CN115855171A - Sf6电气设备内气体在线监控报警系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了SF6电气设备内气体在线监控报警系统，包括监控主机，监控主机连接有若干气体变送器、若干SF6分屏智能控制终端、若干感应报警终端和监控中心；所述监控主机与气体变送器之间采用485通信方式进行通讯，监控主机与SF6分屏智能控制终端、感应报警终端通过485通信方式和LoRa无线方式进行通讯；所述监控主机通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式将数据传输至监控中心，同时监控中心也可通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式控制监控主机。

Description

SF6电气设备内气体在线监控报警系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种SF6电气设备内气体安全在线监控警报系统，具体地说，在SF6电气设备室内能够在线监控多种气体警报系统，属于电气技术领域。

背景技术

在高压、超高压以及特高压领域，SF6气体以其极大的优越性几乎成为断路器和GIS 开关等开关设备的唯一绝缘和灭弧介质。但在断路器、开关等分断操作过程中，在电弧作用、电晕、火花放电、局部放电和高温等因素下，SF6气体会进行分解，它的分解物遇到水分后会变成腐蚀性电解质，其中有些高毒性分解物，如 SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF 及 SO2等；如果SF6气体一旦泄漏，将会对现场工作人员的人身健康安全造成极大的安全隐患。而《电力（业）安全工作规程》中明确要求“进人SF6电气设备低位区或电缆沟工作，应先检测含氧量（不低于18%）和SF6气体含量（不超过1000L/L)。以及SF6电气设备发生大量泄漏等紧急情况时，人员应迅速撒出现场,开启所有排风机进行排风。未佩戴防毒面具或佩戴正压式空气呼吸器的人员不应入内。”

一般SF6电气设备室的电缆沟以及电缆夹层都是相对密闭或半密闭的环境，且都位于SF6电气设备室的低位区，这样会聚集SF6、CO2、SO2、CO等有毒有害的气体。目前SF6在线监控报警系统也只监测氧气、SF6气体数据，不能监测CO、CO2、SO2等其他有毒有害气体数据，这样将会对进入现场工作人员的人身健康安全造成极大的安全隐患。

现有技术中SF6在线监控报警系统都是以485总线方式和气体变送器通信，485总线只能允许一台主机和多台从机（气体变送器），如果多台主机挂一条485总线上的话，485总线上的从机无法识别，系统将无法工作，所以现今一套SF6在线监控报警系统只有一台SF6在线监控报警系统主机，工作人员要查看SF6电气设备室内的氧气、SF6、温湿度等的实时数据，只能在SF6在线监控报警系统主机上查看，也就是只能在一个点才能查看，不能同时在多个点查看数据。

造成对想进有多个门的SF6电气设备室工作维护人员，确保安全的情况必需绕道到有装的SF6在线监控报警系统主机的门口查看数据开启风机安全才可进入，使用极其不方便，而若是不绕道查看数据开启风机，将会对工作维护人员人身健康安全带来极大的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供SF6电气设备内气体在线监控报警系统及实现方法，可以根据用户需要配置多个SF6分屏智能控制和感应报警终端，实现多点多屏显示控制当工作人员从不同出入口进入SF6电气设备室内时都听到语音提示或者查看到SF6电气设备室内的实时数据，同时也能控制风机工作，从而提高工作人员安全保证。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

SF6电气设备内气体在线监控报警系统，包括监控主机，监控主机连接有若干气体变送器、若干SF6分屏智能控制终端、若干感应报警终端和监控中心；

所述监控主机与气体变送器之间采用485通信方式进行通讯，监控主机与SF6分屏智能控制终端、感应报警终端通过485通信方式和LoRa无线方式进行通讯；

所述 监控主机通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式将数据传输至监控中心，同时监控中心也可通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式控制监控主机。

进一步的，所述监控主机包括CPU模块，CPU模块连接有输入模块、输出模块、通信模块、存储器和LCD显示触摸控制模块，所述CPU模块包括运算器和控制器，输入模块为内置人体红外感应模块，输入模块连接有外置人体红外感应模块，输出模块内置声光报警，声光报警包括蜂鸣器、喇叭和LED指示灯，输出模块连接有告警干接点信号、风机和LED显示屏，用于控制告警干接点信号、风机和LED显示屏， LED显示屏显示告警点告警内容，声光报警的喇叭发出警告语音、高峰贝的蜂鸣器发出警告音，LED指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示，通信模块包括485总线和LoRa无线，用于与气体变送器、SF6分屏智能控制终端、感应报警终端和监控中心进行通讯。

进一步的，所述气体变送器包括CPU单元和电源单元，CPU单元连接有温湿度检测单元、通信单元、模拟输入信号单元和存储器单元，CPU单元由运算器和控制器组成，模拟输入信号单元用于控制六氟化硫、氧气、一氧化碳、二氧化碳等气体传感器动作；

