CN105278427A - 一种用于变电站防汛防洪自动报警排水系统 - Google Patents

Abstract

一种用于变电站防汛防洪自动报警排水系统，该系统包括警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器，所述的系统还包括信号采集器，信号采集器由信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑；系统可以实现当前水位检测、水位指示、自动排水、自动报警功能，具有操作方便、实用性强、动作可靠、反应灵敏等特点，完全能够满足无人值守变电站在夏季汛期的防汛防洪需要。

Description

一种用于变电站防汛防洪自动报警排水系统

技术领域

本发明涉及变电站供电技术领域，尤其涉及一种用于变电站防汛防洪自动报警排水装置。

背景技术

夏季汛期雨水较多，对于许多处在低洼地势的无人值守变电站，汛期防汛防洪工作尤为重要。变电站内的电缆层及电缆沟、由于所处地势位置较低的原因，很容易产生积水现象的发生，由于电缆长时间的浸泡在积水中，容易导致电缆绝缘层绝缘功能下降、甚至出现电缆遇水爆炸等严重后果，危及整个变电站供电设备的安全运行，假如变电站进水较多，还可能导致变电站全停，给企业生产、居民生活带来不必要的损失和不便，对生产和生活都会产生严重影响。目前，变电站的站内排水工作一般都是采用水泵和排水管，站内工作人员在汛期进行日常巡视时，如发现站内有积水，便开启排水水泵进行排水，以便保证站内设备的安全运行，其不足之处是：由于需要进行人工观测，相当费时费力，同时不能做到及时发现积水、及时处理积水，工作效率较低，一旦出现排水不及时现象发生，有时就会危及整个站内设备的安全运行。因此，需要一种技术方案解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于变电站防汛防洪自动报警排水装置，在变电站出现汛情时，能够及时自动报警、启动水泵排水并通知变电站值班人员。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于变电站防汛防洪自动报警排水系统，该系统包括警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器，警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器安装在集水池内壁的中下部位置，从上到下安装顺序依次为警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器；集水池设置在变电站室内低洼处的电缆沟、电缆夹层处；排水水泵设置在集水池底部；

所述的系统还包括信号采集器，信号采集器由信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑；

所述的系统还包括PLC控制单元、上位机、排水装置单元、中间继电器、排水水泵、GPRS无线通讯模块A、GPRS无线通讯模块B、GPRS网络单元、调制调节器、值班人员手机；所述的PLC控制单元分别与上位机、排水装置单元、GPRS无线通讯模块B相连接；所述的GPRS无线通讯模块A与GPRS无线通讯模块B相通讯；GPRS无线通讯模块A与GPRS网络单元相连接，GPRS网络单元分别与调制调节器和值班人员手机相通讯；所述的排水装置单元、中间继电器、排水水泵依次相连接。

本发明是基于全球移动通信系统GPRS系统的通用无线分组业务，以封包式来传输移动数据业务，提供端到端的、广域的无线IP连接技术的变电站防汛防洪自动报警排水装置，该装置以可编程逻辑控制器PLC为核心控制器件，采用信号采集器处理信号后，按照使用功能由GPRS网络单元、PLC控制单元、信号采集器、显示单元、排水装置单元四个部分组成，实现当前水位检测、水位指示、自动排水、自动报警功能，具有操作方便、满足无人值守变电站在夏季汛期的防汛防洪需要。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本系统在变电站出现汛情时，能够及时自动报警、启动水泵排水并通知变电站值班人员。通过警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器，采集相应的水位信号，经信号采集器处理后，通过PLC控制单元实现总动排水控制，及远程报警功能。该系统可以实现当前水位检测、水位指示、自动排水、自动报警功能，具有操作方便、实用性强、动作可靠、反应灵敏等特点，完全能够满足无人值守变电站在夏季汛期的防汛防洪需要。

附图说明

图1是本发明的系统组成结构示意图。

图2是本发明的传感器排水水泵在集水池中安装位置示意图。

图3是信号采集器的结构框图。

图4是信号接入单元原理图。

图5是信号变换单元原理图。

图6是隔离放大单元原理图。

图7是嵌入式微电脑结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图2所示，本发明是基于全球移动通信系统GPRS系统的通用无线分组业务，以封包式来传输移动数据业务，提供端到端的、广域的无线IP连接技术的变电站防汛防洪自动报警排水装置，该装置以可编程逻辑控制器PLC为核心控制器件，按照使用功能由GPRS网络单元、PLC控制单元、信号采集器、显示单元、排水装置单元四个部分组成。

