远程智能供电监控系统

远程智能供电监控系统（精选11篇）

远程智能供电监控系统 第1篇

1.1 组网存在的供电问题

基于目前移动通信的特点, 通常都采用将基带单元 (BBU) 和射频拉远单元 (R R U) 进行分离, BBU集中放置在机房, 灵活机动地开展远端R R U模块建设, 既提高了组网效率, 又能满足各类无线环境的通信需求。但是在BBU加R R U的组网方式中, R R U作为远端有源模块, 远离机房设备, 其供电问题就变成了网络建设中的焦点。

1.2 基站建设和维护存在的问题

室外型小基站和拉远站点安装条件差, 取电困难且可靠性不高。各种站型的市电引入问题不好解决, 直接影响后续基站建设的工期, 导致不能按时完成。对于偏远农村的基站, 如果不建设机房, 会因为较偏僻产生安全问题以及停电次数较多、时间较长产生供电问题, 而建设机房后的配套投资明显增大, 投资收益的矛盾突出。

综上所述, 为了解决上述问题我们将直流远程供电系统作为专题, 主要针对南京移动溧水分公司溧水卧龙湖水库北直流远程供电系统进行实践。

2 远供方式

2.1 R R U及远端设备供电解决方案

目前对于R R U及远端设备的供电方案大致分为以下3种。

2.1.1 市电直接供电

即就近接入220 V交流市电直接给R R U单元、室内分布系统 (宏蜂窝基站、室内微蜂窝基站和直放站等) 供电。这种方式就近取电, 损耗小, 但是同样存在供电问题。市电并不是稳定的, 它存在着很多电能质量问题, 例如电压浪涌、高压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、线路噪声、频率偏移、持续低电压、供电中断等。这些质量问题既可以引起系统终端设备硬件老化等相对较轻的不良影响, 也可以导致数据完全丢失或主设备烧毁等较大的事故。而且就近取电又受取电场合等环境的因素的影响很大。

市电直接供电方式存在的问题归纳如下:

1) 供电的可靠性不能得到有效保障。随时受市电供应情况的制约, 如电网检修停电等情况;同时, 本地用电单位或个人经常以各种原因拉闸限电、断电, 导致可靠性差。

2) 普通民用交流电电压波动大, 影响系统设备功效, 极易造成系统终端设备被电源浪涌所冲坏。

3) 安装及维护需供电局、外单位或市民等的协助, 管理成本高。

4) 供电纠纷导致的R R U无法正常工作的情况屡见不鲜。

2.1.2 市电加U P S供电

市电直接供电最直接的考虑是采用一种市电加U PS (不间断电源) 的供电方式, 即在各终端设备旁配备小型U PS。

本地加装U PS解决方案的优点是:技术成熟、价格相对合理、已有大规模应用。

但由于要引入电池设备并安装于室外等环境, 因此也存在许多不足。

第一, 因为U PS设备电池容量有限, 所以小容量U PS后备时间是有限的, 而且U PS主机因大多要处于弱电井或室外安装, 环境非常差, 灰尘多, 所以U PS因环境因素容易损坏;第二, U PS电池的使用寿命受电池充放电次数限制及温度的影响较大, 所以说电池使用寿命对环境气候的依赖性较大, 如V R LA (阀控式密封铅酸蓄电池) 最佳使用温度为25℃左右, 气温每升高10℃, 电池寿命就减半;第三, U PS安装不便, 维护量大 (安装于楼顶、弱电井等, 空间狭小, 维护困难, 需定期巡检, 定期对电池充放电) 维护费用高, 而且更换新电池、处理旧电池所需费用巨大, 电池发生泄漏时可能损坏设备器件;第四, U PS投资成本费用高 (初期成本加每1~2年更换一次蓄电池的费用) , U PS安装点多而分散, 电池容易被盗。同样, 需要远距离拉线时, 必须单独进行管路施工, 无法走弱电管路。

2.1.3 直流远程供电系统

直流远程供电系统是利用宏基站或机房内的大容量通信电源和蓄电池组 (容量大) , 经由局端设备进行D C/D C (直流/直流) 升压, 以电缆、复合光缆为传输介质, 通过能量管理分配器分路监控、隔离、限流, 最后经远端设备转换成末梢网元设备所需的电压等级, 从而实现对末梢网元的不间断供电和电源集中监控的效果。

使用直流供电系统不受当地电网复杂的负荷变化、昼夜变化、电站多样化等因素而产生的电网电压过高或过低的影响。不受当地大型设备开启、关闭等因素而产生的电磁干扰、谐波、闪变和浪涌的影响, 杜绝了当地复杂电力网络中, 直接雷和感应雷对通信设备的损害。所以直流远程供电网络纯净、单一, 供电电压稳定, 可延长设备使用寿命。其特性如表1所示。

3 方案的比较

针对R R U供电解决方案的调研, 对比各解决方案的优缺点从下述几个方面进行比较。

3.1 降低管理成本方面

首先, 采用远程供电的整个流程, 在运营商安装部门内部就能完成, 无需供电局、外单位的协助, 大大降低了管理成本;其次, 采用远程供电系统, 供电部分可以同通信终端设备一起安装, 不需另行铺设专用线路, 大大地节省工程成本, 加快了工程进度。

3.2 降低运维成本方面

当供电设备点多面广时, 市电加U PS等供电方式涉及大量的运行维护成本, 而远供电源是一种免维护产品, 大大地降低维护成本。由于系统为“悬浮”系统, 解决了因市电的波动、雷电干扰、停电时间长所带来的种种问题, 节省了大量的维护工作量。

3.3 减少意外停电造成的损失方面

不难发现, U PS供电时间有限, 不能应对长时间的停电, 难免会因停电造成服务中断, 且超长使用寿命的户外U PS的电池寿命一般在l~2年, 而远程供电系统设备寿命在10~20年。

对上述供电解决方案的优缺点总结见表2。

鉴于以上原因, 采取远程供电方式在通信机房取电, 通过电缆或复合光缆传送到无线单元R R U部分, 既能保证电源供应的稳定性、增强向远端R R U设备供电的安全性和可靠性, 也不会增加经济成本, 同时减少了大量与业主协调的工作量。直流远程供电方案有利于网络中电源设备的集中建设、集中维护运行, 降低运行和维护成本, 同时也可提高电源设备的整体使用效率。

4 现场简介

溧水卧龙湖水库北直流远程供电系统远供电源项目主要是解决二干河拉远基站供电问题。主机房在距离1.2 km左右的卧龙湖水库北基站, 此次直流远供系统主要为二干河的两台R R U设备实施远程供电。局端设备安装于卧龙湖水库北基站, 从近端机房内取电, 升压后通过传输电缆送至拉远站点, 二干河远端设备降压为48 V为2台R R U设备进行供电。

该局端设备位于卧龙湖水库北基站, 将开关电源输出的48V直流电升压到D C 380 V (260~400 V可调) , 通过传输电缆输送二干河基站, 在经远端降压为D C 48 V给R R U供电。见图1。

5 实施效果

该项目建设完成15个月后对其建设成本和设备使用效率指标进行了比对, 通过比对得出结论:偏远郊区建设成本下降95%, 设备使用效率提升5%。远程供电系统的供电方式完全满足现行形势下通信设备的各种运用场景。

6 结束语

本次实践是对比两个情景相同的宏基站与远程供电系统的应用。建设成本下降较大, 特别是偏远的郊区, 下降率95%、设备利用率提升5%。另外, 远程供电系统更可大量使用在室分系统、拉远分布式基站、综合接入系统、无线宽带、监控等网络设备中。由于远程供电系统牵涉到局端的-48 V通信电源系统、远端的通信设备以及中间的供电线路, 每个点的实际情况又各不相同, 建议要针对每个点进行现场勘察并委托设计。另外, 远供中施工的杆路路由变化较多, 所以需完善直流远供施工及验收规范, 特别是“工程变更”与“重大工程质量事故报告表”“供电路由图”等。

目前其他运营商在实践中发现的一些问题, 都是与建设相关, 如建设前期没有进行设计与会审, 只是厂家提供了方案, 实施完成后没有验收, 工程工艺没有把关等。所以项目的委托设计、会审、相关资料与验收等工作非常重要, 资料的提供为日后的故障处理与日常维护工作及各维护专业职责划分等工作提供依据, 达到安全可靠与经济相结合的最佳组合。

摘要：直流远程供电方式是在通信机房取电, 通过电缆或复合光缆传送到无线单元RRU (射频拉远单元) , 既能保证电源供应的稳定性, 增强向远端RRU设备供电的安全性和可靠性, 也不会增加经济成本, 同时减少了大量与业主协调的工作量。直流远程供电方案有利于网络中电源设备的集中建设、集中维护运行, 降低运行和维护成本, 偏远的郊区建设下降95%, 电源设备的整体使用效率提升5%。

远程智能供电监控系统 第2篇

摘 要：随着电力企业向市场化迈进，供电设备的检修工作，由状态检修代替定期检修是必然的。采用人工智能的思想设计了供电设备状态检修决策支持系统。该系统具有供电设备状态评估、故障诊断、检修决策、制定检修计划、自学习和企业网站检修信息发布功能。并且重点介绍了故障诊断的两个诊断模块：基于专家系统的单一诊断模块和基于人工神经网络的综合诊断模块。

关键词：[HTSS]供电设备；状态检修；专家系统；人工神经元网络

状态检修方式以设备当前的实际工作状况为依据，它通过先进的状态监测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障部位其及严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊断结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修［1］。它为电气设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。

作到状态检修的关键是对设备状态的判断，不仅要识别已经发生的故障，而且预测未来可能发生的故障。解决这些问题，一些常规的计算程序和分析程序无能为力或不够有效。因为在这些问题中，人类专家的经验起着主导作用。因此，专家系统技术已经运用到电力设备状态检修中，特别是发电设备的状态检修。而专家系统技术用于供电设备的状态检修还不多见。原因在于供电设备的状态检修起步比较晚，这与早年实行“重发轻供不管用”的政策有关。当前电力企业深化改革，以利润为中心，实行内部模拟电力市场，促使供电企业努力提高供电可靠率和检修的经济性。因此供电设备的状态检修势在必行。