所述CPU单元包括芯片U6，芯片U6的型号为STC8A8K64S4A12。

进一步的，所述模拟输入信号单元包括接口J2，接口J2用于外接氧气传感器，接口J2的1脚连接有电阻R22一端、电阻R23一端、电容C18一端和运放U10A的3脚，电阻R22另一端、电阻R23另一端和电容C18另一端接地，运放U10A的2脚连接有电容C32一端、电阻R24一端和运放U10A的1脚，电容C32另一端和电阻R24另一端接地，运放U10A的8脚连接有电容C17一端，并接VCC电源，电容C17另一端接地，运放U10A的1脚连接有电阻R25一端，电阻R25另一端连接有运放U10B的5脚，运放U10B的6脚连接有电容C34一端、电阻VR1一端和电阻R27一端，电阻VR1另一端连接有电阻R28一端，运放U10B的7脚连接有电容C34另一端、电阻R28另一端、电容39一端、电容C40一端和芯片U6的12脚，电阻R27另一端、电容39另一端和电容C40另一端接地。

进一步的，所述模拟输入信号单元还包括CO传感器芯片U5，CO传感器芯片U5的9脚连接有芯片U6的13脚，CO传感器芯片U5的7脚连接有电阻R39一端和芯片U6的59脚，CO传感器芯片U5的8脚连接有电阻R38一端和芯片U6的53脚，电阻R38另一端和电阻R39另一端接3.3V；

所述模拟输入信号单元还包括芯片U2，芯片U2的型号为MAX485，芯片U2的6脚和7脚连接有电阻R2一端、电阻R3一端、电阻R1一端、接口U1的1脚和接口J10的1脚，接口U1的1脚和接口J10的1脚用于外接SF6传感器，电阻R2另一端接地，电阻R1另一端和电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的8脚连接有电容C1一端，并接VCC电源，电容C1另一端接地，芯片U2的1脚连接有电阻R37一端、接口J4的4脚和芯片U6的64脚，芯片U2的4脚连接有电阻R36一端、接口J4的3脚和芯片U6的3脚，电阻R36另一端和电阻R37另一端接3.3V，芯片U2的2脚和3脚连接有芯片U6的61脚；

所述模拟输入信号单元还包括C02传感器U9，C02传感器U9的7脚连接有电阻R21一端和芯片U6的1脚，C02传感器U9的8脚连接有电阻R20一端和芯片U6的2脚，电阻R21另一端和电阻R20另一端接3.3V。

进一步的，所述温湿度检测单元包括温湿度传感器U8，温湿度传感器U8的1脚连接有电阻R19一端和芯片U6的5脚，温湿度传感器U8的4脚连接有电阻R18一端和芯片U6的4脚，电阻R19另一端和电阻R18另一端接3.3V。

进一步的，所述通信单元包括芯片U3，芯片U3的型号为MAX485，芯片U3的1脚连接有二极管D3一端，二极管D3另一端连接有光耦N1，光耦N1的型号为6N136，光耦N1的6脚连接有电容C3一端、电阻R5一端和芯片U6的51脚，电阻R5另一端接3.3V，电容C3另一端接地，光耦N1的2脚连接有电阻R8一端，电阻R8另一端接+5VII电源；

所述芯片U3的2脚和3脚连接有光耦N2的6脚和电阻R9一端，电阻R9另一端、光耦N2的7脚和8脚接+5VII电源，光耦N2的2脚连接有电阻R6一端，电阻R6另一端接3.3V，光耦N2的3脚连接有芯片U6的50脚；

所述芯片U3的4脚连接有光耦N3的6脚、电容C4一端和电阻R10一端，电容C4另一端连接有光耦N3的5脚，光耦N3的7脚和8脚、电阻R10另一端接+5VII电源，光耦N3的2脚连接有电阻R7一端，电阻R7另一端接3.3V，光耦N3的3脚连接有芯片U6的52脚；

所述芯片U3的5脚连接有电阻R11一端和电容C5一端，电容C5另一端接+5VII电源，电阻R11另一端连接有芯片U3的7脚、电阻R13一端、TVS管TVS1一端和热敏电阻PTC2一端，芯片U3的8脚连接有电阻R12一端，并接+5VII电源，电阻R12另一端连接有芯片U3的6脚、电阻R13另一端、TVS管TVS1另一端和热敏电阻PTC1一端，热敏电阻PTC1另一端连接有接口J3的1脚和3脚，热敏电阻PTC2另一端连接有接口J3的2脚和4脚；

所述通信单元还包括芯片U4，芯片U4的型号为BO505LS，芯片U4的1脚连接有电容C6一端、电容C7一端，并接VCC电源，电容C6另一端和电容C7另一端接地，芯片U4的6脚连接有电容C8一端和电容C9一端，并接+5VII电源，电容C8另一端、电容C9另一端和芯片U4的4脚接GNDII。

进一步的，所述电源单元包括开关电源A5，开关电源A5的型号为LD15_23B，开关电源A5的1脚连接有电阻R26一端，电阻R26另一端连接有电阻MOV一端、保险丝F1一端、电容CX1一端和电阻R40一端，电阻R40另一端连接有电阻R41一端，电阻R41另一端和电容CX1另一端连接有电阻MOV另一端，开关电源A5的4脚接VCC电源；

