開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

秦 佳

（雞西大學(xué) 電信系，黑龍江 雞西 158100）

電力系統(tǒng)正朝著高電壓，大容量的方向發(fā)展，對(duì)輸配電可靠性的要求也越來越高.在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，影響電力系統(tǒng)正常，安全運(yùn)行的因素有很多，但是，電力系統(tǒng)自身設(shè)備安全方面尤為重要.尤其是在我國大多數(shù)高壓電氣設(shè)備采用封閉結(jié)構(gòu)電氣設(shè)備長期處于滿負(fù)荷，大電流、強(qiáng)磁場、高電壓的條件下運(yùn)行，在這種條件下很容易造成熱量集結(jié)加劇，如果不能及時(shí)的監(jiān)測出電氣設(shè)備的溫升變化，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅.

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括測溫節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)和基站的軟件設(shè)計(jì).系統(tǒng)的工作方式為即測溫節(jié)點(diǎn)主動(dòng)注冊(cè)入網(wǎng)，定時(shí)上傳數(shù)據(jù)，基站采用被動(dòng)應(yīng)答方式.

1 測溫節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

測溫節(jié)點(diǎn)具有溫度采集，數(shù)據(jù)傳輸、報(bào)警、訂閱、查詢，以及參數(shù)設(shè)置功能.

測溫節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖1所示：

圖1 測溫節(jié)點(diǎn)總體的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

1.1 測溫節(jié)點(diǎn)運(yùn)行流程

首先將基站部分上電，方便測溫節(jié)點(diǎn)注冊(cè)入網(wǎng)，測溫節(jié)點(diǎn)上電后，進(jìn)入自檢狀態(tài)，若自檢出問題，將徹底關(guān)機(jī).自檢如果沒問題，則初始化默認(rèn)的參數(shù)，啟動(dòng)固定心跳和溫度變化監(jiān)測的入網(wǎng)任務(wù).考慮到測溫節(jié)點(diǎn)的功耗問題，測溫節(jié)點(diǎn)大部分工作狀態(tài)為低功耗工作狀態(tài)，由定時(shí)器喚醒，只有在喚醒狀態(tài)才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，完成任務(wù)后進(jìn)入到低功耗工作狀態(tài).

測溫節(jié)點(diǎn)絕大部分時(shí)間都是工作在運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)只有定時(shí)任務(wù)在工作，采集周期到，測溫節(jié)點(diǎn)會(huì)喚醒并采集一次溫度，此溫度將和上次歷史值相比，絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)比較值，則發(fā)送一次數(shù)據(jù).心跳周期到，測溫節(jié)點(diǎn)喚醒并采集溫度，將其溫度值發(fā)送給集中器，用于網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)連接.無應(yīng)答則按照一定閾值進(jìn)行發(fā)送，超過閾值無應(yīng)答則進(jìn)入最低功耗狀態(tài)并關(guān)機(jī).如圖2所示：

圖2 測溫節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)

若測溫節(jié)點(diǎn)程序被喚醒，則會(huì)檢查任務(wù)棧，若任務(wù)棧空閑，則會(huì)關(guān)閉無線模塊，進(jìn)入休眠狀態(tài).是否有任務(wù)，成為是否待機(jī)的條件.在執(zhí)行發(fā)包過程中，一旦發(fā)生錯(cuò)誤，累積到超過閾值，就會(huì)關(guān)機(jī)，直至掉電復(fù)位.

1.2 測溫節(jié)點(diǎn)工作流程

測溫節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給基站，基站接到測溫節(jié)點(diǎn)上傳的溫度數(shù)據(jù)后，對(duì)其做出相應(yīng)的答復(fù)，測溫節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)接收將統(tǒng)一在接收模塊中做處理.

發(fā)送數(shù)據(jù)幀流程如圖3所示：

圖3 測溫節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀流程

測溫節(jié)點(diǎn)將所采集到的溫度數(shù)值以無線方式發(fā)送給基站，基站接到測溫節(jié)點(diǎn)上傳的溫度數(shù)據(jù)后，對(duì)其做出相應(yīng)的答復(fù)，測溫節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)幀對(duì)基站傳來的數(shù)據(jù)幀接收流程如圖4所示：

圖4 測溫節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)幀流程

2 基站軟件設(shè)計(jì)

基站具有承上啟下的功能，承接無線測溫節(jié)點(diǎn)采集的溫度，上傳無線測溫節(jié)點(diǎn)采集的溫度到后臺(tái)服務(wù)器，基站層次框圖如圖5所示：

圖5 基站的層次方框圖

基站負(fù)責(zé)測溫節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，相關(guān)信息的顯示，基站中包含了測溫節(jié)點(diǎn)（即數(shù)據(jù)對(duì)象）、關(guān)系和屬性等基本成分.

