CN103199619A - 一种实现自组网智能通讯的电气综合监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，包括与电力设备待监控器材相接的通讯网口，所述通讯网口设置于信息处理单元上，信息处理单元分别连接有无线数据接收和发送模块、电源模块、自组网模块、控制单元、存储单元、人体感应探头和报警单元，所述控制单元接有液晶屏。该装置以高性能32位嵌入式微处理器为核心，采用多优先级中断服务机制、高精度AD采样及先进的控制技术对开关柜内进行在线监测、显示；对断路器状态，高压带电状况等信息采用7寸65535色数字真彩高清触摸屏模拟显示；从而进一步保障电气设备的安全可靠运行。其具有隔离彻底、安装方便、抗干扰能力强、测量精度高，运行安全稳定等特点。

Description

一种实现自组网智能通讯的电气综合监控装置

技术领域

本发明属于电力保护领域，涉及一种利用无线网络通讯技术实现自组网智能通讯的电气综合监控装置。

背景技术

在现有的技术条件下，电力设备的监控器材与后台管理之间的通讯问题以及监控器材之间的通讯问题。目前绝大多数的电力监控设备之间的通讯都是采用一对一的通讯模式，如果其中的一个监控终端出现了通讯故障在其后台的监测设备上对这一点的监测数据可能就是空白。因此管理人员就要对有故障的监测点进行故障排除，如此一来在故障排除这一段时间内管理员无法从监控终端收集到任何监测数据，同时对大型的配电设备的运行状况无法掌握。此时设备的运行要是存在问题根本就察觉不到，就可能影响到正常的工作而工作人员无法察觉。

发明内容

本发明就是针对类似情况而设计一种新的网络自组以及监测终端的相互通讯。当某个终端设备与中继站的通讯出现中断时，终端设备会自己判断与最近的终端设备进行通讯将所采集的数据通过另一个终端设备与中继站进行数据传输。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，包括与电力设备待监控器材相接的通讯网口，所述通讯网口设置于信息处理单元上，信息处理单元分别连接有无线数据接收和发送模块、电源模块、自组网模块、控制单元、存储单元、人体感应探头和报警单元，所述控制单元接有液晶屏。

进一步地，所述自组网模块包括CPU，及与CPU分别相接的LAN滤波器、WAN滤波器、异步通信控制器、复位器、可编程控制电路、Flash、复位电路、EPROM芯片、SDROM内存、交换控制器、PowerPe芯片、时钟信号产生器、和LED显示器。

进一步地，所述通讯网口包括以太网接口、USB接口以及RS232/RS485通讯接口。

进一步地，所述报警单元设置有语音防误提示单元。

和现有技术相比，本发明的效果是积极和明显的，该装置改变了无线传感器网络原有方式，该自组网智能通讯的电气综合监控装置是整个系统的核心。它对开关柜的所有测量信息进行本地显示，并通过操作机构对节点部位进行控制，同时将所有的信息传送到后台，便于用户的查询以及管理。其测量参数包括：开关柜和大型电气设备内的温度、湿度和触头温升；断路器状态、手车（隔离开关）状态、接地开关状态、储能状态、高压带电状态、三相电网中的电压、电流、功率、功率因数和频率等参数；分闸/合闸、远方/就地转换开关和储能开关、柜内照明开关；同时带有带电闭锁功能、分合闸次数记录和RS-485通讯功能。

本发明以微型计算机为核心，其触头测温模块采用低功耗设计、无线隔离等技术，具有隔离彻底、安装方便、抗干扰能力强、工作可靠等特点；很好地解决了高电压状态下的温度测量问题。使用高性能温度传感器，测温准确、测量精度高，运行安全稳定。通过国家EMC试验，主要应用于大型电厂、煤矿、钢铁和冶金等领域。

其具体特点如下：

1、绝缘隔离性。传感器和在线监测仪通过无线数据传输方式解决传感器高电位端与仪表低电位端之间的隔离传输。

2、高性能的温度传感器。采用进口的高精度数字式温度传感器。传感器固定在触臂上，十分接近发热点，能快速准确地感应触头温度变化。

3、采用先进的无线传输技术。解决了无线信号的互相干扰问题和数据传输纠错问题。读数准确，可靠性高。

4、安装维护方便。安装方式既可采用静触头的安装方式又可采用动触头的安装方式。

本发明还具有三相电网全电气测量的功能，其中包括：线电压、线电流、相电压、相电流、有功功率、无功功率、视在功率、总功率、功率因数、频率等参数。采用高精度AD采样，每周波64个采样点，提高了采样精确度，精确度可达0.2%。

