CN108538130A - 用电信息采集系统综合故障排查实训室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用电信息采集系统综合故障排查实训室，包括室内设置的培训柜，所述培训柜上设置视频监测模块和通信模块，所述视频监测模块与通信模块信号连接，所述通信模块与位于控制室的主控模块信号连接，所述主控模块还与体征监测模块信号和对讲模块信号连接，所述主控模块包括工控机。本发明可以对电力行业的新员工进行用电信息采集综合故障排查实训，并使得培训老师可以对新员工实现一对多的同时培训，且可以监测培训过程中新员工的心理素质，避免新员工在日后现场操作时因为心理素质不过关导致出现失误而引起事故，该培训的理念更加先进，受培训员工日后操作时失误率更低。

Description

用电信息采集系统综合故障排查实训室

技术领域

本发明涉及电能计量、装表接电、用电信息采集技术领域，具体涉及一种用电信息采集系统综合故障排查实训室。

背景技术

噪声会影响运行人员的健康，降低工作效率。长期处于噪声环境中，人的机体免疫力会降低，诱发一些疾病。长时间在强噪声环境下工作，可导致职业性听觉下降或噪声性耳聋；噪声对神经系统的影响主要表现为中枢神经系统和植物神经系统损害，并引发其他器官的变化，产生神经症侯群；噪声对心血管系统的影响主要表现为血管痉挛或血管紧张度降低、血压改变、心脏跳动节律不齐等。

电力用户用电信息采集系统是智能电网建设的重要组成部分，按照国家电网公司智能电网建设的总体要求，电力用户用电信息采集系统的建设要实现“全覆盖、全采集、全费控”的总体目标，国家电网公司营销部2009年已经完成了智能电表和用电信息采集系统全部相关规范的制定。随着国家电网公司对智能电表统一招标的深入开展和用电信息采集系统的全面推广，未来五年内即可实现用电信息采集系统建设的“全覆盖、全采集”目标。目前，国网公司已完成6000万只智能电表的招投标，产品已分布于国内26个省网公司。

目前，各地市已经投入大量电能量数据采集终端设备，其它未投入各地市也将陆续实现系统各个功能。电能信息采集系统的设备运行、维护由电能计量人员完成，技术含量高，工作量大。

现场真实的用电信息采集系统由于工作和安全条件所限，不能对技术人员进行在线培训。用电信息采集模拟实训系统实训室建成后，能够模拟现场设备的运行工况，能最大限度地满足用电信息采集人员的业务培训，提高其业务技能，提高工作效率，能够促进电力公司营销信息化建设的进程。

但是目前的实训缺乏对操作人员的心理监控，且需要一对一的指导，但是电力行业工作量大，只能抽出很少的老师对新员工进行培训，这就导致了培训的速度较慢，因此需要对接受培训的员工进行心理监测，并使得培训老师可以对现场新员工进行远程一对多的指导。

公开号为105390053 A的发明公开了一种智能电能表及用电信息采集现场模拟培训平台，属于用电信息采集与监控模拟培训领域，其包括设置在实训室中的用实负荷设备模拟的三类用户和模拟采集调试平台；所述模拟采集调试平台包括远程费控单相智能电能表、远程费控三相智能电能表、集中器以及专变采集终端；所述三类用户具体包括低压公变供220V小户、三相四线直通单户用户和低压专变供三相四线带互感器的单户用户，改发明缺乏对受培训新员工的心理监测且无法实现老员工对新员工的一对多指导。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用电信息采集系统综合故障排查实训室。

为解决上述问题，本发明提供一种用电信息采集系统综合故障排查实训室，包括室内设置的培训柜，所述培训柜上设置视频监测模块和通信模块，所述视频监测模块与通信模块信号连接，所述通信模块与位于控制室的主控模块信号连接，所述主控模块还与体征监测模块信号和对讲模块信号连接，所述主控模块包括工控机。