状态检修能够使检修和管理效率提高，设备大修间隔延长和小修频率降低，杜绝不足维修和过剩维修，减少重大事故的发生，提高了设备的可用系数，从而降低了企业经营成本。

1、配电设备状态检修决策支持系统的总体结构

随着传感技术、微电子、数字信号处理和计算机网络技术在状态监测中的应用，使状态检修成为可能。而人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能技术在状态识别和故障诊断中的应用，使状态检修得以实现［2，3］。

本系统根据在线和离线监测诊断数据、设备寿命预测数据、可靠性评价数据、设计参数、检修历史数据、同类设备统计数据等进行综合分析，并利用状态评价准

则体系对设备状态变化趋势进行预测，运用决策模型给出检修什么和何时检修的建议，并制定检修计划，发布到企业网站。总体结构如图1所示。

1.1设备综合管理模块

状态检修需要大量描述设备状态及其演变过程的准确数据，即要有足够的信息用于分析与决策，这就是设备数据综合管理。该模块管理、存储所有设备资产清单，设备台帐图纸、设备设计数据、设备安装状况及系统图、维修历史数据、设备变更与维修记录、设备状态监测与诊断数据、事故及异常记录、测点设置、设备可靠性状态统计分析数据等等。

1.2智能化诊断模块

该模块用专家系统与人工神经元网络结合的方法实现。既能对单一试验数据进行故障诊断，也能对多种试验数据进行综合诊断。单一诊断用产生式专家系统，将规程规定和专家知识存储在知识库，可以随时更新、修改。综合诊断用人工神经元BP网络。功能模块之间用状态驱动。每一个层次的数据可以维护、查询，有利于程序的模块化设计［4，5］。

1.3检修决策模块

对单一设备，根据不同运行方式和检修方式，运用技术经济分析方法，对检修费用、效益进行评估，给出对该设备来说最佳检修时间、检修措施和检修项目，并形成检修决策报告。

1.4编制检修计划模块

状态检修并不排斥检修计划的作用，恰恰相反，状态检修体制还要利用一些先进的技术手段来动态地制订和优化供电设备检修计划，以充分发挥检修计划的指导作用。在状态检修体制下，面对众多需要检修的设备，检修计划的编制根据检修决策的结果，负荷预测、趋势分析、动态规则等手段考虑配网的运行方式、供电可靠性、经济性等要求，使检修计划既具有可行性，又具有科学性和经济性。

1.5企业网站检修信息发布模块

将排定的检修计划发布在供电企业网站上，供生产单位执行，也为用户提供了检修信息，大用户据此安排生产，减少供电设备检修带来的损失。这能提供服务质量，增加供电工作的透明度。

2、基于专家系统的单一诊断模块

2.1单一诊断功能

单一诊断是指对一种检测方法所取得的数据进行处理和判断，得出故障征兆或有关设备状态的初步结论。这些检测方法指：油中气体色谱检测、绕组直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损耗检测、油质检测和绝缘老化的检测等等。检测的数据与规程比、与历史比、与同类设备比，并考虑当前系统的运行状况，将这些知识保存在专家系统的规则库中。

通过各种方法检测到的数据，或通过检测数据计算出的数据，并不能说明当前设备的状况，只有与标准值比较，才能得到设备可能故障的征兆。如在变压器预防性试验中，绕组直流电阻MVA以下的变压器，相间差别是5%，与规程比较，规程规定一般不超过4%，所以得出绕组直流电阻相间差别过高的征兆。

单一诊断是对单项试验数据进行诊断。该方法简单、宜于实现，有时可直接定位故障。但更多时给的结论不够清晰，或结论片面。因此，该过程可以看作综合诊断的前期数据处理［6］。

单一诊断的结果可能有四种：

1）明确定位故障；

2）参数正常，不存在与此参数有关的故障；

3）不确定故障是否存在；

4）故障确实存在，但不能定位。后两种情况给出的结果不明确，需要更多的信息进行明确判断，由综合诊断来完成。但单一诊断的所有诊断结果都送到综合数据库里。在综合诊断中，对四种结论的处理各不相同。

单一诊断的过程是：

（1）数据采集：采集定期或不定期的试验数据；

（2）参数计算：有些参数据不能直接测得，需要用试验数据计算得到。

（3）参数换算：有时要把试验数据或参数换算成某一环境下的数据；

（4）数据比较：试验数据或换算后的数据与规程规定的标准试验数据比较，与设备原始数据比较；

（5）得出结论：单一诊断的结论是上述的四种结论。如果不需综合诊断，则可以直接生成诊断报告。

2.2专家系统各模块的功能

单一诊断功能由专家系统实现，该专家系统的模块如下：

（1）数据库：数据来源于设备综合管理模块。该库需要的数据有：设备工况数据，设备设计参数，设备缺陷与检修历史数据，事故记录，同类设备统计数据；

（2）知识库：该库包括故障诊断知识和设备状态预测知识。包含有设备的有关标准、规程、导则和有关设备性能指标的资料，以及收集的国内外诸多专家分析判断设备故障的权威经验，用产生式知识表示法表示知识；

（3）推理机：能进行故障诊断和设备状态预测，并设置监控预警功能，发现设备缺陷，向运行值班和检修负责人发出警报。考虑到供电设备故障的特点：有时是一种故障引起多个征兆；有时是一种征兆是由多个故障引起的，因此推理方式采用混合推理；

（4）学习机：随着标准、规程及导则中有关内容的变化，经验不断积累和增加。诊断知识库要随时扩充、修改、更新，增强专家系统的诊断、决策能力。因此，要求学习机有很强的自学习功能。自学习包括三个方面的内容：

①就诊断对象的功能状态去识别系统未曾掌握的征兆，并形成新的知识；②有新的设备时，能够学习新设备的故障征兆和判断设备状态的规则；③对知识的自行校正，如一致性检验、冗余检验等。

3、基于神经元网络的综合诊断模块

神经网络是对人脑神经系统的数学模拟，其目的是学习和模仿人脑的信息处理方式。神经网络把知识变成网络的权值和阀值，并分布存储在整个神经网络之中。在确定了神经网络的结构参数、神经元特性和学习算法之后，神经网络的知识表达是与它的知识获取过程同时进行、同时完成的。当训练结束时，神经网络系统所获取的知识就表达为网络权值矩阵和阀值矩阵。神经网络具有知识容量大，处理的问题范围广，推理速度快等优势。所以综合诊断是运用人工神经元网络在故障征兆与故障位置之间建立起数学模型，将综合诊断知识存储在网络的权值和阀值里。采用

BP网络进行模型。故障征兆是输入层的X1，X2，X3，XL；输出层的Y1，Y2，Y3，YN是具体的故障。这里的故障征兆就是单一诊断的结论。

4、结束语

供电设备状态检修决策支持系统中设备状态诊断是关键，不仅能对已经发生的故障做出诊断，还能对将要发生的故障进行预测，这样才能根据状态进行检修。自学习功能，增加了该系统的灵活性，随着经验的积累，知识库的日益丰富，状态诊断的可靠性将日益提高。

状态检修离不开状态检测技术，供电设备的状态监测已经有许多的方法，如直流电阻测量，油色谱分析，绝缘性能测试，远红外测温，有载调压开关特性测试等。随着这些监测手段的日益完善，监测点逐渐增多，监测设备的功能强大，通过先进的通讯手段和计算机网络化管理，状态检修系统就更为健全。

从电力行业发展看，供电设备状态检修代替定期检修是必然的，但要有一段很长的过渡过程，在这期间，可能两种检修方式并存。做到真正的状态检修，仅有技术支持系统是不够的，还需要管理工作的配合、加强检修人员的培训等。参考文献

［1］杨叔子，郑晓军。人工职能与诊断专家系统［M］。西安交通大学出版社，1990.

［2］许婧，王晶，高峰，束洪春。电力设备状态检修技术研究综述［J］。电网技术，2000（8）。

［3］白建青。供电设备从定期维修制向状态检修制过渡［J］。青海电力，1998

（4）。

［4］尤钟晓，卢章辉，岑文辉。面向对象的电力系统调度操作专家系统［J］。电力系统自动化，1999（1）。

［5］邵胜利。开展状态检修实现可靠性和经济性相统一［J］。电力建设，1999

（3）。

远程智能供电监控系统 第3篇

关键词 Android系统 智能手机 远程视频监控

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A

3G移动网络的出现，使智能手机能够轻易实现视频的传输。这篇文章所提出的方案实现视频监测的功能是在Eclipse编程环境下的，运用Android语言进行编程。它能够实现只要存在无线网络，就可以通过Android智能手机手对目标现场进行实时监控，使人们的生活变得更加便利。

1 Android操作系统

Android是一种基于Linux平台的开源手机操作系统，它运用的架构是软件堆层（SoftwareStack，又叫做软件叠层），一般包括三个部分：中介软件、底层Linux内核和应用软件。

中介软件的作用是沟通操作系统和应用程序，包括虚拟机（VirtualMachine）和函数层（Library）。Android的中间层采用特殊的Dalvik虚拟机，多以Java实现。通过使用虚拟机技术，Android的Java应用效率更高，更接近于底层系统，也让Android的应用能够运行在被监控的情况下，提高了安全性。

底层Linux内核只用来提供基本功能，位于硬件和其他软件层之间，用来提供系统的底层服务。其特点是多了Android运行所需的特定驱动代码和一个叫做Goldfish的虚拟CPU，包括内存管理、安全机制、网络堆栈、进程管理和一系列的驱动模块。

Android的平台是开放的，不包含任何从前妨碍移动产业创新的专有权的障碍，因而任何的移动终端厂商都可以加入到Android联盟。Android是一个开放的平台，对第三方软件完全开源免费。

2 系统总体设计

要实现次系统，必须先要读取视频流，这就需要网络监控摄像头的帮助。这样就用户就可以通过网络浏览和播放对家居环境的监控。监控系统采用C/S架构：服务器端被部署在用户家中，是一台带有监控摄像头的PC，主要功能是连接、与用户的智能手机进行通信且控制监控设备；客户端是一部Android智能手机，能够连接互联网，并支持音频视频和3G业务。