所述电源单元还包括芯片A2，芯片A2的型号为IYND5-48S05，芯片A2的2脚连接有电容C11一端、电容C30一端、二极管D4一端，二极管D4另一端连接有接口J7的4脚和3脚，电容C11另一端和电容C30另一端连接有接口J7的2脚和1脚；

所述电源单元还包括芯片U12，芯片U12的型号为LM1117-3.3，芯片U12的2脚接VCC电源，芯片U12的3脚连接有电容C19一端、电容C20一端、电容C36一端和电容C33一端，并接3.3V电源，电容C19另一端、电容C20另一端、电容C36另一端和电容C33另一端接地；

所述电源单元还包括芯片U7，芯片U7的型号为MC34063，芯片U7的5脚连接有电阻R16一端和电阻R17一端，电阻R16另一端接地，电阻R17另一端接VCC电源，芯片U7的6脚连接有二极管D1一端、电阻R15一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C13另一端和电容C14另一端接地，电阻R15另一端连接芯片U7的7脚、8脚和1脚，二极管D1另一端连接有接口J5的3脚和4脚，芯片U7的2脚连接有二极管D2一端和电感L1一端，二极管D2另一端接地，电感L1另一端连接有电容C16一端，并接VCC电源，电容C16另一端接地。

进一步的，所述存储器单元包括芯片U13，芯片U13的型号为AT24C16，芯片U13的5脚连接有电阻R30一端和芯片U6的49脚，芯片U13的6脚连接有电阻R29一端和芯片U6的48脚，电阻R29另一端和电阻R30另一端接3.3V，芯片U13的8脚连接有电容C21一端，并接3.3V，电容C21另一端接地。

SF6电气设备内气体在线监控报警系统的实现方法，包括以下步骤：

所述气体变送器的CPU单元放大模拟输入信号单元采集的氧气实时数据F，氧气传感器使用时间长后存在衰减，使得测得氧气实时数据F不准，需要对氧气实时数据F进行校准；

求氧气衰减系数C算法具体包括以下步骤：

步骤一， 每60分钟保存一次氧气实时值到A(n)寄存器，计数没有60分钟退出；

步骤二，每保存一次氧气实时值后判别是否保存24次了(求氧气日平均值)，如果是24次将进入求中值平均算法子程序，去掉最大值和最小值再将其余的数累加求平均值，氧气日平均值X=(A1+A2+A3...+A22)/22，同时将n=0;如果没有24次n+1重新进入开始流程；

步骤三，一天保存一次氧气平均值到B(m)寄存器后,判别是否保存30次氧气月平均值，如果是30次将进入求中值平均算法子程序，去掉最大值和最小值再将其余的数累加求平均值，氧气月平均值F=(B1+B2+B3...+B28)/28；根据氧气衰减系数C=(1-F/20.9)得到氧气衰减系数C,m=0，重新下一个周期，如果没有30次m+1重新进入开始流程。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1.本SF6在线监控报警系统采用全部采用长寿命、高精度传感器，从而克服市面上的寿命短，精度差的传感器造成SF6在线监控报警系统过早失效难以后期维护。

2.本SF6在线监控报警系统可以根据用户需要配置多个SF6分屏智能控制和感应报警终端，实现多点多屏显示控制当工作人员从不同出入口进入SF6电气设备室内时都听到喇叭发出语音提示“进入SF6电气设备室内请先通风15分钟”或者查看到SF6电气设备室内的实时数据，同时也能操作“风机控制”按钮控制风机工作。从而提高工作人员安全保证。

3.本SF6在线监控报警系统还可以远程控制风机，当工作人员有计划需要进入SF6电气设备室内需求时，可以先通过监控中心远程开启控制风机。等风机强制通风15分钟后，查看监控中心实时数据到达安全时，再进入SF6电气设备室。这样更加提高工作人员安全保证以及工作效率。

4.本SF6在线监控报警系统因为增加了多个SF6分屏智能控制和感应报警终端，采用 LoRa无线方式进行数据传输，从而减少布线，减少施工难度，降低使用过程的故障几率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明在实施例中SF6在线监控报警系统的拓扑图；

图2为本发明监控主机的原理框图；

图3为本SF6分屏智能控制终端的原理框图；

图4为本发明感应报警终端的原理框图；

图5为本发明气体变送器的原理框图；

图6为本发明分析抑制氧气传感器衰减自校准算法流程图；

图7为本发明求监控主机告警识别流程图；

图8至图13为本发明中气体变送器的电路原理图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，SF6电气设备内气体在线监控报警系统，包括监控主机，监控主机连接有若干气体变送器、若干SF6分屏智能控制终端、若干感应报警终端和监控中心。

所述监控主机与气体变送器之间采用485通信方式进行通讯，监控主机与SF6分屏智能控制终端、感应报警终端通过485通信方式和LoRa无线方式进行通讯。

所述 监控主机通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式将数据传输至监控中心，同时监控中心也可通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式控制监控主机。

