CN103868564B - 一种地下高压电力隧道水位在线监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下高压电力隧道水位在线监测方法及系统，属于电力监测设备技术领域。技术方案：上位机（1）、监控主机（2）、水位监测装置（3）、水位探头（14）从上至下依次连接，监控主机的数量为一个或一个以上，每个监控主机所连接的水位监测装置的数量为一个以上，每个水位监测装置所连接的水位探头的数量为一个以上，上位机与监控主机之间通过TCP/IP以太网接口互相连接，监控主机与水位监测装置之间通过一对低烟无卤阻燃通信电缆互相连接。本发明的有益效果：通过本发明的实施，可以实现对地下高压电力隧道水位的在线监测，同时准确上报隧道水位状态，做到提前预警，提前干预，及时处置。本系统针对性强，可靠性好，系统功能完善。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下高压电力隧道水位在线监测方法及系统，属于电力监测设备技术领域。
背景技术
随着电力事业的蓬勃发展，电力设备自动化管理水平的提高，电力隧道的迅速增长，用电量的增加和电缆的长时间运行，电缆隧道的积水情况严重影响供电的可靠性，因此对电力隧道水位远程监测事在必行，设计出一套可以适应隧道实际情况的水位监测系统尤其重要。
隧道水位监测的最大问题和障碍是隧道内没有直接的本地供电系统，水位监测装置通过通信电缆既要实现通信，又要实现供电。在实现实时监控的同时，低功耗的设计成为水位监控的重中之重。
影响电力隧道水位现场监测的主要因素具体有以下几个方面：
隧道内供电和通讯共缆传输，最长通信距离需要达到10km以上，通信电缆距离长，信号衰减大，引入的干扰多。
通过长距离的电缆传输，电源电压衰减大，而且不稳定，对于不同位置的监控终端，可靠通信的前提是要有稳定而且干净的供电系统。
通过长距离的电缆传输，电缆本身就是一个很重的负载，对电源消耗很大，所以水位监控终端要在低功耗的状态下保证可靠通信。
发明内容
本发明目的是提供一种地下高压电力隧道水位在线监测方法及系统，针对隧道电缆在线运行特点，采用低功耗设计，具有针对性强，可靠性好，系统功能完善等优点，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种地下高压电力隧道水位在线监测系统，包含上位机、监控主机、水位监测装置和水位探头，所述上位机、监控主机、水位监测装置、水位探头从上至下依次连接，监控主机的数量为一个或一个以上，每个监控主机所连接的水位监测装置的数量为一个以上，每个水位监测装置所连接的水位探头的数量为一个以上，上位机与监控主机之间通过TCP/IP（网络通信协议）以太网接口互相连接，监控主机与水位监测装置之间通过一对低烟无卤阻燃通信电缆互相连接。
所述监控主机包含底板、电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板和串口通信插板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板分别与底板互相连接。
所述监控主机设有八块数据采集及通信插板，每块插板设有八个通信端口，每个通信端口与一至十六个水位监测装置互相连接。
所述监控主机与水位监测装置之间的通信距离是0公里～15公里。
所述水位监测装置包含主控MCU（单片机）、信号发送单元、信号接收单元、取电储能单元、拨码编址单元、探头数据采集单元和电源转换单元，信号发送单元、信号接收单元、拨码编址单元、探头数据采集单元和电源转换单元与主控MCU分别连接，信号发送单元、信号接收单元和取电储能单元与一对通信电缆分别连接通信，取电储能单元与电源转换单元互相连接。
所述监控主机的出口和水位监测装置的入口设有滤波器。
所述水位探头安装在隧道墙壁上贴近地面的位置。
一种地下高压电力隧道水位在线监测方法，包含如下工艺步骤：
①采用地下高压电力隧道水位在线监测系统进行，该系统包含上位机、监控主机、水位监测装置和水位探头，所述上位机、监控主机、水位监测装置、水位探头从上至下依次连接，监控主机的数量为一个或一个以上，每个监控主机所连接的水位监测装置的数量为一个以上，每个水位监测装置所连接的水位探头的数量为一个以上，上位机与监控主机之间通过TCP/IP（网络通信协议）以太网接口互相连接，监控主机与水位监测装置之间通过一对低烟无卤阻燃通信电缆互相连接；