3 系统软件设计

3.1 服务器端软件设计

设计服务器端的一般作用是用来将主机IP和摄像头设备和网络端口号初始化，并开启视频监控服务，实时等待客户端的连接请求并捕捉现场图像。在与远程请求的手机客户端成功建立连接后便开始向其发送视频图像信息。

PC服务器端是用来负责现场监控的，实现是运用VisualStudio编程环境下的C++/MFC语言来，原因是需要对监控设备进行初始化控制。为了实现图像稳定传输在进行网络通信传输，此系统选择可靠稳定的TCP套接字（Socket）传输协议，用作客户端和服务器端之间的通信的实现。

3.2 手机客户端软件设计

在这一基于Android操作系统智能手机开发的系统的手机客户端软件设计的过程中，利用Android所已有的各种组件API接口设计和实现应用层。

手机客户端的开发是利用Eclipse工具下的Android插件，主要基于Java语言进行程序的设计并进行实现，而且调用了Android中的部分API函数库。Java语言是通过构建各个类来实现编程，因此进行了系统的主要类构建，分别为主程序入口类Video Monitor Client，通信处理类Socket Vide，连接视频类Connect Server，线程类Monitor Thread，和图像捕获处理类Video Monitor View。Socket Vide的任务是套接字Socket服务，通过绑定端口号和服务器IP地址来和远程服务器之间通信连接。程序的实现过程：一开始先建立远程视频请求连接，程序开始执行并调用Connect Server，之后Connect Server中调用Monitor View，Video Monitor View新建一个mvideo对象，mvideo对象调用其方法Download Thread处理线程函数和Monitor Thread类创建的对象thread，对象thread调用Socket Vide类对象，这一类对象可以建立TCP连接，建立连接后对象thread调用中的视频处理捕捉图像的函数，结果是保存图像并不断显示出图像。

3.3 测试结果

对于整个系统在有wifi的条件下进行了测试，客户端为基于Android的智能手机，服务器端是可以进行现场监控的PC，实验显示，连接图像的速度快，整个系统的运行稳定，预期设想的效果达到。

4 结论

远程智能供电监控系统 第4篇

由于某单位的供水系统采用传统的供水系统, 即通过人工检测水池水位, 来开启或者停止水泵, 并且各个水池地理位置分散且位居各座山上, 造成了巡检极为不便, 有时水池即将用完也不知道, 造成需用水时却无水可用的情况。此外, 在向水池中注入水的过程中, 由于不知道水位的情况, 也就无法控制注水量的多少, 这会严重影响正常的工作效率。考虑到远程无线技术太阳能技术的广泛使用[1~4], 结合使用单位的实际情况, 采用远程监控技术构建了供水系统实时监控系统。该系统动态掌握区域水资源变化及利用情况, 监控人员只需在中控室, 就能了解各个区域水池液位状态和水泵工作状态, 当故障发生时可以通过计算机记录的历史数据进行故障分析, 最大限度提高供水系统工作效率。

2、系统设计

2.1 系统需求

由于水池分布在各座山上, 如果要实现水池液位的实时采集, 必需要有电源和数据传输通道。传统的基于有线模式的水位检测系统, 要在各个山区布线, 投资巨大, 而且维护起来困难, 同时在很大程度上限制了其在时空上的拓展性。因此本系统采用了基于太阳能供电及无线网络模式的水位监控系统, 该系统主要包括三个部分:水池液位实时检测系统、水泵运行监测系统和组态监控管理系统。

对于水池液位实时检测系统而言, 由于水池分布的地理位置在山上, 水池液位实时检测系统采用太阳能加蓄电池供电, 传感器数据传输通道采用无线电网络;对于水泵运行监测系统, 由于水泵位置在山下, 且有可用电源, 然而由于水泵工房位置离中控中心远, 布线成本过高, 故水泵运行状态量通信模式采用无线通信模式;组态监控管理系统位于中控中心, 它实时接受工业现场的水池液位信息以及水泵运行状态量, 进行相应的数据处理, 并通过组态软件在交互式人机界面上显示液位状态和水泵状态、定时进行数据备份、当水位越限时发出报警信息, 同时实现一定的故障诊断功能。

2.2 系统网络拓扑图

根据上述需求采用模块化设计, 根据系统功能模块的分析, 将系统分为不同的功能模块, 然后分别对各个功能模块进行设计与实现, 最后将功能模块进行整合而实现系统软件功能, 图1为系统网络拓扑图。

3、系统功能

远程无线监控系统由水池液位实时检测系统、水泵运行监测系统和组态监控管理系统三个部分组成, 系统功能图如图2所示。

其中无线数据传输模块为双向半双工收发一体机, 发射频率为433MHz, 发射功率为27dbm (0.5W) , 接受灵敏度为-119db m (2400bps) , 有效距离为4.5Km, 具有防雷击功能, 满足该系统的设计要求。

液位传感器选用双钦科技SCG101U多段位液位传感器, 该传感器采用电导传感方式, 它的主体材料是食品塑料, 接触材料是特制合金。

蓄电池组件使用大容量聚合物锂电池, 聚合物锂离子电池是电池行业中技术含量最高的新一代可充锂离子电池。产品性能均达到或超过液态锂离子的技术指标, 而且消除了液态锂离子电池存在的爆炸的安全隐患, 是液态锂电池的更新换代产品。在连续阴雨季节能够维持机器15天的运转, 满足系统的要求。

太阳能电池组件采用部分航天技术生产具有当代国际先进水平的单晶硅太阳电池组件, 由高转换效率的单片太阳电池、EV A胶膜、TPT背膜、低铁钢化玻璃和由氟塑料、经防腐处理铝合金边框、水密接线盒, 利用可靠的焊接技术、高真空加热层压工艺加工而成。它具有高面积比功率, 抗紫外老化, 长寿命和高可靠性, 抗风强度达2400Mpa等特点。太阳能有效功率10W, 在20年使用期限内, 输出功率下降不超过20%。在具体实施时, 太阳能电池组件要求用适当的方位角和倾斜角安装, 确保太阳能电池组件得到最优化的性能。在一般情况下, 太阳能电组件应朝赤道方向倾斜安装, 一般情况下组件与地面的夹角应参照当地纬度± (5°~10°) 。

4、各子系统的实现

4.1 水池液位采集子系统

水池液位采集子系统实现连续供电系统, 在白天太阳能供电同时对蓄电池进行充电, 晚上切换到蓄电池供电, 采用智能供电管理模块, 延长锂电池使用寿命;实时采集水池液位状态量, 并对数据进行网络封包、校验码处理;实时通过无线网络与远程监控子系统无线通信;在不稳定的无线网络上建立可靠的无线通信链路协议, 保证通信实时性同时, 实现数据校验机制、数据丢包重发机制。数据传输与处理流程如图3所示。

图3数据传输与处理流程

4.2 水泵运行监测系统

水泵运行监测系统通过电磁感应传感器, 检测水泵系统运行状态, 采集到的数据进行编码, 同时进行网络封包、校验码处理;实时通过无线网络与远程监控子系统无线通信。基于无线的可靠的数据通信协议与图3的水池液位检测类似。

4.3 组态监控管理系统

组态监控管理系统实现无线网络数据通信功能, 实时接收现场数据, 实现数据校验功能, 对非法数据实现重复机制;实现数据的信息汇聚功能;实现水池液位和水泵运行的组态监控软件功能;实现交互式人机界面;实现计算机定时数据备份功能;实现水池液位越限报警功能;实现液位故障诊断分析功能。

5、结语

针对某单位的实际情况和应用需求, 通过对水池液位和水泵的运行实时状态的检测, 采用无线数据的方式和中央控制室进行数据的传输, 实现了水位监测的实时控制。该系统有良好的软件支持, 结构简单, 可维护性强, 从而最大限度提高供水系统工作效率。

参考文献

[1]张宏坤, 赵永瑞.基于Zigbee技术的橡胶坝水位监控系统设计[J].苏州大学学报 (工科版) , 2010, 30 (1) :68～71.

[2]梁培栋.无线压力水位监控仪在远程水位监测中的应用[J].中国给水排水, 2007, 23 (12) :28.

[3]谢守勇, 陈翀, 胡彦福.基于太阳能的远程果园灌溉系统[J].农机化研究, 2008, 10:116～118.

远程智能供电监控系统 第5篇

为满足居民对生活用电的需求，不断提高供电服务质量，电力企业正在对城镇居民住宅实施一户一表工程，以提高用户用电收费的准确、合理性。一户一表的实施给电力企业增加了大量的工作量，一个中等城市户表数可达数十万台之多，除配电线路改造外，更有大量的抄表收费工作。如靠抄表员登门抄表和收费既要化费大量的人力和时间，给用户带来诸多不便；而且抄录的数据在时间上离散性大、准确度低，给用电管理带来很大困难。

为此，电量计量与远程集中抄表是现代电力营销系统的一个重要环节。采用远方集中抄表技术、银行划拨收费的方式完成抄表、收费工作，给供电企业和广大用户提供了简捷、准确的收缴电费手段。抄录数据的准确性和同时性，又给用电管理、分析、监察、线损计算提供了有效依据，提高了用电管理水平。随着技术的进步和经济的发展，远方集中抄表系统将进一步为需求侧管理提供良好的技术手段。【系统介绍】：

厦门建纬信息科技有限公司用电信息远程集中抄表管理系统，是针对智能化住宅小区集中抄表应用而推出的解决方案，本系统由主站、远程数据采集终端、计量仪表组成，实现数据采集、存储和传输，并对计量仪表和远程数据采集终端运行工况准确实时监控、用量统计和分析，结算收费、催费。具有管理和结算功能，可实现多级、多层次分权管理功能。