进一步的，所述视频监测模块包括设置在培训柜上端的横臂，所述横臂端部向下设置云台，所述云台下方设置摄像头，所述通信模块位于所述横臂上方，所述通信模块包括第一RS485转WIFI模块和图传发射模块，所述工控机上设置第二RS485转WIFI模块和图传接收模块。

进一步的，所述工控机上设置头部设备，所述头部设备包括视频眼镜、图传接收模块、主控板和传感器检测板，所述主控板与所述工控机信号连接，所述视频眼镜、图传接收模块、传感器检测板与主控板信号连接。

进一步的，所述主控板包括单片机，所述传感器检测板采用九轴姿态检测模块，该九轴姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴数字加速度计和三轴磁阻传感器检测板。

进一步的，所述图传接收模块和图传发射模块采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装。

进一步的，所述体征监测模块包括耳根挂环，所述耳根挂环下方通过柔性带设置固定夹板，所述固定夹板内表面设置反射式光电传感器，所述耳根挂环上设置与所述反射式光电传感器连接的第三RS485转WIFI模块。

进一步的，所述对讲模块包括所述耳根挂环上端设置的微型对讲机。

进一步的，所述耳根挂环上活动设置契合耳朵形状的黑色柔性罩体，所述黑色柔性罩体外表面设置隔音海绵。

一种用电信息采集系统综合故障排查实训方法，包括如下步骤：

S1、受培训员工在培训开始之前，将体征监测模块带在耳朵上，采集未操作之前的心率数据，培训老师打开视频监测模块；

S2、受培训员工开始进行操作，培训老师带上视频眼镜通过视频监测模块对现场的培训操作进行观察；

S3、培训老师通过摆头实现对云台的控制，实现对摄像头角度的调整，摄像头采集到的画面通过图传发射模块发送至视频眼镜上的图传接收模块，并在视频眼镜上进行显示；

S4、工控机上显示体征监测模块监测到的受培训人员心跳数据，并根据之前的心率数据计算出受培训人员的最大心率和极限心率，当心跳未达到最大心率时无需额外操作，当心跳位于最大心率和极限心率之间时培训老师通过对讲模块进行安抚，当心跳大于极限心率时停止其培训操作，待受培训人员心跳平稳后再进行培训。

进一步的，步骤S1中采集的心率数据包括受培训人员的静息心率、慢跑心率，静息心率为受培训人员在清醒、不活动的安静状态下，每分钟心跳的次数；慢跑心率为受培训人员在5～10km/h的速度下慢跑的心率；最大心率为220－为受培训人员年龄；极限心率为（最大心率－静息心率）×0.8+静息心率。

本发明的培训柜包括数字程控功率源、高压模拟柜、负控柜、模拟低压柜，所述数字程控功率源，包括依次串联的三相信号发生单元、信号处理单元、三相信号功 率放大单元、三相信号输出单元和给各单元供电的电源单元，在信号处理单元的调节端还 接有三相信号数字调节单元、显示单元和自检模块，显示单元显示电压、电流和相位值，在 三相信号输出单元的输出端接有三相电压、电流自动保护单元，三相信号发生单元用来产 生三相交流电压、电流信号，三相信号数字调节单元用来对三相电压、三相电流及相位进行 数字调节，并通过触摸屏进行实时动态调节，调节后的三相信号输入到信号处理单元进行 数字处理，并由信号处理单元输出；

所述高压模拟柜，由模拟电压互感器、电压显示表、模拟电流互感器、与模拟电压互感器和模拟电流互感器连接的三相智能电能表、第一模拟负荷开关、分别与第一模拟负荷开关连接的操作开关和开关状态指示灯组成，其中模拟电压互感器和模拟电流互感器为负控终端和计量表提供三相电压和三相电流；

