CN202041311U - 一种卫星地面供配电电缆温度监测系统 - Google Patents

Abstract

一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，包括监视计算机、温采主机、温度数采盒以及热电偶；热电偶固定在被测电缆的温度测点上，采集被测电缆的温度，各测点的热电偶分别通过各自的补偿线接入温度数采盒的热电偶输入接口；温度数采盒上配置热电偶输入接口，通过补偿线与热电偶相连，采集热电偶的温度数据，并利用网络输出端口连接到温采主机的数采盒输入接口，将温度数据传送给温采主机；温采主机配置数采盒输入接口与温度数采盒相连，为温度数采盒供电同时接收温度数采盒的温度数据，通过网络输出端口连接到监视计算机；监视计算机通过网络端口与温采主机连接，对采集到的温度数据进行监视、存储与分析，并在温度异常时报警。

Description

一种卫星地面供配电电缆温度监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种温度监测系统，可作为卫星地面供配电电缆的温度监测设备。

背景技术

运行温度是电缆的一个重要参数。当电缆长期满负荷运行时，会出现绝缘老化等现象；一旦过负荷运行，导体温度会急剧上升；如果电缆运行环境不好，就会加快绝缘老化进程，电缆局部温度上升很快会发生热击穿，甚至引起火灾，造成大面积电缆烧损，短时间内无法恢复生产。

随着研制卫星数量的增多，总装大厅、电缆沟中地面电缆的敷设数量越来越多，电缆敷设集中，散热不良，一旦因绝缘老化而发生热击穿将造成很大的损失，因此需要加强电缆运行管理和维护工作。

鉴于电缆温度的重要性，必须对电缆的运行温度进行监视和控制。温度监测是目前国内外在电缆监测中最被认可的一项重要技术。虽然目前公开的电缆温度监测方法很多，但都存在一定的不足之处，并不适用于卫星地面供配电电缆的温度监测，主要表现在以下几个方面：使用温度检测仪器人工定期巡检，费时费力，巡视时间间隔、巡视的准确性等都有问题，不具备实时检测功能；采用感温电缆，仅能监测出一个故障点，不能测出电缆的实际温度值，且设备安装及维护不方便，不能进行早期故障预测，不能实时显示测量值，不能进行温度趋势分析；采用热敏电阻方式，传输距离不宜太长，且抗干扰能力较差。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种模块化程度高、接口统一、安装方便、易于操作的卫星地面供配电电缆温度监测系统。

本实用新型的技术解决方案是：一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，包括监视计算机、温采主机、温度数采盒以及热电偶；热电偶固定在被测电缆的温度测点上，采集被测电缆的温度，各测点的热电偶分别通过各自的补偿线接入温度数采盒的热电偶输入接口；温度数采盒上配置热电偶输入接口，通过补偿线与热电偶相连，采集热电偶的温度数据，并利用网络输出端口连接到温采主机的数采盒输入接口，将温度数据传送给温采主机；温采主机配置数采盒输入接口与温度数采盒相连，为温度数采盒供电同时接收温度数采盒的温度数据，通过网络输出端口连接到监视计算机；监视计算机通过网络端口与温采主机连接，对采集到的温度数据进行监视、存储与分析，并在温度异常时报警。

所述的温采主机包括信号分配模块、以太网交换机、串口服务器、连接状态指示板；信号分配模块为温度数采盒供电，并提供温度数采盒与串口服务器之间的接口；串口服务器通过信号分配模块连接各温度数采盒，将温度数采盒传送来的RS-485信号转换为TCP/IP信号，通过RJ45端口传送给以太网交换机；以太网交换机通过RJ45端口将串口服务器接入以太网，并与监视计算机相连；连接状态指示板与信号分配模块连接，用于指示各路温度数采盒连接是否正确。

所述的温度数采盒包括数采盒接口板、模拟量输入模块和补偿线；数采盒接口板与温采主机连接，将温度数据传送给温采主机的信号分配模块，同时接受温采主机供电，为模拟量输入模块供电；模拟量输入模块通过补偿线连接至热电偶，采集热电偶的温度数据并通过数采盒接口板利用RS-485通信协议传送给温采主机的信号分配模块。

所述的以太网交换机为TP-Link公司的TLSG-1008。所述的串口服务器选用MOXA公司的Nport 5630-8。所述的模拟量输入模块为鸿格科技有限公司的I-7018R。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1、本实用新型温采主机将N个温度数采盒接入测试网络，采集M个T型热电偶的温度数据，并将测试结果发送至监视计算机，系统接口统一，通用化和模块化程度高，操作方便，便于迅速构建卫星地面供配电电缆温度监测系统，并具备了远程监控功能；

