CN105652729A - 通过iec61850实现数据共享的温度无线监测方法 - Google Patents

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周海军
蔡明�
王汉军
周长春
高嵩岩
向勇
刘庶民
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Abstract

本发明涉及通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,包括以下步骤:无线温度传感器周期性采集测量点的温度数据,并发送至无线温度监测仪;无线温度监测仪将温度数据进行处理并保存;无线温度监测仪将温度数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统。本发明改善了现有无线测温装置与变电站自动化系统无法进行实时、高效的互相接入,降低了变电站温度监控的复杂程度,具有通用化和低成本的特点。

Description

通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,具体地说是一种通过ZigBee与温度传感器通信进行温度采集分析监测、并将私有数据转换成符合IEC61850标准数据的温度无线监测方法。
背景技术
[0002] 随着供电负荷的迅速增加以及供电设备的老化,变电站由于输变线路接头温度过高引起的火灾、爆炸现象时有发生,严重影响到用电安全,给供电、用电双方带来巨大的经济损失,因此对变电站灾害的实时监测、预警成为电力系统研究的热点和难点。电厂、变电站的高压开关柜是重要电气设备处于长期运行状态,中置柜的触点和母线连接排等部位因接触不良或氧化造成接触电阻变大而发热,还有过负荷运行均会导致开关触点或母线发热,引起绝缘老化甚至击穿,严重的发生爆炸,特别是电缆的大量使用,电缆接头事故率更高。为尽可能的避免各类电力事故,电力设备安全运营实时监控的任务迫在眉睫。
[0003] IEC61850标准是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准。它通过标准的实现,实现了智能变电站的工程运作标准化。使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明。IEC61850提出了一种公共的通信标准,通过对设备的一系列规范化,使其形成一个规范的输出,实现系统的无缝连接。该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。
[0004] 现有的无线测温装置只能单独独立为一个系统,无法实现与变电站自动化系统的实时高效接入。两个系统之间的接入转换无形中提高了变电站自动化系统建设的成本和开发验收维护的人力物力,加大了对变电站系统的监控操作的复杂性。
发明内容
[0005] 为解决上述问题,本发明涉及通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,通过无线测温设备将采集的测温数据转换为符合IEC61850规约的数据直接接入到智能变电站自动化系统。
[0006] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,包括以下步骤:
[0007] 无线温度传感器周期性采集测量点的温度数据,并发送至无线温度监测仪;无线温度监测仪将温度数据进行处理并保存;
[0008] 无线温度监测仪将温度数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统。
[0009] 所述无线温度监测仪将温度数据进行处理并保存包括以下步骤:
[0010] 无线温度监测仪启动服务并创建线程,读取配置文件;根据配置文件中的采样周期接收无线温度传感器报文;
[0011] 解析该报文,并将报文内数据分别写入到多个数据文件中;当采集周期结束时,返回读取配置文件步骤。
[0012] 所述多个数据文件包括当前温度数据文件、温度报警数据文件、历史温度数据文件。
[0013] 所述无线温度监测仪将温度数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统包括以下步骤:
[0014] 无线温度监测仪启动服务并创建线程,监听内部通信模块,接收变电站自动化系统发送的报文;
[0015] 判断报文格式;如果是校时报文,则解析该报文并进行系统校时;如果是采集报文,则解析该报文并读取存储空间数据,将该数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统。