所述负控柜，由终端故障模拟单元、计量交采故障模拟单元、专变Ⅰ型终端安装工位、交流采集模块、专变Ⅰ型采集终端、电源单元、计时控制单元、计时控制按钮和计时显示单元组成，所述计时控制按钮由计时开始按钮和计时结束按钮构成；高压模拟柜中终端电源信号、电流信号、脉冲抄表信号、遥信信号经终端故障模拟单元、专变Ⅰ型终端安装工位至专变Ⅰ型采集终端，专变Ⅰ型采集终端发出控制信号经专变Ⅰ型终端安装工位、终端故障模拟单元至高压模拟柜的模拟负荷开关；高压模拟柜输出的三相电压、三相电流经计量交采故障模拟单元、交流采集模块，专变采集终端经专变Ⅰ型终端安装工位采集交流采集模块的电压电流数据；电源单元、计时控制单元、计时控制按钮和计时显示单元构成系统计时单元；负控柜为专变I型采集终端提供安装、调试和故障处理培训平台，计时单元为技能考核提供计时依据。

所述模拟低压柜，由模拟电流互感器、智能电能表、与智能电能表连接的专变III型终 端安装工位、与专变III型终端安装工位连接的第二模拟负荷开关、与模拟电流互感器连接 的三相电流表、安装在专变III型终端安装工位上的专变III型采集终端、与第二模拟负荷 开关连接的开关状态指示灯和开关控制按钮组成；其中专变III型终端安装工位由终端安 装挂板和采集终端接线端子组成，其中专变III型终端安装工位由终端安装挂板和采集终 端接线端子组成，模拟专变III型采集终端现场运行环境，为专变III型采集终端安装调试 和故障处理提供实训平台。

因此针对需要培训的三个柜体上都设置视频监测模块，视频监测模块可以对现场培训人员的操作进行远程视频监测，可以观察到受培训员工的操作正确与否、熟练度是否合格，通信模块负责对视频监测模块和主控模块进行通信，培训老师可以对视频监测模块进行控制，实现多角度的观察。体征监测模块可以对受培训人员的心跳进行监测，新员工刚开始对较为复杂的电气设备操作时心理素质很可能不过关，这样可能会出现较大失误，在监测到心跳过快时培训老师可以对其进行心理辅导，以免正式操作现场的设备时出现事故，对讲模块实现双方的对话沟通。

本发明可以对电力行业的新员工进行用电信息采集综合故障排查实训，并使得培训老师可以对新员工实现一对多的同时培训，且可以监测培训过程中新员工的心理素质，避免新员工在日后现场操作时因为心理素质不过关导致出现失误而引起事故，该培训的理念更加先进，受培训员工日后操作时失误率更低。

附图说明

图1为本发明用电信息采集系统综合故障排查实训室的系统结构示意图；

图2为本发明体征监测模块的结构示意图；

图3为本发明体征监测模块设置黑色柔性罩体的结构示意图；

图4为本发明视频监测模块的结构示意图;

图5为本发明头部设备的程序流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-5，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，本实施例提供了一种用电信息采集系统综合故障排查实训室，包括室内设置的培训柜20，所述培训柜20上设置视频监测模块和通信模块21，所述视频监测模块与通信模块21信号连接，所述通信模块21与位于控制室的主控模块信号连接，所述主控模块还与体征监测模块信号和对讲模块10信号连接，所述主控模块包括工控机5。

视频监测模块可以对现场培训人员的操作进行远程视频监测，可以观察到受培训员工的操作正确与否、熟练度是否合格，通信模块负责对视频监测模块和主控模块进行通信，培训老师可以对视频监测模块进行控制，实现多角度的观察。体征监测模块可以对受培训人员的心跳进行监测，新员工刚开始对较为复杂的电气设备操作时心理素质很可能不过关，这样可能会出现较大失误，在监测到心跳过快时培训老师可以对其进行心理辅导，以免正式操作现场的设备时出现事故，对讲模块实现双方的对话沟通。

