CN103852413B - 一种机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法。系统由上位机系统和现场单元组成；多个现场单元通过无线的方式与上位机系统相连接。本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法能够及时检测隔离变压器箱进水情况，实时报告，避免隔离变压器长期处于积水情况下工作；本装置利用现有助航灯光系统，采用电源转换单元向检测模块供电，实现隔离变压器箱水位、水温的自动实时采集、故障定位、并采用无线传输通讯方式实现水蚀远程监视等功能。该装置可与现有助航灯光系统无缝衔接，可以提高助航灯光系统维护的效率，降低人力物力成本。

Description

一种机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法

技术领域

本发明属于机场助航灯检测技术领域，特别是涉及一种机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法。

背景技术

在机场助航灯光回路中，隔离变压器是用于助航灯光供电调光系统的重要组成设备之一，其一次绕组处于串联电路中，该串联电路的电流相对恒定，由调光器依据灯光系统各光级设定；而其二次绕组则采用并联方式向助航灯具供电；各隔离变压器均通过一对单级插头和一双极插座彼此连接，构成串联主回路与并联回路，由此组成助航灯光供电网络；在实际机场运行中，通常将若干个隔离变压器放置于跑道两侧的隔离变压器箱内，但由于施工等因素，隔离变压器箱在阴雨天气下易发生进水现象，使得隔离变压器长期在积水情况下运行，由此导致隔离变压器接头受到腐蚀而出现损坏，从而引起线路故障，甚至引起灯具开路或短路，这将影响助航灯光系统的正常运行，从而影响飞行器的运行安全。

目前，对于隔离变压器的水蚀检测，大都采用人工巡查，定时更换的方式；人工巡查、定时更换的方法存在诸多问题：一方面定时更换器件造成了资源的浪费，另一方面，人工巡查耗费大量人力资源，助航灯隔离变压器数目众多，不可避免存在人为因素的失误；最后，最为重要的是对于出现水蚀现象的隔离变压器做不到实时检测，及时发现问题解决问题，留下了安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统由上位机系统和现场单元组成；上位机系统选用工业控制计算机，置于助航灯光工作站中，用于通过现场单元采集助航灯信息，实现隔离变压器箱水位的自动实时采集、故障定位，并采用无线传输通讯方式实现水蚀远程监视等功能；现场单元主要负责助航灯的信息采集与传输，多个现场单元通过无线的方式与上位机系统相连接。

所述的上位机系统包括：主机和无线自组网模块；其中：主机设置在灯光站和维修站，主要负责对采集的结果进行处理并显示，为助航灯维修人员提供隔离变压器水蚀状态，包括隔离变压器箱内水位、水温和灯具的位置信息，其与无线自组网模块相连接；无线自组网模块为2.4-GHz通用频段无线数据传输模块，其接收现场单元检测上传的包含灯具位置、隔离变压器箱水位和水温在内的信息并传送至主机。

所述的现场单元包括：电源模块、控制器、温度感知模块、隔离变压器箱水位检测模块和无线传输模块；其中：电源模块用于为控制器、温度感知模块、隔离变压器箱水位检测模块和无线传输模块；电源模块提供+5V的工作电源；

控制器采用51单片机，其与温度感知模块、隔离变压器箱水位检测模块和无线传输模块相连接；控制器是系统的运算和控制核心，用于控制温度感知模块和隔离变压器箱水位检测模块的数据采集，根据模糊隶属度完成水位、水温信息的等级区分，依据模糊推理规则完成隔离变压器水蚀等级的判断与发出水蚀警报，控制无线传输模块发送数据，并协调各单元的运行；

温度感知模块为安装在隔离变压器箱内的温度传感器；

隔离变压器箱水位检测模块为安装在隔离变压器箱内的隔离变压器水蚀检测单元；

温度感知模块和隔离变压器箱水位检测模块均采用杆状传感器；

无线传输模块为基于无线传感器网络的通讯单元，采用2.4G的通用频段；无线传输模块用于将控制器发出的水蚀等级与水蚀警告信息经无线传感器的各节点传送给上位机系统。

所述的现场单元还包括：防水外壳、单极插头、单极防水电缆、双极插座、双极防水电缆和杆状传感器探头；其中：单极插头与双极插座连接在主回路中，杆状传感器探头竖直放置于隔离变压器箱内；防水外壳放置于隔离变压器箱内，其内部装有电源模块、控制器和无线传输模块；单极插头连接隔离变压器二次侧的母头、单极防水电缆与现场单元中电源模块的一端连接、双极插座为助航灯具的公头、双极防水电缆与现场单元中电源模块的另一端连接；杆状传感器探头的内部装有温度传感器和水位传感器。

