CN109506798A - 一种高压开关柜触头温度监测*** - Google Patents

一种高压开关柜触头温度监测*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种高压开关柜触头温度监测***，所述***包括上位机、温度数据采集控制器、温度数据采集无线模块以及无线传输温度传感器；所述上位机通过预设数据处理接口与所述温度数据采集控制器相连，所述温度数据采集控制器通过所述温度数据采集无线模块与所述无线传输温度传感器进行数据交互。本申请提供的技术方案，能够实时监测触头温度，并针对过热的触头进行报警。

Description

一种高压开关柜触头温度监测***
技术领域
本申请涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种高压开关柜触头温度监测***。
背景技术
在发电厂、供电部门变电站和无人值守变电站等部门，高电压、大电流运行条件下的高压开关插接触头和开关内触头(油、气体、真空)，时有因触头温度过高引发火灾事故的事件发生，为此，高压开关柜开关触头温度的实时监测、温度阈值报警的需求越来越被人们所认识、理解和接受。
为实现高压开关柜插接触头、上下隔离刀闸、电缆接头、铜铝排压接面、金属封闭开关等设备的温度监控和测量，开发研制一种安全、实时、实用的温度监测、报警***，完成上述功能是非常必要的。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高压开关柜触头温度监测***，能够实时监测触头温度，并针对过热的触头进行报警。
为实现上述目的，本申请提供一种高压开关柜触头温度监测***，所述***包括上位机、温度数据采集控制器、温度数据采集无线模块以及无线传输温度传感器；所述上位机通过预设数据处理接口与所述温度数据采集控制器相连，所述温度数据采集控制器通过所述温度数据采集无线模块与所述无线传输温度传感器进行数据交互，其中：
所述无线传输温度传感器安装于触头的预设位置处，用于实时采集所述触头的温度数据，并将采集的所述温度数据通过无线通信的方式发送至所述温度数据采集无线模块；
所述温度数据采集控制器用于通过所述温度数据采集无线模块接收所述无线传输温度传感器上传的温度数据，并实时显示所述温度数据，当所述温度数据高于预设温度阈值时，发出报警信息；
所述上位机，用于巡回查询各个所述温度数据采集控制器的温度数据，并存储查询的所述温度数据，以及根据查询的所述温度数据判断是否发出报警信息。
进一步地，所述预设数据处理接口为RS-485通信接口，所述上位机可同时与多达200台温度数据采集控制器相连，每台所述温度数据采集控制器可同时与多达6个无线传输温度传感器进行数据交互。
进一步地，所述无线传输温度传感器是型号为DA18B20的温度传感器，所述无线传输温度传感器的参数如下所示：
所述无线传输温度传感器的测量温度范围为-55℃至+125℃，其中，在-10℃至+85℃范围内，测量精度为±0.5℃；所述无线传输温度传感器的测量分辨率可通过程序设定9至12位，并且所述无线传输温度传感器的接口方式为单总线方式。
进一步地，所述温度数据采集控制器选用型号为PIC16F690的单片机，所述单片机的参数如下所示：
所述单片机除了跳转指令以外，所有指令都是单周期；所述单片机的工作速度为DC-20MHz振荡器/时钟输入，指令周期为DC－200ns，中断能力8级深硬件堆栈，软件可选择频率范围为8MHz到32kHz，工作电压范围为2.0V-5.5V，并且配置有看门狗定时器和闪存。
进一步地，所述温度数据采集无线模块选用型号为nRF905的射频芯片，所述射频芯片包括频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器以及调制器。
进一步地，所述射频芯片的参数如下所示：
最高工作速率为50kbps，通信距离可达300米，通过SPI接口与所述温度数据采集控制器相连接，采用ShockBurst的传输模式，自动生成前导码和CRC校验码，工作电压范围为1.9V～3.6V，待机模式下电流为12.5μA，工作温度范围为-40℃～+85℃。
进一步地，所述射频芯片在数据发送过程中，当所述温度数据采集控制器有数据要发送时，通过SPI接口将接收点地址和要发送的数据送传给所述射频芯片，所述温度数据采集控制器置高trx_ce引脚和tx_en引脚，以激活所述射频芯片的发送模式；如果auto_retran引脚被置高，所述射频芯片不断重发数据，直到trx_ce引脚置低；当trx_ce引脚被置低，所述射频芯片发送过程完成，自动进入空闲模式；其中，一旦发送数据的过程开始，无论trx_en引脚和tx_en引脚是高或低，发送过程都会被处理完，只有在前一个数据包被发送完毕的情况下，所述射频芯片才能接受下一个发送数据包。