实施例二，其与实施例一的区别在于：

所述视频监测模块包括设置在培训柜20上端的横臂22，所述横臂22端部向下设置云台8，所述云台8下方设置摄像头9，所述通信模块21位于所述横臂22上方，所述通信模块21包括第一RS485转WIFI模块和图传发射模块7，所述工控机上设置第二RS485转WIFI模块23和图传接收模块4。横臂端部设置云台，云台下方设置摄像头，这样摄像头可以对培训柜进行更好的监测，云台通过通信模块与工控机连接，图传发射模块与工控机上的图传接收模块配合，可以在工控机上显示监测的画面，而通过RS485实现工控机与云台的通信。

所述工控机5上设置头部设备，所述头部设备包括视频眼镜1、图传接收模块4、主控板3和传感器检测板2，所述主控板3与所述工控机5信号连接，所述视频眼镜1、图传接收模块4、传感器检测板2与主控板3信号连接。头部设备可以戴在培训老师的头上，通过视频眼镜的形式来实现，视频眼镜上集成设置有图传接收模块、主控板和传感器检测板，图传接收模块可以接收来自图传发射模块的视频信息并显示，培训老师观看监测画面更加方便，传感器检测板可以对培训老师头部进行监测，从而将晃动信息通过主控板发送至工控机，工控机与云台通信控制云台的动作，实现云台随头部运动而运动，观察角度更多且更加方便。用户头部设备采用MEMS惯性器件构成姿态检测系统，采用8位超低功耗AVR单片机ATmega328P组成的Arduino Nano作为主控板上的控制处理单元，传感器选用九轴姿态检测模块GY-85，它里面集成了三轴ITG3205陀螺仪、三轴ADXL345B数字加速度计和三轴HMC5883L磁阻传感器。整个系统由通过通信的加速度计芯片、陀螺仪芯片、磁力计芯片组成的传感器模块和微处理器模块组成。主控板通过通信接口从传感器模块读取数据，利用卡尔曼滤波器对这些数据进行快速处理，计算出自身姿态。

所述主控板3包括单片机，所述传感器检测板2采用九轴姿态检测模块，该九轴姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴数字加速度计和三轴磁阻传感器检测板。采用MEMS惯性器件构成姿态检测系统，采用8位超低功耗AVR单片机ATmega328P组成的Arduino Nano作为主控板上的控制处理单元，传感器选用九轴姿态检测模块GY-85，它里面集成了三轴ITG3205陀螺仪、三轴ADXL345B数字加速度计和三轴HMC5883L磁阻传感器。整个系统由通过通信的加速度计芯片、陀螺仪芯片、磁力计芯片组成的传感器模块和微处理器模块组成。磁力计主要检测空间中的水平磁场来完成感应头部转动方向，以此实现累积误差。但是动态条件下的数据可靠性非常差，所以采用卡尔曼滤波算法可以实现检测数据的推算和融合，大幅度提高传感器对姿态测量的实时性和精准度。滤波开始之后，设定起始值，设置最佳增益矩阵并对更新进行估计，依次对协方阵误差进行多次修正，并将更新估计输出到最优估计输出和观测输入。当姿态检测部分检测出准确的头部姿态后，单片机将运动的变化转换成云台的角度变化，控制信号采用一个频率为50Hz方波信号，相对应的方波周期就是20ms，其中表示信号内容的高电平持续时间为1ms至2ms之间，相当于占空比为5~10%。本发明中云台采用两轴，将姿态检测信息完成后通过主控板传输至工控机，在通过RS485转WIFI技术发送至云台，实现角度调控。

所述图传接收模块4和图传发射模块7采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装。图传接收模块和图传发射模块采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装，体积较小，功耗较低，不会对无人机的飞行造成影响。且通信通道较多，传输距离较远，采用大规模集成电路，可靠性高，集成微型风冷散热器，发热量小，工作效率高。发射器和接收机采用无线收发模块，可以采用JF24D，具有体积小传输速度高的优点。