如图2所示，所述监控主机包括CPU模块，CPU模块连接有输入模块、输出模块、通信模块、存储器和LCD显示触摸控制模块，所述CPU模块包括运算器和控制器，输入模块为内置人体红外感应模块，输入模块连接有外置人体红外感应模块，输出模块内置声光报警，声光报警包括蜂鸣器、喇叭和LED指示灯，输出模块连接有告警干接点信号、风机和LED显示屏，用于控制告警干接点信号、风机和LED显示屏， LED显示屏显示告警点告警内容，声光报警的喇叭发出警告语音、高峰贝的蜂鸣器发出警告音，LED指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示，通信模块包括485总线和LoRa无线，用于与气体变送器、SF6分屏智能控制终端、感应报警终端和监控中心进行通讯。

如图3所示，所述SF6分屏智能控制终端与监控主机的功能模块相同。

如图4所示，所述感应报警终端不具备LCD显示触摸控制模块，其他功能模块与监控主机相同。

如图5所示，所述气体变送器包括CPU单元和电源单元，CPU单元连接有温湿度检测单元、通信单元、模拟输入信号单元和存储器单元，CPU单元由运算器和控制器组成，模拟输入信号单元用于控制六氟化硫、氧气、一氧化碳、二氧化碳等气体传感器动作。

如图8所示，所述CPU单元包括芯片U6，芯片U6的型号为STC8A8K64S4A12.

如图9所示，所述模拟输入信号单元包括接口J2，接口J2用于外接氧气传感器，接口J2的1脚连接有电阻R22一端、电阻R23一端、电容C18一端和运放U10A的3脚，电阻R22另一端、电阻R23另一端和电容C18另一端接地，运放U10A的2脚连接有电容C32一端、电阻R24一端和运放U10A的1脚，电容C32另一端和电阻R24另一端接地，运放U10A的8脚连接有电容C17一端，并接VCC电源，电容C17另一端接地，运放U10A的1脚连接有电阻R25一端，电阻R25另一端连接有运放U10B的5脚，运放U10B的6脚连接有电容C34一端、电阻VR1一端和电阻R27一端，电阻VR1另一端连接有电阻R28一端，运放U10B的7脚连接有电容C34另一端、电阻R28另一端、电容39一端、电容C40一端和芯片U6的12脚，电阻R27另一端、电容39另一端和电容C40另一端接地。

所述模拟输入信号单元还包括CO传感器芯片U5，CO传感器芯片U5的9脚连接有芯片U6的13脚，CO传感器芯片U5的7脚连接有电阻R39一端和芯片U6的59脚，CO传感器芯片U5的8脚连接有电阻R38一端和芯片U6的53脚，电阻R38另一端和电阻R39另一端接3.3V。

所述模拟输入信号单元还包括芯片U2，芯片U2的型号为MAX485，芯片U2的6脚和7脚连接有电阻R2一端、电阻R3一端、电阻R1一端、接口U1的1脚和接口J10的1脚，接口U1的1脚和接口J10的1脚用于外接SF6传感器，电阻R2另一端接地，电阻R1另一端和电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的8脚连接有电容C1一端，并接VCC电源，电容C1另一端接地，芯片U2的1脚连接有电阻R37一端、接口J4的4脚和芯片U6的64脚，芯片U2的4脚连接有电阻R36一端、接口J4的3脚和芯片U6的3脚，电阻R36另一端和电阻R37另一端接3.3V，芯片U2的2脚和3脚连接有芯片U6的61脚。

所述模拟输入信号单元还包括C02传感器U9，C02传感器U9的7脚连接有电阻R21一端和芯片U6的1脚，C02传感器U9的8脚连接有电阻R20一端和芯片U6的2脚，电阻R21另一端和电阻R20另一端接3.3V。

所述模拟输入信号单元工作原理：运放U10A和运放U10B为LM2904是两个独立的高增益内部频率补偿双运算放大器,U10A和电阻R24、电容C32、电阻R23、电容C18组成电压跟随器（输入阻抗高，而输出阻抗低），提高抗干扰能力。U10B和电阻R27、电阻R28、电容C34、电阻R25、电阻VR1从组成电压放大器，电容C39、电容C40组成滤波电路防止低频高频信号干扰

如图10所示，所述温湿度检测单元包括温湿度传感器U8，温湿度传感器U8的1脚连接有电阻R19一端和芯片U6的5脚，温湿度传感器U8的4脚连接有电阻R18一端和芯片U6的4脚，电阻R19另一端和电阻R18另一端接3.3V。

如图11所示，所述通信单元包括芯片U3，芯片U3的型号为MAX485 芯片U3的1脚连接有二极管D3一端，二极管D3另一端连接有光耦N1，光耦N1的型号为6N136，光耦N1的6脚连接有电容C3一端、电阻R5一端和芯片U6的51脚，电阻R5另一端接3.3V，电容C3另一端接地，光耦N1的2脚连接有电阻R8一端，电阻R8另一端接+5VII电源。

所述芯片U3的2脚和3脚连接有光耦N2的6脚和电阻R9一端，电阻R9另一端、光耦N2的7脚和8脚接+5VII电源，光耦N2的2脚连接有电阻R6一端，电阻R6另一端接3.3V，光耦N2的3脚连接有芯片U6的50脚。