[0016] 所述解析该报文并读取存储空间数据,将该数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统包括以下步骤:
[0017] 将无线测温数据进行面向对象数据建模,生成IEC61850标准I⑶模型文件;
[0018] 创建IEC61850服务模块,解析I⑶模型文件,分配温度数据存储空间,创建IEC61850标准服务,包括报告服务(缓冲报告和非缓冲报告)、日志服务、对时服务;
[0019] IEC61850服务模块访问温度数据存储空间,按照MMS服务协议,采用ASN.1编码规则作为描述工具,将无线测量温度值数据构建成报文;
[0020] 客户端请求数据时,IEC61850服务模块发送报文。
[0021] 无线温度监测仪的系统模块读取内部存储模块内存储的配置文件和数据文件;将配置文件内的配置信息通过显示模块显示,并将输入模块的输入的配置信息存储到配置文件内;将数据文件内的温度信息通过显示模块显示。
[0022] 所述配置信息包括无线温度监测仪参数信息、网络信息、无线温度传感器信息和当前时间信息。
[0023] 本发明具有以下有益效果及优点:
[0024] 1.本发明建立了一种通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,建立了适应于自动化变电站和温度监测的通信机制,通过IEC61850规范实现变电站自动化系统和温度监控系统的直接通讯。
[0025] 2.本发明采用ZigBee无线传输技术,使用星形拓扑结构,可连接多个传感器,提高了通信效率,视环境不同传输距离达到10〜100米,不受电力系统高压环境的影响,克服了特殊狭小环境下的数据测量,并且收发信息功耗较低,模块价格低廉,大大降低了成本。
[0026] 3.本发明将温度数据转换成符合IEC61850的丽S报文,能够使出自不同制造商的设备之间具有互操作性,使系统集成变得简单、方便。
[0027] 4.本发明改善了现有无线测温装置与变电站自动化系统无法进行实时、高效的互相接入,降低了变电站温度监控的复杂程度,具有通用化和低成本的特点。
附图说明
[0028] 图1为本发明拓扑结构图;
[0029] 图2为本发明无线温度传感器结构示意图;
[0030] 图3为本发明无线温度监测仪结构示意图;
[0031] 图4为本发明无线温度监测仪的监测仪显示模块框图;
[0032] 图5为本发明无线温度监测仪的IEC61850协议转换程序流程图;
[0033] 图6为本发明无线温度监测仪的IEC61850协议转换程序报文生成流程图;
[0034] 图7为本发明无线温度监测仪的无线测温采集程序流程图。
具体实施方式
[0035] 本发明的系统是由无线温度监测仪和无线温度传感器组成的无线测温系统。本系统采用ZigBee无线传输技术作为测温采集的数据传输手段,如图1所示,系统中无线温度监测仪通过星型拓扑可连接多个无线温度传感器。
[0036] 如图2所示,无线温度传感器包括单片机模块、测温模块、无线模块和电源模块三部分。其中单片机模块控制测温模块和无线模块完成温度采集和数据发送。测温模块采用数字测温芯片,直接贴合在测量点,将测量点的温度转化成数字信号,排除周围环境对温度测量照成的影响。无线模块采用嵌入式ZigBee模块,通过ZigBee无线传输技术实现无线温度传感器和无线温度监测仪之间的互相通信。无线温度传感器中由单片机模块控制数字测温芯片周期性进行温度采集,将采集的温度转换成数字信号通过所述无线温度传感器中的无线模块周期性发送包含采集温度、剩余电量、信号强度和网络地址的数据报文,将报文发送到ZigBee无线网络中,无线温度监测仪获取报文完成一次采集。电源模块采用高性能的聚合物电池为单片机模块、无线模块和测温模块提供电力,数字测温芯片和嵌入式ZigBee模块均具有低功耗的优点,其理论寿命可达6年,在实际使用中,因工作环境中温度条件的影响,其电池的工作寿命也可达5年以上。