本发明关于头部设备系统硬件连接方法如下：采用的Arduino Nano是Arduino 开发板系列产品中的微型版本，和其他产品对比来说其最大的不同在于：没有电源插座以直接是以Mini-B型插座进行供电；外形尺寸非常小，在面包板上使用起来很是方便；处理器ATmega328是Nano3.0版本的配置，该处理器具有的功能模块有：14路数字输入/输出口、其中6路可作为PWM输出、8路模拟输入、16MHz晶体振荡器、一个mini-B USB口、一个ICSPheader、一个复位按钮。主板和传感器的电路连接：主控板的A5管脚对应的SCL管脚，A4管脚对应的SDA管脚，为了尽量减小整个系统的体积，将主控板和GY-85对应的功能接口直接用排针焊接在一起。GND通过跳线和GY-85的GND接到对应位置。

如图5所示：本发明中的主程序负责与上位机的通信，对主控板的初始化，对各个关键变量的存储读取等；以Arduino的引脚设置开始，然后打开单片机功能的PWM中断，启动，获取保存在EEPROM的设置，初始化传感器，启动定时器中断后进入循环程序段利用按键状态判断是否进入暂停模式，利用串口和调参软件进行上下位机通信的程序，由于有很多参数需要通过图形界面显示、调整，包含通过串口通信配合调参软件校准磁场传感器的功能，然后保存所有有关的设置和参数到EEPROM，在每次上电使用时就能够直接读取。随后，通过逐个获取传感器的姿态数据，并将数据进行打包计算。通信包含写入函数和读出函数，根据三个传感器的不同地址进行处理，中间还需要考虑传感器校正时产生的偏置参数，最后能得到三个传感器分别测出的姿态信息，经过分别计算得出不同传感器判断出的角度信息。由于陀螺仪漂移随着工作时间延长更加严重，通过引入加速度计的数据进行分析来对其进行有效抑制，而负责感应头部转动方向的任务主要依靠磁力计检测空间中的水平磁场来完成。计算出结果后，编入数组进行下一步操作。

实施例三，其与实施例一的区别在于：

所述体征监测模块包括耳根挂环14，所述耳根挂环14下方通过柔性带16设置固定夹板17，所述固定夹板17内表面设置反射式光电传感器24，所述耳根挂环14上设置与所述反射式光电传感器24连接的第三RS485转WIFI模块12。耳根挂环契合耳朵根部的形状，在佩戴时卡在耳根部位，防止脱落，挂环内表面可以设置橡胶垫层，提高佩戴的舒适度。固定夹板通过柔性带连接在耳根挂环上，防止固定夹板掉落，使用时固定夹板夹持在耳垂上，内表面的反射式光电传感器便可对心跳的情况进行监测，并通过第一无线收发模块将数据发送出去，该结构小巧方便，挂在耳根部位不会对受培训人员的操作造成影响，能够很方便的对心率数据进行监测。

所述对讲模块10包括所述耳根挂环14上端设置的微型对讲机13。

所述耳根挂环14上活动设置契合耳朵形状的黑色柔性罩体19，所述黑色柔性罩体19外表面设置隔音海绵18。黑色罩体可以对外界光线进行遮挡，防止影响到光电传感器的监测准确性，隔音海绵可以对外界的声音进行吸收隔绝，避免对对讲机的沟通造成影响。

实施例四，本实施例提供了一种用电信息采集系统综合故障排查实训方法，包括如下步骤：

S1、受培训员工在培训开始之前，将体征监测模块带在耳朵上，采集未操作之前的心率数据，培训老师打开视频监测模块；

S2、受培训员工开始进行操作，培训老师带上视频眼镜通过视频监测模块对现场的培训操作进行观察；

S3、培训老师通过摆头实现对云台的控制，实现对摄像头角度的调整，摄像头采集到的画面通过图传发射模块发送至视频眼镜上的图传接收模块，并在视频眼镜上进行显示；

S4、工控机上显示体征监测模块监测到的受培训人员心跳数据，并根据之前的心率数据计算出受培训人员的最大心率和极限心率，当心跳未达到最大心率时无需额外操作，当心跳位于最大心率和极限心率之间时培训老师通过对讲模块进行安抚，当心跳大于极限心率时停止其培训操作，待受培训人员心跳平稳后再进行培训。

