CN201514288U - 基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统 - Google Patents

基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统 Download PDF

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基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统，包括复数个无线温度传感器、复数个温度监测集中器、上位机；所述无线温度传感器和温度监测集中器之间进行无线通信；所述无线温度传感器包括第一电源模块、数字式温度传感器、第一MCU和ZigBee RF芯片；所述第一电源模块、数字式温度传感器、ZigBee RF芯片分别与所述第一MCU相连接；所述温度监测集中器包括第二电源模块、第二MCU、ZigBee RF芯片和RS-485接口电路；所述第二电源模块、RS-485接口电路、ZigBee RF芯片分别与所述第二MCU相连接；所述RS-485接口电路连接到上位机。本实用新型实现了变电站开关柜温度在线实时监控。

Description

基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统
【技术领域】
本实用新型涉及一种基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统。
【背景技术】
变电站中大多数的10kV电气设备采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，且长期处于高电压、大电流和满负荷的条件下运行，其结果导致热量集结加剧，如果不对温升采取有效的监测措施，将会危及电气设备的安全运行。近年来，已发生多起高压开关过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决高压设备过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统，实现开关柜温度在线实时监控。
本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题：
基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统，其特征在于：包括复数个无线温度传感器、复数个温度监测集中器、上位机；所述无线温度传感器和温度监测集中器之间进行无线通信；所述无线温度传感器包括第一电源模块、数字式温度传感器、第一MCU和ZigBee RF芯片；所述数字式温度传感器、ZigBee RF芯片分别与所述第一MCU相连接；所述数字式温度传感器、ZigBee RF芯片、第一MCU分别与所述第一电源模块相连接；所述温度监测集中器包括第二电源模块、第二MCU、ZigBee RF芯片和RS-485接口电路；所述RS-485接口电路、ZigBee RF芯片分别与所述第二MCU相连接；所述ZigBee RF芯片、第二MCU、RS-485接口电路分别与所述第二电源模块相连接；所述RS-485接口电路连接到所述上位机。
所述无线温度传感器贴在开关柜发热点上；所述温度监测集中器安装在开关柜面板上。
本实用新型优点在于：无线温度传感器尺寸小，可贴在发热点上；功耗低，采用电池供电，使用时间长达4年，从而避免在无源情况下的取电问题。系统可及时准确地反映测量点的温升变化情况，当温度超出温度限值，可通过现场显示终端的指示灯和继电器发出报警信号，也可通过远方管理平台发出报警信息，避免因设备过热，造成火灾和大面积的停电事故，提高了变电站自动化水平。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1为本实用新型无线温度在线监测系统连接示意图。
图2为本实用新型无线温度传感器硬件结构图。
图3为本实用新型温度监测集中器硬件结构图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，是本实用新型无线温度在线监测系统连接示意图。
本实用新型包括三个部分：无线温度传感器10、温度监测集中器20、上位机30。
无线温度传感器10黏贴在开关柜发热点上，对发热点的表面温度进行测量，并将温度信息通过ZigBee无线网络传送到温度监测集中器20。温度监测集中器20一般安装在开关柜面板上，每台温度监测集中器20可接收十二路的无线温度传感器10传送过来的温度信息程度和一路的环境温湿度信息，然后按照位置顺序将这些信息在LED面板上进行显示。在对温度信息处理过程中，判断温度是否超出温度限值，如果越限，则通过指示灯和继电器发出声光报警信号。温度监测集中器20还可以将接收、测量到的温湿度信息通过RS-485总线，传送至上位机30的温度监测平台。温度监测软件是温度测量平台的核心应用软件，管理整个系统温度信息的采集、处理和发布，并实现与其它系统的信息交换。对于无人值守的变电站，还可以根据客户需求，通过温度监测集中器20将数据通过GPRS网络，按照电力系统标准规约将温湿度信息直接传送给上一级调度管理系统。