所述监控主机包含底板、电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板和串口通信插板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板分别与底板互相连接；
②上位机以及与上位机通信的至少一台监控主机，每台监控主机下带若干个挂接在同一线路上的水位监测装置，每个水位监测装置与若干个水位探头14通信；
所述监控主机与上位机之间利用TCP/IP以太网接口通信，每台监控主机通过一对低烟无卤阻燃通信电缆对水位监测装置远程供电和控制，监控主机采用热插拔式积木结构设计，部署在电缆通道就近的分控变电站内，通过通信电缆连接电缆隧道内的水位监测装置，实现远程供电和载波通讯信号共缆传输；监控主机采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示；
③电源转换及通信脉冲产生插板完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板完成数据传输和串口通信插板的通信；串口通信插板完成数据采集及通信插板与上位机间的通信，数据采集及通信插板与串口通信插板间为串口通信，通过串口通信插板转化成网口与上位机连接；串口通信插板为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与上位机连接；底板完成与电源转换及通信脉冲产生插板、串口通信插板和数据采集及通信插板间的数据交互和电源供电；
④主控MCU 为电力隧道地下水位在线装置的核心控制单元，与信号发送单元连接，将需要发送到上层的数据通过信号发送单元发送出去；与信号接收单元连接，接收上层发送下来的数据和命令，执行相应的操作；与拨码编址单元连接，对装置的编码进行采集，存储，上传；与探头数据采集单元相连，对水位数值进行采集，上传；与电源转换单元连接，控制电源转换单元给水位探头供电和断电；
⑤信号发送单元，受控于主控MCU，当有水位数据发送时，打开发送电路，主控MCU8将数据传递给信号发送单元，信号发送单元将数据耦合到通信电缆上，将数据实时上传；
⑥信号接收单元，受控于主控MCU，长期低功耗工作于接收状态；接收中断信号，将主控MCU从睡眠状态唤醒为工作状态；接收下传命令，让主控MCU执行相应操作；接收下传数据，传递给主控MCU，进行分析和处理；
⑦取电储能单元，连接于通信电缆，从远程供电和通信的电缆上断续取电，当通信时，通信电缆作为通信信号传输的通道，当无通信时，取电储能单元从通信线缆上取电，通过单元电路中的电容进行储能，以供水位探头工作需要；
⑧拨码编址单元，与主控MCU 连接，主控MCU采集地址信息，将地址信息上传，当有水位预警信息上传时，定位故障区段，及时有效实时处理，保障电力隧道和电力设备的运行安全；
⑨探头数据采集单元，与水位探头连接，将水位探头采集的实时水位信息，通过探头数据采集单元转换后传递给主控MCU ；水位探头对水位的采集信息，体现为电流信号，探头数据采集单元，通过接口采样电阻和保护器件，将电流信号转换为MCU可以接收和处理的有效电压信号；水位探头，安装在隧道墙壁上，贴近地面，实现对电力隧道内水位的监测；
⑩电源转换单元，将取电储能单元从通信电缆上所取得的电能转换为水位探头工作所需的电源电压，与主控MCU连接，控制电源转换单元给水位探头供电和断电。
所述信号发送单元、信号接收单元、取电储能单元、电源转换单元和探头数据采集单元均由主控芯片及外围电路组成，所述拨码编址单元由一个拨码开关和一些外围电阻电容组成。
所述水位监测装置具备防水功能，体积小巧，无需安装在防水设备箱内，可以根据水位探头的实际安装位置，就近贴墙安装，并通过一对通信电缆，实现上行和下行数据命令的传递以及工作取电。
本发明的有益效果是：水位监测装置采用低功耗设计，监控主机出口和水位监测装置入口增加滤波器，提高信号的信噪比；同时，水位监测装置的接收电路针对干扰和信号的不同，使用有利于识别有用信号的比较器电路，既实现了滤波，又实现了检波；监控主机和水位监测装置之间供电采用低压直流安全电压，与通信采用共线传输。通过本发明的实施，可以实现对地下高压电力隧道水位的在线监测，同时准确上报隧道水位状态，做到提前预警，提前干预，及时处置。同时，通过一对通信电缆，实现通信和供电同时进行，解决了电力隧道供电难的问题。本系统针对性强，可靠性好，系统功能完善。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明监控主机组成结构示意图；
