CN104701992A - 基于tcp/ip通讯的电力通信机柜监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，包括供源单元以及分别与其连接的监测单元、传输单元；采用交换机POE供电作为主电源，采用以太网作为数据传输通道，各传感节点以单片机构成的嵌入式数据汇聚平台为基础，将采集到的温湿度、电流信息转化为数字信号，通过TCP/IP协议将数据发送到监控软件。同时，监测装置内置WEB页面，WEB页面显示当前采集到的温湿度数据和运行电流数据，监控软件不用固定在某一台主机，任何联网的主机运行该软件均能获取到每个节点的监测数据，不需要专门架设服务器，部署简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备状态监控装置技术领域，尤其涉及一种基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置。
背景技术
配电设备的通信机柜多集中配置于电力机房中，为了保证机柜的正常运行，需要对多项运行参数进行实时监测，如温湿度监测、运行电流监测等。市面上现有的监测装置，均是使用变送器连接传感器，通过传感器采集到所需数据后，将数据经变送器的RS485总线、CAN总线、其他通信链路传输到监测主机，再通过监测主机的软件显示温湿度数据。
然而此类监测装置，在通信设备机柜中使用时，需要分别安装传感器、变送器、通讯总线、监测主机等，这样在人力物力成本方面，安装及维修费用较高，同时，如果要进行数据整合或数据查询，还需要专门架设服务器，部署比较复杂。随着网络信息的普及化，我们需要一种能够借助现有网络信息资源的新型通信机柜监测装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，解决传统机柜监测装置成本高、维修不便、信息共享性差的缺点，且供电的安全性、节能性、可靠性高。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，包括供源单元以及分别与其连接的监测单元、传输单元；所述供源装置包括主电源和分布式电源，所述监测单元包括嵌入式测温节点、运行电流监测节点和数据汇聚平台，所述传输单元包括基于TCP/IP协议栈的以太网线路，所述分布式电源分别连接所述监测单元的各监测节点。
所述主电源包括电场能集能装置、整流器和蓄电池，所述电场能集能装置包括平板电容器，所述平板电容器设置于电力设备母线的交变电场中。
所述分布式电源采用POE供电，以网络数据传输线为供源线路。
所述嵌入式测温节点包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线。
所述运行电流监测节点包括闭环式霍尔电流传感器及其连接的数据传输线。
所述数据汇聚平台包括单片机以及与其连接的电平转换电路，所述数据汇聚平台与所述以太网线路的网络交换机连接。
所述监测装置内置WEB页面，所述WEB页面显示当前采集到的温湿度数据和运行电流数据，所述以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测器的IP地址访问WEB页面。
本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
1．不依靠传统的RS485总线、CAN总线或其他链路，本监测装置集成了TCP/IP协议栈，并直接采用以太网传输采集好的温湿度、电流数据，由于通信设备机柜中一般都已经布设有以太网线路，所以本监测装置可以直接接入机柜中使用。
2．供源装置的主电源应用感应取能原理，将感应取能技术应用于传感装置中，主要包括电场能集能装置、整流器和蓄电池，一方面，减少了供源的复杂度和困难度，能够合理利用资源，另一方面，在感应取能的供电单元中加入整流器、蓄电池，其中，整流器包括降压器以及稳压电路，能够有效避免供电线路在电力机柜母线的大电流下，取能单元吸取能量过剩而烧损电源电路，减小电源的发热量，并将多余的吸取能量进行有效储存，并能够避免供电线路电流为小电流或者断电的情况下而导致监测设备的供电不足，保证取能部件能够向监测设备输出稳定电源，保证监测设备持久稳定运行；并且能够防止取能单元饱和，且使取能单元能够发出瞬时大功率，增强取能电源带负载能力以及适应能力。
3．对各个监测单元的节点，采用的是分布式的POE供电，通过网线传输数据并作为供电电源，这样做就能在确保现有结构化布线安全的同时，不仅保证现有网络的正常运作，还能保证各传感节点的正常运行，最大限度地降低成本。所以，本监测装置在具有POE供电条件的通信设备机柜中使用时，只需要链接一根网线便安装完成，不用考虑额外的电源分布成本。