所述芯片U3的4脚连接有光耦N3的6脚、电容C4一端和电阻R10一端，电容C4另一端连接有光耦N3的5脚，光耦N3的7脚和8脚、电阻R10另一端接+5VII电源，光耦N3的2脚连接有电阻R7一端，电阻R7另一端接3.3V，光耦N3的3脚连接有芯片U6的52脚。

所述芯片U3的5脚连接有电阻R11一端和电容C5一端，电容C5另一端接+5VII电源，电阻R11另一端连接有芯片U3的7脚、电阻R13一端、TVS管TVS1一端和热敏电阻PTC2一端，芯片U3的8脚连接有电阻R12一端，并接+5VII电源，电阻R12另一端连接有芯片U3的6脚、电阻R13另一端、TVS管TVS1另一端和热敏电阻PTC1一端，热敏电阻PTC1另一端连接有接口J3的1脚和3脚，热敏电阻PTC2另一端连接有接口J3的2脚和4脚。

所述通信单元还包括芯片U4，芯片U4的型号为BO505LS，芯片U4的1脚连接有电容C6一端、电容C7一端，并接VCC电源，电容C6另一端和电容C7另一端接地，芯片U4的6脚连接有电容C8一端和电容C9一端，并接+5VII电源，电容C8另一端、电容C9另一端和芯片U4的4脚接GNDII。

所述通信单元工作原理：热敏电阻PTC1、热敏电阻PTC2、TVS管TVS1组成防雷电路，光耦N1、光耦N2、光耦N3组成信号隔离电路，芯片U3（MAX485是RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，用于485通信D的高性能接口芯片。）此电路由防雷电路，信号隔离电路，以及高性能485接口芯片组成485通信单元，从而提高了485通信时抗干扰能力。

如图12所示，所述电源单元包括开关电源A5，开关电源A5的型号为LD15_23B，开关电源A5的1脚连接有电阻R26一端，电阻R26另一端连接有电阻MOV一端、保险丝F1一端、电容CX1一端和电阻R40一端，电阻R40另一端连接有电阻R41一端，电阻R41另一端和电容CX1另一端连接有电阻MOV另一端，开关电源A5的4脚接VCC电源。

所述电源单元还包括芯片A2，芯片A2的型号为IYND5-48S05，芯片A2的2脚连接有电容C11一端、电容C30一端、二极管D4一端，二极管D4另一端连接有接口J7的4脚和3脚，电容C11另一端和电容C30另一端连接有接口J7的2脚和1脚。

所述电源单元还包括芯片U12，芯片U12的型号为LM1117-3.3，芯片U12的2脚接VCC电源，芯片U12的3脚连接有电容C19一端、电容C20一端、电容C36一端和电容C33一端，并接3.3V电源，电容C19另一端、电容C20另一端、电容C36另一端和电容C33另一端接地。

所述电源单元还包括芯片U7，芯片U7的型号为MC34063，芯片U7的5脚连接有电阻R16一端和电阻R17一端，电阻R16另一端接地，电阻R17另一端接VCC电源，芯片U7的6脚连接有二极管D1一端、电阻R15一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C13另一端和电容C14另一端接地，电阻R15另一端连接芯片U7的7脚、8脚和1脚，二极管D1另一端连接有接口J5的3脚和4脚，芯片U7的2脚连接有二极管D2一端和电感L1一端，二极管D2另一端接地，电感L1另一端连接有电容C16一端，并接VCC电源，电容C16另一端接地。

如图13所示，所述存储器单元包括芯片U13，芯片U13的型号为AT24C16，芯片U13的5脚连接有电阻R30一端和芯片U6的49脚，芯片U13的6脚连接有电阻R29一端和芯片U6的48脚，电阻R29另一端和电阻R30另一端接3.3V，芯片U13的8脚连接有电容C21一端，并接3.3V，电容C21另一端接地。

如图7所示，所述监控主机将气体变送器采集的环境参数（SF6、O2、CO、CO2、SO2等多种气体以及温湿度）经过中央处理器进行智能加工运算，判别是否超过预设阈值，当数据有超过预设阈值将监控主机产生告警信号，并且联动风机紧急排风，同时监控主机通过485总线或无线方式向各个门口的SF6分屏智能控制终端和感应报警终端发出告警信号，各个门口的SF6分屏智能控制终端收到信号也将做出LED显示屏显示告警点告警内容，声光报警的喇叭发出警告语音、高峰贝蜂鸣器发出警告音，指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示等操作。各个门口的感应报警终端收到信号也将做出LED显示屏显示告警点告警内容，声光报警的喇叭发出警告语音、高峰贝蜂鸣器发出警告音，指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示等操作。

所述监控主机可以通过（电平信号和干节点信号）两种方式连接风机控制器，通过风机控制器来控制排风风机，监控主机有六种工作模式控制风机（手动通风、定时通风、告警通风、强制通风、远程强制通风、远程强制停止通风）。监控主机可以输入四组风机控制信号，每组风机气体变送器对应区域可以自由设置。

