基于遠程通信通用型電氣設備智能在線監測系統

王越，陳亮，陳文杰，吳曉升，陳永杰，孔祥松

（廈門理工學院福建省高電壓技術重點實驗室，福建廈門361024）

基于遠程通信通用型電氣設備智能在線監測系統

王越，陳亮，陳文杰，吳曉升，陳永杰，孔祥松

（廈門理工學院福建省高電壓技術重點實驗室，福建廈門361024）

針對通用電氣設備裝置的智能化監測需求，提出了一種集數據監測、遠程智能防護等功能于一體的新型電氣設備智能監測系統。該系統以HT66F70A微控制器為核心，實現數據采集與處理；在Web端、微信端開發各功能模塊應用程序，實現了對電氣設備狀態及關鍵參量的一體化監測，提高了系統的可靠性和集成度。

電氣設備；互聯網；微控制器；遠程監測；云端數據

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.132

1 引言

傳統電氣設備狀態監測與控制由工程師就地完成，工程師勞動強度大、作業壓力大，同時因就地操作的滯后性及隨機性，難以對電氣設備的運行狀態進行及時地實時響應，也不能完全確保電氣設備的安全運行。因此，研究電氣設備在線監測及其在線控制對于電氣設備的應用具有重要意義[1]。

2 系統功能概述

電氣設備智能在線監測系統（見圖1）包含4大子模塊、3大子系統。在底層通過傳感器采集數據，交由MCU處理數據后，在底層顯示數據，或通過無線模塊傳輸至中控PC并寫入數據庫，進而經公網在新媒體平臺上遠程顯示各項分析數據。

2.1 數據監測系統

能夠對電壓、電流、溫度、濕度、有毒氣體泄漏、隔離開關分合狀態、手車位置（開關柜）等進行全天候監測，并通過LCD顯示屏和LED燈顯示狀態。

2.2 云端數據平臺

1）中控端將數據進行備份并傳輸至云端；

2）在Web端、微信平臺獲得歷史數據及圖表。

2.3 智能防護系統

1）異常報警：微信消息、短信和郵件告警；

2）安全鎖止：在未達開啟條件時，安全鎖無法開啟，實現人身防護；

3）多權限管理：提供多種權限控制方式，方便不同等級管理者進行管理操作或讀取操作等；

4）多層次應急預案：當各個模塊檢測到的數值達到某一級預警閾值時，應急系統將會啟動相應的預案來確保安全。

圖1 系統結構框圖

3 系統的主要功能模塊

3.1 數據采集

溫度傳感器采用I2C通訊方式，向單片機傳輸數據[2]；電壓、電流傳感器是將被測電壓與電流量轉換為1～5VDC輸出，并使用MCU的A/D轉換功能傳入數據；濕度傳感器同樣通過A/D轉換把0.1～3V DC輸出轉化為相應的數字量信號傳入單片機；開關量輸出模塊（如開關柜中的手車位置檢測、隔離開關檢測、接地開關檢測）將邏輯電平信號輸入MCU的I/0口。最后，MCU將驅動相應的LED警報燈和LCD顯示屏顯示電氣設備的狀態。

3.2 數據處理

核心MCU采用HT66F70A（8位），具有體積小、低電耗、高集成度的優點，還有ESD功能，確保單片機在電氣設備惡劣電磁環境下可靠地運行。

MCU采用限幅濾波來消噪，首先對過大的數據在編程時進行篩除。根據實際情況設定最大與最小范圍值，一旦采集到的數據不處于這個范圍內，則認為數據出錯，舍棄這次數據重新采集。最后根據傳感器所能采集到最小分辨值判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值A,每當檢測到新值時判斷：如果本次采樣值與上次采樣值之差小于等于A，則本次數據有效；否則本次數據無效,放棄本次數據，用上次數據代替本次數據。

3.3 無線傳輸與數據庫

3.3.1 無線傳輸

無線傳輸采用NRF24L01（2.4GHz）模塊，工作頻段為通用2.4/2.5GHz的ISM頻段。頻道選擇可通過SPI口設置。2.4GHz頻段傳輸距離高（可達100m），為推薦設置。模塊通過SPI口與MCU通信，同時模塊間可多對多通信，從而實現設備組網[3]。