步骤S1中采集的心率数据包括受培训人员的静息心率、慢跑心率，静息心率为受培训人员在清醒、不活动的安静状态下，每分钟心跳的次数；慢跑心率为受培训人员在5～10km/h的速度下慢跑的心率；最大心率为220－为受培训人员年龄；极限心率为（最大心率－静息心率）×0.8+静息心率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：包括室内设置的培训柜，所述培训柜上设置视频监测模块和通信模块，所述视频监测模块与通信模块信号连接，所述通信模块与位于控制室的主控模块信号连接，所述主控模块还与体征监测模块信号和对讲模块信号连接，所述主控模块包括工控机。

2.如权利要求1所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述视频监测模块包括设置在培训柜上端的横臂，所述横臂端部向下设置云台，所述云台下方设置摄像头，所述通信模块位于所述横臂上方，所述通信模块包括第一RS485转WIFI模块和图传发射模块，所述工控机上设置第二RS485转WIFI模块和图传接收模块。

3.如权利要求2所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述工控机上设置头部设备，所述头部设备包括视频眼镜、图传接收模块、主控板和传感器检测板，所述主控板与所述工控机信号连接，所述视频眼镜、图传接收模块、传感器检测板与主控板信号连接。

4.如权利要求3所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述主控板包括单片机，所述传感器检测板采用九轴姿态检测模块，该九轴姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴数字加速度计和三轴磁阻传感器检测板。

5.如权利要求4所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述图传接收模块和图传发射模块采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装。

6.如权利要求5所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述体征监测模块包括耳根挂环，所述耳根挂环下方通过柔性带设置固定夹板，所述固定夹板内表面设置反射式光电传感器，所述耳根挂环上设置与所述反射式光电传感器连接的第三RS485转WIFI模块。

7.如权利要求6所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述对讲模块包括所述耳根挂环上端设置的微型对讲机。

8.如权利要求7所述的用电信息采集系统综合故障排查实训室，其特征在于：所述耳根挂环上活动设置契合耳朵形状的黑色柔性罩体，所述黑色柔性罩体外表面设置隔音海绵。

9.一种基于权利要求1-8任意一项的用电信息采集系统综合故障排查实训室的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、受培训员工在培训开始之前，将体征监测模块带在耳朵上，采集未操作之前的心率数据，培训老师打开视频监测模块；

S2、受培训员工开始进行操作，培训老师带上视频眼镜通过视频监测模块对现场的培训操作进行观察；

S3、培训老师通过摆头实现对云台的控制，实现对摄像头角度的调整，摄像头采集到的画面通过图传发射模块发送至视频眼镜上的图传接收模块，并在视频眼镜上进行显示；

S4、工控机上显示体征监测模块监测到的受培训人员心跳数据，并根据之前的心率数据计算出受培训人员的最大心率和极限心率，当心跳未达到最大心率时无需额外操作，当心跳位于最大心率和极限心率之间时培训老师通过对讲模块进行安抚，当心跳大于极限心率时停止其培训操作，待受培训人员心跳平稳后再进行培训。

10.如权利要求9所述的用电信息采集系统综合故障排查实训方法，其特征在于：步骤S1中采集的心率数据包括受培训人员的静息心率、慢跑心率，静息心率为受培训人员在清醒、不活动的安静状态下，每分钟心跳的次数；慢跑心率为受培训人员在5～10km/h的速度下慢跑的心率；最大心率为220－为受培训人员年龄；极限心率为（最大心率－静息心率）×0.8+静息心率。