劉可夫（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

1 基本情況

大慶油田某采油廠負(fù)責(zé)的范圍內(nèi)路燈電源電纜使用時間長，而且深埋地下，出現(xiàn)老化、破損、絕緣降低等故障無法繼續(xù)使用，目前廠區(qū)路燈由就近電源供電，無法通過廠區(qū)配電所集中控制，對路燈的使用、維護(hù)、調(diào)試帶來很多困難。

1）目前每路路燈電源處都加裝了一個時控開關(guān)，由于路燈開啟時間需要根據(jù)季節(jié)時間的變化進(jìn)行調(diào)整，而且調(diào)整比較頻繁，所以人工調(diào)整每個時控開關(guān)的工作十分的繁瑣，而且路燈調(diào)節(jié)的地點(diǎn)非常多，每次將所有路燈都調(diào)節(jié)完畢需要近2 h。

2）人工調(diào)節(jié)時控開關(guān)，需要將路燈下面的檢修孔打開進(jìn)行時間的調(diào)節(jié)。由于路燈調(diào)節(jié)設(shè)備都安裝在路燈桿近地端內(nèi)部，而且燈桿柱內(nèi)部沒有足夠的操作空間，所以調(diào)節(jié)時控開關(guān)非常困難，需要特別的小心，以免造成線路短路和人工觸電的事故，調(diào)整完成還需要恢復(fù)檢修孔的防水密封，頻繁的操作很容易造成不可預(yù)知的故障與危險(xiǎn)。

3）由于路燈電源不集中，無法集中控制、監(jiān)控路燈的狀態(tài)，當(dāng)時控開關(guān)失靈時，路燈就無法正常工作，而且維護(hù)人員得不到故障信息，不能及時進(jìn)行修理，所以只能由人工經(jīng)常對路燈進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)故障及時處理，不但增加了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，而且延誤故障處理時間。

2 裝置功能

將裝置服務(wù)端安裝在配電室，將客戶端安裝在各路路燈的電源處，即可實(shí)現(xiàn)對全廠區(qū)路燈的集中控制、監(jiān)控[1]。

1）根據(jù)季節(jié)變化及時調(diào)整路燈的起停時間，只需要在服務(wù)端設(shè)置好時間即可，客戶端無需任何操作，客戶端只接收命令與發(fā)送反饋信息給服務(wù)端，供使用者觀察。

2）在日常檢修維護(hù)時通常將路燈總電源送電，全部路燈都開啟。該裝置可根據(jù)檢修需要任意起停每單路路燈，此功能使用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)，操作者只需要用手機(jī)藍(lán)牙連接并發(fā)送相關(guān)命令即可實(shí)現(xiàn)。

3）監(jiān)視作用。使用過程中路燈出現(xiàn)故障裝置會將故障信息傳給維護(hù)人員及時維護(hù)搶修，此功能不僅在服務(wù)端液晶顯示器上有顯示，而且可以發(fā)送短息給相關(guān)維護(hù)成員，無論維護(hù)者在哪里都可以收到。

3 裝置應(yīng)用與優(yōu)點(diǎn)

該裝置不僅可以控制路燈，它可以控制一切使用交/直流接觸器控制的電力設(shè)備。作為一種電力控制設(shè)備，它的功能與優(yōu)點(diǎn)有以下幾個方面：

1）安全方面。電力設(shè)備的啟停按照距離可分為兩種，就地與遠(yuǎn)方[2]。該裝置即可為電力提供遠(yuǎn)方操作方式。就地啟動時若設(shè)備發(fā)生故障，很可能傷害到操作手；遠(yuǎn)方操作即可避免這種可能，從而提高安全性，而且就地操作的權(quán)限高于遠(yuǎn)方操作權(quán)限，就地操作使其斷電以后，遠(yuǎn)方的操作就無效了，保證操作者安全。

2）降低人力成本?？梢詫⑼愋驮O(shè)備集中到同一操作臺集中控制，減少人工。配置了范圍為6 km的無線通訊設(shè)備，根據(jù)實(shí)際需要還可以配置范圍更遠(yuǎn)的無線通訊設(shè)備，甚至可以通過短信方式傳遞信息，實(shí)現(xiàn)任意距離的遠(yuǎn)方控制，短信的方式尤為重要，即使維護(hù)人員休息在家也可以隨時掌握設(shè)備的動態(tài)。

