一種新型智能化電力施工安全圍欄設計

于春輝，吳昊，李焴強，張峰

（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

·班組創新·

一種新型智能化電力施工安全圍欄設計

于春輝，吳昊，李焴強，張峰

（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

安全圍欄作為電力企業常用的安全器具之一，其性能優劣將直接影響設備和人員安全。但其非智能的防護與智能電網和“三集五大”體系建設不相適應，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，以進行有效的安全管理。新圍欄以原有圍欄為基礎，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部并以電信號的形式傳遞給單片機。通過編寫相應的控制程序，快速響應，以紅色報警信號燈和蜂鳴器雙重警報誤入人員，警告其遠離設備或施工區域，有效保障人員安全。智能安全圍欄具有智能紅外警報功能，滿足智能電網的智能化、信息化的發展要求，可有效提高安全防護效率，經濟效益和社會效益顯著，具有良好的應用前景。

智能電網；安全圍欄；紅外報警；電力施工

0 引言

電力安全圍欄是變電站施工、檢修等現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人員與帶電設備保持足夠的安全距離，防止作業人員走錯間隔而發生事故。安全圍欄設置要求完整牢固、橫平豎直，要有防止安全圍欄傾倒的措施，圍欄強度以及圍欄的間隔均要滿足規定的要求。

現有安全圍欄在電力施工、維護和檢修等方面發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?，F有安全圍欄僅以安全警示帶或標示牌進行警示，而不能以強烈的視覺、聽覺等多重感官以強烈警示工作人員或行人，取得的防護

效果不夠明顯。

2）人員可擅自移動或越過安全圍欄。在實際使用中，常有作業人員、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）部分現場仍需派專人監護。在部分工作現場，例如電氣試驗中，試驗電壓高、安全距離大，試驗現場的工作范圍大，現場除裝設安全圍欄外，還需派監護人員進行看護。專設監護人員也極大地限制了人員的工作效率。

現有安全圍欄結構簡單，功能單一，雖有一定的警示作用但效果并不明顯。在電網智能化的發展要求下，現有的安全圍欄無法對人員進行有效的警示和防護，因此有必要研究一種新型智能化的安全防護圍欄。

1 智能安全圍欄電路設計

1.1 總體概況

所謂互助外語導游，即，依托互聯網平臺，使具備良好的外語能力且獲得相關導游資質的中國大學生可以憑借自身知識和語言等優勢為想要在中國旅行的外國友人提供外語導游服務。由此，既為來華外國留學生構造了新穎獨特的旅行，又為本地大學生提供發展自我、豐富閱歷的機會，由此形成雙方的共享經濟模式，所謂互助。

安全圍欄應保證人員擅自移動或越過圍欄、圍欄傾倒等情況發生時立即報警，起到保護作用，因此選擇主動式紅外探測器。其由收發裝置構成，發射裝置主動發射紅外線并被接收器接收，當信號中斷即發出報警［1-3］。智能安全圍欄在原有圍欄基礎上增設紅外收發裝置，在相鄰兩圍欄上互設紅外收發裝置，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 電路設計思路

電路以單片機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射和接收管為發射和接收裝置，由反相器芯片反相后傳遞給CPU，以CPU程序控制蜂鳴器和發光二極管組成的聲光報警電路，驅動聲光報警，系統原理如圖2所示。

圖2 電路設計

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

1.3 供電電源設計

電源模塊是系統的核心組成之一，安全可靠的供電電源是系統正常工作的基礎。為保證系統具有持續的電力供應，安全、高效、可靠的工作，系統的電源模塊選用可充電電池和開關電源雙保障的方案。在具備220 V交流接入的場合，選擇開關電源供電，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的質量和體積，選擇鋰電池作為電池模塊。該系統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，最大功耗下可連續工作20 h以上。

圖3 開關電源電路

當設備需連續工作時間較長且現場具備220 V電源情況下，接入220 V交流電源，開關電源工作。通過整流、降壓和穩壓電路的配合，最終輸出5 V直流電源供給系統，其工作原理如圖3所示?？沙潆婋姵睾烷_關電源可自動切換，保證系統能夠安全、可靠

工作。

圖4 硬件電路設計

1.4 硬件電路設計

硬件電路的設計見圖4，其中D1～D6為紅外線發生管，D7～D12為紅外線接收管，74LS14D為反相器芯片，S1鍵為電路復位鍵。電路包括紅外線發射電路、紅外線接收電路、時鐘電路、復位電路、聲光報警電路5個子電路。

紅外線發射電路由D1～D6共6個紅外線發射管組成，其負極依次接到單片機P1.2～P1.7口。當電源接通，單片機的P1口輸出均為“0”時，各個二極管均成導通狀態，發出紅外線，發射電路工作。為防止紅外線發射管電流過大，應設置串聯限流電阻，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74LS14D反相器并接入單片機P3.0～P3.5。當安全圍欄無移動或人員越過時，P3.0～P3.5輸出低電平，單片機不響應；當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，由單片機控制報警。

時鐘電路是在單片機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。復位電路采用的外部手動按鍵復位電路，采用按鍵開關操作的方式進行控制，如圖4中的S1鍵。

聲光報警電路與單片機P3.7口相連，由蜂鳴器Speaker、三極管、發光二極管等組成。當紅外接收電路驅動單片機工作，單片機P3.7口輸出一系列脈沖方波，開始驅動聲光報警電路報警，此時發光二極管閃爍，蜂鳴器發出聲響，聲光并用，同時報警。

2 程序設計

根據系統的主要工作原理和硬件電路結構設計［4-6］，AT89C51的主程序工作流程如圖5所示。主程序實現的功能是：判斷紅外線接收是否中斷，并以此作為判斷依據，若中斷則控制P3.7口輸出高低電平間隔為1 s的脈沖信號去驅動聲光報警電路，直至手工按鍵停止聲光報警。主程序中需要產生間隔1 s的周期性方波信號，其設計思路為：通過定時100 ms等待，并連續計時10次最終得到一個周期為1 s的方波信號，重復此過程，最終得到一列1 s周期的方波脈沖信號，驅動聲光報警電路以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 脈沖信號產生流程

3 結語

從電路設計和程序編程兩個方面對智能安全圍欄進行了設計研究，以紅外線收發裝置的是否接通為判斷依據，控制單片機工作，啟動聲光報警電路報警。對電路的供電電路進行了系統研究，提出了以開關電源和可充電電池雙重供能的工程設計方案。智能安全圍欄具備紅外聲光報警功能，能夠有效防止外來人員誤入施工現場或帶電設備，保障人員和設備安全，性能穩定，結構簡單，具有較好的應用推廣前景。

［1］宋文緒.傳感器與檢測技術［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］余錫存.單片機原理及接口技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2000.

［3］唐桃波，陳玉林.基于AT89C51的智能無線安防報警器［J］.電子設計應用，2003，5（6）：49-51.

［4］李全利.單片機原理及接口技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［5］薛均義，張彥斌.MCS-51系列單片微型計算機及其應用［M］.西安：西安交通大學出版社，2005.

［6］徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51應用程序設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，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，從事高壓試驗等方面工作。