图3是本发明水位监测装置组成结构示意图；
图中：上位机1；监控主机2；水位监测装置3；底板4；电源转换及通信脉冲产生插板5；数据采集及通信插板6；串口通信插板7；主控MCU8；信号发送单元9；信号接收单元10；取电储能单元11；拨码编址单元12；探头数据采集单元13；水位探头14；电源转换单元15；通信电缆16。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
一种地下高压电力隧道水位在线监测系统，包含上位机1、监控主机2、水位监测装置3和水位探头14，所述上位机1、监控主机2、水位监测装置3、水位探头14从上至下依次连接，监控主机2的数量为一个或一个以上，每个监控主机2所连接的水位监测装置3的数量为一个以上，每个水位监测装置3所连接的水位探头14的数量为一个以上，上位机1与监控主机2之间通过TCP/IP（网络通信协议）以太网接口互相连接，监控主机2与水位监测装置3之间通过一对低烟无卤阻燃通信电缆互相连接。
所述监控主机2包含底板4、电源转换及通信脉冲产生插板5、数据采集及通信插板6和串口通信插板7，电源转换及通信脉冲产生插板5、数据采集及通信插板6、串口通信插板7分别与底板4互相连接。
所述监控主机2设有八块数据采集及通信插板6，每块插板设有八个通信端口，每个通信端口与一至十六个水位监测装置3互相连接。
所述监控主机2与水位监测装置3之间的通信距离是0公里～15公里。
所述水位监测装置3包含主控MCU8、信号发送单元9、信号接收单元10、取电储能单元11、拨码编址单元12、探头数据采集单元13和电源转换单元15，信号发送单元9、信号接收单元10、拨码编址单元12、探头数据采集单元13和电源转换单元15与主控MCU8分别连接，信号发送单元9、信号接收单元10和取电储能单元11与一对通信电缆16分别连接通信，取电储能单元11与电源转换单元15互相连接。
所述监控主机2的出口和水位监测装置3的入口设有滤波器。
所述水位探头14安装在隧道墙壁上贴近地面的位置。
在实际应用中，上位机1以及与上位机通信的至少一台监控主机2，每台监控主机2下带若干个挂接在同一线路上的水位监测装置3，每个水位监测装置3与若干个水位探头14通信。
所述监控主机2与上位机1之间利用TCP/IP以太网接口通信，每台监控主机2通过一对低烟无卤阻燃通信电缆对水位监测装置3远程供电和控制，监控主机2采用热插拔式积木结构设计，部署在电缆通道就近的分控变电站内，通过通信电缆连接电缆隧道内的水位监测装置3，实现远程供电和载波通讯信号共缆传输；监控主机2采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示。
所述监控主机2具备全工模式和半工模式两种工作模式。
电源转换及通信脉冲产生插板5完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板6完成数据传输和串口通信插板7的通信；串口通信插板7完成数据采集及通信插板6与上位机1间的通信，数据采集及通信插板6与串口通信插板7间为串口通信，通过串口通信插板7转化成网口与上位机1连接；串口通信插板7为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与上位机1连接；底板4完成与电源转换及通信脉冲产生插板5、串口通信插板7和数据采集及通信插板6间的数据交互和电源供电。
监控主机2采用6U机架式模块化设计，相邻的数据采集及通信插板6采用冗余备份，实现智换切换，保证可靠性；监控主机2最多支持插接数据采集及通信插板6的数量为8块，每块插板具备8个通信端口，每个通信端口可以挂载1～16个水位监测装置3，这样监控主机2具备最大64端口。
监控主机2具备全工模式和半工模式两种工作模式，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。
