基于紅外傳感器的高壓開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的研制

惠勇鋒+馬琰+孔令強(qiáng)

摘 要：紅外傳感器靈敏性較高，對于溫度的監(jiān)測與測試有良好的效果，同時(shí)能夠有效的推動(dòng)高壓開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化發(fā)展，對于確保其穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用，因此本文就基于紅外傳感器的高壓開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)展開探究，并總結(jié)出紅外傳感器的高壓開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的研制與簡單的操作流程。

關(guān)鍵詞：紅外；傳感器；高壓開關(guān)柜；溫度；實(shí)時(shí)監(jiān)測；網(wǎng)絡(luò)；研制

高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測問題由來已久，建立自動(dòng)化溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)勢在必行，而本文中的溫度監(jiān)測系統(tǒng)可在多種環(huán)境下獨(dú)立運(yùn)行，并對溫度的變化進(jìn)行判斷，在溫度超過臨界值時(shí)，會(huì)在第一時(shí)間采取一定的保護(hù)措施，以確保高壓開關(guān)柜的穩(wěn)定使用，對于提高高壓開關(guān)柜的穩(wěn)定性與使用壽命有著重要意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能簡介

在整體構(gòu)架中，6個(gè)測溫探頭分別安置在設(shè)備的底端，從分布圖中可較為詳細(xì)的看出，6個(gè)測溫探頭分別對應(yīng)三個(gè)不同的開關(guān)觸頭。在得到溫度數(shù)據(jù)后，首先通過RS485總線對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，由采集單元進(jìn)行處理，而后通過參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)將警報(bào)溫度進(jìn)行設(shè)置，并將數(shù)據(jù)傳送至主控單元進(jìn)行記錄分析，利用多個(gè)采集單元進(jìn)行信息整合，以相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)RS485總線對該系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化控制。

該系統(tǒng)的主要偵測對象以三相隔離的開關(guān)為主，以RS485總線為控制基礎(chǔ)，通過收集采集單元的信息，來對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按TIA/EIA-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行。該系統(tǒng)的設(shè)立僅以試驗(yàn)為主，至于收發(fā)器的數(shù)量及單總線等，均可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置與修改，從而使其符合實(shí)際的需要。

2 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 紅外測溫探頭的硬件實(shí)現(xiàn)

在紅外探測過程中，目標(biāo)物體與熱電冷堆存在著一定的溫差，該溫差是由于熱電堆中的傳感器過于敏感，使目標(biāo)物體的紅外輻射透過路光片時(shí)，受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，其中黑體將光線全部吸收，進(jìn)一步導(dǎo)致熱電堆的受熱不均衡，出現(xiàn)溫差電勢的現(xiàn)象，因而產(chǎn)生了溫差的情況。

受安裝環(huán)境的影響，在該系統(tǒng)安裝前，需要對傳感器的光學(xué)參數(shù)及溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握，以便紅外濾光片的波長紅外輻射透過率符合使用標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場監(jiān)測的目標(biāo)數(shù)據(jù)溫度應(yīng)保持在0-150攝氏度，其濾光片也應(yīng)以現(xiàn)場監(jiān)測目標(biāo)為基礎(chǔ)，選擇波長在7.5-141xm的范圍內(nèi)，紅外輻射透過率應(yīng)超過70%以上，進(jìn)而達(dá)到使用的基本標(biāo)準(zhǔn)。在安裝過程中，應(yīng)注意光路的交叉影響問題，要根據(jù)實(shí)際情況選擇性安裝帶有透鏡的傳感器。

2.2 數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)主控單元的硬件實(shí)現(xiàn)

由于數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)主控單元所需的系統(tǒng)資源大體相同，因此在硬件上兼顧兩者的需求，設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的電路，只是通過采用不同的接15、跳線及軟件來實(shí)現(xiàn)單元的轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)既要響應(yīng)上層的召喚，又要接收下層的數(shù)據(jù)，因此，只用80C196KC僅有的一個(gè)串口實(shí)現(xiàn)與上下層間的通訊，需要擴(kuò)展單片機(jī)的串口。對于數(shù)據(jù)采集單元而言，兩路通訊的實(shí)時(shí)性要求都不高，可以用一片PLD芯片GAL20V8控制兩個(gè)485芯片的選通，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)串口的分時(shí)復(fù)用：但對于數(shù)據(jù)主控單元而言，由于需要隨時(shí)響應(yīng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊，用分時(shí)復(fù)用的方式不能保證與上層系統(tǒng)通訊的可靠性，因此選用串口擴(kuò)展芯片ST2250外擴(kuò)出一個(gè)串口與上層通訊，而單片機(jī)自帶的串口負(fù)責(zé)與下層的通訊。