一、整体系统由三级设备、二级通道以及一套系统构成。其中；

1、三级设备指的是电量计量设备，数据采集设备和主站设备。

2、二级通道指的是数据采集设备（采集终端）与电量计量设备的数据通道（下行通道）和数据采集设备（采集终端）与主站系统的数据通道（上行通道）。

3、一套系统指的是电力用户用电信息远程集中抄表管理系统。

二、建设内容

1、在智能小区各用户安装电子式电表。

2、安装厦门建纬JW5202数据采集终端，并在终端与多个电表直接进行485总线连接。

3、将数据采集终端过无线GPRS/CDMA通讯方式接入系统。

4、在主站系统设置档案及通讯信息，对上述设备进行联调，对电能量数据进行采集、管理、监测和信息发布。

5、各工作站可通过系统进行电能量管理和应用工作。

【系统框图】：

【主要功能】：

本系统功能强大，使用方便，为用户节省了大量的人力和管理资源。包括：

◆ 自动抄表：避免打扰用户，减少抄表人员；提高电能计量的的时效性和准确性。◆ 档案管理：对包括面向电力设备对象的参数管理、各种电网设备档案管理、数据采集终端参数设置、采集方案管理、分析参数设置、业务变更管理。

◆对市/县级电网辖区内各变电站、工矿企业用户、居民用电等各类用电计量点进行自动抄表和用电监测；

◆ 模块管理：主要实现系统功能模块的配置管理功能。◆ 参数设置：根据采集终端功能，设置采集终端参数（复位命令、校正采集终端时针、设置采集终端自动抄表时间、集采集表终端计档案装载）、控制命令、终端状态检测。

◆ 数据导出：主要实现将系统中的电表信息、用户信息、数据字典等参数数据导出为TXT文本格式，可以将表计日抄读、月抄读数据导成EXCEL格式，便于客户手工结算。

◆ 日抄读：根据采集终端功能和对采集终端的相关设置，主要实现抄读采集终端采集到的电表在当天抄表时段内的数据。

◆ 月抄读：根据采集终端功能和对采集终端的相关设置，主要实现抄读采集终端采集到的电表在一个月中某个冻结时间点的数据。

◆ 随机抄读：根据采集终端功能，主要实现抄读采集终端采集到的电表在一段时间内每一天的重点曲线数据。◆ 历史抄读：根据采集终端功能，主要实现抄读采集终端采集到的电表在规定时间段内任意一天的数据。

◆ 查询统计：提供档案数据查询、历史记录查询、二次数据比对、抄读失败记录查询。◆ 数据分析：系统通过对上传的数据进行分析，自动生成各种报表并绘制各种曲线，管理人员可以及时掌握用户的能源消耗状况，为生产、管理和决策提供及时可靠的信息。◆ 损耗管理：系统会自动计算线损，对于监控线路的总表和分表的差值超过合理的损耗范围，系统会报警提示，以方便管理人员及早进行查疏堵漏。

◆ 告警管理：对于各测量点测量数据出现异常情况，系统会自动报警提示，以便及时发现问题。◆ 远程控制：现场仪表可设置通讯控制模块，通讯控制模块可以接受管理中心计算机传来的指令打开或者关闭用户用电线路，从而实现远程实时控制功能。（可选）◆ 短信通知：以短信方式将用户某月的用电量发送给用户。【主要特点】：

◆一体化设计，具备市/县级电网一体化应用的解决方案的能力，提供关口、大用户、台区等领域的基础应用和数据统计浏览功能，为用户提供统一的用电信息采集应用。

◆ 实用性：智能化小区与供电企业距离远，因此采用覆盖广泛的GPRS/CDMA网络高信号捕捉，必要是采用高增益天线，可确保网络的正常运行。

◆ 实时性：采用最新的通信和软硬件技术，建立了清晰和合理的系统架构，可以实现多线程的 远程并发通信，在几秒时间内，可以让成百上千个用户的实时用电信息传送到监控中心进行集中监视和远程调度，实现故障信息的及时报警。

◆ 可扩充性，支持主站设备、数据采集终端、电表等规模数量的平滑增加，无需修改应用程序。◆ 易维护性，系统可对数据采集终端执行相应的远程操作命令，包括远程参数设置，远程控制、远程数据抄收、远程终端复位、远程终端软件升级等。

◆ 性价比高，该系统专为供电公司电能计量管理企业量身定制，充分考虑到供电公司用户各个环节的业务需求，性价比很高。【客户收益】:

◆ 该系统解决了入户抄表的低效率、干扰性和不安全因素等问题，减少了物业部门的工作量及不必要的纠纷。

◆ 该系统可为物业管理部门提供设备实时监控、用量统计分析、结算收费、催费、远程控制，为管理部门提供准确、完整的用户用电的信息数据。【适用范围】：

变电运维智能化远程管理系统的应用 第6篇

随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对电能的需求量也越来越大，为了满足人对电能的需求，一些供电企业开始大量新建和扩建变电站，电网的规模也越来越大。为了节约企业的人工成本，提高企业的经济效益，于是一些无人值班智能化远程管理系统开始迅速发展。

1、智能远程管理系统的应用背景

1.1在我国，目前变电站所面临的主要问题之一是各辅助系统的联动性差

比如说变电站的视频监控系统、入侵报警系统和消防系统大多都独立运行，在遇到一些特殊情况时，根本无法实现各系统的互联互通这样仅仅靠人力监控的各系统，不但使整个供电系统的整体安全性降低，而且还会大大增加中心管理人员的工作负担。

1.2环境自动调节和监控手段在各变电站缺乏

用温度计对各变电站的环境温度进行测量和测量后调节仍然是目前我国大多数变电站所采用的环境监控手段，这种简简单单的监控手段根本无法对变电站内的温湿度和是否漏水等环境情况实现实时监测，对一些特殊的环境危险事件更是无法实时监控和预防，更不用谈根据变电站现场的实际环境情况来自动调节空调温度，因时因地的节能增效了。

1.3各变电站没有很好的防盗技术

由于在变电站建站的时候考虑到尽量少占用耕地和方面各用户供电等因素，偏僻地区一般是变电站建站的主要位置，在这些变电站时常会发生电气设备被盗事件，但现有的变电站监控设备仅仅是能够做到记录事件过程的作用，根本无法对偷盗者做到制止或远程干扰。

1.4各变电站的安保措施差

机械锁是目前我国各变电站主要采用的防盗门锁，这种机械锁的钥匙往往都比较好配，对房门的开启时间根本也无法记录。

2、智能化远程管理系统的工作原理

2.1系统组网方案

电力变电站运维智能化远程管理系统主要是通过变电站和运检中心的二级组网来实现变电运维智能化远程管理的。在变电站部署子站运检单元，在地区电力公司运检中心布置主站监控中心系统。其中这些子站运检单元的主要作用是对变电站现场信息进行采集和一些基础分析，还有告警联动等一系列基本的系统功能。主站监控中心系统则主要是对各变电站采集的信息进行系统管理，对各数据进行统计分析并制作报表，和进行一些日常的运检业务管理作业。这种变电运维智能化远程管理系统要具有独立保活功能，即在网络突然中断的情况下，系统要能够独立运行，并且在本地要能够及时的存储系统所得的各项数据和结果，等网络连接后系统要能够自动实现历史数據的自动补充交互。

2.2系统功能描述

从总体上对变电运维智能化远程管理系统功能进行分类的话，可分为基本功能和高级功能，其中变电站巡检智能化功能、设备监控智能化功能和系统自检功能是这些功能的主要内容。变电运维智能化远程管理系统的基本功能可以实现对变电站基本的安保功能和辅助监控功能，并且可以对变电站进行长期的例行巡检，如可以实现5-6天进行一次的110KV变电站例行巡检和2天进行一次的220KV变电站例行巡检。对变电运维智能化远程管理系统的高级应用，主要是通过在现有的变电站运维管理系统基础上增加一些智能化功能来实现，这样可以对变电站实现更加方便的运维管理。

3、智能化远程管理系统的应用

利用室外球机可以实现对110KV变电站一次设备外观以及刀闸的分合情况进行巡查，并且可以实现对变压器油温表计、油位和档位进行巡查。利用枪机可以实现对断路器SF6表计、泄露电流表计、储能状态等进行巡查。各放置一台拾音机在两个主变的周围，并且把2台拾音器放置在10KV开关室内，这样可以对主变和10KV开关实现远程声音的监听，可以很好的帮助判断各设备的运行情况。对主控室的巡查，在主控室内放置2台球机、4台枪机和1个温度传感器、1台空调控制器和2只水浸传感器，可以对主控室内的各机柜表计和各指示灯，旋钮指示，压板位置实现时时巡查。对室内温湿度实现监测和调控。对电缆室的巡查，把1台球机和8只烟雾传感器放置在电缆室内，可以实现对电缆室的画面和烟雾进行监测和报警。对蓄电池室的巡查，在蓄电池室内安装摄像机，可以对蓄电池的外观进行时时巡查，安装蓄电池电压内阻检测模块，可以对蓄电池的电压内阻实现实时检测，此外安装空调控制模块还可以实现空调的调节和控制。对10KV开关室的监测，可以把一体化的摄像机放置两台在开关柜的正面和背面，对开关柜的外观进行实时巡查，对开关室内SF6浓度和烟雾状态的检测可以通过在开关室内放置SF6传感器和烟雾传感器的方式来实现。对整个变电站的无人值守可以通过利用摄像头、SF6传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、空调调节器来对整个变电站实现无人值守。这样可以使变电站的运维更加科技化、规范化、信息化。这样不但可以节省供电企业的人力资源，而且还可以使变电站的运维效果更理想，提高企业的经济效益。

4.智能化远程管理系统的优缺点

（1）较低的成本，以110KV变电站为例，如果应用智能化远程管理系统，维护成本只需30万左右，如果应用智能巡检机器人进行维护的话，一台智能巡检机器人则需要150万左右的成本。（2）可以对原有的设备进行充分的利用，在日常维护时，可以把原有的设备直接接入系统监控中使用。（3）应用智能化远程管理系统不但可以提高设备的巡检质量，而且还可以使变电站运行维护效率大大提高，对设备运行维护人员的劳动强度也可以大大减轻.（4）在变电站内如果出现紧急事故时，智能化远程管理系统能够在第一时间内对事故现场的设备外观进行检查，并能及时的调用以往的历史数据，综合分析和判断事故发生的原因，做出相应的应对措施。（5）这种变电运维智能化远程管理系统，虽然有以上优点，但这种系统科技含量比较高，需要进行大量的研究和实际的试验。

