基于物聯網的智能報警高壓試驗紅外感應圍欄的研究

張蕊　郭懷東　郭伯軒

【摘? 要】研發一種基于物聯網的視頻監控與智能報警高壓試驗紅外感應圍欄，通過語音提醒強化現場無關人員對于高壓試驗危險的警覺，通過斷開試驗電源的方式杜絕高壓試驗時的人員觸電傷亡事故的發生，切實提升現場安全的管控水平。

【關鍵詞】高壓試驗;紅外感應;安全管控

一、引言

高壓試驗是通過對設備施加以遠高于運行電壓的方式檢測設備的健康狀況，最高電壓可達運行額定電壓的3～8倍，現場的安全管理風險重大。現場設置安全圍欄主要為防止無關人員誤入帶電區域或試驗區域。無論硬質安全圍欄還是軟質安全圍欄，在現場的作用主要是起到提醒作用，尤其針對變電站交接試驗過程中大范圍的耐壓試驗，現場工作人員多、試驗工作面廣、人員監護范圍大，現場操作人員對高壓試驗的風險理解有差異，需隨時應對人員的各種突發情況，給試驗的安全進行帶來嚴峻的考驗。

通過研發一種紅外感應帶報警提醒、跳閘斷開試驗電源的圍欄，與傳統試驗圍欄相結合，在人員靠近試驗區域的圍欄時進行語音提醒“止步，高壓危險！”;如有人員強行越過圍欄時自動跳開試驗電源，瞬間將試驗電壓歸零，確保試驗時的人身安全，并實施遠程監控及信息記錄。

二、技術分析

電力安全圍欄裝設是保證現場工作人員安全技術措施之一，傳統絕緣伸縮安全圍欄存在體積大，只能被動警示，不具有誤闖入感知報警功能。因此我們提出了智能高壓試驗專用紅外感應圍欄研制項目。首先，智能高壓圍欄的實現重點在于圍欄傳感器的研究。紅外光柵探測器全名叫“光束遮斷式感應器”（Photoelectric Beam Detector），其基本的構造包括紅外光束發射器、紅外光束接受器、能量指示燈、光學鏡片、報警接口，報警指示等。紅外光柵探測器光源為光電發光二極管作，采用互補型自激多諧振蕩電路作驅動電源，直接加在紅外發光二級管兩端，使其發出經脈沖調制的、占空比很高的紅外光束，既降低了電源的功耗，又增強了紅外光柵探測器的抗干擾能力。紅外光柵探測器具有功耗低、體積小，誤報率低等優點。

本課題所研制的圍欄，是當非操作人員靠近圍欄時，紅外報警器報警提醒“止步，高壓危險！”，試驗期間任何人跨越圍欄時，紅外光柵探測器報警并輸出跳開試驗電源指令，瞬間將試驗電壓歸零，確保人身安全。因此，此目標具備技術可行性。

三、系統組成

1）由四根多光束紅外光柵圍成封閉空間，多頻互射式紅外光柵探測器，由發射探測器和接受探測器配對構成，多束人眼無法看到的紅外光，形成警戒線，有物體通過，光線被遮擋，接收機信號發生變化，放大處理后報警。則最短遮斷時間為20ms，大于20ms報警，小于20ms不報警。每一光束獨立身份加密及解調，同一個探測器在任何工作距離，光束之間不會形成相互覆蓋和干擾，在紅外光發射機和紅外光接收機之間任何位置可以實現每一光束精準識別報警，紅外光探測器的智能光束身份識別技術，可以保證紅外光發射機和紅外光接收機無論工作在多遠探測距離，就算在在紅外光發射機一端去遮擋任何一個光束，探測器都不會存在任何探測盲區，阻斷任何光束都能實現探測器精準報警在每一根紅外光柵上安裝一種當人體靠近一定距離時發出警報聲，同時每一根紅外光柵具備發出和接收紅外光束功能，當有物體遮擋紅外光束時，內部元器件動作，跳開試驗電源，將試驗電壓瞬間歸零的圍欄。如圖1所示。

四、報警控制系統及管控平臺

智能報警高壓試驗紅外感應圍欄智能控制保護系統以ARM架構多核處理器核心的智能保護模塊組成的PLC測控系統。對系統中各分控的圍欄進行實時檢測、實時報警和實時控制，有效地保證了紅外感應圍欄的快速性、安全性和準確性，信息通過4G網絡上傳至管控平臺。

管控平臺設計原則堅持“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，加強施工全過程、全方位、全員的安全防范意識，是抓好高壓試驗現場安全管理的核心。平臺具有信息化、數字化、智能化等技術支撐，智能化就是知識化，具有感知能力（獲取外部信息的能力）、記憶和思維能力（存儲信息并有思維產生知識）、學習能力和自適應能力（學習并運用知識）三類特點。通過對系統中高壓試驗計劃任務執行情況、任務完成情況、系統操作信息、報警信息的統計分析，自動生成值班日志。輔助視頻監控智能AI分析智能視頻分析，智能視頻監控通過對人體運動目標的跟蹤與識別，并記錄下對象的運動軌跡和特征信息（如：大小，速度，方向等），再實時分析這些行為與事先定義的報警規則是否吻合，從而發出警報，提示進行人工干預。加強了操作安全管理。

五、結束語

1、小組研制的高壓試驗專用紅外感應圍欄，通過語音提醒強化現場無關人員對于高壓試驗危險的警覺，通過跳開試驗電源的方式杜絕高壓試驗時的人員觸電傷亡事故的發生，切實提升現場安全的管控水平。" 輔助智能AI技術"安全生產管理平臺能夠實現高壓試驗現場及相關人員起到了督促作用，實現作業現場的視頻傳輸和語音對話、事后追溯、人員行為分析;開展遠程輔助研判等功能作用。

工作現場往往又是多班組交叉作業，人員流動性大，現場情況復雜，誤闖試驗圍欄的情況時有發生，有可能造成人身傷害和對試驗儀器以及被試設備的嚴重損壞，這給實驗現場的安全工作埋下了隱患。自動報警式專用紅外感應圍欄，分析其應用效果表明該裝置與安全圍欄有機結合，可實現對試驗現場的安全控制與預警，安全監護由被動的防范轉變為主動的防護，提高現場安全管控水平。

參考文獻：

[1] 陸曉紅;淺析智能警示高壓試驗圍欄的研制與應用[J] 企業技術開發 2015 年2期

[2] 劉寶華;基于BIM的3D可視化智能管控平臺的研究和應用[J];軟件;2018年08期

[3] 王萬龍;設計可視化軟件及其性能比較[J];CAD/CAM與制造業信息化;2004年04期

[4] 胡萍.串口通信的紅外報警器的研制[J].計算機與現代化，2010年10期.

（作者單位：保定賽瑞電力科技有限公司）