一種新型智能化電力施工安全圍欄設(shè)計(jì)

于春輝，吳昊，李焴強(qiáng)，張峰

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南250012）

·班組創(chuàng)新·

一種新型智能化電力施工安全圍欄設(shè)計(jì)

于春輝，吳昊，李焴強(qiáng)，張峰

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南250012）

安全圍欄作為電力企業(yè)常用的安全器具之一，其性能優(yōu)劣將直接影響設(shè)備和人員安全。但其非智能的防護(hù)與智能電網(wǎng)和“三集五大”體系建設(shè)不相適應(yīng)，因此需要迫切研究一種新型智能安全圍欄。提出了一種新型智能化安全圍欄，以進(jìn)行有效的安全管理。新圍欄以原有圍欄為基礎(chǔ)，每欄安裝兩對紅外線傳感器，用以識別人員移動或越過圍欄內(nèi)部并以電信號的形式傳遞給單片機(jī)。通過編寫相應(yīng)的控制程序，快速響應(yīng)，以紅色報(bào)警信號燈和蜂鳴器雙重警報(bào)誤入人員，警告其遠(yuǎn)離設(shè)備或施工區(qū)域，有效保障人員安全。智能安全圍欄具有智能紅外警報(bào)功能，滿足智能電網(wǎng)的智能化、信息化的發(fā)展要求，可有效提高安全防護(hù)效率，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，具有良好的應(yīng)用前景。

智能電網(wǎng)；安全圍欄；紅外報(bào)警；電力施工

0 引言

電力安全圍欄是變電站施工、檢修等現(xiàn)場工作中必須使用的安全工器具之一，正確使用安全圍欄可以確保電氣作業(yè)人員與帶電設(shè)備保持足夠的安全距離，防止作業(yè)人員走錯間隔而發(fā)生事故。安全圍欄設(shè)置要求完整牢固、橫平豎直，要有防止安全圍欄傾倒的措施，圍欄強(qiáng)度以及圍欄的間隔均要滿足規(guī)定的要求。

現(xiàn)有安全圍欄在電力施工、維護(hù)和檢修等方面發(fā)揮了一定的警示作用，但也存在一定的問題。

1）警示作用有限。現(xiàn)有安全圍欄僅以安全警示帶或標(biāo)示牌進(jìn)行警示，而不能以強(qiáng)烈的視覺、聽覺等多重感官以強(qiáng)烈警示工作人員或行人，取得的防護(hù)

效果不夠明顯。

2）人員可擅自移動或越過安全圍欄。在實(shí)際使用中，常有作業(yè)人員、施工人員等擅自移動和越過安全圍欄，造成觸電等人員傷害。很多人員傷害的典型案例也都是人員擅自移動或越過圍欄造成的。

3）部分現(xiàn)場仍需派專人監(jiān)護(hù)。在部分工作現(xiàn)場，例如電氣試驗(yàn)中，試驗(yàn)電壓高、安全距離大，試驗(yàn)現(xiàn)場的工作范圍大，現(xiàn)場除裝設(shè)安全圍欄外，還需派監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行看護(hù)。專設(shè)監(jiān)護(hù)人員也極大地限制了人員的工作效率。

現(xiàn)有安全圍欄結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，雖有一定的警示作用但效果并不明顯。在電網(wǎng)智能化的發(fā)展要求下，現(xiàn)有的安全圍欄無法對人員進(jìn)行有效的警示和防護(hù)，因此有必要研究一種新型智能化的安全防護(hù)圍欄。

1 智能安全圍欄電路設(shè)計(jì)

1.1 總體概況

所謂互助外語導(dǎo)游，即，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺，使具備良好的外語能力且獲得相關(guān)導(dǎo)游資質(zhì)的中國大學(xué)生可以憑借自身知識和語言等優(yōu)勢為想要在中國旅行的外國友人提供外語導(dǎo)游服務(wù)。由此，既為來華外國留學(xué)生構(gòu)造了新穎獨(dú)特的旅行，又為本地大學(xué)生提供發(fā)展自我、豐富閱歷的機(jī)會，由此形成雙方的共享經(jīng)濟(jì)模式，所謂互助。