3）安裝簡單。只需要在被控制端安裝裝置的客戶端即可，無需在控制室與電力設(shè)備之間接引控制電纜，在老舊電力改造方面優(yōu)點(diǎn)尤其突出，無需另外布線即可在原有控制方式上改造增加遠(yuǎn)方操作功能，即保留原有操作方式又增加遠(yuǎn)方操作方式。

4）狀態(tài)監(jiān)控。裝置不僅可以控制電力設(shè)備的啟動與停止，還可以監(jiān)控設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。服務(wù)端發(fā)出命令的同時也在接收客戶端的反饋數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)時時的在人機(jī)對話液晶屏幕上顯示出來，這里設(shè)置了三種設(shè)備的狀態(tài)，開啟、關(guān)閉與離線。通過對被控電力設(shè)備的交流接觸器輔助觸電的監(jiān)控，即可實(shí)現(xiàn)客戶端對電力設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。離線狀態(tài)是監(jiān)控客戶端狀態(tài)的，從而保證了裝置的可靠運(yùn)行。這樣被控電力設(shè)備與客戶端都有了監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題可直接判斷故障，有利于設(shè)備的維修、恢復(fù)供電[3]。

5）藍(lán)牙控制。設(shè)備的客戶端上面增加了藍(lán)牙串口，可以直接與手機(jī)進(jìn)行通訊。手機(jī)可以直接控制客戶端的啟動與停止。藍(lán)牙控制的范圍是5 m以內(nèi)，就是說人必須在被控電力設(shè)備5 m之內(nèi)才可以使用藍(lán)牙控制功能。而且從人員安全性上面考慮，還增加了權(quán)限的控制，當(dāng)人員在客戶端5 m之內(nèi)使用手機(jī)控制電力設(shè)備時，客戶端就閉鎖了服務(wù)端方面發(fā)送的指令。這點(diǎn)在設(shè)備檢修時尤其實(shí)用。以前檢修路燈時，都是將所有的路燈都打開，從而觀察是否有壞掉的，現(xiàn)在只需要將檢修人員附近的路燈通過藍(lán)牙控制即可。

6）控制模式靈活。裝置內(nèi)置了三種控制模式，時間控制、直接控制與藍(lán)牙就地控制模式。通過人機(jī)接口的模式按鍵即可調(diào)整這三種模式?！白詣印蹦Ｊ骄褪菚r間控制模式，“開啟”與“關(guān)閉”兩種模式屬于直接控制模式，這種情況下時間控制將不起作用。藍(lán)牙就地控制模式與第五條相同。多種模式的配合使用增加了控制的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際需要選取相應(yīng)的模式，而且可以多種模式并存，權(quán)限為藍(lán)牙就地模式最高，直接控制權(quán)限次之，時間控制權(quán)限最低，層層制約保證安全[4]。

7）節(jié)能環(huán)保。有些電力設(shè)備其實(shí)并不需要24 h滿負(fù)荷運(yùn)行，比如路燈、水源井、浴室的加熱設(shè)備、甚至是間抽采油井。例如水源井的工作，根據(jù)人們的作息時間，早中晚三個時間段用水最多，其他時間用水量較少，可以將多余的水源井水泵按需關(guān)閉，留下夠用即可。

按照可停一口井，每天停10 h，水源井水泵70 A電流，理想情況下粗略計(jì)算功率為36.8 kW；單口水源井水泵耗電36.8 kWh；停1口水源井水泵10 h可節(jié)約電能368 kWh；1 a可節(jié)約132 480 kWh；按照電價0.6元計(jì)算，每年節(jié)約近8 000元電費(fèi)。

以上僅考慮到廠區(qū)的水源井，其他水源井、間抽油井、電加熱設(shè)備等其他電力設(shè)備節(jié)電情況不一一列舉。

8）短信報(bào)警。在服務(wù)端設(shè)置了時間控制的模式下，有任何異常情況都可以通過短信將異常信息傳給相關(guān)人員，短信內(nèi)容可定制[5]，如電力設(shè)備的狀態(tài)，哪些設(shè)備狀態(tài)異常等等，而且還可以根據(jù)使用者的意愿添加新的報(bào)警信息以及功能。

9）功能定制。裝置運(yùn)行的邏輯程序可按照需要的功能進(jìn)行定制，后期可擴(kuò)展，C語言編寫[6]，可移植性強(qiáng)。如想要遠(yuǎn)程查看設(shè)備電流，只需要增加硬件電流變送器、增加相應(yīng)程序代碼即可，隨著物聯(lián)網(wǎng)的流行，未來打算給設(shè)備編寫配套的平臺，使其接入，這樣就更加方便使用，只需要訪問相關(guān)的網(wǎng)頁即可遠(yuǎn)程操作設(shè)備。