进一步地，所述射频芯片在数据接收过程中，当trx_ce引脚为高、tx_en引脚为低时，所述射频芯片进入接收模式；650us后，所述射频芯片不断监测，等待接收数据；当所述射频芯片检测到同一频段的载波时，载波检测cd置高；当接收到一个相匹配的地址，am引脚被置高；当一个正确的数据包接收完毕，所述射频芯片自动移去字头、地址和crc校验位，然后把dr引脚置高；当所述温度数据采集控制器把trx_ce引脚置低时，所述射频芯片进入空闲模式；所述射频芯片通过SPI接口，以指定的速率把数据移到所述温度数据采集控制器，当所有的数据接收完毕，所述射频芯片把dr引脚和am引脚置低；所述射频芯片此时可以进入shockbursttm接收模式、shockbursttm模式或关机模式；当正在接收一个数据包时，trx_ce引脚或tx_en引脚电平发生变化，所述射频芯片立即退出接收模式，数据包丢失。
由上可见，本申请通过连续监测，温度数据采集控制器可显示出每个带电触头的温度值，实现触头温度的实时显示和过热报警，并可将温度值通过RS-485接口传到上位机作进一步处理，实现集中远程监测过热报警。
附图说明
图1为本申请中高压开关柜触头温度监测***的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请提供一种高压开关柜触头温度监测***，所述***包括上位机1、温度数据采集控制器2(以下可简称控制器)、温度数据采集无线模块3以及无线传输温度传感器4(以下可简称传感器或者温度传感器)；所述上位机1通过预设数据处理接口5与所述温度数据采集控制器2相连，所述温度数据采集控制器2通过所述温度数据采集无线模块3与所述无线传输温度传感器4进行数据交互，其中：
所述无线传输温度传感器4安装于触头的预设位置处，用于实时采集所述触头的温度数据，并将采集的所述温度数据通过无线通信的方式发送至所述温度数据采集无线模块3；
所述温度数据采集控制器2用于通过所述温度数据采集无线模块3接收所述无线传输温度传感器4上传的温度数据，并实时显示所述温度数据，当所述温度数据高于预设温度阈值时，发出报警信息；
所述上位机1，用于巡回查询各个所述温度数据采集控制器2的温度数据，并存储查询的所述温度数据，以及根据查询的所述温度数据判断是否发出报警信息。
在实际应用中，***由上位机及通信接口、温度数据采集控制器、温度数据采集无线模块、无线传输温度传感器等4部分组成。上位机与控制器采用RS(RecommendedStandard，推荐标准)-485通信。可以连接多达200台温度数据采集控制器。每台控制器可以配接6个温度传感器。所以，***能满足一般规模的供电***开关柜开关触点温度监测的需求。无线传输温度传感器与控制器之间通过温度数据采集无线模块实现信号无线传输，保证了***电路及高压电器设备的安全。传感器安装在触头的适当位置，保证温度数据的实时性。
总的来说，无线传输温度传感器实时检测触头温度；控制器和传感器之间无线传输温度数据；控制器巡回检测6个触头实时温度值，并可以就地显示和报警阈值设置；监控室计算机巡回采集各个控制器的温度数据，进行保存、处理、阈值报警。
下面分别介绍其中的多个器件：
1.传感器
温度传感器选用DA18B20。
这个传感器的测量温度范围为-55℃～+125℃；在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。测量参数可配置；DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9～12位；完全能满足本***的温度测量需求。
DS18B20是单总线的接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点；在使用中不需要任何***元件；供电方式灵活；DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使***结构更趋简单，可靠性更高；另外器件具有掉电保护功能；DS18B20内部含有EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，带电可擦可编程只写存储器)，在***掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。
2.控制器
控制器是连接温度传感器和上位机的部件。控制器与上位机之间采用RS485串行总线，可以接收和执行上位机发送的命令；通过无线传输模块实现控制器与温度传感器之间的数据传送，允许接驳多至6个温度传感器；另外还具有不同方式的显示实时温度和报警功能。
控制器处理器选用PIC16F690高性能单片机。该单片机除了跳转指令以外，所有指令都是单周期的，工作速度：DC(Direct Current，直流电)-20MHz振荡器/时钟输入；指令周期：DC－200ns；中断能力8级深硬件堆栈。软件可选择频率范围：8MHz到32kHz；宽工作电压范围(2.0V-5.5V)；工业级和扩展级温度范围；增强型低电流看门狗定时器(WatchDogTimer，WDT)，高耐久性的闪存EEPROM。