无线温度传感器10和温度监测集中器20之间通过无线方式进行通信，采用基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee协议，网架结构采用Mesh架构，具有抗干扰能力强、网络容量大、网络的自组织、自愈能力强等特点。ZigBee通信采用免费的2.4GHz信道，将多个节点信息集中于个域网的中心协调器，通过协调器节点远程传输所有监测数据。ZigBee协议支持自组网，能够方便灵活地加入或撤销监测节点。
ZigBee协议规定，Mesh网络由协调器节点、路由器节点和终端节点组成。协调器和路由器的任务是发送和路由数据，不可休眠；终端不路由数据，不发送数据时可以休眠；协调器同时是网络的发起和组织者，并对网络进行维护。
无线温度传感器10配置成终端，允许在不发送数据时进入休眠状态，降低功耗；温度监测集中器配置为协调器，负责建立和维护网络。
请参阅图2，无线温度传感器10硬件由电源模块11、数字式温度传感器12、MCU13和ZigBee RF芯片14组成。电源模块11、数字式温度传感器12、ZigBee RF芯片14分别连接到MCU13。电源模块11分别向数字式温度传感器12、ZigBee RF芯片14、MCU13供电。电源模块11采用高温锂电池供电，不需布线，安装灵活、方便，不会降低原有设备的绝缘性能。采用低功耗的软硬件设计方案，电池使用寿命长达4年。温度的测量采用数字式温度传感器12，不需要进行温漂处理，能快速地获得环境的温度信息，并将信息保存在自身的RAM(数据存储器)中。MCU(单片机)13是控制核心，通过串行总线获取无线温度传感器10的温度信息，将数据进行处理打包后，通过ZigBee RF芯片14发送给温度监测集中器20。
为了实现对终端的监控，每个终端都对应一个唯一的地址，远程监控命令直接下达到终端。在通信程序设计上，根据AODV(按需距离矢量)协议计算路由信息，不仅能够快速获取最优的路由信息，当网络中的非协调器节点出现故障，还能够重新计算路由，将数据包快速送达指定地址。
请参阅图3，温度监测集中器20硬件部分由电源模块21、MCU22、ZigBeeRF芯片23、RS-485接口电路24组成。ZigBee RF芯片23、RS-485接口电路24分别连接到MCU22。ZigBee RF芯片23、RS-485接口电路24、MCU22连接到电源模块21，电源模块21向其供电。电源模块21采用220V交直流两用供电，在MCU22的控制下，通过ZigBee RF芯片23与无线温度传感器10进行无线数据交换，在软件上，必须将ZigBee RF芯片23配置为协调器模式。RS-485接口电路24提供硬件接口实现温度监测集中器20和上位机30的数据通信。
上位机30中的温度监测软件安装在变电站的监控计算机或上一级系统的计算机监控平台上。从功能上讲，它支持设备信息管理，权限管理，通过RS-485，获取各个开关柜的温湿度信息，对信息进行解析后，在图形界面上显示，分为实时温度巡检显示和实时曲线显示两种方式，按时间段将温度信息做成报表，提供历史曲线查询，历史报警信息查询和打印功能，并可进行网上数据发布。软件提供温度越上限，上上限报警，以及温升缺陷报警功能，通过声、光、继电器或短信进行报警。
无线温度传感器10每20s采集一次开关柜内的温度信息，通过串行总线送到MCU13，MCU13进行策略判断，当温度超过所设置阈值或者温度越限时，将数据按照一定的格式打包后，通过ZigBee RF芯片14，按照ZigBee协议将数据发送给温度监测集中器20，否则两分钟发送一次数据。温度监测集中器20收到终端的数据后，将其保存在自身的数据存储器中，如果监控管理系统向其召唤数据，温度监测集中器20就将所需要的数据按照标准的电力系统规约打包，通过RS-485接口电路24传送到上位机30温度监测软件，上位机30中的温度监测软件收到数据后，对其进行数据解析、标度转换后存储在自身的数据库中，并将实时温度值显示在人机界面上。
上位机30温度监测软件提供数据通信，设备信息管理，数据显示，历史数据查询、打印，报警提醒，网上数据发布，权限管理等功能。在温度超过预置警戒线后，系统自动发出报警提醒。
本实用新型中，系统可及时准确地反映测量点的温升变化情况，当温度超出温度限值，可通过现场显示终端的指示灯和继电器发出报警信号，也可通过远方管理平台发出报警信息，避免因设备过热，造成火灾和大面积的停电事故，提高了变电站自动化水平。

Claims (2)

1.基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统，其特征在于：包括复数个无线温度传感器、复数个温度监测集中器、上位机；所述无线温度传感器和温度监测集中器之间进行无线通信；所述无线温度传感器包括第一电源模块、数字式温度传感器、第一MCU和ZigBee RF芯片；所述数字式温度传感器、ZigBee RF芯片分别与所述第一MCU相连接；所述数字式温度传感器、ZigBee RF芯片、第一MCU分别与所述第一电源模块相连接；所述温度监测集中器包括第二电源模块、第二MCU、ZigBee RF芯片和RS-485接口电路；所述RS-485接口电路、ZigBee RF芯片分别与所述第二MCU相连接；所述ZigBee RF芯片、第二MCU、RS-485接口电路分别与所述第二电源模块相连接；所述RS-485接口电路连接到所述上位机。
2.如权利要求1所述的基于ZigBee无线网络的开关柜温度在线监测系统，其特征在于：所述无线温度传感器贴在开关柜发热点上；所述温度监测集中器安装在开关柜面板上。
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