[0037] 如图3所示,无线温度监测仪包括显示模块、无线模块、内部存储模块、输入模块、系统模块、电源模块和通信模块六部分。显示模块包含I个集成VGA接口,和I路板载双通道18位LVDS接口,配合监测仪显示程序能够实现对采集温度数据和采集配置参数的显示功能。无线模块采用嵌入式ZigBee模块,使用ZigBee无线传输技术实现无线温度监测仪和无线温度传感器的连接,通过星型拓扑可连接多个无线温度传感器,提高了通信效率,视环境不同传输距离达到10〜100米,不受电力系统高压环境的影响。无线温度监测仪通过读取用户配置的配置文件,周期性接收无线温度传感器发送信号,无线温度监测仪对信号进行处理后得到采集点的测量温度、剩余电量、网络信号强度和网络地址。内部存储模块为4GSD卡,内部可存储温度采集数据、采集配置数据、采集系统程序、监测仪显示程序、IEC61850协议转换程序,SD卡支持拆卸方便移植。输入模块包含薄膜键盘输入接口电路,具有简单按键,结合显示模块可对所述无线温度监测仪进行查询和配置,所述输入模块还包括USB扩展接口,支持外接键盘。系统模块包含低功耗主板和应用软件系统,其中低功耗主板包括微处理器模块、存储器模块,所述存储器模块包含Cache和主存,Cache用于存放最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据,主存用于存放系统。应用软件系统为嵌入式Linux系统,其中包括无线测温采集程序、监测仪显示程序、IEC61850协议转换程序。所述电源模块为220V交直流通用外部电源供电。所述通信模块为lO/lOO/lOOOMbps网络接口,通过网线接入到变电站自动化系统。
[0038] 所述应用软件系统为嵌入式Linux系统,是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统,负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。
[0039] 如图4所示,所述监测仪显示程序为使用QT工具开发的嵌入式⑶I程序,结合输入模块能实现无线温度监测仪的人机交互。其功能主要分为配置查询、数据查询和监测仪配置三大功能。
[0040] 所述配置查询功能包括监测仪信息查询、网络查询、采集信息查询和时间查询四个功能,其中监测仪信息查询功能通过读取监测仪配置文件将监测仪信息展现到所述显示模块中,实现对所述监测仪的监测仪名称、采集周期、数据保存周期、采集传感器数量等信息的查看。采集信息查询功能通过读取监测仪采集配置文件将采集信息展现到所述显示模块中,实现对所述监测仪采集传感器的传感器位置描述、传感器地址和温度报警值等信息的查看。网络查询和时间查询功能则是通过获取所述无线温度监测仪的应用软件系统中的网络配置信息和系统时间信息,展现到所述显示模块中,实现对所述无线温度监测仪的应用软件系统信息的查询。
[0041] 所述数据查询功能包括当前温度查询、历史温度查询、温度曲线对比和温度报警查询四个功能,其中当前温度查询通过读取所述无线测温采集程序保存的当前温度数据文件,将当前温度信息展现到显示模块中,实现对所述无线温度监测仪采集传感器的传感器位置、采集温度、采集质量、网络地址、信号强度、电池电量和更新时间的信息查询。历史温度查询通过读取所述无线测温采集程序保存的历史温度数据文件,将所选日期的历史温度信息展现到显示模块中,实现对选择时间的温度数据查询。温度曲线对比通过读取所述无线测温采集程序保存的历史温度数据文件,将所选测量点的两个日期的历史温度信息画成曲线展现到所述显示模块中,实现对同一测量点不同日期所采集的历史温度数据曲线对比查看。温度报警查询通过读取所述无线测温采集程序保存的报警温度数据文件,将最近超过预警温度的测点信息展现到所述显示模块中,实现对近期超过预警温度的测点名称、预警值、实际温度、发生时间的查询。
[0042] 所述监测仪配置功能包括监测仪信息配置、网络配置、采集信息配置和版本信息查看四个功能,其中监测仪信息配置功能通过所述显示模块配合输入模块对无线测温采集程序的监测仪配置文件进行修改,实现对无线温度监测仪的监测仪名称、采集周期、数据保存周期、采集传感器数量等信息的配置。采集信息配置功能通过所述显示模块配合输入模块对无线测温采集程序的采集信息配置文件进行修改,实现对无线温度监测仪采集传感器的传感器位置描述、传感器地址和温度报警值等信息的配置。网络信息配置功能通过所述显示模块配合输入模块对无线温度监测仪的应用软件系统的网络配置文件进行修改,对所述无线温度监测仪通信模块的网络地址进行配置。版本信息查看通过读取所述无线测温采集程序的程序版本信息文件,将无线测温采集程序的版本信息展现到显示模块中。
[0043] 如图5所示,所述IEC61850协议转换程序为C语言开发的服务程序,它的作用为将所述无线温度监测仪所采集的数据转换成符合IEC61850协议的报文,实现无线测温系统与变电站自动化系统的无缝接入。所述IEC61850协议转换程序实时对所述通信模块进行监控,当接收到变电站自动化系统通过网络发送过来的数据采集报文时,结合IEC61850协议规范解析报文,读取数据并将数据转换成符合IEC61850规范的数据报文回传给变电站自动化系统。同时所述IEC61850协议转换程序也具有校时功能,当接收到变电站自动化系统通过网络发送过来的时间同步报文后,结合IEC61850协议规范解析报文,对所述应用软件系统的时间进行修正。