其中的存储单元：闪存耐写次数达100000次，EEPROM耐写次数达1000000次，闪存/数据EEPROM的数据保持期：>40年；增强型USART(Universal Synchronous/AsynchronousReceiver/Transmitter，通用同步/异步串行接收/发送器)模块：支持RS-485、RS-232和自动波特率检测；低功耗特性：待机电流：2.0V时典型值为50nA。
3.温度数据采集无线模块
温度数据采集无线模块选用了nRF905模块。nRF905工作于433、868、915MHz 3个工业、科学和医学频道，其中433频段可以***。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能组成，不需要外加声表滤波器也可以有良好的通信效果。其配置的SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)可以和任何处理器进行通信，其中地址、输出功率和通信频道可通过程序进行配置，所以可以用于多机通信。
nRF905的主要技术指标：最高工作速率50kbps，通信距离可达300米左右；通过SPI接口与MCU连接；ShockBurst(突发通信)传输模式，自动生成前导码和CRC(CyclicRedundancy Check，循环冗余校验)校验码；工作电压范围：1.9V～3.6V，待机模式下电流仅为12.5μA；工作温度范围：-40℃～+85℃。
nRF905数据的收发过程：
A、数据发送过程：当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口将接收点地址和要发送的数据送传给nrf905；微控制器置高trx_ce和tx_en，激活nrf905发送模式；nrf905发送数据。如果auto_retran被置高，rf905不断重发，直到trx_ce置低；当trx_ce被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。一旦发送数据的过程开始，无论trx_en和tx_en引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。
B、数据接收过程
当trx_ce为高、tx_en为低时，nRF905进入接收模式；650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测cd置高；当接收到一个相匹配的地址，am引脚被置高；当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和crc校验位，然后把dr引脚置高；微控制器把trx_ce置低，nrf905进入空闲模式；mcu器通过spi口，以一定的速率把数据移到mcu，当所有的数据接收完毕，nRF905把dr引脚和am引脚置低；nRF905此时可以进入shockbursttm接收模式、shockbursttm模式或关机模式。当正在接收一个数据包时，trx_ce或tx_en电平发生变化，nRF905会立即退出接收模式，数据包丢失。
4.串行通信
串行通信电路采用RS485通信，接口芯片为75LBC184。工作温度为–40℃至85℃。
①通讯格式：RS485；波特率4800bps。
②字节内容：所有字节都为16进制格式。
③数据格式符合常规通信协议。
上位机下发：55，下位机号，FE 66 77。
下位机回复：AA，下位机号，下位机点数，8位状态位，环境温度高位，环境温度低位，第1点温度高位，第1点温度低位，第2点温度高位，第2点温度低位，...，第n点温度高位，第n点温度低位，CRC校验。
主要技术指标：
温度测量范围：-30℃～+125℃
温度测量精度：±3℃
无线传输距离：户内≥20米
发射模块电池寿命：5年
发射模块工作温度范围：-40℃～+85℃；
接收模块工作温度范围：-20℃～75℃；
工作电压：4.5V～5.5V；
工作电源：DC 24V；
工作温度：-20℃～85℃；
最大数据传输率：100kbps；
存储温度：-30℃～85℃；
前端工作频段：433MHz、868MHz、915MHz、2.4GHz；
无线射频收发***设计符合FCC(Federal Communications Commission，美国联邦通信委员会)标准和ETSI EN(The European Telecommunications StandardsInstitute，telecommunications series，欧洲通信标准委员会，通信系列)300 220-1标准；
串行通信标准RS-485接口；
报警温度可通过RS-485接口设定(出厂设定为90℃)；
报警通过液晶显示屏显示，同时可通过RS-485接口输出。
由上可见，本申请通过连续监测，温度数据采集控制器可显示出每个带电触头的温度值，实现触头温度的实时显示和过热报警，并可将温度值通过RS-485接口传到上位机作进一步处理，实现集中远程监测过热报警。
