CN102968105A - 电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统 - Google Patents

Abstract

电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，属于电力大件运输监控技术领域；解决的技术问题是提供一种可长期精确无线监控电力大件在双轴倾角状态的装置；采用的技术方案是：包括安装在电力大件运输车辆驾驶室的集中控制器、安装在电力大件顶端的路由器和安装在电力大件前端或者后端的倾斜角无线实时监测监控装置，集中控制器、路由器和倾斜角无线实时监测监控装置之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器存储路由器和倾斜角无线实时监测监控装置发送的信息，倾斜角无线实时监测监控装置包括有采集电力大件在双轴倾角状态的高精度双轴倾角传感器；本发明可广泛应用于电力大件的运输领域。

Description

电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统

技术领域

本发明电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，属于电力大件运输监控技术领域。

背景技术

针对电力设备大件运输，国家发改委于2007年7月发布DL/T 1071-2007《电力大件运输规范》，并于当年12月1日开始实施，该规范从运输项目组织机构、运输作业流程、前期准备、组织实施和项目总结等方面对电力大件运输做了流程性的规定；大型电力设备是组成智能电网的基本构件，具有超长、超宽、超重的特点，并且自身价值高、生产周期长，一旦运输环节发生安全、质量事故，将造成严重的直接损失和无法估计的间接损失；智能电网的基础建设正是由一个个电力设备采购，运输，安装，运行的具体过程来实现的，电力设备的运输是对极限运输条件的考验。

目前我国在运输电力大件双轴倾角监控方面基本属于探索阶段，监测只是针对电力大件吊装时的短时监测，存在很多问题，如：

一、倾斜角监测系统不具备实时监控性能，仅仅在大型设施吊装时对操作员起到辅助作用；

二、在整个吊装、牵引、运输环节不能对倾斜度有实时预警的作用；

三、在例行的大型电力设施装运阶段不能进行数据库建立工作，对类似的事故不能吸取经验，避免发生。

由于这些问题，常常造成很大的损失，如：在2008年6月份，山西省境内就连续发生多起电力大件运输事故，给国家电网建设造成了不可弥补的损失，特别是对特高压工程、迎峰度夏等电力重点工程的按期投运，造成了恶劣影响；2008年6月12日，由保定某公司为山西运城配合特高压工程生产的第三台500千伏主变压器，在保定市区因运输板车急刹车，造成主变本体底部与凹型车体相撞，线圈与铁芯位移，导致设备损害，造成不能按期交货的严重后果；在该场事故中，承运方缺少基本的大型电力设备运输的监控系统，对于承运车体发生急刹车现象时，没有得到有效预警。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种可长期精确无线监控电力大件在双轴倾角状态的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，包括安装在电力大件运输车辆驾驶室的集中控制器、安装在电力大件顶端的路由器和安装在电力大件前端或者后端的倾斜角无线实时监测监控装置，上述集中控制器、路由器和倾斜角无线实时监测监控装置之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器存储路由器和倾斜角无线实时监测监控装置发送的信息，集中控制器具有报警功能；

上述倾斜角无线实时监测监控装置包括有采集电力大件在双轴倾角状态的高精度双轴倾角传感器和与高精度双轴倾角传感器相连的用于处理和无线发送冲击倾角状态信息的数据处理及射频模块，所述数据处理及射频模块通过无线网络与集中控制器和路由器相连。

所述倾斜角无线实时监测监控装置还包括有MOS管开关电路、TTL电平串行通信电路、防掉电时钟电路、程序异常监控电路、Flash存储电路和电源模块，上述高精度双轴倾角传感器和数据处理及射频模块之间依次串接有MOS管开关电路和TTL电平串行通信电路，上述防掉电时钟电路、程序异常监控电路和Flash存储电路分别与数据处理及射频模块相连，电源模块为整个倾斜角无线实时监测监控装置供电。

所述无线网络为ZigBee无线网络。

所述数据处理及射频模块采用CC2530芯片，数据处理及射频模块采用ZigBee2007/Pro协议进行通信。

所述电源模块采用高性能锂电池。

所述倾斜角无线实时监测监控装置封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明采用高精度双轴倾角传感器全程监控电力大件在途运输双轴倾角状态，并且通过ZigBee无线网络实时将采集的信息发送至集中控制器存储，不仅能够实现长期高精度的无线监控，而且能够第一时间对故障状态发出报警信息，满足了电力大件的运输监控需求而且能够避免事故的发生，具有很高的经济价值，本发明能够随意安装在电力大件上，无需破坏电力设备的结构，安装使用方便。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明：