所述的每个助航灯的隔离变压器箱里设有一个温度感知模块和一个隔离变压器箱水位检测模块。

所述的电源模块的输入端子串接在灯具二次侧回路中，其一个输入端与隔离变压器的副边相连，另一端与灯具相连接。

本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、系统初始化的S1阶段：系统初始化包括上位机系统和各现场单元的初始化；

步骤二、采集水位信息的S2阶段：现场单元的控制器通过隔离变压器箱水位检测模块采集隔离变压器箱内部的水位信息；

步骤三、采集温度信息的S3阶段：现场单元的控制器通过温度感知模块采集隔离变压器箱内部的温度信息；

步骤四、计算水蚀等级的S4阶段：现场单元的控制器将采集到的水位信息、温度信息按模糊隶属度分别区分H、L两个等级；故根据模糊推理规则：水位信息为L、温度信息为L，运行状况正常；水位信息为H、温度信息为L，一般水蚀故障；水位信息为L、温度信息为H，一般水蚀故障；水位信息为H、温度信息为H，严重水蚀故障；

步骤五、判断水蚀等级是否超标的S5阶段：灯光站维护人员根据天气和维护工作安排情况预先设定水蚀故障等级的阈值，现场单元的控制器判断当前的水蚀等级是否大于预先设定的阈值，如果判断结果为“是”，则进入下一步S6阶段，否则返回S2阶段，继续采集水位信息；

步骤六、数据上传的S6阶段：现场单元20通过无线传输模块向上位机系统发送本次的水蚀检测的相关信息；

步骤七、启动报警的S7阶段：上位机系统中设计有与助航灯光系统构形相同的灯光系统界面，上位机系统10接收到现场单元20上传的信息后，根据隔离变压器水蚀故障等级对相应灯具以闪烁的红色和黄色的方式分别指示出其已出现严重水蚀故障和一般水蚀故障，供灯光站维护人员监视。

本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统，能够及时检测隔离变压器箱进水情况，实时报告，避免隔离变压器长期处于积水情况下工作；本装置利用现有助航灯光系统，采用电源转换单元向检测模块供电，实现隔离变压器箱水位、水温的自动实时采集、故障定位、并采用无线传输通讯方式实现水蚀远程监视等功能。该装置可与现有助航灯光系统无缝衔接，可以提高助航灯光系统维护的效率，降低人力物力成本。

本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统有益效果如下：本系统的使用可以节约人力物力成本，提高工作人员的工作效率和机场运行的安全性，展示民航科技水平，具有广泛的社会效益。本系统的研制将为自动检测技术在助航灯光系统故障检测的深入研究和广泛应用奠定坚实的基础。

附图说明

图1为本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统中现场单元的外观图。

图2为本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统构成示意图。

图3为本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统的电源模块电路原理图。

图4为本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统的隔离变压器箱水位、水温检测电路的原理图。

图5为本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统及控制方法进行详细说明。

如图2所示，本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统由上位机系统10和现场单元20组成；上位机系统10选用工业控制计算机，置于助航灯光工作站中，用于通过现场单元20采集助航灯信息，实现隔离变压器箱水位的自动实时采集、故障定位，并采用无线传输通讯方式实现水蚀远程监视等功能；现场单元20主要负责助航灯的信息采集与传输，多个现场单元20通过无线的方式与上位机系统10相连接；

上位机系统10包括：主机101和无线自组网模块102；其中：主机101设置在灯光站和维修站，主要负责对采集的结果进行处理并显示，为助航灯维修人员提供隔离变压器水蚀状态，包括隔离变压器箱内水位、水温和灯具的位置信息，其与无线自组网模块102相连接；无线自组网模块102为2.4-GHz通用频段无线数据传输模块，其将现场单元20检测的灯具位置、隔离变压器箱水位水温等信息传送到主机101，是主机101与现场单元20进行数据通信的桥梁；

现场单元20包括：电源模块201、控制器202、温度感知模块203、隔离变压器箱水位检测模块204和无线传输模块205；其中：电源模块201用于为控制器202、温度感知模块203、隔离变压器箱水位检测模块204和无线传输模块205提供+5V的工作电源，由于助航灯在各光级下电流恒定，为避免因并联分流而影响助航灯光强的现象，采用电流互感器串联方式取电，再由桥式整流电路将交流电整流成直流电，并经过π型滤波以及稳压电路，从而形成稳定的5V电源；

控制器202采用51单片机，其与温度感知模块203、隔离变压器箱水位检测模块204和无线传输模块205相连接；控制器202是系统的运算和控制核心，用于控制温度感知模块203和隔离变压器箱水位检测模块204的数据采集，根据模糊隶属度完成水位、水温信息的等级区分，依据模糊推理规则完成隔离变压器水蚀等级的判断与发出水蚀警报，控制无线传输模块205发送数据，并协调各单元的运行；