其中測溫節(jié)點(diǎn)包括：節(jié)點(diǎn)號(hào)，溫度值、狀態(tài).

事務(wù)包括：時(shí)間，設(shè)置對(duì)象、設(shè)置參數(shù)、值.

基站系統(tǒng)的ER圖如圖6所示：

圖6 基站ER圖

2.1 基站運(yùn)行流程

基站先部分上電，進(jìn)入自檢狀態(tài)，若自檢出問題，將徹底關(guān)機(jī).基站檢測自身的狀態(tài)，包括溫度值，溫升值等，發(fā)現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)告給上位機(jī)，保證設(shè)備的安全運(yùn)行.若基站自身檢測沒有問題，則初始化默認(rèn)的參數(shù)，進(jìn)入工作狀態(tài).

初始化之后，基站將會(huì)刷新界面以保證新上傳的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的顯示出來，確保超過閾值的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)報(bào)警.

測溫節(jié)點(diǎn)在規(guī)定的周期內(nèi)連續(xù)采集高壓開關(guān)柜內(nèi)動(dòng)靜觸點(diǎn)的溫度，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)取平均值，這一系列工作后將得到的溫度數(shù)據(jù)平均值打包，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接口芯片CC2520發(fā)送給基站，測溫節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)包之后微處理器由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為超低功耗狀態(tài)即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到下一個(gè)時(shí)間片的到來才會(huì)被喚醒繼而進(jìn)入工作狀態(tài).

2.2 基站工作流程

溫度監(jiān)測系統(tǒng)利用無線溫度傳感器可實(shí)時(shí)采集測溫節(jié)點(diǎn)的溫度值.當(dāng)測溫節(jié)點(diǎn)采集的溫度超過閾值或者溫升超過正常值時(shí)，無線接收改為實(shí)時(shí)接收測溫節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù).當(dāng)溫度正常時(shí)，無線接收改為周期性的接收測溫節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù).基站要完成測溫節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的查詢，節(jié)點(diǎn)是處于工作狀態(tài)還是休眠狀態(tài)，以及基站對(duì)測溫節(jié)點(diǎn)上傳溫度數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)回復(fù)都是在基站無線收發(fā)模塊中完成的.

基站發(fā)送數(shù)據(jù)幀的基本流程是，基站部分上電后先會(huì)去讀取任務(wù)棧，看看當(dāng)前是否有任務(wù)，如果有緊急任務(wù)將會(huì)去執(zhí)行當(dāng)前的任務(wù)，如果檢查任務(wù)棧當(dāng)前沒有任務(wù)，基站將會(huì)處于無任務(wù)狀態(tài)，當(dāng)有待發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在任務(wù)棧隊(duì)列中清除一次待發(fā)送數(shù)據(jù)，并且打開無線發(fā)送設(shè)備發(fā)送，若發(fā)送失敗，則會(huì)返回到讀取任務(wù)棧，直到發(fā)送成功結(jié)束.

基站對(duì)測溫節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收，當(dāng)測溫節(jié)點(diǎn)要求上傳數(shù)據(jù)包時(shí)，基站檢查任務(wù)棧是否空閑，如果任務(wù)棧處于空閑狀態(tài)，將分析測溫節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)包的屬性，是否滿足入網(wǎng)請(qǐng)求，檢查測溫節(jié)點(diǎn)ID，并進(jìn)行本地配置，如果滿足入網(wǎng)條件，則組織數(shù)據(jù)幀，將數(shù)據(jù)幀上傳，檢查基站配置是否滿足條件將測溫節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)包送至存儲(chǔ)以及顯示處理，并根據(jù)基站本地配置，組織對(duì)測溫節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)幀的應(yīng)答幀，做出相應(yīng)的應(yīng)答.

高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)通過對(duì)開關(guān)柜內(nèi)母線觸點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的及時(shí)采集、分析和處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開關(guān)柜母線觸點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，這對(duì)于保障電氣設(shè)備的穩(wěn)定工作起到一定的作用.

3 結(jié)論

變電站中電氣設(shè)備的供電全部是通過變電站高壓開關(guān)柜組來完成和實(shí)現(xiàn)的,若變電站內(nèi)有一個(gè)開關(guān)柜發(fā)生故障并沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障，勢必會(huì)影響到整個(gè)機(jī)組的生產(chǎn)運(yùn)營和管理，其損失較大.因此開發(fā)變電站高壓開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的.

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