2、本实用新型通过串口服务器和以太网交换机实现温度数采盒的温度收集、通信协议转换，结构简洁，维修方便；

3、本实用新型将T型热电偶直接焊接在卡扣内侧，通过卡扣固定在被测电缆上，并使用固定螺丝拧紧，结构简单，实施方便，安全可靠；

4、本实用新型通过模拟量输入模块直接将热电偶模拟量信号转换成RS-485网络信号，集成化程度高，体积小巧，安全便捷；

5、本实用新型连接状态指示板与信号分配模块连接，用于指示各路温度数采盒连接是否正确，结构简单，方便用户辨识；

6、本实用新型采用RS-485总线进行通信连接，可靠性高、接口统一，现场组态快速方便。

附图说明

图1为本实用新型卫星地面供配电电缆温度监测系统的组成结构图；

图2为本实用新型温度传感器的安装示意图；

图3为本实用新型温度数采盒内部结构图；

图4为本实用新型连接状态指示板、信号分配模块、数采盒接口板连接示意图；

图5为本实用新型卫星地面供配电电缆温度监测系统监视软件功能框图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型卫星地面供配电电缆温度监测系统的总体结构图。本系统包含1台监视计算机、1台温采主机、N(N≤8)个温度数采盒以及M(M≤8xN)个T型热电偶，M为被监测地面供配电电缆上的温度监测点数量。热电偶之间可以互换，具备通用性，热电偶固定在被测电缆上，采集被测电缆的温度，热电偶通过各自的补偿线接入温度数采盒；每个温度数采盒配备8个热电偶的输入接口，通过补偿线可与8个T型热电偶相连，采集T型热电偶的温度数据，并利用1个网络输出端口通过超5类线连接到温采主机的数采盒输入接口，将温度数据传送给温采主机，温度数采盒与温采主机之间采用RS-485总线通信方式；温采主机配备8个数采盒输入接口，每个数采盒输入接口通过超5类线与温度数采盒相连，为温度数采盒供电，同时接收温度数采盒的温度数据，并通过1个以太网输出接口连接到监视计算机；监视计算机通过以太网接口与温采主机连接，运行基于LabVIEW开发的温度监视软件，采集数度数据，进行数据监视、存储与分析，并输出打印曲线，在设备异常情况下报警通知工作人员。

本实用新型温采主机包括信号分配模块、以太网交换机、24V电源模块、串口服务器、连接状态指示板。信号分配模块负责为温度数采盒供电，并提供温度数采盒与串口服务器之间的接口；串口服务器通过信号分配模块连接各温度数采盒，将温度数采盒传送来的RS-485信号转换为TCP/IP信号，通过RJ45端口传送给以太网交换机；以太网交换机通过RJ45端口将串口服务器接入以太网；连接状态指示板与信号分配模块连接，用于指示各路温度数采盒连接是否正确；24V电源模块提供系统需要的24V直流电源。

本实用新型温采主机内部模块选型如下：

(1)串口服务器选用MOXA公司的8串口RS-422/485设备联网服务器Nport 5630-8。该串口服务器通过简单设置就可以将现有串口设备立即联网，将串口数据映射到TCP/IP网络中的IP地址和端口号，在串口和以太网界面之间轻松执行双向数据传输，同时集中管理串口设备；具有8个RJ45形式的RS-422/485接线口；在安装了驱动程序的Windows系统中被视为Real Com端口；简单易用的LCM操作界面，可以用于设置IP地址；所有RS-422/485端口皆有突波保护功能(15KV ESD)，通信速率为50～921.6kbps；支持TCPServer、TCP Client、UDP和Real Com模式；LAN口自适应10/100Mbps传输速率，内嵌1.5KV电磁隔离保护；电源电压100～240VAC。

(2)以太网交换机为TP-Link公司的8口全千兆以太网交换机TLSG-1008。该以太网交换机提供8个10/100/1000Mbps自适应RJ45端口，背板带宽16Gbps。