3.3.2 數據庫與服務器搭建

監測系統數據庫采用MySQL。它具有使用方便、省去數據遷移等優點。使用數據容量較小的庫，并與其他應用放在同一臺服務器上，這樣使得讀取速度更快，而且較為經濟；將資料存放在自建的數據庫中安全性更高，大大降低數據被盜用的風險。

服務器搭建采用LAMP環境結構，因數據量較大，系統采用動態分表技術，可根據數據采集時間段進行分塊，從而達到縮短讀寫時間的目的。

3.4 云端數據平臺

3.4.1 微信端

監測系統通過HTTP協議傳輸XML格式數據到微信服務器。微信端框架根據監測系統特性進行針對性設計，由監測數據、歷史數據、菜單組成。監測數據包括實時數據及數據曲線；歷史數據由數據庫存儲，可縮放查詢；菜單可鏈接到監測Web端，實現監測數據圖形化呈現。自定義菜單可增強工程師的人機交互體驗。

3.4.2 Web端

Web端在微信端功能基礎上進行優化展示，HTML采用扁平化設計，美觀且完美適配I0S、Android等設備，報表采用Echart設計，使數據顯示更加靈活，便于統計分析。

3.4.3 分級權限管理

針對不同等級管理人員及工程師，系統設計了一套梯度控制權限管理系統。既方便不同等級操作者進行管理，也可防止不必要的誤操作而導致事故發生，從而保障系統安全、可靠運行。

4 應急預案

應急預案可預設。以開關柜為例，其應急預案包括4個預案等級：綠、黃、紅、紫。由警報燈、警報器提示。綠燈為正常狀態。

1）黃色預警工況（微信、短信、郵件提醒）

（1）持續12h溫度大于40℃；

（2）持續12h濕度大于80%；

（3）電子鎖異常；

（4）MCU供電電源低于4V。

2）紅色預警工況（電話提醒）

（1）設備溫度大于60℃；

（2）電壓大于1.1Un或者小于0.9Un；

（3）電流大于Imax。

出現嚴重工況，觸發紫色預案（直接斷電等）。

5 結語

系統基于單片機與傳感器的技術應用實現了對電氣設備的遠程在線監控，系統擁有多數據監測與多樣化數據平臺，實現了優異的人機交互與可操作性，具有性能可靠、成本低、功耗低等優點，彌補了傳統電氣設備監測所帶來的資源浪費、滯后性、隨機性等缺點。提高設備之間的信息聯系交互能力和預警能力，實現對輸變電設備的全景實時感知、多維智能監測與控制，為電氣設備遠程智能在線監控的應用奠定了一定的技術基礎[4]。

【1】李勇.低壓配電開關柜智能監控單元設計[D].成都：成都理工大學，2013.

【2】陳金艦.開關柜結構設計與制造的分析與實踐探討[J].現代制造技術與裝備，2014(4):33-34.

【3】侯磊.10kV高壓開關柜無線測溫技術研究[D].廈門：廈門大學，2014.

【4】張振國.高壓開關柜溫度在線監測系統設計[D].太原：太原理工大學，2013.

Remote-based Intelligent On-line Monitoring System for Universal Electrical Equipment

WANG Yue,CHEN Liang,CHEN Wen-jie,WU Xiao-sheng,CHEN Yong-jie,KONG Xiang-song
(High-voltage Key Laboratory,Xiamen University of Technology in Fujian Province,Xiamen 361024,China)

With the requirement of intelligent monitoring of universal electric equipment，this paper proposes a new intelligent monitoring system to the electrical equipment which is comprising data monitoring function and remote intelligent security function.The system takes HT66F70 A microcontroller as the core,realizing data acquisition and processing;the exploitation of the applications about various functional module on Web and We Chat realizes the integrated monitoring to the electrical equipment and important parameter and improves the reliability and integration of thesystem.

electrical equipment;Internet;m icrocontroller;remote monitoring;cloud data

TN914

A

1007-9467（2016）08-0240-02

2016-07-25

王越（1993～），男，山西忻州人，從事高低壓電力設備監測與控制研究。