王雅婷，汪志祥，許青松

（1J.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002；2.江西省電力公司檢修分公司，江西 南昌 330000）

1 引言

多年來，在高壓電氣設備的故障中，發(fā)熱造成停電的問題，時有發(fā)生［1］。因此，對高壓電氣設備實施在線溫度監(jiān)測已成為電力系統(tǒng)中電氣設備安全運行所急需解決的問題。變電站無線測溫裝置的應用，可以從根本上改變變電站設備溫度測量的傳統(tǒng)模式，極大地節(jié)省了人力資源，避免了工作人員在高電壓強輻射環(huán)境下受到的損害，同時避免了因人工測溫而帶來的漏檢、誤報等問題，而且將過去3天一次的人工輪詢改為全天24小時的在線監(jiān)測，使變電站設備的安全性得到了更高的保障［2］。

本文通過DS18B20溫度傳感器，CC2430傳輸模塊和上位機中的組態(tài)王軟件對溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)進行了硬軟件的設計，可以實現(xiàn)變電站環(huán)境中溫度的自動在線監(jiān)測，同時組態(tài)王可以對出現(xiàn)的高溫事故進行故障專家診斷。

2 工作原理

整個系統(tǒng)如框圖1所示，系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集部分和無線傳輸部分和上位機顯示部分。主要設計思路是存接收系統(tǒng)傳送命令之后，溫度數(shù)據(jù)傳送給無線傳輸芯片；無線傳輸芯片接收到的信號通過基站傳給上位機。溫度數(shù)據(jù)的傳輸從下位機（傳感器、單片機、無線傳輸發(fā)射模塊），經(jīng)中心控制節(jié)點（無線傳輸模塊），最后傳到上位機。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

3 硬件設計

3.1 DS18B20溫度傳感器

常用的溫度檢測元件主要有熱電偶、熱敏電阻、熱電阻Ptl00等［3］。熱電偶式傳感器體積較大H變化率小導致靈敏度比較低；熱敏電瞰i測量的穩(wěn)定性和復現(xiàn)性差，且變化率非線性；熱電阻Ptl00的缺點就是熱響應比較慢，成本高。本系統(tǒng)采用的DALLAR半導體公司推出的單總線數(shù)字式智能溫度傳感器DSl8820很好地改善了這些問題。其硬件圖2所示。

圖2 DS18B20硬件圖

3.2 CC2430 芯片

CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS解決方案［4］。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4GHz ISM波段應用，及對低成本，低功耗的要求。它結合一個高性能2.4GHz DSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器。CC2430的設計結合了8Kbyte的RAM及強大的外圍模塊，并且有3種不同的版本，他們是根據(jù)不同的閃存空間32，64和128kByte來優(yōu)化復雜度與成本的組合。CC2430的硬件應用電路如圖3所示:

圖3 CC2430的硬件應用電路圖

4 軟件設計

4.1 DS18B20 溫度采集

DS1820是這樣測溫的:用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內部計數(shù)器在這個門周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值［5］。計數(shù)器被預置到對應于 －55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到－55℃）的值增加，表明所測溫度大于 －55℃。上電以后，首先調用初始化子程序包括看門狗，定時器和DS18B20等的初始化，協(xié)議棧初始化主要設置協(xié)議棧各層初始狀態(tài) 然后查找協(xié)調器節(jié)點并建立與協(xié)調器節(jié)點的連接，接下來采用定時采集溫度數(shù)據(jù)以節(jié)約能量對讀取的溫度數(shù)據(jù)需進行預處理使之適合通信模塊的數(shù)據(jù)結構要求，然后調用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調器節(jié)點如圖4所示。

4.2 通訊協(xié)議

基站與CC2430的通訊如5所示，基站會將受到的數(shù)據(jù)通過RS485總線傳送到監(jiān)控PC，PC對收到到數(shù)據(jù)作處理，并將定位信息顯示在GIS上，當移動設備發(fā)出的信息只被一個主節(jié)點接受時，采用區(qū)域定位法。CC2430首先通過初始化程序，確實是否通訊，待得到通訊命令后，把自己的信息（ID號）發(fā)送給基站的信息（ID號），在基站相應后發(fā)送溫度數(shù)據(jù)，基站接收溫度數(shù)據(jù)，若在三次內接收到溫度數(shù)據(jù)則認為通訊成功。

圖4 溫度采集流程圖

5 專家診斷系統(tǒng)

組態(tài)王具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點，也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。遠程故障診斷系統(tǒng)作為一個復雜的跨學科系統(tǒng)，涉及到眾多研究領域，一直被各國科研人員和政府重視，并投入大量資金開展基礎理論和應用產(chǎn)品方面的研究。近年來，隨著各種配套技術的逐步完善，遠程故障診斷在許多領域得到廣泛應用［6］。