(3)24V电源模块选用明伟公司的SP-350-24，其输入电压为220V，输出电压24V，输出功率350W。

信号分配模块提供温采主机与温度数采盒之间的连接接口，该接口板对外提供8个RJ45接口，分别通过超5类线与8个温度数采盒连接。每个RJ45接口对其内部5个接点定义为：24V、GND、DATA+、DATA-、LJ。其中，24V和GND为温度数采盒提供的24V供电输出；DATA+和DATA-是RS-485通信的信号线，一端连接到串口服务器的1个RS-422/485接线口，另一端与数采盒接口板连接，用于温采主机和温度数采盒之间的数据传输；LJ一端连接状态指示板上的LJ，另一端连接数采盒接口板上的LJ，配合连接状态指示板和数采盒接口板完成数采盒连接状态指示功能。

连接状态指示板上配备8路连接状态指示电路，对应8个温度数采盒。每路连接状态指示电路的构成为：24V电源与电阻R的一端连接、电阻R的另外一端与发光二极管D正端连接，发光二极管D负端LJ与信号分配模块的LJ连接，配合信号分配模块和数采盒接口板完成数采盒连接状态指示功能。

如图2所示，为本实用新型温度传感器的安装示意图。每个温度传感器都是将T型热电偶直接焊接在卡扣内侧，通过卡扣固定在被测电缆上，并使用固定螺丝拧紧，热电偶和电缆外皮接触，这种方式便于安装和维护。根据测试需求将T型热电偶分布于传输电缆各个部分，贴合在被测电缆表面，采集被测电缆的温度。热电偶和温度数采盒之间使用补偿线连接，补偿线外表面采用绝缘胶皮包裹。补偿线是与热电偶同种材料(或者在一定范围内，具有与其匹配的热电偶电动势标称值相同的材料)的一对绝缘包覆的导线，补偿线的作用就是用来延伸热电偶的探测距离。

热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，其主要特点就是测温范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，便于自动控制和集中控制。

本实用新型选用的是T型热电偶，为铜-铜镍热电偶，又称铜-康铜热电偶，是一种最佳的测量低温的金属热电偶，正极是纯铜，负极是铜镍合金，测量范围为-200～350℃，线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜。

如图3所示，为本实用新型温度数采盒内部结构图。温度数采盒包括数采盒接口板、模拟量输入模块和补偿线。数采盒接口板通过超5类线与温采主机连接，接受温采主机供电并将温度数据传送给温采主机，同时为模拟量输入模块供电；模拟量输入模块通过补偿线连接至外部温度传感器接口，采集T型热电偶的温度数据，转换为数字信号，将温度数据通过数采盒接口板利用RS-485通信协议传送给温采主机。

本实用新型选用的模拟量输入模块是鸿格科技有限公司的I-7018R，其具备如下特点：内置微处理器，自带看门狗，可以方便快速接入RS-485网络，具备冷端温度检测，可以适用于多种类型热电偶，8路差分输入或6路差分输入+2路单端输入(跳线选择)；支持断线检测；输入电压范围±15mV、±50mV、±100mV、±500mV、±1V、±2.5V可选；光电隔离保护3000VDC；16位分辨率；精度为±0.1％；零点漂移为±25ppm/℃；采样速率为10次/s；电源电压为10～30VDC；功耗为1.0w。

数采盒接口板提供温度数采盒与温采主机之间的连接接口，该接口板提供1个RJ45接口，对其内部5个接点定义为：24V、GND、DATA+、DATA-、LJ。其中，24V和GND为温采主机传送来的24V供电输入，用于模拟量输入模块I-7018R的供电；DATA+和DATA-是RS-485通信的信号线，用于模拟量输入模块I-7018R和温采主机之间的数据传输；LJ与GND短接在一起，配合连接状态指示板和信号分配模块完成数采盒连接状态指示功能。

如图4所示，为本实用新型连接状态指示板、信号分配模块、数采盒接口板连接示意图。信号分配模块上面有8个RJ45接口，每个RJ45接口均包含24V、GND、DATA+、DATA-、LJ共5个信号定义；其中24V、GND分别为24V直流电源的正端和负端；DATA+、DATA-分别为RS-485通信的两个差分信号；LJ用于连接状态指示。温度数采盒通过数采盒接口板与信号分配模块的RJ45接口连接，数采盒接口板上将LJ、GND两个信号短接。连接状态指示板上配备8路连接状态指示电路，分别与信号分配模块中对应的LJ连接。串口服务器具有8个通信端口，分别与信号分配模块中对应DATA+、DATA-连接，采集温度数据。24V、GND均来自于24V电源模块。