“手动通风”模式：工作人员通过监控主机的人机界面操控风机开/关，开启风机后必需人工关闭；

“定时通风”模式：工作人员通过监控主机的人机界面设置风机定时开启。开启风机后15分钟关闭后自动，可以设置4组定时时间；

“告警通风”模式：监控主机采集气体变送器数据有超过预设阈值风机自动开启，数据恢复正常后通风15分钟自动关闭；

“强制通风”模式：工作人员通过监控主机的人机界面操控风机强制开启通风，开启通风15分钟自动关闭；

“远程强制通风”模式：工作人员通过SF6分屏智能控制终端、感应报警终端、监控中心远程操控风机强制开启通风，开启通风15分钟自动关闭；

“远程强制停止通风”模式：工作人员通过SF6分屏智能控制终端、感应报警终端、监控中心远程操控风机停止通风。

所述监控主机内置嵌入式操作系统：可以触摸人机界面操作（设置阈值参数、风机控制、帮助说明），并且可以大容量储存历史数据（定时历史数据、告警数据、风机开启数据）。

所述气体变送器采用高效先进的微处理器，具有以下功能：

采用智能算法将到（SF6、O2、CO、CO2等气体传感器以及温湿度传感器)参数转换成数字量通过485总线传送至监控主机；

气体变送器内置（SF6、O2、CO、CO2等气体传感器)和数字温湿度传感器。气体传感器可以根据应用场景更换对应参数的传感器；

气体变送器内置SF6、CO2气体传感器都采用双波NDIR非色散红外传感器，精度高、长寿命，克服原有SF6气体传感器（半导体、高压电晕、超声波等技术）误差大，线性差，寿命短的问题；

气体变送器内置O2气体传感器采用10年长寿命电化学传感器，原有O2气体传感器寿命2年以内，并采用上内置（数字温湿度传感器）温度补偿加智能算法，自动克服长寿命电化学传感器温度和时间长衰减误差问题。

所述 SF6分屏智能控制终端内置嵌入式操作系统，可以通过按键人机界面操作（设置参数、风机控制），具有以下功能：

SF6分屏智能控制终端通过485总线或LoRa无线方式接收监控主机下发的数据，将数据实时显示在LCD屏上，满足工作人员实时查看当前SF6电气设备室内SF6、O2、CO、CO2、SO2等多种气体以及温湿度状态；

SF6分屏智能控制终端接收监控主机下发的数据自动判别是否超过预设阈值，当超过预设阈值时发出告警（显示告警点告警内容，喇叭发出警告语音“请注意，**气体超标警告！！！”、高峰贝蜂鸣器发出警告音，指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示），也同时联动风机排风；

SF6分屏智能控制终端接收内置人体红外感应模组信号后，可以开启LCD屏背光，同时内置喇叭发出语音提示“进入SF6电气设备室内请先通风15分钟”；

SF6分屏智能控制终端可以通过风机控制按钮，远程控制主机开启/关闭风机。

所述感应报警终端具有以下功能：

所述感应报警终端接收监控主机下发的（正常状态、告警状态）数据，判别是否告警或正常，状态告警时（喇叭发出警告语音“请注意，**气体超标警告！！！”、高峰贝蜂鸣器发出警告音，指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示），也同时联动风机排风。状态正常时：感应报警终端接收内置人体红外感应模组感应信号后，内置喇叭发出语音提示“进入SF6电气设备室内请先通风15分钟” ；

感应报警终端可以通过风机控制按钮，远程控制主机开启/关闭风机；

感应报警终端采用 最新LoRa无线方式进行数据传输。

SF6电气设备内气体在线监控报警系统的实现方法包括以下步骤：

所述气体变送器的CPU单元放大模拟输入信号单元采集的氧气实时数据F，氧气传感器使用时间长后存在衰减，使得测得氧气实时数据F不准，需要对氧气实时数据F进行校准。

校准方法有两种：

1.硬件校准：调整硬件电路上的放大参数使其到达正常；

2.软件校准：将通过算法将求氧气衰减系数C，误差相对较小。

求氧气衰减系数C算法如图6：

步骤一， 每60分钟保存一次氧气实时值到A(n)寄存器，计数没有60分钟退出。

步骤二，每保存一次氧气实时值后判别是否保存24次了(求氧气日平均值)，如果是24次将进入求中值平均算法子程序，去掉最大值和最小值再将其余的数累加求平均值，氧气日平均值X=(A1+A2+A3...+A22)/22，同时将n=0；如果没有24次，则n+1重新进入开始流程。

步骤三，一天保存一次氧气平均值到B(m)寄存器后,判别是否保存30次氧气月平均值，如果是30次将进入求中值平均算法子程序，去掉最大值和最小值再将其余的数累加求平均值，氧气月平均值F=(B1+B2+B3...+B28)/28；根据氧气衰减系数C=(1-F/20.9)得到氧气衰减系数C,m=0，重新下一个周期，如果没有30次，m+1重新进入开始流程。