附图说明

图1是本发明综合监控装置结构框图。

图2是本发明自组网模块结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，该实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，与电力设备待监控器材相接的通讯网口，通讯网口包括以太网接口、USB接口以及RS232/RS485通讯接口；通讯网口设置于信息处理单元上，信息处理单元分别连接有无线数据接收和发送模块、电源模块、自组网模块、控制单元、存储单元、人体感应探头和报警单元，所述控制单元接有液晶屏。其中，报警单元设置有语音防误提示单元。采用高速采样技术对电力设备待监控器材的包括电压、电流、频率、有功、无功、视在、功率因数和电能全电气参数进行测量。

这种设备是由铝合金外壳封装，外壳的接口部分采用胶垫密封，这样对防水、防尘都有很好的效果。

并且上述无线数据接收和发送模块具备路由功能，将先进的无线传输技术应用于本发明装置中，解决了高电位端与低电位端的隔离传输问题。

液晶屏采用独特的抗干扰技术。本发明的显示界面是采用65535色800×480分辨率的数字真彩高清可触摸显示屏，基于先进的全中文工控组态软件，使界面具有良好的人机交互性能，图标式显示各功能菜单，更加直观生动逼真的显示一次回路的工作位、实验位、断路器分/合、接地刀分/合、储能和未储能状态，并且集成了三相电网全电气测量功能。液晶屏的显示基于先进的组态软件，具有简单灵活的可视化操作界面、更加生动逼真的显示各项功能界面、并支持U盘备份恢复。满足测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化的特征要求。

电路板上设模块插槽，以便以后为本发明的其他功能的扩展提供条件。嵌入有RS232/RS485通讯接口，方便将数据通过任意一种方式传输到距离更远的监控后台方便远程对开关柜或其他的高压电气设备监控。

采用的语音防误提示，超限报警是由嵌入式微处理器控制，不仅提高了智能化功能，而且对电气的设备的报警提供了另外一种方式。

人体感应探头对工作人员的巡查、维修时起到了一定的警示作用,防止误操作而导致的触电伤亡事故。

如图2所示，自组网模块包括CPU，及与CPU分别相接的LAN滤波器、WAN滤波器、异步通信控制器、复位器、可编程控制电路、Flash、复位电路、EPROM芯片、SDROM内存、交换控制器、PowerPe芯片、时钟信号产生器、和LED显示器。

电力设备监控系统不管是有线还是无线，总会受到环境、距离和场合等因素的影响而各有其不同的解决方案。基于RFMesh802.15.4sub-GHzIPv6/6LoWPAN/RPL自组网模块监控系统也不会脱离这个约束，它也会由环境、距离和场合等因素的影响而异，有不同的解决方案。由于RFMesh802.15.4sub-GHzIPv6/6LoWPAN/RPL自组网模块的定位是短距离的通信，应用于写字楼、办公楼、工厂、和变电站等监控网络时，它所考虑的因素相对要少。由于采集器配置成路由功能，以保证有些孤远节点的通信正常；另外考虑到无线网络的拥塞度和实时性传输，建议整个子网中的无线节点（即采集器）的个数不应大于60个，这样能保证网络中的通信质量。每个基于RFMesh802.15.4sub-GHzIPv6/6LoWPAN/RPL自组网模块子网都有各自的ID识别和频段的划分，这样可以帮助扩充更多的监测终端。

其通信协议采用MODBUS-RTU协议。整个系统中监控主机通过以太网按照TCP/IP协议把MODBUS-RTU命令数据传递给RFMesh802.15.4sub-GHzIPv6/6LoWPAN/RPL网络中心节点，网络中心节点再通过单点对多点的通信模式，以广播的方式把命令数据帧传递给无线网络中的各个采集器，通过采集器传递给485总线上的各个表计，如果表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合，则做出相应的数据回复，通过原路返回给监控主机。

所发明的这种自组网智能通讯的电气综合监控装置本身自带路由的设备接口有一个本地链路及一个或多个ULA或全局地址使用本地链路地址telnetfe80::6233:4bff:fe17:45c2%en1组播地址从FF00::/8。