GPRS网络单元包括报警控制中心、调制调节器、值班人员手机、GPRS网络单元、GPRS无线通讯模块A，GPRS网络单元采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，提供了与现有数据网的无缝连接；单元内采用RS485总线接口，+5～26V宽范围电压供电，通过串口电缆将报警控制中心、调制调节器、值班人员手机、GPRS网络单元、GPRS无线通讯模块A连接后，可以配置单元的工作模式、短信接收号码、波特率，并支持透明和命令两种工作模式，透明工作模式是群发短信功能，命令工作模式是一对一发送短信；报警控制中心采用透明工作模式，设置有声光报警装置，还可预设最多5位变电站值班人员手机3号码，当信号采集器检测到报警信号时，PLC控制单元启动短信发送功能通过GPRS无线通讯模块B和GPRS无线通讯模块A向值班人员手机发送报警短信，并通过调制调节器向报警控制中心发送报警信号。

核心控制器件PLC选用西门子S7-200系列的222CNAC/DC/RELAY，有8路数字量输入用于连接信号采集器、6路继电器输出用于连接排水装置单元，1个RS485通信接口用于连接上位机，负载电源模块连接PLC直流输出DC24V电源，电源最大负载能力500Ma，PLC控制单元可以实现信号采集器水位信号的采集与处理，控制显示单元的指示灯显示模块和LCD显示屏的状态、数字显示，接收和执行上位机发出的指令，控制排水装置单元的中间继电器、排水水泵启动和停止，同时可以控制GPRS无线通讯模块B和A向GPRS网络单元发射报警信息。

见图3，信号采集器由信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑组成，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑；信号采集器采集警戒开关量信号、排水开关量信号、紧急开关量信号。

见图4，信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3(如CD4051或CC4051)三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出，IN11、IN21和IN31为第1路信号输入端，同理，IN18、IN28和IN38为第8路信号输入端。QH为信号接入单元选通信号，低电平为选通状态，D2、D1和D0为输入端选控信号，输入信号为分时按顺序接入。其选通与控制信来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑，其信号选通接入后都由A1、A2、和A3输出给信号变換单元。

见图5，信号变换单元是由电阻R1～R11、阻抗变换器GS1～GS6和电子开关S1～S7组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；

信号变换单元将来自信号接入单元的各种信号转换成标准电压信号。信号变换单元接收信号接入单元输出端A1、A2、和A3端信号，通过信号变换单元的调理转换成规定的输出端B1、B2和B3的输出信号。Vout是外加基准电压，D2、D1及D0是来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑的选控信号，以控制输入信号的转换。

见图6，隔离放大模块由电容隔离组件U₁、放大器U₂、电阻网络U₃组成，其中电容隔离组件U₁由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C6、C7组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；GL为电容开关式隔离选通信号，低电平为选通，D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑；这种电容开关式隔离，具有高可靠隔离特性，可编程放大器，线性好，依据信号自动选定量程，尤其能保证微弱数据信号放大不失真。

D0低电平时，KC11～KC22都合在左边，即电容C1和C2存入信号，D0高电平时，信号传给运算放大器U₂；U₂和U₃构成可编程放大器，即在来自嵌入式微电脑的放大选控信号下，调节数字电位器SD1、SD2和SD3的阻值，实现放大倍数的变化，即改变信号的量程，进而提高信号变换的精度；隔离放大单元实现了将调理单元与放大电路的可靠隔离，以控制增益放大电路与前端干扰，同时根据信的大小，自动选定其放大电路的增益，即选择量程，称之为可编程增益。

见图7，嵌入式微电脑包括A/D转换器U4、基准电压源、DSP控制器U5(如TMS320C54X)、温度补偿传感器DS18B20、网络接口U6和存储器U7，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB₂和地址总线AB₂与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB₃和地址总线AB₃与存储器连接；温度补偿传感器DS18B20与DSP控制器连接，A/D转换器接收放大器的输出信号V_out。为了消除环境温度对热电耦测量精度产生的影响，DSP控制器U5连接一个DS18B20一线总线式数字温度传感器；网络接口U6可采用Profibus-DP和Modbus现场总线，实现与工控机的通信；USB接口可用于程序的更新。