4．本装置采用交换机POE供电作为主电源，采用以太网作为数据传输通道，不需要专门架设服务器，部署简单，使用方便，各传感节点以单片机构成的嵌入式数据汇聚平台为基础，将采集到的温湿度、电流信息转化为数字信号，通过TCP/IP协议将数据发送到监控软件。同时，监测装置内置WEB页面， WEB页面显示当前采集到的温湿度数据和运行电流数据，监控软件不用固定在某一台主机，任何联网的主机运行该软件均能获取到每个节点的监测数据，这样就可以实现以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测器的IP地址访问WEB页面。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构原理图。
图2为蓄电池充放电模块图。
图3为监测装置WEB界面的显示示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，包括供源单元以及分别与其连接的监测单元8、传输单元；供源装置包括主电源1和分布式电源2，监测单元包括嵌入式测温节点3、运行电流监测节点4和数据汇聚平台5，传输单元包括基于TCP/IP协议栈的以太网线路6，分布式电源分别连接监测单元的各监测节点。在具体实施中，本装置不依靠传统的RS485总线、CAN总线或其他链路，本监测装置集成了TCP/IP协议栈，并直接采用以太网传输采集好的温湿度、电流数据，由于通信设备机柜中一般都已经布设有以太网线路，所以本监测装置可以直接接入机柜中使用，通过与以太网线路连接的任意一台以太网终端机7均可以对监测装置进行访问。
主电源包括电场能集能装置、整流器和蓄电池，电场能集能装置包括平板电容器，平板电容器设置于电力设备母线的交变电场中，两端感应出电流电压，将电场能转换为电能，向负载进行供电；供源装置的主电源应用感应取能原理，将感应取能技术应用于传感装置中，主要包括电场能集能装置、整流器和蓄电池，一方面，减少了供源的复杂度和困难度，能够合理利用资源，另一方面，在感应取能的供电单元中加入整流器、蓄电池，其中，整流器包括降压器以及稳压电路，以通过收集环境中产生的高压设备耦合能量，然后将这种能量转换成良好调节的输出，为传感单元及通信单元提供能量；能够有效避免供电线路在电力机柜母线的大电流下，取能单元吸取能量过剩而烧损电源电路，减小电源的发热量，并将多余的吸取能量进行有效储存，并能够避免供电线路电流为小电流或者断电的情况下而导致监测设备的供电不足，保证取能部件能够向监测设备输出稳定电源，保证监测设备持久稳定运行；并且能够防止取能单元饱和，且使取能单元能够发出瞬时大功率，增强取能电源带负载能力以及适应能力。电场能集能装置收集环境中产生的高压线路耦合能量并转换为电能，经整流稳压单元整流稳压后储存在蓄电池中为传感单元供电。
蓄电池的充放电主要通过整流器的稳压电路来实现，对于充放电稳压电路的设计，随着电力电子器件的发展，大功率开关器件如绝缘栅双极晶体管 IGBT 的技术及其制造工艺日益成熟，已在变换器、有源电力滤波器、整流器、逆变器、动态电压调节器等方面得到成功的应用。本实施例中，采用由 IGBT 组成的电路来产生大功率正弦信号，该信号经升压变压器升压及高压串联谐振电路放大后，电压等级可达高压、超高压、特高压级别。建立了调频式谐振特高压试验电源的数学模型，并在此基础上提出了电压调节自调整比例–积分控制方法和一种新的 PI锁相自动调频的方法，从而实现整个充放电电路的调压和调频，我们所提的控制方法有利于消除传感装置的稳态误差和提高传感装置的动态性能，易于工程实现，其中，稳压频率控制主要由三相不可控整流电路，H桥逆变电路，输出滤波器，串联谐振电路组成。
嵌入式测温节点包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线，运行电流监测节点包括闭环式霍尔电流传感器及其连接的数据传输线，数据汇聚平台包括单片机以及与其连接的电平转换电路，数据汇聚平台与以太网线路的网络交换机连接。高精度温湿度探头主要测量机柜的运行环境数据，便于监控人员及时掌握各柜体信息，闭环式霍尔电流传感器可采用TBC-LTA系列，数据汇聚平台的作用在于提供节点信息整合的基础平台，将不同位置、不同类型的采样节点信息，经过转换整合成统一类型的资源，便于网络服务器的接收，其中，平台包括单片机以及电平转换电路，具体实施例中，电平转换由MAX232标准串行接口芯片完成，单片机选用PIC系列的工业级芯片，通过对单片机通用引脚的设置，实现数据传输的RXD、TXD功能，将收发引脚与电平转换芯片连接实现电平匹配，用于与服务器的通信，单片机内置线性A/D转换器，可以通过软件控制采样时间，实行启动/停止模式，数据转换后得到待发送数字信号，并且单片机内包括多个频段的收发器，使单片机与网络通信之间可以完成双向发送、接收和监听等功能，最后将各个节点的信息数据通过网线接口传输到计算机，分析采样信号的类别与状态。
