与存储器连接；温度补偿传感器与DSP控制器连接，用于测量热电偶冷端环境温度和冷端自动补偿或测其他处温度；A/D转换器接收放大器的输出信号V_out。