进一步所使用的网络智能网络SUN802.15.4g-兼容设备应在以下三种新物理模式下使用：多速率及多区域频段频分键控物理层(MR-FSK)PHY,可扩展正交频分多路复用(OFDM)物理层和多速率及多区域偏移正交相移编码(MR-O-QPSK)物理层。

自寻址功能是基于低功耗高噪声网络(RPL)的IPv6路由协议RPL是距离矢量路由协议其中是由新路由度量：能量、延迟、链路可靠性、以及节点状态等分析。“Route Over”保证使用不同类型的数据链路IEEE802.15.4,IEEEP1901.2,BluetoothLE,IEEE802.11ah及其它包括对于特定案例的度量。

其中，RPL支持不同类型流量，多点到单点-例：至顶端系统的传感器-上行路由单点到多点如:顶端系统到传感器-下行路由单点到单点-例：传感器到Actuator有向无环不可能从节点X开始并环绕一条路径最终再回到节点X形成闭环结构(非循环).存储(完全状态)及非存储状态(从头到根)。

本发明所采用的IPv6FAN动态IP路由(RPL)，首先传感器不间断监控802.15.4无线信号强度检测器(RSSI）以双向寻找“最佳路径”，如果其中的一个节点失效，路由将汇聚并重新建立一个新的“最佳路径”，传感器实施动态IPv6路由协议-RPL(RFC6550)。

本发明的工作过程是：

本发明通过基于RFMesh802.15.4sub-GHzIPv6/6LoWPAN/RPL无线自组网网络由CGR路由通过无线信号会将各个节点的消息交换,CGRWPAN接口Chirp对每一个频道发送信号要求接收机对于一特定信道进行一段时间的侦听并进行Mesh密钥认证，当认证成功时，节点获得其Mesh密钥，节点被分配一个IPv6本地连接地址。CGR1000作为DAGRoot将每个节点确定优先父母以及后备父母，节点将默认路由信息发送其优先父母的转发表中。这样每个节点的关系确定下来之后，就将采集到的数据通过网络传送给CRG路由，当某个节点出现通讯问题将会以先前设置好的路径将数据传送至路由直至监控后台。首先对于被监测的对象的所有测量信息进行本地显示，并通过操作机构对节点部位进行控制，同时将所有的信息传送到后台，便于用户的查询以及管理。其测量参数包括：开关柜等电气设备内的温度、湿度和触头或者关键部位的温升；断路器状态、手车（隔离开关）状态、接地开关状态、储能状态、高压带电状态、三相电网中的电压、电流、功率、功率因数和频率等参数；分闸/合闸、远方/就地转换开关和储能开关、柜内照明开关；同时带有带电闭锁功能、分合闸次数记录、RS-485通讯功能、同时还提供数据备份下载。

本发明以微型计算机为核心，其监测模块采用低功耗设计、无线隔离等技术，具有隔离彻底、安装方便、抗干扰能力强、工作可靠等特点；很好解决高电压状态下的温度测量问题。使用进口高性能温度传感器，是目前较理想的开关柜等电气设备测控解决方案。

本发明测温准确、测量精度高，运行安全稳定。通过国家EMC试验。主要应用于大型电厂、变电站、工矿等。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。

Claims (4)

1.一种实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，其特征在于，包括与电力设备待监控器材相接的通讯网口，所述通讯网口设置于信息处理单元上，信息处理单元分别连接有无线数据接收和发送模块、电源模块、自组网模块、控制单元、存储单元、人体感应探头和报警单元，所述控制单元接有液晶屏。

2.根据权利要求1所述的实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，其特征在于，所述自组网模块包括CPU，及与CPU分别相接的LAN滤波器、WAN滤波器、异步通信控制器、复位器、可编程控制电路、Flash、复位电路、EPROM芯片、SDROM内存、交换控制器、PowerPe芯片、时钟信号产生器、和LED显示器。

3.根据权利要求1所述的实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，其特征在于，所述通讯网口包括以太网接口、USB接口以及RS232/RS485通讯接口。

4.根据权利要求1所述的实现自组网智能通讯的电气综合监控装置，其特征在于，所述报警单元设置有语音防误提示单元。

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