氧气传感器衰减是个相对缓慢过程，所以求氧气衰减系数以一个月为周期可以有效克服衰减的问题保证准确性，简单描述每一小时保存一个有效的氧气实时数据A(n)，累计一天求得24个氧气实时数据，避免误差去掉最大和最小值，求中间22个数据累加平均值B(m)。得到日平均值，再累计1个月求得30个氧气日平均值。避免误差去掉一月30个氧气日平均值的最大和最小值，再将氧气日平均值中间28个数据累加求平均值F。公式C=(1-F/20.9)求得氧气衰减系数C。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：包括监控主机，监控主机连接有若干气体变送器、若干SF6分屏智能控制终端、若干感应报警终端和监控中心；

所述监控主机与气体变送器之间采用485通信方式进行通讯，监控主机与SF6分屏智能控制终端、感应报警终端通过485通信方式和LoRa无线方式进行通讯；

所述监控主机通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式将数据传输至监控中心，同时监控中心也可通过485总线方式、LoRa无线方式、CAN方式控制监控主机。

2.如权利要求1所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述监控主机包括CPU模块，CPU模块连接有输入模块、输出模块、通信模块、存储器和LCD显示触摸控制模块，所述CPU模块包括运算器和控制器，输入模块为内置人体红外感应模块，输入模块连接有外置人体红外感应模块，输出模块内置声光报警，声光报警包括蜂鸣器、喇叭和LED指示灯，输出模块连接有告警干接点信号、风机和LED显示屏，用于控制告警干接点信号、风机和LED显示屏， LED显示屏显示告警点告警内容，声光报警的喇叭发出警告语音、高峰贝的蜂鸣器发出警告音，LED指示灯发出闪烁红光，LED显示屏报警提示，通信模块包括485总线和LoRa无线，用于与气体变送器、SF6分屏智能控制终端、感应报警终端和监控中心进行通讯。

3.如权利要求1所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述气体变送器包括CPU单元和电源单元，CPU单元连接有温湿度检测单元、通信单元、模拟输入信号单元和存储器单元，CPU单元由运算器和控制器组成，模拟输入信号单元用于控制各气体传感器动作；

所述CPU单元包括芯片U6，芯片U6的型号为STC8A8K64S4A12。

4.如权利要求3所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述模拟输入信号单元包括接口J2，接口J2用于外接氧气传感器，接口J2的1脚连接有电阻R22一端、电阻R23一端、电容C18一端和运放U10A的3脚，电阻R22另一端、电阻R23另一端和电容C18另一端接地，运放U10A的2脚连接有电容C32一端、电阻R24一端和运放U10A的1脚，电容C32另一端和电阻R24另一端接地，运放U10A的8脚连接有电容C17一端，并接VCC电源，电容C17另一端接地，运放U10A的1脚连接有电阻R25一端，电阻R25另一端连接有运放U10B的5脚，运放U10B的6脚连接有电容C34一端、电阻VR1一端和电阻R27一端，电阻VR1另一端连接有电阻R28一端，运放U10B的7脚连接有电容C34另一端、电阻R28另一端、电容39一端、电容C40一端和芯片U6的12脚，电阻R27另一端、电容39另一端和电容C40另一端接地。

5.如权利要求3所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述模拟输入信号单元还包括CO传感器芯片U5，CO传感器芯片U5的9脚连接有芯片U6的13脚，CO传感器芯片U5的7脚连接有电阻R39一端和芯片U6的59脚，CO传感器芯片U5的8脚连接有电阻R38一端和芯片U6的53脚，电阻R38另一端和电阻R39另一端接3.3V；

所述模拟输入信号单元还包括芯片U2，芯片U2的型号为MAX485，芯片U2的6脚和7脚连接有电阻R2一端、电阻R3一端、电阻R1一端、接口U1的1脚和接口J10的1脚，接口U1的1脚和接口J10的1脚用于外接SF6传感器，电阻R2另一端接地，电阻R1另一端和电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的8脚连接有电容C1一端，并接VCC电源，电容C1另一端接地，芯片U2的1脚连接有电阻R37一端、接口J4的4脚和芯片U6的64脚，芯片U2的4脚连接有电阻R36一端、接口J4的3脚和芯片U6的3脚，电阻R36另一端和电阻R37另一端接3.3V，芯片U2的2脚和3脚连接有芯片U6的61脚；

所述模拟输入信号单元还包括C02传感器U9，C02传感器U9的7脚连接有电阻R21一端和芯片U6的1脚，C02传感器U9的8脚连接有电阻R20一端和芯片U6的2脚，电阻R21另一端和电阻R20另一端接3.3V。

6.如权利要求3所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述温湿度检测单元包括温湿度传感器U8，温湿度传感器U8的1脚连接有电阻R19一端和芯片U6的5脚，温湿度传感器U8的4脚连接有电阻R18一端和芯片U6的4脚，电阻R19另一端和电阻R18另一端接3.3V。

7.如权利要求3所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述通信单元包括芯片U3，芯片U3的型号为MAX485，芯片U3的1脚连接有二极管D3一端，二极管D3另一端连接有光耦N1，光耦N1的型号为6N136，光耦N1的6脚连接有电容C3一端、电阻R5一端和芯片U6的51脚，电阻R5另一端接3.3V，电容C3另一端接地，光耦N1的2脚连接有电阻R8一端，电阻R8另一端接+5VII电源；