温度感知模块203为安装在隔离变压器箱内的温度传感器；

隔离变压器箱水位检测模块204为安装在隔离变压器箱内的水位传感器；

温度感知模块203和隔离变压器箱水位检测模块204均采用杆状传感器，这种传感器具有很好的线性输出；将其竖直放置在隔离变压器箱中，可以检测水位和水温两个物理量；在机场的实际运行中，水温作为隔离变压器箱水位的校正参数，共同用于判断隔离变压器的水蚀等级；

无线传输模块205为基于无线传感器网络的通讯单元，本系统采用无线射频通讯技术，采用2.4G的通用频段；无线传输模块205用于将控制器202发出的水蚀等级与水蚀警告信息经无线传感器的各节点传送给上位机系统10。

如图1所示，现场单元20还包括：防水外壳1、单极插头2、单极防水电缆3、双极插座4、双极防水电缆5和杆状传感器探头6；其中：单极插头2与双极插座4连接在主回路中，杆状传感器探头6竖直放置于隔离变压器箱内；防水外壳1放置于隔离变压器箱内，其内部装有电源模块201、控制器202和无线传输模块205；单极插头2连接隔离变压器二次侧的母头、单极防水电缆3与现场单元20中电源模块201的一端连接、双极插座4为助航灯具的公头、双极防水电缆5与现场单元20中电源模块201的另一端连接；杆状传感器探头6的内部装有温度传感器和水位传感器。

所述的每个助航灯的隔离变压器箱里装有一个温度感知模块203和一个隔离变压器箱水位检测模块204。

所述的电源模块201的输入端子串接在灯具二次侧回路中，其一个输入端与隔离变压器的副边相连，另一端与灯具相连接。

如图5所示，本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、系统初始化的S1阶段：系统初始化包括上位机系统10和各现场单元20的初始化；

步骤二、采集水位信息的S2阶段：现场单元20的控制器202通过隔离变压器箱水位检测模块204采集隔离变压器箱内部的水位信息；

步骤三、采集温度信息的S3阶段：现场单元20的控制器202通过温度感知模块203采集隔离变压器箱内部的温度信息；

步骤四、计算水蚀等级的S4阶段：现场单元20的控制器202将采集到的水位信息、温度信息按模糊隶属度分别区分H、L两个等级；由于随着温度的增高空气中含有的水分就会越多，这样会加剧隔离变压器的水蚀状况，故根据模糊推理规则：水位信息为L、温度信息为L，运行状况正常；水位信息为H、温度信息为L，一般水蚀故障；水位信息为L、温度信息为H，一般水蚀故障；水位信息为H、温度信息为H，严重水蚀故障。

步骤五、判断水蚀等级是否超标的S5阶段：灯光站维护人员根据天气和维护工作安排情况预先设定水蚀故障等级的阈值，现场单元20的控制器202判断当前的水蚀等级是否大于预先设定的阈值，如果判断结果为“是”，则进入下一步S6阶段，否则返回S2阶段，继续采集水位信息；

步骤六、数据上传的S6阶段：现场单元20通过无线传输模块202向上位机系统10发送本次的水蚀检测的相关信息；

步骤七、启动报警的S7阶段：上位机系统10中设计有与助航灯光系统构形相同的灯光系统界面，上位机系统10接收到现场单元20上传的信息后，根据隔离变压器水蚀故障等级对相应灯具以闪烁的红色和黄色的方式分别指示出其已出现严重水蚀故障和一般水蚀故障，供灯光站维护人员监视。

本发明提供的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统的工作原理如下：

本系统由上位机系统10与现场单元20组成，如图2所示，现场单元20负责检测隔离变压器的隔离变压器箱水位、水温与灯具位置信息，并将采集到的信息传送给上位机系统10。现场单元20对隔离变压器箱内水位与水温的检测原理如图4所示；水位与水温传感器采用集成式传感器，均为电阻式传感器，采用10K的电阻分压，水位、水温量分别与其输出电压呈线性关系。检测模块检测到的水位与水温信息送控制器202，控制器202负责完成水位、水温信息的计算与校正，并与阈值进行比较，以判断隔离变压器水蚀的等级，如超过阈值则发出水蚀警报信息；现场单元20的供电由电源模块201提供，电源模块201的输入为隔离变压器二次侧电流，再经过整流滤波得到直流电源，其原理如图3所示。无线自组网模块102一方面通过编码算法实现灯具的定位，另一方面，完成现场单元20与主机101的通讯，将无线自组网传输模块102的发射天线（高约15cm，底座设有磁铁）吸附在隔离变压器箱的盖上，从而将现场单元20采集到的信息传送给上位机系统10；上位机系统10负责水蚀信息的显示及实现人机交互。

Claims (5)