分布式电源采用POE供电，以网络数据传输线为供源线路。对各个监测单元的节点，采用的是分布式的POE供电，通过网线传输数据并作为供电电源，这样做就能在确保现有结构化布线安全的同时，不仅保证现有网络的正常运作，还能保证各传感节点的正常运行，最大限度地降低成本。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。本监测装置在具有POE供电条件的通信设备机柜中使用时，只需要链接一根网线便安装完成，不用考虑额外的电源分布成本。
本装置采用交换机POE供电作为主电源，采用以太网作为数据传输通道，不需要专门架设服务器，部署简单，使用方便，各传感节点以单片机构成的嵌入式数据汇聚平台为基础，将采集到的温湿度、电流信息转化为数字信号，通过TCP/IP协议将数据发送到监控软件。同时，监测装置内置WEB页面， WEB页面显示当前采集到的温湿度数据和运行电流数据，监控软件不用固定在某一台主机，任何联网的主机运行该软件均能获取到每个节点的监测数据，这样就可以实现以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测器的IP地址访问WEB页面。
以将该装置应用于某10KV变电站的电力通信机柜中为例，该机柜中的测量数据包括主机CPU温度、主机电源电压、母线配电总电流、主机环境温湿度、各通信信道温度，通过网络线路的任一一台主机，输入对应机柜的IP地址，便可以实现系统监控信息的显示，如图3所示，可以查知，该机柜主机电源电压、母线配电总电流均在规定范围内，主机温湿度正常，第一通道温度正常，其它三个通道处于未监测或未使用状态，形象直观。
Claims (7)
1.基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：包括供源单元以及分别与其连接的监测单元、传输单元；所述供源装置包括主电源和分布式电源，所述监测单元包括嵌入式测温节点、运行电流监测节点和数据汇聚平台，所述传输单元包括基于TCP/IP协议栈的以太网线路，所述分布式电源分别连接所述监测单元的各监测节点。
2.如权利要求1所述的基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：所述主电源包括电场能集能装置、整流器和蓄电池，所述电场能集能装置包括平板电容器，所述平板电容器设置于电力设备母线的交变电场中。
3.如权利要求1所述的基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：所述分布式电源采用POE供电，以网络数据传输线为供源线路。
4.如权利要求1所述的基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：所述嵌入式测温节点包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线。
5.如权利要求1所述的基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：所述运行电流监测节点包括闭环式霍尔电流传感器及其连接的数据传输线。
6.如权利要求1所述的基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：所述数据汇聚平台包括单片机以及与其连接的电平转换电路，所述数据汇聚平台与所述以太网线路的网络交换机连接。
7.如权利要求1所述的基于TCP/IP通讯的电力通信机柜监测装置，其特征在于：所述监测装置内置WEB页面，所述WEB页面显示当前采集到的温湿度数据和运行电流数据，所述以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测器的IP地址访问WEB页面。
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