所述芯片U3的2脚和3脚连接有光耦N2的6脚和电阻R9一端，电阻R9另一端、光耦N2的7脚和8脚接+5VII电源，光耦N2的2脚连接有电阻R6一端，电阻R6另一端接3.3V，光耦N2的3脚连接有芯片U6的50脚；

所述芯片U3的4脚连接有光耦N3的6脚、电容C4一端和电阻R10一端，电容C4另一端连接有光耦N3的5脚，光耦N3的7脚和8脚、电阻R10另一端接+5VII电源，光耦N3的2脚连接有电阻R7一端，电阻R7另一端接3.3V，光耦N3的3脚连接有芯片U6的52脚；

所述芯片U3的5脚连接有电阻R11一端和电容C5一端，电容C5另一端接+5VII电源，电阻R11另一端连接有芯片U3的7脚、电阻R13一端、TVS管TVS1一端和热敏电阻PTC2一端，芯片U3的8脚连接有电阻R12一端，并接+5VII电源，电阻R12另一端连接有芯片U3的6脚、电阻R13另一端、TVS管TVS1另一端和热敏电阻PTC1一端，热敏电阻PTC1另一端连接有接口J3的1脚和3脚，热敏电阻PTC2另一端连接有接口J3的2脚和4脚；

所述通信单元还包括芯片U4，芯片U4的型号为BO505LS，芯片U4的1脚连接有电容C6一端、电容C7一端，并接VCC电源，电容C6另一端和电容C7另一端接地，芯片U4的6脚连接有电容C8一端和电容C9一端，并接+5VII电源，电容C8另一端、电容C9另一端和芯片U4的4脚接GNDII。

8.如权利要求3所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述电源单元包括开关电源A5，开关电源A5的型号为LD15_23B，开关电源A5的1脚连接有电阻R26一端，电阻R26另一端连接有电阻MOV一端、保险丝F1一端、电容CX1一端和电阻R40一端，电阻R40另一端连接有电阻R41一端，电阻R41另一端和电容CX1另一端连接有电阻MOV另一端，开关电源A5的4脚接VCC电源；

所述电源单元还包括芯片A2，芯片A2的型号为IYND5-48S05，芯片A2的2脚连接有电容C11一端、电容C30一端、二极管D4一端，二极管D4另一端连接有接口J7的4脚和3脚，电容C11另一端和电容C30另一端连接有接口J7的2脚和1脚；

所述电源单元还包括芯片U12，芯片U12的型号为LM1117-3.3，芯片U12的2脚接VCC电源，芯片U12的3脚连接有电容C19一端、电容C20一端、电容C36一端和电容C33一端，并接3.3V电源，电容C19另一端、电容C20另一端、电容C36另一端和电容C33另一端接地；

所述电源单元还包括芯片U7，芯片U7的型号为MC34063，芯片U7的5脚连接有电阻R16一端和电阻R17一端，电阻R16另一端接地，电阻R17另一端接VCC电源，芯片U7的6脚连接有二极管D1一端、电阻R15一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C13另一端和电容C14另一端接地，电阻R15另一端连接芯片U7的7脚、8脚和1脚，二极管D1另一端连接有接口J5的3脚和4脚，芯片U7的2脚连接有二极管D2一端和电感L1一端，二极管D2另一端接地，电感L1另一端连接有电容C16一端，并接VCC电源，电容C16另一端接地。

9.如权利要求3所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统，其特征在于：所述存储器单元包括芯片U13，芯片U13的型号为AT24C16，芯片U13的5脚连接有电阻R30一端和芯片U6的49脚，芯片U13的6脚连接有电阻R29一端和芯片U6的48脚，电阻R29另一端和电阻R30另一端接3.3V，芯片U13的8脚连接有电容C21一端，并接3.3V，电容C21另一端接地。

10.SF6电气设备内气体在线监控报警系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法应用于如权利要求1-9任意一权利要求所述的SF6电气设备内气体在线监控报警系统中，包括以下步骤：

所述气体变送器的CPU单元放大模拟输入信号单元采集的氧气实时数据F，氧气传感器使用时间长后存在衰减，需要对氧气实时数据F进行校准，使得氧气实时数据*氧气衰减系数C=实际值校准；

求氧气衰减系数C算法具体包括以下步骤：

步骤一，每60分钟保存一次氧气实时值到A(n)寄存器，计数没有60分钟退出；

步骤二，每保存一次氧气实时值后判别是否保存24次了(求氧气日平均值)，如果是24次将进入求中值平均算法子程序，去掉最大值和最小值再将其余的数累加求平均值，氧气日平均值X=(A1+A2+A3...+A22)/22，同时将n=0;如果没有24次n+1重新进入开始流程；

步骤三，一天保存一次氧气平均值到B(m)寄存器后,判别是否保存30次氧气月平均值，如果是30次将进入求中值平均算法子程序，去掉最大值和最小值再将其余的数累加求平均值，氧气月平均值F=(B1+B2+B3...+B28)/28；根据氧气衰减系数C=(1-F/20.9)得到氧气衰减系数C,m=0，重新下一个周期，如果没有30次m+1重新进入开始流程。

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