安全圍欄應(yīng)保證人員擅自移動或越過圍欄、圍欄傾倒等情況發(fā)生時立即報(bào)警，起到保護(hù)作用，因此選擇主動式紅外探測器。其由收發(fā)裝置構(gòu)成，發(fā)射裝置主動發(fā)射紅外線并被接收器接收，當(dāng)信號中斷即發(fā)出報(bào)警［1-3］。智能安全圍欄在原有圍欄基礎(chǔ)上增設(shè)紅外收發(fā)裝置，在相鄰兩圍欄上互設(shè)紅外收發(fā)裝置，并且均位于安全警示帶下方5 cm處，如圖1所示。

圖1 智能安全圍欄

1.2 電路設(shè)計(jì)思路

電路以單片機(jī)AT89C51為核心，包括硬件電路和軟件編程兩個部分。硬件電路采用紅外線發(fā)射和接收管為發(fā)射和接收裝置，由反相器芯片反相后傳遞給CPU，以CPU程序控制蜂鳴器和發(fā)光二極管組成的聲光報(bào)警電路，驅(qū)動聲光報(bào)警，系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 電路設(shè)計(jì)

工作過程為：紅外發(fā)射裝置發(fā)射紅外線并被接收裝置接收，若正常接收則單片機(jī)不動作；若有人誤入電力現(xiàn)場，越過或移動圍欄，紅外線接收裝置因接收不到信號而動作，并由單片機(jī)驅(qū)動聲光報(bào)警，高分貝報(bào)警聲每隔1 s間隔警報(bào)，直至工作人員手動按鍵解除。

1.3 供電電源設(shè)計(jì)

電源模塊是系統(tǒng)的核心組成之一，安全可靠的供電電源是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。為保證系統(tǒng)具有持續(xù)的電力供應(yīng)，安全、高效、可靠的工作，系統(tǒng)的電源模塊選用可充電電池和開關(guān)電源雙保障的方案。在具備220 V交流接入的場合，選擇開關(guān)電源供電，在無外接電源的情況時選擇可充電電池供電，其中開關(guān)電源電路如圖3所示。

可充電電池的選擇范圍較多，其中價格合理而且生活中較為常用的是鉛酸蓄電池和鋰電池。為盡量降低整個系統(tǒng)的質(zhì)量和體積，選擇鋰電池作為電池模塊。該系統(tǒng)的硬件電路部分功耗較低，綜合功耗約0.7 W左右。為保證系統(tǒng)的工作時間，選用5 Ah容量的鋰電池作為電池模塊，最大功耗下可連續(xù)工作20 h以上。

圖3 開關(guān)電源電路

當(dāng)設(shè)備需連續(xù)工作時間較長且現(xiàn)場具備220 V電源情況下，接入220 V交流電源，開關(guān)電源工作。通過整流、降壓和穩(wěn)壓電路的配合，最終輸出5 V直流電源供給系統(tǒng)，其工作原理如圖3所示。可充電電池和開關(guān)電源可自動切換，保證系統(tǒng)能夠安全、可靠

工作。

圖4 硬件電路設(shè)計(jì)

1.4 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路的設(shè)計(jì)見圖4，其中D1～D6為紅外線發(fā)生管，D7～D12為紅外線接收管，74LS14D為反相器芯片，S1鍵為電路復(fù)位鍵。電路包括紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、時鐘電路、復(fù)位電路、聲光報(bào)警電路5個子電路。

紅外線發(fā)射電路由D1～D6共6個紅外線發(fā)射管組成，其負(fù)極依次接到單片機(jī)P1.2～P1.7口。當(dāng)電源接通，單片機(jī)的P1口輸出均為“0”時，各個二極管均成導(dǎo)通狀態(tài)，發(fā)出紅外線，發(fā)射電路工作。為防止紅外線發(fā)射管電流過大，應(yīng)設(shè)置串聯(lián)限流電阻，本電路中選取470 Ω。