5、总结

变电运维智能化远程管理系统，以己建设的变电站视频及环境监控系统为基础，通过升级运检智能化管理软硬件设备，从变电站设备运检业务需求出发，结合变电站运检规范及流程，为变电站运检和设备状态实时监测提供支撑，通过智能化、信息化技术手段使得运维人员在检修中心就可以实现日常例行巡检作业电子化、检修工作统计分析报表化、设备健康状态汇总分析科学化、变电站安保智能化，变电站空调、照明管理智能化、提高工作效率、降低劳动强度、增加企业效益。其应用适应变电站无人值班的发展要求，前景必然会非常广阔。

煤矿供电系统智能监控技术研究 第7篇

我国煤矿电力自动化水平在上世纪普遍处于落后状态, 煤矿电力系统安全事故时有发生, 轻则影响煤矿开采, 重则人员伤亡造成恶劣的社会影响。随着我国对煤矿安全生产越来越重视, 与智能变电站不断在煤矿电力系统中进行应用, 智能监控技术随之不断进步, 煤矿供电系统的远程监视与智能控制水平在不断提高。

1 煤矿智能供电监控系统的设计

煤矿智能供电监控系统由原先功能单一、通信延时长可靠性差, 逐渐发展为现有功能丰富、光纤通信、监控实时可靠的智能化供电监控系统。煤矿智能供电监控系统大体分为地面与井下两部分如图1所示。

图中地面监控中心设有监控后台、防误主机、远动主机等对煤矿地面井下设备进行实际监视控制。地面井下各变电所、配电点中的设备保护测控装置对煤矿供电系统中运行的设备进行监视控制, 并进行上传设备的实时运行数据至监控中心和接收监控中心下发的遥控命令等工作。无论是地面变电站还是井下变电所、配电点均采用光纤以太网与监控中心进行信息交换。光纤网络通信在煤矿智能供电监控系统的应用是对原有的串口通信、CAN总线通信的升级换代, 能够传递信息量更大的数据, 并且通信实时可可靠性得到极大提升。

设计的煤矿智能供电监控系统具备供电系统界面显示功能;智能操控功能;设备状态监视功能;以及其他功能:例如事件记录功能、语音配置、视频监视、建立全局数据库、GPS对时等功能。

本文仅对煤矿供电智能监控系统中的在线五防与智能开票技术展开论述。

2 在线五防技术

为了防范因电气设备误操作引发的人员、设备的安全事故, 在对变电站中断路器或刀闸 (以下统称为开关) 进行分合闸操作时, 需要根据其他开关的开合状态, 判断分合闸操应该闭锁还是允许。这就是业内所称的“五防”闭锁。五防系统已有原来简单的设备二次接线电气闭锁发展为现在的实时在线五防系统, 其集成在自动化系统监控后台软件及保护测控装置中的五防模块中, 对开关操作进行防误闭锁实时判断, 能够取消电脑钥匙和机械锁具, 并且能够确保操作的安全快速可靠。

在线五防主要是通过地面集控中心监控后台与井下地面变电站各设备的保护测控装置协同控制实现的。

监控后台要求存储供电系统所有开关设备的五防闭锁逻辑, 并能够对开关设备通过光纤网络实现远方操控。当对开关设备进行单步遥控时, 监控后台能够结合存储的五防闭锁逻辑与开关设备的运行状态, 判断操作能够被允许;当对多个开关设备进行顺序控制时, 监控后台能够生成满足“五防”要求的操作票, 并且每步操作均能判断是否满足五防要求。

保护测控装置要求存储所在间隔内所有开关设备的五防闭锁逻辑。并且保护测控装置与所在间隔内所有开关设备采用电缆直接相连, 实时获取开关设备的开合运行状态。在进行就地操控时, 结合五防闭锁逻辑, 分析操作是否满足五防要求。保护测控装置亦能够通过光纤网络把间隔内开关设备的开合状态传递给其他间隔保护测控装置与监控后台, 同时通过光纤网络接受监控后台下发的远方遥控命令。

保护测控装置上应装设两个转换开关。一个转换开关实现监控后台远方遥控、保护测控装置就地顺控、手动操作的投退转换。另一个转换开关实现监控后台五防逻辑闭锁、保护测控装置五防逻辑闭锁、开关电气五防闭锁的投退转换。

3 智能开票技术

煤矿供电智能监控系统在进行顺序控制时需要按照特定的操作票逐步完成开关设备的控制工作。设计的煤矿供电智能监控系统不仅支持手动输入操作票内容、点图开票还支持智能开票技术。智能开票技术基于专家系统, 能进行操作票的自动生成, 其总体结构如图2所示。

要实现智能自动开票, 要完善专家系统的知识库。智能开票专家知识库主要由设备库、规则库、票面语言库分组成。设备库是对整个煤矿供电系统一次设备与二次设备进行抽象建模并进行详细的信息描述, 包括断路器、隔离开关、变压器等设备的名称、编号和各设备间的连接关系等。规则库包括操作每一类设备时要遵循的操作规则。规则库包含五防逻辑, 即遵循先拉开短路器后拉开隔离开关等操作规则, 同时规则库也包含母线操作规则、变压器操作规则等。票面语言库则存储便于操作人员阅读的操作票面语言, 操作人员也可以进行票面语言的编辑。

要实现智能自动开票, 也要进行推理机设计。推理机根据操作任务、通过运用智能开票专家知识库、根据神经网络或是遗传算法等各智能控制策略完成操作票的自动生成。当然, 智能开票专家系统还需要设计人机接口、知识获取机构等。

4 实例分析

本文将运用智能监控系统的拓扑分析技术解决线路相间短路问题, 由此验证智能监控技术在矿业生产监控中具有普通系统无法比拟的应用优势。

4.1 线路相间短路情况分析

如图3所示, 线路系统, 线路3、5发生相继相间短路。从图中看, 各级保护通信正常:

(2) 保护速断动作;

(1) 保护速断动作;

(4) 保护速断动作;

(1) 和 (4) 开关跳闸;

(2) 开关未跳闸。

4.2 拓扑分析技术在解决线路相间短路问题中的应用 (如图4所示)

经拓扑分析形成故障矩阵。计算判断故障点在线路3、5处。 (2) 号开关拒动, 需检修, (1) 、 (4) 号保护正确动作。

4.3 系统生成处理策略 (如图5所示)

断开 (2) 开关, 合上 (1) 开关。故障被隔离, 4号线路供电恢复正常, 策略可自动执行也可人工确认执行。

由此可见, 新技术的使用提高煤矿供电系统的远程监视和智能控制水平, 有效解决了我国煤矿长期存在的电力自动化水平低下、监控系统由原先功能单一、通信延时长可靠性差等问题。同时对煤矿的安全生产起到了保驾护航的作用, 减少了煤矿电力系统安全事故的发生几率。其中在线五防技术和智能开票技术的应用, 避免了因电气设备误操作引发的人员、设备的安全事故, 提高了煤矿的安全生产系数, 也减少了因安全事故而产生的损失。

5 结论

本文设计了一种可行的煤矿供电智能监控系统, 能够进一步提高煤矿供电系统的远程监视与智能控制水平, 降低因误操作造成煤矿安全事故, 提高对煤矿供电系统各设备运行状态的实时监视, 能够保证煤矿的安全生产。

参考文献

[1]刘建华, 臧其威, 桑振华, 宋祖磊, 杨艳.煤矿智能变电站顺序控制实用化方案研究[J].中国煤炭, 2012, 12:66-68.

[2]刘庆丰.基于面向对象的变电站操作票专家系统的研究[D].湖南大学, 2004.

保鲜库智能温度远程监控系统 第8篇

关键词：STC12C5A,保鲜库,AD590,温度监控,远程监控

保鲜库对环境温度有一定的要求，当环境温度超出预定温度时，保鲜库就不能起到保鲜作用，因此对温度的检测，显示，控制很重要。文献[1]-[4]设计了基于单片机的温度检测或采集系统，达到了对温度的采集，显示及控制功能；采用的单片机为DS18B20、AT89C52或8051，本文采用STC12C5A八位单片机、传感器AD590、及nRF24L01射频模块设计了一

用于温度远程控制的远程监控系统，实现对环境温度的采集、检测、显示、报警及远程数据传输。

1 系统结构设计

系统采用STC12C5A八位机作为微处理控制单元，使用4×4键盘将要设定的温度最高值和最低值数据并完成温度检测功能的转换，使用温度传感器AD590采集温度信号，将信号送入单片机STC12C5A处理，用LED显示器显示环境温度，检测范围0摄氏度到90摄氏度，设计了报警电路，在环境温度超出设定温度时实现报警，使用射频模块nRF24L01进行当前环境温度数据的远程传送。

系统结构框图如图1所示：

2 系统硬件设计

2.1 单片机最小系统的设计

STC12C5A单片机是与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，速度高于传统51单片机8-12倍具有速度高，功耗低，抗干扰能力强等优点,同时自带8路高速10位A/D转换，。

2.2 温度传感电路设计

AD590的性能特点：AD590是美国AD公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4V至30V电源电压范围内，可充当高阻抗，恒流调节器，适用于150℃以下的温度检测应用。成本低，单芯片集成，无需支持电路，如线性化电路，精密电压放大器，电阻测量电路或者冷结补偿。

与常用的DS18B20不同，AD590提供高阻抗电流输出，对长线路上的压降不敏感，适用于任何绝缘良好的双绞线，与接受电路的距离可以达到数百英尺，甚至还可以实现多路的复用，可通过一个CMOS多路复用器进行输出的切换，特别适合远程检测应用，这有利于在大型保鲜库内分散式布置温度传感器，并集中控制。