3 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 紅外測溫探頭的軟件實(shí)現(xiàn)

主程序每秒循環(huán)一次，以查詢方式取得DSl8820和A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，以中斷方式響應(yīng)數(shù)據(jù)采集單元的召喚，并將處理后的數(shù)據(jù)上送。

3.2 數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)主控單元的軟件實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)主控單元之間存在著一定的差距，其中接收數(shù)據(jù)及處理方式差距較大，但其余方面的運(yùn)行模式基本一致。在對數(shù)據(jù)處理過程中，主程序每秒循環(huán)一次，如在循環(huán)過程中，未發(fā)現(xiàn)溫度有任何異常，則可繼續(xù)循環(huán)，如溫度超過最初的設(shè)定值，則會(huì)啟動(dòng)警報(bào)對系統(tǒng)予以警示，在此期間主程序會(huì)切斷網(wǎng)絡(luò)通訊，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定?？刂栖浖膶?shí)現(xiàn)需要注意需采用MCS96匯編語言編寫，進(jìn)一步保障數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確。

報(bào)警有兩種模式：①觸點(diǎn)溫度超過環(huán)境溫度XX℃：②觸點(diǎn)溫升在XXmin內(nèi)超過XX℃。每種模式可以根據(jù)現(xiàn)場的要求通過按鍵操作設(shè)置為兩種報(bào)警級(jí)別，級(jí)別不同設(shè)置的超限值也不同，以便工作人員根據(jù)不同程度的報(bào)警形式按照規(guī)程進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。

4 現(xiàn)場校正及比對試驗(yàn)

現(xiàn)場的校正與比對試驗(yàn)應(yīng)在設(shè)備的相應(yīng)生產(chǎn)廠家進(jìn)行，以便出現(xiàn)問題時(shí)，能夠進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試。通常情況下，試驗(yàn)會(huì)采用模擬現(xiàn)場的方式，以達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，根?jù)試驗(yàn)條件的不同，部分的試驗(yàn)結(jié)果與安裝位置均有一定的差距，同時(shí)在柜內(nèi)，隔板連接柱及避雷針等設(shè)備對探頭形成一定的遮擋，使部分紅外輻射容易向周圍區(qū)域擴(kuò)散，影響了探頭的基本接收性能，所以需要對使用RAYTEK紅外測溫槍對開關(guān)柜斷開的觸頭溫度進(jìn)行測試，而后將探頭的K值大小進(jìn)行調(diào)整，使開關(guān)柜溫度與測試槍的測試溫度保持一致，同時(shí)保證環(huán)境相符，以保障試驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

在開關(guān)柜斷開的情況下，用熱風(fēng)臺(tái)給某個(gè)動(dòng)觸頭加熱，同時(shí)用RAYTEK紅外測溫槍監(jiān)測動(dòng)觸頭溫度，加熱至65℃（過熱易損壞觸頭）后，自然冷卻至室溫，在降溫過程中記錄相應(yīng)探頭的讀數(shù)，同時(shí)記下此時(shí)測溫槍的讀數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)溫度由RAYTEK紅外測溫槍獲得，實(shí)測溫度為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的讀數(shù)。但上述的試驗(yàn)忽略了瓷套的影響，為此，在現(xiàn)場針對無套觸頭和加套觸頭進(jìn)行了對比試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，加上瓷套后探頭接收到的紅外輻射增加了約10%。因此，將探頭的K'值調(diào)節(jié)到校正值的91%后，所顯示的測量讀數(shù)則可表征觸頭在合閘時(shí)的溫度。該網(wǎng)絡(luò)安裝運(yùn)行后，在現(xiàn)場監(jiān)測某35kV高壓開關(guān)柜時(shí)。發(fā)現(xiàn)某一觸頭的溫度偏高，顯示讀數(shù)為76℃，使用等溫蠟片測量該觸頭，70℃時(shí)蠟片熔化，而80℃時(shí)蠟片完好。

結(jié)束語

溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測可在液晶顯示器上得以顯示，以便技術(shù)人員進(jìn)行操控。但在智能化與自動(dòng)化發(fā)展的背景下，人工操作已無意義，需要將高壓開關(guān)柜的溫度實(shí)施監(jiān)控不斷向自動(dòng)化發(fā)展研制，紅外傳感器是自動(dòng)化的關(guān)鍵，將其有效的融入溫度監(jiān)測系統(tǒng)，有利于系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展，并可在一定程度上，提高設(shè)備的使用性能及工作效率，使其在安全穩(wěn)定的環(huán)境下工作與運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]田毅，黃新波.高壓開關(guān)柜溫升在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].高壓電器，2010（03）.