1.一种机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统，所述的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统由上位机系统(10)和现场单元(20)组成；上位机系统(10)选用工业控制计算机，置于助航灯光工作站中，用于通过现场单元(20)采集助航灯信息，实现隔离变压器箱水位的自动实时采集、故障定位，并采用无线传输通讯方式实现水蚀远程监视功能；现场单元(20)主要负责助航灯的信息采集与传输，多个现场单元(20)通过无线的方式与上位机系统(10)相连接；其特征在于：所述的现场单元(20)包括：电源模块(201)、控制器(202)、温度感知模块(203)、隔离变压器箱水位检测模块(204)和无线传输模块(205)；其中：电源模块(201)用于为控制器(202)、温度感知模块(203)、隔离变压器箱水位检测模块(204)和无线传输模块(205)供电；电源模块(201)提供+5V的工作电源；

控制器(202)采用51单片机，其与温度感知模块(203)、隔离变压器箱水位检测模块(204)和无线传输模块(205)相连接；控制器(202)是系统的运算和控制核心，用于控制温度感知模块(203)和隔离变压器箱水位检测模块(204)的数据采集，根据模糊隶属度完成水位、水温信息的等级区分，依据模糊推理规则完成隔离变压器水蚀等级的判断与发出水蚀警报，控制无线传输模块(205)发送数据，并协调各单元的运行；

温度感知模块(203)为安装在隔离变压器箱内的温度传感器；

隔离变压器箱水位检测模块(204)为安装在隔离变压器箱内的隔离变压器水蚀检测单元；

温度感知模块(203)和隔离变压器箱水位检测模块(204)均采用杆状传感器；

无线传输模块(205)为基于无线传感器网络的通讯单元，采用2.4G的通用频段；无线传输模块(205)用于将控制器(202)发出的水蚀等级与水蚀警告信息经无线传感器的各节点传送给上位机系统(10)。

2.根据权利要求1所述的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统，其特征在于：所述的现场单元(20)还包括：防水外壳(1)、单极插头(2)、单极防水电缆(3)、双极插座(4)、双极防水电缆(5)和杆状传感器探头(6)；其中：单极插头(2)与双极插座(4)连接在主回路中，杆状传感器探头(6)竖直放置于隔离变压器箱内；防水外壳(1)放置于隔离变压器箱内，其内部装有电源模块(201)、控制器(202)和无线传输模块(205)；单极插头(2)连接隔离变压器二次侧的母头、单极防水电缆(3)与现场单元(20)中电源模块(201)的一端连接、双极插座(4)为助航灯具的公头、双极防水电缆(5)与现场单元(20)中电源模块(201)的另一端连接；杆状传感器探头(6)的内部装有温度传感器和水位传感器。

3.根据权利要求2所述的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统，其特征在于：所述的每个助航灯的隔离变压器箱里设有一个温度感知模块(203)和一个隔离变压器箱水位检测模块(204)。

4.根据权利要求1所述的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统，其特征在于：所述的电源模块(201)的输入端子串接在灯具二次侧回路中，其一个输入端与隔离变压器的副边相连，另一端与灯具相连接。

5.一种如权利要求1所述的机场助航灯隔离变压器水蚀监测系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、系统初始化的S1阶段：系统初始化包括上位机系统(10)和各现场单元(20)的初始化；

步骤二、采集水位信息的S2阶段：现场单元(20)的控制器(202)通过隔离变压器箱水位检测模块(204)采集隔离变压器箱内部的水位信息；

步骤三、采集温度信息的S3阶段：现场单元(20)的控制器(202)通过温度感知模块(203)采集隔离变压器箱内部的温度信息；

步骤四、计算水蚀等级的S4阶段：现场单元(20)的控制器(202)将采集到的水位信息、温度信息按模糊隶属度分别区分H、L两个等级；故根据模糊推理规则：水位信息为L、温度信息为L，运行状况正常；水位信息为H、温度信息为L，一般水蚀故障；水位信息为L、温度信息为H，一般水蚀故障；水位信息为H、温度信息为H，严重水蚀故障；

步骤五、判断水蚀等级是否超标的S5阶段：灯光站维护人员根据天气和维护工作安排情况预先设定水蚀故障等级的阈值，现场单元(20)的控制器(202)判断当前的水蚀等级是否大于预先设定的阈值，如果判断结果为“是”，则进入下一步S6阶段，否则返回S2阶段，继续采集水位信息；

步骤六、数据上传的S6阶段：现场单元(20)通过无线传输模块(202)向上位机系统(10)发送本次的水蚀检测的相关信息；

步骤七、启动报警的S7阶段：上位机系统(10)中设计有与助航灯光系统构形相同的灯光系统界面，上位机系统(10)接收到现场单元(20)上传的信息后，根据隔离变压器水蚀故障等级对相应灯具以闪烁的红色和黄色的方式分别指示出其已出现严重水蚀故障和一般水蚀故障，供灯光站维护人员监视。