温度传感器电路的输出经过电阻产生的压差送入STC12C5A自带的ADC，读出数值记录并供单片机处理。

2.3 温度控制电路的设计

温度控制电路如图5所示：将P0.0、P0.1、P0.7端口与三极管的基极连接，用于控制温度和实现报警。P0.0、P0.1、P0.7端口的输出为高低电平，将事先设定的温度值与实际测量温度值比较，用比较的差值控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低电平，温度检测范围为0摄氏度到90摄氏度检测范围，当测量的温度超过设定的最高温度时，端口由高电平变成低电平,基极输入为“0”，这时三极管导通推动报警器和控制电路工作，反之,当端口为高电平时，基极输入为“1”，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。因此温度控制电路实际是通过检测值和设定值控制单片机的P0.0、P0.1、P0.7口的高低电平，用于控制报警器和控制电路就可以控制模拟电路的工作。

2.4 显示电路的设计

采用四位数码管设计显示电路，当位选打开时，送入相应的段码，则相应的数码管打开，关掉位选，打开另一个位选，每次打开关掉相应的位选时，时间间隔低于20ms，人类视觉的角度上看，全部数码管是同时显示的。4位数码管由三极管8550驱动，驱动电路如图6所示。

2.5 继电器

继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是按照某种要求接通或断开控制系统的电路，是根据某种物理量的变化来改变其触点状态的控制元件。设计中继电器用来控制加热和制冷系统。继电器在控制系统中的作用有两点：

(1）传递信号。它用触电的转换接通或断开电路以传递控制信号；

(2）功率放大。使继电器动作的功率通常是非常小的，而被其触点所控制电路的功率要大得多，因此继电器电路必须有放大功率的作用，从而可以实现对电路的控制。

2.6 射频模块

nRF24L01是一款工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片，极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm时电流消耗为11.3mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低，既能满足保鲜库内范围要求，有能保证较低的功耗，增加续航。

3 系统软件设计

3.1 主程序流程图

主程序负责读出、处理、显示AD590的测量的当前环境温度值，温度测量每1s进行一次。其程序流程见图7所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，再通过调用显示子程序显示温度。

3.2 读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能通过ADC采集AD590输出电流经过电阻的电压，再经过测试求出电压与温度的关系系数，从而读出AD590所处位置的温度。

3.3 射频模块发射子程序

首先将NRF24L01配置为发射模式,接着把接收节点地址TX＿ADDR和有效数据TX＿PLD按照时序由SPI口写入NRF24L01缓存区，若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX＿DS置高，同时TX＿PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据，若重发次数(ARC)达到上限，MAX＿RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发;MAX＿RT或TX＿DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则NRF24L01进入空闲模式1，结束通信。

3.4 系统流程图

本设计主要实现的是在一个封闭的空间的温度的控制，设计总流程如图8所示，软件实现的主要功能是上电显示“8888”，然后实时显示温度，每按一下复位键，也显示“8888”，因设计中用的是非自锁开关，松手后，立即显示当前温度，当前温度与设置的温度上下限进行比较，当高于上限时，单片机控制端为低电平，相应的继电器控制打开，当低于下限时，另一继电器开启。

3.5 显示程序设计

显示程序采用动态扫描。显示精确到小数点后一位，故在显示程序中，需要对输入的数据进行拆数，拆成个位，十位。然后依次开个位、十位选通端进行显示，在选通十位的同时将小数点显示出来。连续的动态扫描，轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管和人眼视觉暂留作用，使人感觉是一组稳定的数据显示。程序循环检测是否有按键信号，执行相应处理，最后通过显示程序显示相应的电压数值。

4 结束语

本文设计了一个用于保鲜库温度远程监控的系统，系统包括单片机最小系统，温度传感器电路，温度控制电路，驱动电路，远程传送数据模块，可以实现对环境温度的测定，显示，报警和数据远程发送。温度检测精确达到0.1度；温度检测范围为0摄氏度到90摄氏度。

参考文献

[1]柴锁柱,金顺利.基于DS18B20的温湿度采集系统设计[J].沧州师范专科学院学报,2010,3(26),104-107.

[2]武狄,李强,于海英.基于AT89C52单片机的温度检测系统设计[J].计算机与数字工程,2013,12(35).2027-2029.

[3]黄语燕.洛东养猪舍垫料温度无线实时测量系统[D].福建农林大学,2013.

[4]荆学东,赵世清,基于8051单片机的温度检测仪设计[J].煤矿机械,2011,11(27).228-229.

[5]姚湘陵,秦实宏,袁发庭.基于n RF24L01的无线心电采集系统的设计[J].电子设计工程,2013,21(2),185-189.

远程智能供电监控系统 第9篇

1.1 接口标准

RS-232,RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用,许多厂家都建立了一套高层协议,或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的sony与松下对录像机的RS-422控制协议是有差异的,视频服务器上的控制协议则更多了,如Louth,Odetis协议是公开的,而ProLINK则是基于Profile上的。

由于PC上的串行数据通讯是通过UART芯片(较老版本的PC采用I8250芯片或Z8530芯片)来处理的,其通讯协议也规定了串行数据单元的格式(8-N-1格式):l位逻辑0的起始位,6/7/8位数据位,1位可选择的奇(ODD)/偶(EVEN)校验位,1/2位逻辑1的停止位。基于PC的RS-232,RS-422与RS-485标准均采用同样的通讯协议。在这里主要研究RS-485标准。

1.2RS-485串行接口标准

RS-485标准与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式(differential driver mode),也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B。

通常情况下,发送驱动器A,B之间的正电平在+2～+6 V,是一个逻辑状态,负电平在-2～-6 V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能"端,而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态",即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

接收器也作与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在收端AB之间有大于+200 mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200 mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200 mV至6 V之间。见图2。

定义逻辑1(正逻辑电平)为B>A的状态,逻辑O(负逻辑电平)为A>B的状态,A,B之间的压差不小于200 mV。

RS-485标准的最大传输距离约为1 219 m,最大传输速率为10 Mbit/s。通常,RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,只有在20 Mbit/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说,100 m长双绞线最大传输速率仅为1 Mbit/s。

注意:并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10 Mbit/s的通讯速率。如果采用光电隔离方式,则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。RS-485网络采用直线拓朴结构,需要安装2个终端匹配电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗(一般取值为120Ω)。在矩距离、或低波特率波数据传输时可不需终端匹配电阻,即一般在300 m以下、19 200 Mbit/s不需终端匹配电阻。终端匹配电阻安装在RS-485传输网络的两个端点,并联连接在A-B引脚之间。

在过去的十多年中,建议性标准RS-485作为一种多点差分数据传输的电气规范,被应用在许多不同的领域,作为数据传输链路。目前,在我国应用的现场网络中,RS- 485半双工异步通信总线也是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线。但是基于在RS-485总线上任一时刻只能存在一个主机的特点,它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。

1.3RS-485应用中的基本问题

1) RS-485的网络安装注意要点:

RS-485支持32个节点,因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。在构建网络时,应注意采用双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。如总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线等情况就容易产生不连续。

2) RS-485传输线上匹配的说明:

对RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可以不考虑终端匹配。理论上,在每个接收数据信号的中点进行采样时,只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。实际上难以掌握,MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配:当信号的转换时间(上升或下降时间)超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250 ns,典型双绞线上的信号传输速率约为0.2 m/ns(24AWG PVC电缆),那么只要数据速率在250 kbit/s以内、电缆长度不超过16 m,采用MAx483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。

3) RS-485的接地问题:

RS-485尽管采用差分平衡传输方式,但对整个RS-485网络,必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一条线(非屏蔽双绞线),或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法。

2Modbus通信协议

2.1Modbus通协议概述

Modbus通讯协议是工业控制网络协议的一种,是施奈德公司最先倡导的一种通讯协议,经过大多数公司的实际应用,已经逐渐被认可,成为了一种标准的应用于电子控制器上的一种通用协议语言。Modbus是一种全开放的协议标准,其历史悠久,应用灵活,能够满足网络通讯发展的新要求。

Modbus通讯协议是一种智能设备通讯时采用的一种公用语言,为用户提供了一种开放、灵活和标准的通讯技术,降低了开发和维护的成本。Modbus通讯协议使用主从技术,即主设备能启动数据传输,称查询。而从设备应返回对查询做出的响应,或处理查询所要求的动作。主设备可对各从设备寻址或发出广播信息,从设备则返回信息作为对查询的响应。对于主设备的广播信息,从设备不做响应。Modbus的查询响应周期如图3所示。Modbus通讯协议规定由主设备先建立消息格式,格式包括设备地址、功能代码、数据和校验。从设备必须用Modbus协议建立答复消息,其格式包含确认的功能代码,返回的数据和校验。如果接收到的数据出错,或者从设备不能执行所要求的命令,从设备将向主设备返回出错信息。

Modbus通讯协议拥有自己的消息结构。不管采用何种网络进行通讯,该消息结构均可以被系统采用和识别。利用此通讯协议,既可以询问网络上的其他设备,也能答复其他设备的询问,又可以检测并报告出错信息。在Modbus网络的通讯期间,通讯协议能识别出设备地址、消息、命令,以及包含在消息中的数据和其他信息,如果协议要求从设备予以答复,那么从设备将组建一个消息,并利用Modbus网络发送出去。

a) 主设备查询:

查询消息中的功能代码为被选中的从设备要执行的动作类型。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器,并返回它们的内容作响应。数据段必须包含要告之从设备的信息:从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法,以保证信息内容的完整性。

b) 从设备响应:

如果从设备产生一正常的响应,在响应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的应答。数据段包括了从设备收集的数据:如寄存器值或状态。如果有错误发生,功能代码将被修改以用于指出错误响应,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。

2.2Modbus通信协议传输模式

标准的Modbus网络通讯控制器可以设置为两种传输模式 (ASCII模式或RTU模式)的任何一种。用户可以选择想要的模式,包括设置串口通讯参数(波特率、校验方式等)。在同一Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。所选的ASCII或RTU模式仅适用于标准的Modbus网络,它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。在其他网络上(象MAP和Modbus Plus)Modbus消息被转成与串行传输无关的帧。

