變電站門窗報警裝置研制

李 輝，丁 杰，陳 耀，劉 寬

(國網(wǎng)臺州供電公司，浙江 臺州 318000)

隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站監(jiān)控系統(tǒng)對于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)能有效進(jìn)行監(jiān)控，但目前監(jiān)控系統(tǒng)無法對變電站門窗進(jìn)行有效監(jiān)控，如果運(yùn)行人員進(jìn)行倒閘操作或巡視結(jié)束后忘記關(guān)閉門窗或因外力導(dǎo)致門窗打開后，若不能及時關(guān)閉可能導(dǎo)致設(shè)備受潮或小動物進(jìn)入室內(nèi)，危及設(shè)備安全運(yùn)行。依據(jù)安規(guī)，操作結(jié)束后應(yīng)隨手將門窗關(guān)閉[1]。大修時運(yùn)行人員常常進(jìn)行長時間的倒閘操作，由于操作疲勞可能會導(dǎo)致操作結(jié)束后忘記關(guān)閉開關(guān)室或保護(hù)室門窗。此外，某些倒閘操作需要頻繁出入開關(guān)室或保護(hù)室，為了操作方便，操作過程門窗會選擇敞開，結(jié)束后有時會出現(xiàn)習(xí)慣性敞開。雨雪天氣時大風(fēng)吹開門窗會導(dǎo)致雨雪進(jìn)入開關(guān)室內(nèi)，致使室內(nèi)濕度高于規(guī)定濕度，造成開關(guān)柜內(nèi)部潮氣無法有效排除，導(dǎo)致柜內(nèi)有凝露現(xiàn)象，給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來極大的隱患。如何切實有效減少運(yùn)行人員忘關(guān)門窗和其他外力因素導(dǎo)致門窗未關(guān)的現(xiàn)象，確保設(shè)備安全運(yùn)行是每一個運(yùn)行人員應(yīng)盡的職責(zé)。

考慮到目前眾多文獻(xiàn)研究了門窗報警裝置。例如文獻(xiàn)[2] 利用 AT89S52 單片機(jī)研制一種磁控報警系統(tǒng)，該報警系統(tǒng)具備密碼電路，門、窗打開后，能夠正確報警；文獻(xiàn)[3]融合云平臺設(shè)計一種遠(yuǎn)程門窗報警系統(tǒng)，解決現(xiàn)已遠(yuǎn)程系統(tǒng)成本高、功耗大等問題；文獻(xiàn)[4]利用無線技術(shù)，設(shè)計一種遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)發(fā)門窗報警系統(tǒng)；文獻(xiàn)[5]利用 AT89C54RD、單片機(jī)系統(tǒng)、無線GSM短信模塊設(shè)計一種遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)。

基于前人研究，本文結(jié)合現(xiàn)場實際利用STC90C51單片機(jī)、門磁開關(guān)和GPRS模塊研發(fā)一套變電站門窗關(guān)合報警裝置，當(dāng)門磁開關(guān)被打開時，報警裝置能實現(xiàn)現(xiàn)場報警器響同時對應(yīng)的LED燈亮，并通過GPRS模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程短信報警，提醒運(yùn)維或檢修人員及時關(guān)閉門窗。

1 報警裝置系統(tǒng)整體設(shè)計

本套報警裝置系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。由圖1可知，報警裝置以STC90C51單片機(jī)為控制核心，配合門磁開關(guān)將外部信號傳給STC90C51單片機(jī)，收到信號后啟動報警器和LED燈，同時啟動GPRS模塊。

選用的STC90C51單片機(jī)克服了89系列已被解密的缺陷，且具有價格低、功耗低、軟硬件兼容性優(yōu)等特點，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。定義STC90C51單片機(jī)采用 TTL 電平：高電平+5 V/低電平 0 V。單片機(jī)與計算機(jī)之間通信電平轉(zhuǎn)換芯片 max232，晶振頻率選為11.0592 MHz。門磁開關(guān)選用豐豪電氣有限公司MC-57A系列，其斷開時輸出高電平，閉合時輸出低電平，GPRS模塊選取捷麥通訊公司G300系列，相對于其他GPRS模塊，該模塊具有無需關(guān)心AT指令集、無需關(guān)心TCP/IP協(xié)議及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識、具有格式及透明傳輸兩種傳輸格式、無需專用的驅(qū)動程序等優(yōu)點。

本設(shè)計以變電站8扇門窗設(shè)計，對8扇門窗的門磁開關(guān)分別以M1-M8進(jìn)行編號，分別連至單片機(jī)P10-P17引腳，P21-P28控制對應(yīng)1～8盞LED燈，P32引腳接通報警器，當(dāng)門窗打開時，門磁開關(guān)輸出狀態(tài)為高電平，當(dāng)門窗關(guān)閉時，門磁開關(guān)輸出狀態(tài)為低電平。通過51單片機(jī)不斷依次讀取每個門磁開關(guān)狀態(tài)來判斷每個門窗的狀態(tài)，當(dāng)門磁開關(guān)低電平時，不作處理，當(dāng)某個門磁開關(guān)高電平時，單片機(jī)讀取該引腳信號同時傳至對應(yīng)LED燈引腳和報警器，控制對應(yīng)的LED燈點亮及報警器報警，同時通過LED燈引腳和報警器引腳信號啟動GPRS模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程報警。對于GPRS模塊使用單片機(jī)的串口2與其通信。

2 報警裝置系統(tǒng)程序設(shè)計

a.系統(tǒng)主程序設(shè)計：首先為各模塊程序初始化操作，包括外部中斷 0初始化、串口初始化以及 GPRS 模塊初始化，然后進(jìn)入整個系統(tǒng)主循環(huán)。

b.系統(tǒng)子程序設(shè)計：單片機(jī)不斷讀取門磁開關(guān)信號且信號通過中斷方式處理，如果檢測到門窗被打開信號，會置位相應(yīng)的報警標(biāo)志變量。如果有報警信號標(biāo)志，讀取門磁開關(guān)編號并啟動LED燈、報警器和GPRS模塊報警。

c.GPRS模塊短信報警子程序：采用AT指令進(jìn)行編寫，主要包括發(fā)送用戶號碼、發(fā)送報警內(nèi)容及判斷是否發(fā)送成功。

基于系統(tǒng)主程序和各子程序整個系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

3 結(jié)束語

本套報警裝置以STC90C51單片機(jī)為核心配合門磁開關(guān)和GPRS模塊實現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程報警，倒閘操作檢修工作或其他外力因素打開門窗時，能夠及時提醒運(yùn)維或檢修人員關(guān)閉門窗，有效降低了小動物或雨雪進(jìn)入開關(guān)室的幾率。裝置設(shè)計簡單、使用方便并且已經(jīng)運(yùn)用于某220 kV無人站中，并對安裝門窗進(jìn)行現(xiàn)場多次開合試驗。截至目前，報警成功率達(dá)到100%，有力保障了設(shè)備的安全運(yùn)行?？紤]到本套裝置只設(shè)計了8扇門窗，若門窗增加，可以在本裝置基礎(chǔ)上繼續(xù)定義單片機(jī)相應(yīng)引腳，進(jìn)一步完善裝置。