上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (8)

1.一种高压开关柜触头温度监测***，其特征在于，所述***包括上位机、温度数据采集控制器、温度数据采集无线模块以及无线传输温度传感器；所述上位机通过预设数据处理接口与所述温度数据采集控制器相连，所述温度数据采集控制器通过所述温度数据采集无线模块与所述无线传输温度传感器进行数据交互，其中：
所述无线传输温度传感器安装于触头的预设位置处，用于实时采集所述触头的温度数据，并将采集的所述温度数据通过无线通信的方式发送至所述温度数据采集无线模块；
所述温度数据采集控制器用于通过所述温度数据采集无线模块接收所述无线传输温度传感器上传的温度数据，并实时显示所述温度数据，当所述温度数据高于预设温度阈值时，发出报警信息；
所述上位机，用于巡回查询各个所述温度数据采集控制器的温度数据，并存储查询的所述温度数据，以及根据查询的所述温度数据判断是否发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述预设数据处理接口为RS-485通信接口，所述上位机可同时与多达200台温度数据采集控制器相连，每台所述温度数据采集控制器可同时与多达6个无线传输温度传感器进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述无线传输温度传感器是型号为DA18B20的温度传感器，所述无线传输温度传感器的参数如下所示：
所述无线传输温度传感器的测量温度范围为-55℃至+125℃，其中，在-10℃至+85℃范围内，测量精度为±0.5℃；所述无线传输温度传感器的测量分辨率可通过程序设定9至12位，并且所述无线传输温度传感器的接口方式为单总线方式。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述温度数据采集控制器选用型号为PIC16F690的单片机，所述单片机的参数如下所示：
所述单片机除了跳转指令以外，所有指令都是单周期；所述单片机的工作速度为DC-20MHz振荡器/时钟输入，指令周期为DC－200ns，中断能力8级深硬件堆栈，软件可选择频率范围为8MHz到32kHz，工作电压范围为2.0V-5.5V，并且配置有看门狗定时器和闪存。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述温度数据采集无线模块选用型号为nRF905的射频芯片，所述射频芯片包括频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器以及调制器。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述射频芯片的参数如下所示：
最高工作速率为50kbps，通信距离可达300米，通过SPI接口与所述温度数据采集控制器相连接，采用ShockBurst的传输模式，自动生成前导码和CRC校验码，工作电压范围为1.9V～3.6V，待机模式下电流为12.5μA，工作温度范围为-40℃～+85℃。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述射频芯片在数据发送过程中，当所述温度数据采集控制器有数据要发送时，通过SPI接口将接收点地址和要发送的数据送传给所述射频芯片，所述温度数据采集控制器置高trx_ce引脚和tx_en引脚，以激活所述射频芯片的发送模式；如果auto_retran引脚被置高，所述射频芯片不断重发数据，直到trx_ce引脚置低；当trx_ce引脚被置低，所述射频芯片发送过程完成，自动进入空闲模式；其中，一旦发送数据的过程开始，无论trx_en引脚和tx_en引脚是高或低，发送过程都会被处理完，只有在前一个数据包被发送完毕的情况下，所述射频芯片才能接受下一个发送数据包。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述射频芯片在数据接收过程中，当trx_ce引脚为高、tx_en引脚为低时，所述射频芯片进入接收模式；650us后，所述射频芯片不断监测，等待接收数据；当所述射频芯片检测到同一频段的载波时，载波检测cd置高；当接收到一个相匹配的地址，am引脚被置高；当一个正确的数据包接收完毕，所述射频芯片自动移去字头、地址和crc校验位，然后把dr引脚置高；当所述温度数据采集控制器把trx_ce引脚置低时，所述射频芯片进入空闲模式；所述射频芯片通过SPI接口，以指定的速率把数据移到所述温度数据采集控制器，当所有的数据接收完毕，所述射频芯片把dr引脚和am引脚置低；所述射频芯片此时可以进入shockbursttm接收模式、shockbursttm模式或关机模式；当正在接收一个数据包时，trx_ce引脚或tx_en引脚电平发生变化，所述射频芯片立即退出接收模式，数据包丢失。
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