遠程監(jiān)控主要是指在線獲取現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)和故障信息，如數(shù)據(jù)采集單元和監(jiān)控單元的輸出、現(xiàn)場控制終端屏幕上顯示的設備運行狀況和自我診斷信息，以及數(shù)控程序和其他各種控制程序等。遠程控制主要指設備專家通過網(wǎng)絡直接獲得設備控制權，從而通過虛擬操作面板在線遠程操作、調試現(xiàn)場設備。信息服務主要是指通過如電話會議、共享白板和在線圖像、聲音傳輸?shù)确绞?，實現(xiàn)設備專家之間以及專家和現(xiàn)場工作人員的在線溝通，從而共同分析、診斷、排除故障［7］。本系統(tǒng)采用組態(tài)王軟件作為組態(tài)界面。其原理圖如圖6所示。

圖5 通訊流程圖

圖6 專家診斷系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)故障診斷是對系統(tǒng)運行狀態(tài)和異常情況作出判斷，并根據(jù)診斷作出判斷為系統(tǒng)故障恢復提供依據(jù)。要對系統(tǒng)進行故障診斷，首先必須對其進行檢測，在發(fā)生系統(tǒng)故障時，對故障類型、故障部位及原因進行診斷，最終給出解決方案，實現(xiàn)故障恢復。就本系統(tǒng)而言，為保證寬高儀系統(tǒng)穩(wěn)定性，專門設計了故障診斷方案。由圖6可知，故障診斷內容主要包括四個部分:故障檢側、故障分離、故障評價和故障決策。故障檢測系統(tǒng)檢翻系統(tǒng)工況，并通過人機接口把數(shù)據(jù)送入動態(tài)數(shù)據(jù)庫。在故障分離部分，廣義推理機根據(jù)廣義知識庫中的知識和動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)進行推理，得出系統(tǒng)中是否存在故障。存在什么故障的診斷結果，然后對診斷結果進行評價和決策，并送入人機接口和注塑機。

廣義知識庫的知識的修改，添加，刪除，以及知識庫一致性和完整性的維持都由知識獲取程序負責，使領域專家可以修改知識庫而不必了解知識庫中知識的表示方法，知識庫的組織結構等實現(xiàn)上的細節(jié)問題，提高了系統(tǒng)的可擴充性。解釋系統(tǒng)負責回答用戶提出的各種問題，包括與系統(tǒng)運行有關的問題和與運行無關的關于系統(tǒng)自身的一些問題，實現(xiàn)系統(tǒng)的透明性。

圖7 測試結果圖

在組態(tài)王設備欄中選擇機選擇 COM1，新建設備選擇智能模塊中的單片機機－通用單片機 ASCII碼組態(tài)王中單片機地址的格式為##.#，前兩個字符是設備地址，后面的一個字符是用戶設定是否打包，“0”為不打包，“1”為打包建好設備后，雙擊設備－COM1，對通訊參數(shù)進行設置，這里的設置要與下位機一致。監(jiān)控與直接診斷系統(tǒng)如圖7所示，建立龐大的知識庫，系統(tǒng)可以得到較為可靠的專家意見。

6 結論

本文對溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)進行了硬軟件的設計，可以實現(xiàn)變電站環(huán)境中溫度的自動在線監(jiān)測，同時，實驗最終結果表明組態(tài)王可以對出現(xiàn)的高溫事故進行較為可靠的故障專家診斷，成本較低，提高了系統(tǒng)的性價比，也為維修人員提供了一定的安全指導意義。

［1］王洪禮，葛龍，高強.高壓變電站無線自動測溫裝置［C］//.第三屆全國先進制造裝備與機器人技術論文集.2006:114－118.

［2］黃建偉.基于DSl8820的線溫度測量系統(tǒng)［J］.煤礦機械.2008，29（7）:118－119.

［3］DS18B20溫度傳感器中文數(shù)據(jù)手冊［Z］.Dallas半導體公司.

［4］CC2430中文數(shù)據(jù)手冊［Z］.成都無線龍通訊科技有限公司.

［5］孫寧，沈湘衡.多通道無線溫度測量系統(tǒng)的設計［J］.微計算機信息（嵌入式與 SOC）2009，4（2）:33 －35..

［6］蔣冰華，許青松.Comparison of Three Communication Methods Between PC Machine and C8051F MCU［J］.

［7］王文林，宋執(zhí)環(huán).注塑機液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)［J］.Proceedings of the 3th Word Congress on Intelligent Control and Automation.2000.6.