图1是本发明的安装结构示意图；

图2是本发明的电路结构示意图；

图中：1为电力大件运输车辆、2为电力大件、3为集中控制器、4为路由器、5为倾斜角无线实时监测监控装置、6为高精度双轴倾角传感器、7为数据处理及射频模块、8为MOS管开关电路、9为TTL电平串行通信电路、10为防掉电时钟电路、11为程序异常监控电路、12为Flash存储电路、13为电源模块。

具体实施方式

如图1所示，本发明电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，包括安装在电力大件运输车辆1驾驶室的集中控制器3、安装在电力大件2顶端的路由器4和安装在电力大件2前端或者后端的倾斜角无线实时监测监控装置5，上述集中控制器3、路由器4和倾斜角无线实时监测监控装置5之间均可以通过无线网络通讯。

上述集中控制器3发送命令给路由器4和倾斜角无线实时监测监控装置5，存储路由器4和倾斜角无线实时监测监控装置5发送的信息，集中控制器3具有报警功能；路由器4主要起辅助信息传输的作用，电力大件2的长度一般都比较长，采用路由器4可以增加信号传输的距离，也可以对用于故障信息的判断，当路由器4一段时间接收不到倾斜角无线实时监测监控装置5发送的信息时，向集中控制器3发送故障信息，倾斜角无线实时监测监控装置5实时采集电力大件2在途双轴倾角状态信息，并将采集的双轴倾角状态信息发送至路由器4和集中控制器3，根据不同电力大件2运输的需要，倾斜角无线实时监测监控装置5可以安装有多个，分布在电力大件2不同的位置。

如图2所示，上述倾斜角无线实时监测监控装置5包括有采集电力大件2在双轴倾角状态的高精度双轴倾角传感器6和与高精度双轴倾角传感器6相连的用于处理和无线发送冲击倾角状态信息的数据处理及射频模块7，所述数据处理及射频模块7通过无线网络与集中控制器3和路由器4相连，倾斜角无线实时监测监控装置5还包括有MOS管开关电路8、TTL电平串行通信电路9、防掉电时钟电路10、程序异常监控电路11、Flash存储电路12和电源模块13，上述高精度双轴倾角传感器6和数据处理及射频模块7之间依次串接有MOS管开关电路8和TTL电平串行通信电路9，上述防掉电时钟电路10、程序异常监控电路11和Flash存储电路12分别与数据处理及射频模块7相连。

所述电力大件2在运输过程中不可避免地有道路不平、上坡、吊装和卸载，运输冲击有可能造成电力大件2内部发生移位或变形，甚至产生滑动，从而导致电力大件2损坏，常规电力大件2以<15°作为冲击控制的直观技术指标，本发明充分考虑了电力大件2运输的实际要求采用高精度双轴倾角传感器6，量程为±45°，精度可达到0.1°，完全可以满足测量要求。

所述无线网络为ZigBee无线网络，所述数据处理及射频模块7采用CC2530芯片，数据处理及射频模块7采用ZigBee2007/Pro协议进行通信，CC2530芯片为倾斜角无线实时监测监控装置5的核心处理器，利用SMT工艺，工作在免费的2.4G频段，实现了智能组网短距离低功耗实时无线传输系统，供电可用电源适配器和电池两种供电方案，供电方式灵活，电力大件对运输条件苛刻，对数据监测准确度性很高，本发明无线数据传输通过冗余校验，保证数据的准确性，整个装置通信距离可达70米，如需增加距离可通过添加路由器4扩展传输距离。

上述防掉电时钟电路10采用DS1302防掉电时钟芯片，负责为数据加上时间标签， DS1302防掉电时钟芯片可提供年、月、日、时、分、秒、周的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时间数据输出格式可通过AM/PM指示决定采用24小时或12小时，保持数据和时钟信息时功耗小于1mW，通信方式为I2C总线，上述CC2530内部并无I2C总线协议，为正确地采集时间参数，系统采用CC2530的I/O管脚模拟I2C信号的方法，模拟出符合1302时钟数据手册上的采集时序，达到操作时钟的目的。

为保证装置程序运行的稳定性，防止程序发生异常，且CC2530在上电时状态并不确定，这造成CC2530不能正确工作，为解决这一问题，本发明添加了程序异常监控电路11，它负责将CC2530初始化为某个确定的状态，这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作，复位信号的稳定性和可靠性对CC2530的正常工作有重大影响，复位电路可以使用简单的阻容复位，但阻容复位不能保证任何情况都产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片；由于CC2530对电源的纹波、瞬间响应性能、时钟源的稳定性和电源监控的可靠性都要求较高，系统选用电源监控芯SP706，使系统可靠复位，SP706是专为微处理器设计的电源监控芯片，当电源电压低于复位电压阀值时，SP706将产生一个复位信号，并在电源电压上升到高于复位阀值的200ms内保持有效，SP706的复位门槛电压为2.63V，即电源电压低于2.63V时产生复位信号。