紅外線接收電路由D7～D12共6個紅外線接收二極管組成，其后串聯(lián)74LS14D反相器并接入單片機(jī)P3.0～P3.5。當(dāng)安全圍欄無移動或人員越過時，P3.0～P3.5輸出低電平，單片機(jī)不響應(yīng)；當(dāng)有人擅自越過或移動圍欄時，中斷紅外線，P3.0～P3.5有引腳輸出高電平，由單片機(jī)控制報(bào)警。

時鐘電路是在單片機(jī)XTAL1和XTAL2的反相放大器的輸入和輸出引腳外接石英晶體振蕩器，采用的振蕩頻率為12 MHz。復(fù)位電路采用的外部手動按鍵復(fù)位電路，采用按鍵開關(guān)操作的方式進(jìn)行控制，如圖4中的S1鍵。

聲光報(bào)警電路與單片機(jī)P3.7口相連，由蜂鳴器Speaker、三極管、發(fā)光二極管等組成。當(dāng)紅外接收電路驅(qū)動單片機(jī)工作，單片機(jī)P3.7口輸出一系列脈沖方波，開始驅(qū)動聲光報(bào)警電路報(bào)警，此時發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出聲響，聲光并用，同時報(bào)警。

2 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的主要工作原理和硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［4-6］，AT89C51的主程序工作流程如圖5所示。主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：判斷紅外線接收是否中斷，并以此作為判斷依據(jù)，若中斷則控制P3.7口輸出高低電平間隔為1 s的脈沖信號去驅(qū)動聲光報(bào)警電路，直至手工按鍵停止聲光報(bào)警。主程序中需要產(chǎn)生間隔1 s的周期性方波信號，其設(shè)計(jì)思路為：通過定時100 ms等待，并連續(xù)計(jì)時10次最終得到一個周期為1 s的方波信號，重復(fù)此過程，最終得到一列1 s周期的方波脈沖信號，驅(qū)動聲光報(bào)警電路以1 s的周期閃動和蜂鳴器鳴叫，其工作流程如圖6所示。

圖5 主程序工作流程

圖6 脈沖信號產(chǎn)生流程

3 結(jié)語

從電路設(shè)計(jì)和程序編程兩個方面對智能安全圍欄進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，以紅外線收發(fā)裝置的是否接通為判斷依據(jù)，控制單片機(jī)工作，啟動聲光報(bào)警電路報(bào)警。對電路的供電電路進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了以開關(guān)電源和可充電電池雙重供能的工程設(shè)計(jì)方案。智能安全圍欄具備紅外聲光報(bào)警功能，能夠有效防止外來人員誤入施工現(xiàn)場或帶電設(shè)備，保障人員和設(shè)備安全，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的應(yīng)用推廣前景。

［1］宋文緒.傳感器與檢測技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］余錫存.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

［3］唐桃波，陳玉林.基于AT89C51的智能無線安防報(bào)警器［J］.電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2003，5（6）：49-51.

［4］李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［5］薛均義，張彥斌.MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

［6］徐愛鈞，彭秀華.單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

A New Intelligent Security Fence Used in Power Construction

YU Chunhui，WU Hao，LI Yuqiang，ZHANG Feng
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The security fence is one of commonly used instrument for electric power company.Its performance directly affects the safety of users.It is necessary to design a new intelligent security fence because the previous one is not intelligent and does not fit the smart grid and“three intensifications five systems”.A new security fence is presented to effectively manage the field security.It takes the original fence as a template and installed two infrared sensors to identify the personnel movement or the fallen fence.The infrared signal is delivered to the single chip microcomputer which can be written some control programs to control the red warning light and buzzer alarm.It can realize the function of warning people away from the equipment and the construction field.Therefore，it meets the development of intelligentization and informatization in smart grid and has a good application prospect because of its good security，economic benefits and social benefits.

smart grid；security fence；infrared alarm；power construction

TP277.1

B

1007－9904（2016）09－0070－04

2016-04-11

于春輝（1988），男，從事高壓試驗(yàn)等方面工作。