1) Ascu模式

当控制器设为在Modbus网络上以ASCII(美国标准信息交换代码)模式通信,在消息中的每个8bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1 s而不产生错误。

代码系统:

·十六进制,ASCII字符0…9,A…F;

·消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成;

·每个字节的位;

·1个起始位;

·7个数据位,最小的有效位先发送;

·1个奇偶校验位,无校验则无;

·1个停止位(有校验时),2个bit(无校验时);

·错误检测域LRC(纵向冗长检测)。

2) RTU模式

当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信时,在消息中的每个8bit字节包含两个4bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。

代码系统:

·8位二进制,十六进制数O…9,A…F

·消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成

·每个字节的位

·1个起始位

·8个数据位,最小的有效位先发送

·1个奇偶校验位,无校验则无

·1个停止位(有校验时),2个bit(无校验时)

3 总结

本文从基本含义、接口标准和应用等方面着重介绍RS-485串口通信技术。首先介绍了RS-232通信,然后介绍RS-485通信并比较两者的起别,从而说明了RS-485通信的优点,针对RS-485通信中易出现的各种问题,介绍了RS-485通信中的安装注意要点和传输线上匹配的方式。通过对Modbus通讯协议的主从机制、传输模式的分析,介绍了Modbus通讯协议的通信模式和强大功能,为智能电力监控系统远程通讯起到至关重要的作用。

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油田远程智能注入系统的开发 第10篇

石油作为主要能源,在国民经济和国防建设中起着举足轻重的作用,提高石油产量是世界各国非常重视的问题[1]。目前全国各大油田经过长期的开发,主力油田均已进入高含水期,三次采油将把油田开发技术带入新阶段,而注聚合物驱油是三次采油中普遍使用的一种方法。由于注聚工程的特殊性(注入周期短、设备选用多等),它仍是一项工程投资大、运行费用高的复杂系统工程,需进一步提高注聚工艺和技术水平,降低工程投资,节能降耗[2]。聚合物混配设备是用于三次采油的重要地面机电一体化产品,主要功能是将水和水溶性聚合物干粉定量充分溶解,配制聚合物原液,经熟化搅拌等后期处理,达到设计所要求的浓度和粘度值,然后注入地下,达到堵水驱油、提高油藏采收率的目的。

目前,油田注聚主要是人工配料后运到现场,消耗了大量的人力、物力、财力,配料精度差,自动化程度低。为此,本研究开发远程智能注入系统,其能够实现聚合物与水的自动配比及自动上料。文献[3-7]分别研究了组态软件在石油开采及其他场合的应用,并验证了组态软件在工业生产中应用的可行性。实践表明:组态软件为工业生产现场设备的监控和管理提供了一种新的途径,提高了生产率和安全性。PLC在自动控制工程中得到广泛应用,文献[8-10]都验证了PLC可以用简单的逻辑控制完成复杂的逻辑控制,并且逻辑控制系统效果良好。

本研究提出将PLC与组态软件有机结合,采用网络通讯技术实现各部分的自动协调运行,从而实现注入流量的自动调节以及溶液浓度、注入流量、注入压力的数据网络传输与实时查询。

1 远程智能注入系统的硬件组成与设计

本研究开发了智能注入系统的硬件部分:物料存储与输送设备、搅拌设备、调剖注入设备以及远程智能检测与控制设备,其原理图如图1所示。

(1)聚合物自动添加装置。由储料箱、料斗、振动器、料位开关、螺旋送料电动机、鼓风机等部件组成。添加装置的设计原理:首先将聚合物添加至储料箱内,由螺旋送料电动机将聚合物送入料斗内,鼓风机将料斗内的聚合物通过管道输送到搅拌罐。由变频器来调节螺旋送料电动机的转速以实现螺旋送料电动机的每转送料量的调节。

(2)搅拌装置。由搅拌罐、电动阀、液位计、搅拌器等部件组成。搅拌装置的设计原理:聚合物、交联剂及水在搅拌罐内混合,由搅拌器充分搅拌;由液位计对罐内液位进行实时监测,将监测信号发送到远程智能控制系统,实现对电动阀的自动控制;系统开发所用的阀均为电磁阀,利于实现自动化。

(3)仪表控制系统。由变频器、空气开关、继电器等元件组成,该系统使整套设备可以实现手动与自动控制。远程智能注入系统的核心部分由工业用计算机、CPU、CC-Link、远程I/O模块,远程设备站(远程A/D转换模块)、D/A转换模块、流量计、压力计、液位计等组成。系统采用一个CPU对注入现场进行控制。CPU通过CC-Link模块及CC-Link现场总线与这些核心部件建立起通信,PLC与远程模块的网络通信如图2所示。现场总线也称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络,其应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多点数字通信。本研究采用现场总线把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以其为纽带,把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。

2 远程智能注入系统软件的设计与实现

2.1 智能注入系统的软件设计

该系统的软件设计主要是对PLC的编程,编程主要完成手动控制方式和自动控制方式两个功能:(1)手动控制方式:当系统部分设备发生故障,或者是需要调整部分工作参数时,针对这种情况,手动控制可将系统中的部分设备转换为手动操作,而其他部分按自动方式工作。在手动状态下,系统中的各种检测量及报警信号仍然由计算机采集、显示及报警;(2)自动控制方式:所有设备都由计算机控制,实现整个系统的全自动操作。自动控制方式的工艺流程如图3所示。

根据聚合物注入系统自动控制流程图,本研究可将控制系统分成3个部分:加料系统、搅拌系统及调剖注入系统。加料系统是整个系统开发的关键,用于实现聚合物的精确配比及自动上料,是整个生产的原料准备系统;搅拌系统是整个系统开发的核心部分,用于实现聚合物、交联剂及水的混合,再经搅拌罐充分搅拌形成符合要求的混合液;调剖注入系统用于将混合液注入油井内。

(1)加料系统的设计。主要实现自动控制聚合物与水浓度的精确配比,其设计原理为:操作人员在组态界面中输入聚合物的浓度,该系统首先根据公式计算出搅拌罐溶液达到设定浓度时所需要的聚合物质量,然后系统再由聚合物质量、螺旋送料电动机的转速及每转送料量计算出达到浓度配比所需要的送料时间,这样,系统可通过控制送料时间来实现聚合物与水浓度的自动精确配比。其中,系统通过变频器的调速来调节螺旋电动机的每转送料量,系统检测到进水阀开到位时,自动启动螺旋送料电动机,同时开始对送料时间计时,计时达到送料时间时,自动关闭螺旋送料电动机,加料自动结束。

(2)搅拌系统的设计。主要实现搅拌及液位检测,关键在于用液位检测值与液位设定值的比较结果向电动阀及搅拌电机发出控制指令。首先打开来水阀,系统对液位自动检测,当液位达到设定搅拌液位时,本研究启动搅拌电机,搅拌器开始搅拌,使聚合物、交联剂及水混合并充分搅拌,同时开始对搅拌时间计时,达到监控界面中设定时间时,搅拌电机自动停止,搅拌器停止搅拌。当液位达到液位设定上限时,本研究关闭进水阀。当进水阀关到位且搅拌时间到时,本研究打开出料电动阀。当液位达到液位设定下限时,出料电动阀关闭;系统采用两个搅拌罐,为了避免在两个搅拌罐的液位有高度差时,溶液由液位高的罐倒流入液位低的罐内,在系统软件设计时应当使这两个搅拌罐的出料阀不能同时打开,在编程时它们之间是互锁的。

(3)调剖注入系统的设计:主要功能是将混合溶液注入油井内。其设计原理:该系统根据两搅拌罐出料阀的开闭状态,控制调剖泵的启停。系统检测到两个搅拌罐的出料电动阀中有一个开到位,调剖泵就自动启动,两个出料阀同时关闭,调剖泵自动停止。同时本研究检测注入流量和注入压力,将检测的流量、压力与注入流量和压力的设定值相比较,通过变频器调节调剖泵的转速,由转速来调节注入流量和注入压力,使其与设定值相吻合。

2.2 远程智能监控的实现

本研究采用组态王软件来实现整个系统的远程监控。组态王通过与PLC建立通信,可对整个油田远程智能注入系统中的液位、流量、压力等进行实时监控。并从中得到所需数据,使用户能够方便、及时地查看现场信息。组态王具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能。它集过程控制设计、现场操作及工厂资源管理于一体,将一个企业内部的各种生产系统、应用及信息交流汇集在一起,实现最优化管理。

为了实现控制系统的实时监控,本研究设计了多个图形界面:系统主监控画面(如图4所示)、数据报表界画面、模拟量趋势曲线界面、设备运行状态显示画面、参数设定画面等,通过这些画面直观地反映出控制系统的运行状态和所有参数的变化。画面上设有面板,可以很方便地切换到报表及其他界面,便于观察系统详细的信息。本研究在图4所示的真实界面中运用了动画连接表示一些数据的变化,例如用绿色表示泵,电机,阀门的运行状态;用红色表示泵,阀门,电机的停止状态。用罐体填充颜色高度的变化来表示液位高低变化,用不同颜色的小矩形的运动表示物料、水和混合液流动动状态。

本研究在工艺流程监控界面上设计了启动和停止按钮,在自动方式和现场有关条件满足的情况下,操作人员可以通过监控界面上的按钮来控制整个注入系统的启动与停止。在设计参数设定界面时,操作人员设定各输入参数的输入范围。如操作人员输入的参数超出设定范围,系统就会提示出错,并显示参数的输入范围。本研究针对被控对象的各个模拟量参数都设计了趋势曲线图,便于查看模拟量的变化的过程。操作人员在控制操作间里就可以观察各个工艺过程的运行情况;系统将实时数据保存到关系数据库中,并进行数据库的查询。操作人员可随时查看各参数及模拟量的变化情况、查询历史数据,并可打印数据报表。工业现场的生产状况以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令能够迅速送达生产现场。这就实现了对远程设备的智能监控。