[0044] 如图6所示,所述转换成符合IEC61850规范的数据报文过程:将无线测温数据进行面向对象数据建模,生成IEC61850标准I⑶模型文件。创建IEC61850服务模块,解析ICD模型文件,分配温度数据存储空间,创建IEC61850标准服务,包括报告服务(缓冲报告和非缓冲报告)、日志服务、对时服务。IEC61850服务模块访问温度数据存储空间,按照MMS服务协议,采用ASN.1编码规则作为描述工具,将无线测量温度值数据构建成报文。
[0045] 如图7所示,所述无线测温采集程序采用C语言开发的服务程序。它的作用为通过无线模块接收无线温度传感器发出的采集数据,将采集数据保存成数据文件,实现对测量点的温度采集。所述无线测温采集程序通过读取采集配置文件,周期性的接收周围所述无线温度传感器发出的数据信号,解析数据信号中报文的温度数据、剩余电量数据、信号强度和网络地址,校验后将数据保存到当前温度数据文件、报警温度数据文件和历史温度数据文件。

Claims (7)

1.通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于包括以下步骤: 无线温度传感器周期性采集测量点的温度数据,并发送至无线温度监测仪;无线温度监测仪将温度数据进行处理并保存;无线温度监测仪将温度数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统。
2.按权利要求1所述的通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于所述无线温度监测仪将温度数据进行处理并保存包括以下步骤: 无线温度监测仪启动服务并创建线程,读取配置文件;根据配置文件中的采样周期接收无线温度传感器报文; 解析该报文,并将报文内数据分别写入到多个数据文件中;当采集周期结束时,返回读取配置文件步骤。
3.按权利要求2所述的通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于所述多个数据文件包括当前温度数据文件、温度报警数据文件、历史温度数据文件。
4.按权利要求1所述的通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于所述无线温度监测仪将温度数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统包括以下步骤: 无线温度监测仪启动服务并创建线程,监听内部通信模块,接收变电站自动化系统发送的报文; 判断报文格式;如果是校时报文,则解析该报文并进行系统校时;如果是采集报文,则解析该报文并读取存储空间数据,将该数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统。
5.按权利要求4所述的通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于所述解析该报文并读取存储空间数据,将该数据转换成符合IEC61850规范的数据报文发送至变电站自动化系统包括以下步骤: 将无线测温数据进行面向对象数据建模,生成IEC61850标准ICD模型文件; 创建IEC61850服务模块:解析I⑶模型文件,分配温度数据存储空间,创建IEC61850标准服务,包括报告服务、日志服务、对时服务; IEC61850服务模块访问温度数据存储空间,按照MMS服务协议,采用ASN.1编码规则作为描述工具,将无线测量温度值数据构建成报文; 变电站自动化系统请求数据时,IEC61850服务模块发送报文。
6.按权利要求1所述的通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于无线温度监测仪的系统模块读取内部存储模块内存储的配置文件和数据文件;将配置文件内的配置信息通过显示模块显示,并将输入模块的输入的配置信息存储到配置文件内;将数据文件内的温度信息通过显示模块显示。
7.按权利要求6所述的通过IEC61850实现数据共享的温度无线监测方法,其特征在于所述配置信息包括无线温度监测仪参数信息、网络信息、无线温度传感器信息和当前时间信息。
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