主控MCU8为电力隧道地下水位在线装置的核心控制单元。与信号发送单元9连接，将需要发送到上层的数据通过信号发送单元9发送出去；与信号接收单元10连接，接收上层发送下来的数据和命令，执行相应的操作；与拨码编址单元12连接，对装置的编码进行采集，存储，上传；与探头数据采集单元13相连，对水位数值进行采集，上传；与电源转换单元15连接，控制电源转换单元15给水位探头14供电和断电。
主控MCU8采用低功耗设计，选择低功耗PIC（质点网格法）单片机，利用PIC单片机的中断功能让MCU周期性的工作和睡眠，从而大大的降低MCU的工作电流。当有数据收发时，MCU处于低功耗工作状态，当没有数据收发时，MCU处于更低功耗的睡眠状态。
信号发送单元9，受控于主控MCU8，当有水位数据发送时，打开发送电路，主控MCU8将数据传递给信号发送单元9，信号发送单元9将数据耦合到通信电缆上，将数据实时上传。
信号接收单元10，受控于主控MCU8，长期低功耗工作于接收状态。接收中断信号，将MCU从睡眠状态唤醒为工作状态；接收下传命令，让MCU执行相应操作；接收下传数据，传递给MCU，进行分析和处理。
取电储能单元11，连接于通信电缆，从远程供电和通信的电缆上断续取电，当通信时，通信电缆作为通信信号传输的通道，当无通信时，取电储能单元11从通信线缆上取电，通过单元电路中的电容进行储能，以供水位探头14工作需要。
拨码编址单元12，实现对装置的地址编码，与主控MCU8连接，主控MCU8采集地址信息，将本装置的地址信息上传，实现当有水位预警信息上传时，定位故障区段，做到及时有效实时处理，保障电力隧道和电力设备的运行安全。
探头数据采集单元13，与水位探头14连接，将水位探头14采集的实时水位信息，通过探头数据采集单元转换后传递给主控MCU8。水位探头14对水位的采集信息，体现为电流信号，探头数据采集单元13，通过接口采样电阻和保护器件，将电流信号转换为MCU可以接收和处理的有效电压信号。
水位探头14，安装在隧道墙壁上，贴近地面即可，实现对电力隧道内水位的监测。
电源转换单元15，是将取电储能单元11从通信电缆上所取得的电能转换为水位探头14工作所需的电源电压，与主控MCU8连接，控制电源转换单元给水位探头14供电和断电。
所述信号发送单元9、信号接收单元10、取电储能单元11、电源转换单元15和探头数据采集单元13均由主控芯片及外围电路组成，所述拨码编址单元12由一个拨码开关和一些外围电阻电容组成。
所述水位监测装置3具备防水功能，体积小巧，无需安装在防水设备箱内，可以根据水位探头14的实际安装位置，就近贴墙安装，并通过一对通信电缆16，实现上行和下行数据命令的传递以及工作取电。
Claims (4)
1.一种地下高压电力隧道水位在线监测系统，其特征在于：包含上位机（1）、监控主机（2）、水位监测装置（3）和水位探头（14），所述上位机（1）、监控主机（2）、水位监测装置（3）、水位探头（14）从上至下依次连接，监控主机（2）的数量为一个或一个以上，每个监控主机（2）所连接的水位监测装置（3）的数量为一个以上，每个水位监测装置（3）所连接的水位探头的数量为一个以上，上位机（1）与监控主机（2）之间通过TCP/IP以太网接口互相连接，监控主机（2）与水位监测装置（3）之间通过一对低烟无卤阻燃通信电缆互相连接；
所述监控主机（2）包含底板（4）、电源转换及通信脉冲产生插板（5）、数据采集及通信插板（6）和串口通信插板（7），电源转换及通信脉冲产生插板（5）、数据采集及通信插板（6）、串口通信插板（7）分别与底板（4）互相连接；
所述监控主机（2）设有八块数据采集及通信插板（6），每块插板设有八个通信端口，每个通信端口与一至十六个水位监测装置（3）互相连接；
所述监控主机（2）与水位监测装置（3）之间的通信距离是0公里～15公里；
所述水位监测装置（3）包含主控MCU（8）、信号发送单元（9）、信号接收单元（10）、取电储能单元（11）、拨码编址单元（12）、探头数据采集单元（13）和电源转换单元（15），信号发送单元（9）、信号接收单元（10）、拨码编址单元（12）、探头数据采集单元（13）和电源转换单元（15）与主控MCU（8）分别连接，信号发送单元（9）、信号接收单元（10）和取电储能单元（11）与一对通信电缆（16）分别连接通信，取电储能单元（11）与电源转换单元（15）互相连接。
2.根据权利要求1所述的一种地下高压电力隧道水位在线监测系统，其特征在于：所述监控主机（2）的出口和水位监测装置（3）的入口设有滤波器。