3 结束语

本研究将工控组态软件与PLC有机结合,开发了油田远程智能注入系统。该系统已在油田得到成功应用,其结果表明,油田远程智能注入系统的运行安全可靠,实现了聚合物与水的自动精确配比,且配比精度达到90%以上。通过利用对井口注入流量和压力的控制以及现场设备的在线诊断、报警、数据的分析、生成和打印报表等功能,改变了人工抄表、现场手动操作的原始监控方法,大大提高了三次采油的自动化和智能化程度,具有较高的实用价值。

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远程智能供电监控系统 第11篇

为适应市场的需求,目前温室大棚在国内外都得到了广泛的应用,其中以美国、日本、荷兰等国家发展最为迅速,基本实现了环境智能监控和远程监测。而在国内,大部分温室大棚未采用智能控制技术,且存在环境控制能力低、自动化程度落后、价格昂贵等缺点,这在很大程度上降低了温室农作物的产量与质量,因此,广泛实现温室的智能监控很有必要。此外,维持温室大棚的正常运行需要提供充足的电能,而一般大型的温室大棚位于离居民生活区较远的空旷地区,对电能的利用并非很方便,但是太阳能资源丰富,因此如何实现对太阳能的利用成为一个值得思考与解决的问题。

1 设计思想

要实现对太阳能的利用,可以借助于太阳能电池实现光电转换,近年来太阳能电池的转换效率与使用寿命都有了很大的提高,目前单晶硅的转换效率可达30%左右。因此利用太阳能光伏系统为温室大棚供电成为了可能,为提高太阳能利用率,可采用MPPT和光伏系统自跟踪技术。影响农作物的生长因子主要有:温度、湿度、CO2浓度以及光照。实现对各生长因子的智能控制,能很大程度地提高农作物的产量与质量。

基于太阳能供电的温室环境智能监控系统框图如图1所示。

2 模块化设计

2.1 太阳能供电模块

该模块主要包含MPPT的实现、蓄电池充放电监控、自跟踪系统以及电压转换4个部分。MPPT的实现和自跟踪系统均是为了实现太阳能更高效率的利用,蓄电池充放电监控则是对蓄电池、太阳能光伏组件阵列以及负载的保护,电压转换使得该系统可为各种交流和直流负载供电。太阳能供电模块框图如图2所示。

2.1.1 MPPT的实现

MPPT即最大功率点跟踪,是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压,并追踪最高电压电流值,使太阳能电池板以最高的效率对蓄电池充电。MPPT控制的原理实质上是一个自动动态寻优的过程,通过功率的比较来改变占空比和脉宽调制信号,进而改变太阳能电池板的工作负载,改变输出功率点的位置,以达到最优。实现MPPT通常需要斩波器来完成DC/DC转换,斩波电路分为BUCK电路和BOOST电路。本文中利用BUCK变换器来实现MPPT,通过调节BUCK变换器的PWM占空比输出,使负载等效阻抗跟随太阳能光伏组件阵列的输出阻抗,从而使光伏阵列在任何条件下均可获得最大功率输出。BUCK电路实际上是一种电流提升电路,主要用于驱动电流接收型负载,直流变换通过电感完成,其电路图如图3所示。

BUCK电路输出与输入满足关系:

$U{}_{\text{o}}/U{}_{\text{i}}=t{}_{\text{g}\text{a}\text{o}}/{\rm T}=d(1)$

式中:tgao为Q导通时间;T为开关周期;d为占空比。若L相当大时,则有Ii≈dIo。

$R{}_{\text{o}}=\frac{U{}_{\text{o}}}{{\rm I}{}_{\text{o}}}=\frac{dU{}_{\text{i}}}{1/d{\rm I}{}_{\text{i}}}=d{}^{2}R{}_{\text{i}}(2)$

故通过调节占空比即可调整输出负载,从而可使太阳能光伏组件阵列工作在最大功率点。占空比的调节是通过控制Q基极电压来实现,可借助于单片机编程加以控制。

2.1.2 蓄电池充放电监控电路

蓄电池充放电监控电路是为了防止蓄电池组过充、过放等现象,蓄电池组在整个系统中起到储存与提供能量的作用,在硬件上可借助于单片机来实现,其软件程序流程图如图4所示。

2.1.3 自跟踪系统

为了实现对太阳能更大限度的利用,要保证太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上,即太阳能电池板必须跟随这太阳的运动而运动。目前常用的自跟踪方法有匀速控制方法、光强控制方法、时空控制方法。为了方便实现并达到较好的跟踪效果,可以将匀速控制法与光强控制法相结合。并通过对实际光强与设定值的比较,分别采取紧跟踪、疏跟踪以及不跟踪的措施。在硬件上可以通过单片机、太阳光跟踪传感器、光强测定器等实现。

2.1.4 太阳能应用于温室的前景

目前使用太阳能光伏阵列进行供电需要占用一定的土地资源来安放太阳能电池板,然而现在已经生产出了半透明太阳能组件,此外透明太阳能电池组件也在进一步研究中,这使得将太阳能电池安装在温室顶部成为了可能。而且太阳能电池的转换效率在不断提升,因此太阳能光伏系统的广泛使用将成为必然趋势。

2.2 智能监控模块

智能监控模块的主要部分为传感器模块、A/D转换模块、微处理器以及各因子的控制设备。

2.2.1 传感器的选取

测温设备选择SLST系列数字传感器,它是采用美国Dallas半导体公司的DS18B20数字化温度传感器,为不锈钢外壳封装,防水防潮,且具有高灵敏度和极小温度延迟,现场温度以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性能。其测温范围为-55～+125 ℃,温度准确度为±0.5 ℃,可直接将温度转换为串行数字信号供单片机处理。温室内湿度的测量采用JCJ100MH湿度变送器,其采用高精度湿敏电容进行测量,具有灵敏度高、稳定性好、准确度高和使用寿命长等特点。其工作环境为-40～80 ℃,输出电压范围为0～5 V,湿度测量范围为0～100%,均满足温室测量的需求。土壤湿度的测量采用高精度土壤水分传感器,它采用世界先进技术的土壤湿度传感器,精密、可靠、耐用,可直接连接至数据采集器,可长期埋设在地下任意深度,连续测量,其测量范围为0～100%,工作电压为7～15 V,输出0～1.1 V的电压信号,可经适当放大后供A/D转换。光照度的测定可以采用KITOZER系统光照度变送器。该种变送器以对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器为传感器,具有测量范围宽、线性度好、防水性能好、传输距离远等特点,其工作电压为12～30 V,测量范围为0～200 000 LUX,支持二线制4～20 mA电流输出、三线制0～5 V电压输出、液晶显示输出以及RS 232,RS 485网络输出,适合在温室大棚环境下使用。CO2浓度的测定可采用FIGARO公司生产的TGS4160,它是一种固态电化学型CO2传感器,具有体积小,寿命长,选择性和稳定性好等特性。因为它的预热时间较长,故适合在室温下长时间通电连续工作。它的测量范围为0～5 000 ppm,使用寿命2 000天,内部含有热敏电阻起补偿作用。通过各传感器获得电信号,经A/D转换后输入单片机与所需要的设定值相比较,然后控制相应的设备来对各因子进行调节。

2.2.2 各生长因子的控制

农作物生长因子主要是指温度、湿度、CO2浓度以及光照。

温度 升温设备可以采用热水锅炉、燃油锅炉、太阳能加热器等,鉴于室外太阳能资源充足,白天可采用太阳能加热器加热,实现光能向热能的直接转换,在太阳不足时,采取电加热器,由蓄电池组供电。降温设备采用湿帘风机,其中通风设备采取强制通风的方式,即利用风机产生风压强制空气流动降温,湿帘是利用水蒸发吸热的原理来降温,二者的结合作用能力强,效果稳定。

湿度 当实际湿度低于所需要湿度时,可以通过控制安装在大棚顶端的喷嘴来实现,通过喷雾来提高湿度,同时又不至于使得湿度过大。当湿度过高,则可以通过通风来降低,这是利用湿度差来进行室内外的空气交换实现。

CO2浓度 CO2的浓度直接影响着农作物的产量与质量,合适的CO2浓度可能达到40%～200%的增产。大气中的CO2浓度仅为350 ppm,在温室中需要提高CO2浓度,可利用CO2发生器来实现,采用化学反应、燃煤、燃气等方式来产生CO2,当CO2浓度过低时,即可通过控制CO2发生器的开关来提高。当浓度过高时,通过打开通风机即可。

光照 光照的控制设备为遮阳设备和补光设备,当光照过强时,可借助遮阳设备来实现,当光照过弱时,可利用补光灯来实现,而且补光灯开启的数量受外界光照的影响,最终达到较为合适的光照强度。

2.2.3 A/D转换

A/D转换采用TLC1549,将各传感器所采集的模拟电信号转换为数字量输入单片机进行处理,对各因子加以控制。TLC1549为逐次比较型10位A/D变换器,其片内自动产生转换时间脉冲,转换时间小于21 μs。其具有固有的采样保持电路,终端兼容TLC549,TLV549,采用CMOS工艺,有2个数字输入和1个三态输出,可和微处理器直接相连。

2.2.4 软件实现

该系统中所采用的单片机可以选择51/52系列单片机,如AT89C51。通过单片机编程来实现对各种设备开关的控制,其控制流程图如图5所示。

3 结 语

该系统实现了对太阳能资源的有效利用,采用MPPT和自跟踪系统来实现高效率转换,且可以较好地智能控制农作物各生长因子,使得农作物生长在最为合适的环境中,大大提高了农作物的产量与质量。本文中所涉及的只是单间温室的智能控制,然而可以通过通信接口RS 232与上位机进行通信,实现集散控制,这样可以大大提高总体工作效率。

摘要：系统设计包含太阳能供电和环境智能监控两模块,利用太阳能光伏组件阵列进行光电转换为系统提供电能,并且采用了MPPT和自跟踪的方法,实现对太阳能的高效率利用。借助传感器和微处理器实现环境智能监控,所控制的因子有温度、湿度、CO2浓度以及光照,使农作物生长在最为合适的环境中,提高农作物产量与质量。

关键词：温室,单片机,太阳能光伏组件阵列,传感器

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