当温度数采盒连接到温采主机中信号分配模块上的RJ45接口时，24V电源通过连接状态指示板上对应通路的电阻R、发光二极管D、信号分配模块中对应的RJ45接口中的LJ、数采盒接口板中的GND，信号分配模块中的GND构成闭合回路，连接状态指示板上对应的发光二极管点亮，表明该温度数采盒连接正确。

如图5所示，为本实用新型卫星地面供配电电缆温度监测系统软件功能框图。本实用新型的温度监视软件采用LabVIEW开发工具开发。在监视计算机上，利用NI公司图形化开发工具LabVIEW，开发了温度监视软件，提供图形化操作和显示的人机交互界面。

软件包含初始化模块、事件处理模块、数据采集模块、数据记录模块和数据回放模块。

软件启动后，首先运行初始化模块，读取保存在本地的配置文件，根据该配置文件信息，设置各温度数采盒通信端口并对其连接状态进行检测，产生系统运行参数。

事件处理模块主要处理图形显示面板上的按键事件和文本输入事件。事件处理模块通过图形显示面板提供人性化的操作，监听用户事件，响应用户所有按键操作。通过事件处理模块提供的输入输出文本框为用户提供自定义设置功能，用户可以在相应的输入输出文本框中输入各温度数采盒通信端口、各温度传感器注释命名、采样时间间隔、存储路径、存储时间间隔、报警温度等参数，软件读取这些文本框中的数据，自动生成配置文件保存在本地，并且按照设置的参数来运行程序。

数据采集模块在系统初始成功后，不断地采集温度数据，存入数据队列中，并通过输出文本框输出温度数值，通过图形显示面板输出温度曲线，对于超限的温度数据用不同颜色报警显示。

数据记录模块通过数据队列不断的连接采集到的温度数据，数据量达到记录条件则将数据记录到本地，然后将数据队列清空，等待下一次的记录。存储信息包含采集时间、各温度传感器注释命名和温度数值，可以存储为标准文本文件。

数据回放模块采取时间结构配合多个移位寄存器存放数据的复合结构来设计，将指定的需要回放的记录文件中的时间信息、注释信息、温度数值等信息分批处理，分别写入相应的移位寄存器中，通过图形显示面板回放本地记录的数据。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，其特征在于包括：监视计算机、温采主机、温度数采盒以及热电偶；热电偶固定在被测电缆的温度测点上，采集被测电缆的温度，各测点的热电偶分别通过各自的补偿线接入温度数采盒的热电偶输入接口；温度数采盒上配置热电偶输入接口，通过补偿线与热电偶相连，采集热电偶的温度数据，并利用网络输出端口连接到温采主机的数采盒输入接口，将温度数据传送给温采主机；温采主机配置数采盒输入接口与温度数采盒相连，为温度数采盒供电同时接收温度数采盒的温度数据，通过网络输出端口连接到监视计算机；监视计算机通过网络端口与温采主机连接，对采集到的温度数据进行监视、存储与分析，并在温度异常时报警。

2.根据权利要求1所述的一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，其特征在于：所述的温采主机包括信号分配模块、以太网交换机、串口服务器、连接状态指示板；信号分配模块为温度数采盒供电，并提供温度数采盒与串口服务器之间的接口；串口服务器通过信号分配模块连接各温度数采盒，将温度数采盒传送来的RS-485信号转换为TCP/IP信号，通过RJ45端口传送给以太网交换机；以太网交换机通过RJ45端口将串口服务器接入以太网，并与监视计算机相连；连接状态指示板与信号分配模块连接，用于指示各路温度数采盒连接是否正确。

3.根据权利要求1或2所述的一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，其特征在于：所述的温度数采盒包括数采盒接口板、模拟量输入模块和补偿线；数采盒接口板与温采主机连接，将温度数据传送给温采主机的信号分配模块，同时接受温采主机供电，为模拟量输入模块供电；模拟量输入模块通过补偿线连接至热电偶，采集热电偶的温度数据并通过数采盒接口板利用RS-485通信协议传送给温采主机的信号分配模块。

4.根据权利要求3所述的一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，其特征在于：所述的以太网交换机为TP-Link公司的TLSG-1008。

5.根据权利要求3所述的一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，其特征在于：所述的串口服务器选用MOXA公司的Nport 5630-8。

6.根据权利要求3所述的一种卫星地面供配电电缆温度监测系统，其特征在于：所述的模拟量输入模块为鸿格科技有限公司的I-7018R。

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