3.根据权利要求1所述的一种地下高压电力隧道水位在线监测系统，其特征在于：所述水位探头（14）安装在隧道墙壁上贴近地面的位置。
4.一种地下高压电力隧道水位在线监测方法，其特征在于包含如下工艺步骤：
①采用地下高压电力隧道水位在线监测系统进行，该系统包含上位机、监控主机、水位监测装置和水位探头，所述上位机、监控主机、水位监测装置、水位探头从上至下依次连接，监控主机的数量为一个或一个以上，每个监控主机所连接的水位监测装置的数量为一个以上，每个水位监测装置所连接的水位探头的数量为一个以上，上位机与监控主机之间通过TCP/IP（网络通信协议）以太网接口互相连接，监控主机与水位监测装置之间通过一对低烟无卤阻燃通信电缆互相连接；
所述监控主机包含底板、电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板和串口通信插板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板分别与底板互相连接；
②上位机（1）以及与上位机通信的至少一台监控主机（2），每台监控主机（2）下带若干个挂接在同一线路上的水位监测装置（3），每个水位监测装置（3）与若干个水位探头（14）通信；
所述监控主机（2）与上位机（1）之间利用TCP/IP以太网接口通信，每台监控主机（2）通过一对低烟无卤阻燃通信电缆对水位监测装置（3）远程供电和控制，监控主机（2）采用热插拔式积木结构设计，部署在电缆通道就近的分控变电站内，通过通信电缆连接电缆隧道内的水位监测装置（3），实现远程供电和载波通讯信号共缆传输；监控主机（2）采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示；
③电源转换及通信脉冲产生插板（5）完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板（6）完成数据传输和串口通信插板（7）的通信；串口通信插板（7）完成数据采集及通信插板（6）与上位机（1）间的通信，数据采集及通信插板（6）与串口通信插板（7）间为串口通信，通过串口通信插板（7）转化成网口与上位机（1）连接；底板（4）完成与电源转换及通信脉冲产生插板（5）、串口通信插板（7）和数据采集及通信插板（6）间的数据交互和电源供电；
④主控MCU（8）为电力隧道地下水位在线装置的核心控制单元，与信号发送单元（9）连接，将需要发送到上层的数据通过信号发送单元（9）发送出去；与信号接收单元（10）连接，接收上层发送下来的数据和命令，执行相应的操作；与拨码编址单元（12）连接，对装置的编码进行采集，存储，上传；与探头数据采集单元（13）相连，对水位数值进行采集，上传；与电源转换单元（15）连接，控制电源转换单元（15）给水位探头（14）供电和断电；
⑤信号发送单元（9），受控于主控MCU（8），当有水位数据发送时，打开发送电路，主控MCU（8）将数据传递给信号发送单元（9），信号发送单元（9）将数据耦合到通信电缆上，将数据实时上传；
⑥信号接收单元（10），受控于主控MCU（8），接收中断信号，将主控MCU从睡眠状态唤醒为工作状态；接收下传命令，让主控MCU执行相应操作；接收下传数据，传递给主控MCU，进行分析和处理；
⑦取电储能单元（11），连接于通信电缆，从远程供电和通信的电缆上断续取电，当通信时，通信电缆作为通信信号传输的通道，当无通信时，取电储能单元（11）从通信线缆上取电，通过单元电路中的电容进行储能，以供水位探头（14）工作需要；
⑧拨码编址单元（12），与主控MCU（8）连接，主控MCU采集地址信息，将地址信息上传，当有水位预警信息上传时，定位故障区段；
⑨探头数据采集单元（13），与水位探头（14）连接，将水位探头采集的实时水位信息，通过探头数据采集单元转换后传递给主控MCU（8）；水位探头对水位的采集信息，体现为电流信号，探头数据采集单元（13），通过接口采样电阻和保护器件，将电流信号转换为MCU可以接收和处理的有效电压信号；水位探头（14），安装在隧道墙壁上，贴近地面，实现对电力隧道内水位的监测；
⑩电源转换单元（15），将取电储能单元（11）从通信电缆上所取得的电能转换为水位探头（14）工作所需的电源电压，与主控MCU（8）连接，控制电源转换单元给水位探头（14）供电和断电。
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