上述SP706的复位信号为低电平，管脚MR为手动复位输入端，管脚RESET为复位输出端，当手动复位管脚MR为低电平时，管脚RESET输出为低，导致系统复位，WDO和WDI分别为看门狗输出端和看门狗计数器清零端，WDI引脚的上升沿和下降沿都会将看门狗计数器清零，如果在1.6S内没有对看门狗计数器进行清零，那么看门狗输出端WDO会输出一个低电平脉冲，由于WDO和MR引脚相连，因此，会使RST端输出200ms的低电平，从而复位硬件系统。

上述Flash存储电路12使用串行Flash芯片，串行Flash芯片为低功耗Flash存储器，相对于并行Flash它用更少的引脚传送数据，降低了系统的空间、功耗和成本，具有很高的性价比；另外，串行Flash芯片的读写操作十分简易，这些优势使得串行Flash被广泛应用于微型，低功耗的存储系统，本发明中采用M25PE20型号的Flash芯片。

上述电源模块13为整个倾斜角无线实时监测监控装置5供电，针对电力大件2运输具有时间长测量装置安装位置灵活等特点，为实现易用性安装，电源模块13采用60Ah高性能锂电池。

本发明拟定了桥接帧、桥接响应帧、数据帧、命令帧、命令响应帧和故障报告帧等一系列帧格式；当系统启动时，集中控制器3组建ZigBee无线网络，发送桥接帧给主控制器，报告组网成功，确定网络地址，主控制器收到桥接帧后判断网络地址是否使用过，同时选择可以加入网络的子节点，然后发出桥接响应帧给集中控制器3，如果网络地址未使用过，则在桥接响应帧中保留原有的网络地址，如果网络地址使用过，则分配新的网络地址给集中控制器3；集中控制器3根据主控制器的命令有选择地接收信号，当子节点加入网络成功后，发送节点加入帧给主控制器，报告启动信息，同时，各子节点通过数据帧向集中控制器3发送信息；本发明可以通过命令帧来修改参数，包括采集周期、上传周期等，通过命令响应帧来报告命令执行信息；当某一子节点出现数据格式异常或者电量不足等故障时，会发送故障帧，当某一子节点退出网络时，会发送节点退出帧，本发明默认为全时段监测，监测每秒最大双轴倾角值，定时上报，达到预警值加快数据上传速率，并发出警报，提醒驾驶人员，既实现了心跳数据传输功能，也达到了低功耗的目的；本发明数据可通过命令远程修改，装置可针对不同电力大件2运输条件制定相应监控参数，使装置应用领域更为灵活。

所述倾斜角无线实时监测监控装置5封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁，通过单面磁可以方便的安装在电力大件2上，无需打开运输设备，也不会对运输设备造成损伤。

Claims (6)

1.电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，其特征在于：包括安装在电力大件运输车辆（1）驾驶室的集中控制器（3）、安装在电力大件（2）顶端的路由器（4）和安装在电力大件（2）前端或者后端的倾斜角无线实时监测监控装置（5），上述集中控制器（3）、路由器（4）和倾斜角无线实时监测监控装置（5）之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器（3）存储路由器（4）和倾斜角无线实时监测监控装置（5）发送的信息，集中控制器（3）具有报警功能；

上述倾斜角无线实时监测监控装置（5）包括有采集电力大件（2）在双轴倾角状态的高精度双轴倾角传感器（6）和与高精度双轴倾角传感器（6）相连的用于处理和无线发送冲击倾角状态信息的数据处理及射频模块（7），所述数据处理及射频模块（7）通过无线网络与集中控制器（3）和路由器（4）相连。

2.根据权利要求1所述的电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，其特征在于：所述倾斜角无线实时监测监控装置（5）还包括有MOS管开关电路（8）、TTL电平串行通信电路（9）、防掉电时钟电路（10）、程序异常监控电路（11）、Flash存储电路（12）和电源模块（13），上述高精度双轴倾角传感器（6）和数据处理及射频模块（7）之间依次串接有MOS管开关电路（8）和TTL电平串行通信电路（9），上述防掉电时钟电路（10）、程序异常监控电路（11）和Flash存储电路（12）分别与数据处理及射频模块（7）相连，电源模块（13）为整个倾斜角无线实时监测监控装置（5）供电。

3.根据权利要求1或2所述的电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，其特征在于：所述无线网络为ZigBee无线网络。

4.根据权利要求3所述的电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，其特征在于：所述数据处理及射频模块（7）采用CC2530芯片，数据处理及射频模块（7）采用ZigBee2007/Pro协议进行通信。

5.根据权利要求2所述的电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，其特征在于：所述电源模块（13）采用高性能锂电池。

6.根据权利要求3所述的电力大件在途双轴倾角无线实时监控系统，其特征在于：所述倾斜角无线实时监测监控装置（5）封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁。

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