A/D转换器采用±18位高分辩率A/D转换器，如美信公司产品MAX132MRC芯片，串行、低功耗，温度范围－55℃～+125℃；DSP控制器是数据采集处理的核心部件，采用德卅仪器(TI)的TMS320C2407，16位DSP；存储器为只读存储器；网络接口专用于Profibus-DP和Modbus现场总线；基准电压源为A/D转换器提供基准电压，一般采用5V或2.5V的高准确，且稳定的直流电源；USB接口为转存设置或输岀必要的信息。

警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器安装在集水池内壁的中下部位置，从上到下安装顺序依次为警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器；集水池设置在变电站室内低洼处的最低处，如电缆沟、电缆夹层等处，排水水泵设置在集水池底部；各个水位传感器采用静压式液位传感器，该传感器利用液体静压力的测量原理工作，选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经信号采集器的放大电路放大和补偿电路补偿，然后再转换成开关量信号、并将警戒开关量信号、排水开关量信号、紧急开关量信号分别直接送入PLC控制单元中的三个数字量输入端口检测。

显示单元包括指示灯显示模块、LCD显示屏、警戒水位指示灯、排水水位指示灯、紧急水位指示灯、故障指示灯，显示单元用于实时显示整个装置的水位情况状态，指示灯显示模块包括警戒水位指示灯、排水水位指示灯、紧急水位指示灯、故障指示灯四个部分的LED指示信号灯，其中故障指示灯部分用于检测警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器工作状态逻辑关系，若输出逻辑错误，则可以判断该水位传感器出现异常，则发出报警闪亮信息；LCD显示屏是液晶显示屏，能够简单灵活地显示整个装置的参数设置及时水位情况状态等。

PLC控制单元、排水装置单元、中间继电器、排水水泵依次相连接，排水水泵启动及运行的电流较大，最大可达到20A，PLC带负载能力远远不够，因此排水装置单元采用交流接触器开关，西门子S7-200系列的222CNAC/DC/RELAY的继电器输出端口，输出电压DC24V，无法直接驱动排水水泵的220V或者380V交流接触器开关，由此需要连接加入中间继电器；PLC控制单元检测到排水水位传感器或者紧急水位传感器的排水开关量信号或者紧急开关量信号达到排水水位或者紧急水位时，启动中间继电器，排水水泵进行排水。

Claims (3)

1.一种用于变电站防汛防洪自动报警排水系统，其特征在于：该系统包括警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器，警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器安装在集水池内壁的中下部位置，从上到下安装顺序依次为警戒水位传感器、排水水位传感器、紧急水位传感器；集水池设置在变电站室内低洼处的电缆沟、电缆夹层处；排水水泵设置在集水池底部；所述的系统还包括信号采集器，信号采集器由信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑；

所述的系统还包括PLC控制单元、上位机、排水装置单元、中间继电器、排水水泵、GPRS无线通讯模块A、GPRS无线通讯模块B、GPRS网络单元、调制调节器、值班人员手机；所述的PLC控制单元分别与上位机、排水装置单元、GPRS无线通讯模块B相连接；所述的GPRS无线通讯模块A与GPRS无线通讯模块B相通讯；GPRS无线通讯模块A与GPRS网络单元相连接，GPRS网络单元分别与调制调节器和值班人员手机相通讯；所述的排水装置单元、中间继电器、排水水泵依次相连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于变电站防汛防洪自动报警排水装置，其特征在于：所述的信号变换单元是由电阻R1～R11、阻抗变换器GS1～GS6和电子开关S1～S7组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；

信号变换单元将来自信号接入单元的各种信号转换成标准电压信号，信号变换单元接收信号接入单元输出端A1、A2、和A3端信号，通过信号变换单元的调理转换成规定的输出端B1、B2和B3的输出信号。Vout是外加基准电压，D2、D1及D0是来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑的选控信号，以控制输入信号的转换。

3.根据权利要求1所述的一种用于变电站防汛防洪自动报警排水装置，其特征在于：所述的隔离放大模块由电容隔离组件U₁、放大器U₂、电阻网络U₃组成，其中电容隔离组件U₁由电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂、电容C6、C7组成，电子开关Kc₁₁、Kc₁₂、Kc₂₁、Kc₂₂以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；GL为电容开关式隔离选通信号，低电平为选通，D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑；D0低电平时，KC11～KC22都合在左边，即电容C1和C2存入信号，D0高电平时，信号传给运算放大器U₂；U₂和U₃构成可编程放大器，即在来自嵌入式微电脑的放大选控信号下，调节数字电位器SD1、SD2和SD3的阻值。