劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：敘述了種以2. 4 G射頻技術實現(xiàn)單個溫度節(jié)點的溫度數據傳輸，以485總線實現(xiàn)單個終端的溫度數據傳輸，以以太網技術實現(xiàn)所有終端與上位機進行數據傳輸的高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)是套完整的溫度采集與監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括無線溫度采集節(jié)點，無線溫度接收終端，中間件，溫度集中采集器或上位機監(jiān)控軟件。

關鍵詞：MCU；2. 4 G；485總線；以太網

0 引言

高壓開關柜是電力系統(tǒng)中種重要的電氣設備，在對性要求*的電力系統(tǒng)中需要嚴格監(jiān)控高壓開關柜的工作狀態(tài)，其中對高壓開關柜內觸頭的溫度監(jiān)控就是項極為重要的工作。高壓開關柜內的觸頭作為母線與斷路器的交接點，本身接觸電阻比較大，在大電壓、大電流工況下容易老化而發(fā)熱，對柜內的部件造成損傷，縮短開關柜的使用壽命，嚴重時會造成器件擊穿，造成火災等嚴重事故。本文結合電力系統(tǒng)的實際需求，提出了種適用于電力系統(tǒng)的物聯(lián)網無線測溫集中采集的方案。

1 無線測溫集中采集系統(tǒng)原理

電力系統(tǒng)物聯(lián)網無線測溫系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

1.1測溫節(jié)點

測溫節(jié)點包括溫度傳感器、處理單元、通信單元和電源部分。處理單元采集溫度傳感器的溫度，再通過通信單元將溫度數據發(fā)送出去。由于測溫節(jié)點必須具備體積小、功耗低、易于安裝、使用環(huán)境多的特點，所以其電源部分使用電池供電。

1.2終端采集器

1臺終端采集器負責采集多路測溫節(jié)點，測溫節(jié)點的發(fā)送頻點必須與相應的終端采集器的接收頻點保持致。不同的終端采集器使用不同的頻點來區(qū)別，以免發(fā)生頻率碰撞。

1.3中間件

該系統(tǒng)的中間件實現(xiàn) 485 總線轉以太網的功能。對于小型的測溫網絡，比如只有幾套終端采集器，中間件可以使用簡單的單路485轉以太網接口轉化器+工業(yè)路由器實現(xiàn)；如果是大型的測溫網絡，上位機監(jiān)控軟件需要比較多的終端采集器，中間件則可以使用通信管理機。

1.4上位機監(jiān)控

上位機通過以太網與中間件連接，使用 MODBUS-RTU協(xié)議與終端采集器進行數據交換，在上位機上運行監(jiān)控軟件實現(xiàn)所有溫度節(jié)點的實時溫度顯示，同時實現(xiàn)溫度上、下限的設置，報警，事件記錄，終端采集器的配置，溫度數據的月統(tǒng)計報表及相關報表顯示等等。

2 測溫節(jié)點模塊設計

測溫節(jié)點模塊原理框圖如圖2所示。處理單元采用NEC單片機，因為NEC單片機具有良的低功耗特性；通信單元采用2. 4 G頻段的NRF24L01芯 片，該芯片支持點對點、點對多點的數據通信，在同個頻段下運行，1個接收對6個發(fā)送，同時在通信協(xié)議中人為添加節(jié)點的ID，可以擴展更多的多點通信；電源部分采用 3. 6 V 工業(yè)級電池供電，容量為1200 mA/h。

圖2 測溫節(jié)點模塊原理

NEC單片機通過自帶的AD對溫度傳感器進行AD采集，經計算轉換成為溫度值后送入射頻芯片后再發(fā)送出去。為了滿足超低功耗的需求，單片機每隔1 min進行次溫度采集和發(fā)送，其他時間處于休眠狀態(tài)。在溫度采集和發(fā)送過程中，單片機先采集溫度，然后喚醒射頻芯片，將溫度值送入該芯片后發(fā)送，然后再向其發(fā)送休眠命令，使得其進入休眠狀態(tài)，zui后單片機自身進入休眠狀態(tài)。2 min后由內部定時器喚醒單片機，進行下次的溫度采集和發(fā)送。

3 終端采集器

終端采集器原理框圖如圖3所示。單片機將射頻芯片接收的溫度節(jié)點發(fā)送過來的溫度顯示到液晶屏幕上，同時將溫度數據存儲到 EEPROM 芯片內。單片機的串口經過485轉換模塊轉換成485總線的數據，經過中間件與上位機進行基于MODBUS協(xié)議的數據通信。終端采集器中，直接由 220 V 交流電轉雙5 V電源模塊提供兩個5 V電源，分別提供給單片機系統(tǒng)和485轉換模塊。終端采集器還具有鍵盤、液晶顯示、萬年歷配置與顯示，以及EEPROM數據存儲等功能。

圖3 終端采集器原理

4 中間件

中間件的作用是將所有終端采集器的485總線連接到以太網內，實現(xiàn)上位機監(jiān)控軟件與終端采集器的無縫聯(lián)接。中間件的原理框圖如圖4所示。

圖4 中間件原理

5 上位機監(jiān)控軟件

上位機監(jiān)控軟件等效于整個無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)的溫度集中采集器，安裝在電力監(jiān)控室內，監(jiān)控人員在上位機上通過監(jiān)控軟件完成對所有溫度節(jié)點的實時溫度監(jiān)控，同時實現(xiàn)溫度過高報警，溫度實時圖表顯示，報警歷史事件查詢，下位機故障檢測等

功能。

6 高壓開關柜無線測溫小型組網系統(tǒng)

圖5為使用串口服務器作為中間件，由6套下位機無線溫度采集終端組成的高壓開關柜無線測溫小型組網系統(tǒng)。

圖5 無線測溫小型組網系統(tǒng)

7 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和專家意見的基礎上,充分吸收當前內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的款專業(yè)的無線測溫軟件。

7.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖6），系統(tǒng)設計遵循標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據軟件工程的設計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖6 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構圖

7.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數據及有關故障、gao警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。

■設備提供以下凡種告jing方式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警.

C.短信吿警，可以向人發(fā)送吿警信息短信

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。

通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

■定值設置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監(jiān)測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數據曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電前。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。

■APP（可選）

設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

7.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖7）。

圖7 電氣接點在線測溫結構圖

7.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

7.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

7.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

【參考文獻】

[1] 徐明，陽憲惠.高壓開關觸頭溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)[C].全工業(yè)控制計算機年會集.2008.

[2] 張智勇,余景華.高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)的研究與組網.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介：劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應用