4 操作方法

客戶端按照接線直接安裝即可，無需設(shè)置；服務(wù)端只需要設(shè)置時間。

1）黃色按鍵提供頁面切換功能，共7個頁面。路燈狀態(tài)頁面：顯示每一路路燈或者設(shè)備的狀態(tài)，分為啟動、停止、離線；起停時刻總覽頁面：此頁面顯示所有設(shè)置好的時間，便于觀察；清晨開啟時刻設(shè)置頁面：此頁面顯示設(shè)備的啟動，此為第一路；清晨關(guān)閉時刻設(shè)置頁面：此頁面顯示設(shè)備的停止，此為第一路；夜晚開啟時刻設(shè)置頁面：此頁面顯示設(shè)備的啟動，此為第二路；夜晚開啟時刻設(shè)置頁面：此頁面顯示設(shè)備的停止，此為第二路；實(shí)時時鐘設(shè)置頁面：設(shè)置當(dāng)前時間，當(dāng)時間不準(zhǔn)確時可以通過這個設(shè)置校準(zhǔn)。

2）兩個藍(lán)色按鍵分別提供設(shè)置時針和分針的功能：時針每按一下，時針增加1 h；分針每按一下，分針增加15 min；這兩個按鍵在任何調(diào)整時間的頁面都通用，包括實(shí)時時間調(diào)整頁面，實(shí)時時間也可以通過USB線連接電腦通過編譯器更改。

3）紅色按鍵提供模式更改功能：模式選擇案件可以在所有頁面使用，按一下即可切換模式（模式的意義參見前面的說明）。默認(rèn)開機(jī)顯示頁面為路燈狀態(tài)頁面，使用時設(shè)置完需要設(shè)置的時間之后，無需特殊操作，等待一段時間之后（約30 s），頁面默認(rèn)自動跳轉(zhuǎn)到路燈狀態(tài)頁面，平時使用時觀察頁面即可，不需要經(jīng)常按動。

5 裝置接線以及實(shí)現(xiàn)原理

5.1 裝置接線

電力設(shè)備智能化控制裝置是一種用時間控制的微電腦無線遠(yuǎn)程開關(guān)設(shè)備，通過微電腦控制器實(shí)現(xiàn)程序邏輯，工業(yè)級433 MHz無線串口進(jìn)行長距離可靠的數(shù)據(jù)交換，液晶顯示屏與4個按鍵實(shí)現(xiàn)了簡單有效的人機(jī)對話，C/C++語言編寫的程序驅(qū)動了所有硬件成為同一個系統(tǒng)。這些軟硬件的組合實(shí)現(xiàn)了使用一臺服務(wù)端對若干客戶端的控制與狀態(tài)監(jiān)控等功能[7]。

由1個服務(wù)端控制若干個客戶端，客戶端的數(shù)目沒有限制?？赏瑫r布置多套設(shè)備，互相之間無干擾。服務(wù)端只需要插入電源即可。

5.2 程序邏輯原理

服務(wù)端初始化過程包括初始化：

1）串口液晶屏幕初始化：使其清零顯示，等待時間芯片以及其他信息輸入。

2）按鍵初始化：使四個按鍵接入端口編程輸入端口，使其按動時主控芯片會收到信息。

3）無線串口初始化：使其轉(zhuǎn)變?yōu)椤按┩浮蹦Ｊ?，對外發(fā)送的信息會直接傳送到客戶端。

4）時間芯片初始化：將當(dāng)前的時間傳給主控芯片，經(jīng)過格式化后顯示在液晶屏上[8]。

5）串口初始化：一共三組串口，一組給USB口使用，用來編程與調(diào)試；一組給無線串口使用，用來接收與發(fā)送命令信息；一組給液晶屏幕使用，用來顯示與反饋信息，供使用者觀察。

初始化接收后，程序便開始從上至下逐行執(zhí)行，首先將人機(jī)接口需要的信息都顯示在液晶屏幕上，包括當(dāng)前的日期與時間，各路路燈的狀態(tài)等信息；服務(wù)端通過無線串口模塊發(fā)出指令，客戶端接收之后動作。節(jié)能搖控檢測斷路控制器見圖1，服務(wù)端程序邏輯見圖2，客戶端邏輯見圖3?？蛻舳耸盏椒?wù)端無線串口發(fā)出的“ONALL”或藍(lán)牙串口發(fā)出的“ON”時，客戶端的控制線帶正點(diǎn)，SSR（固態(tài)繼電器）動作，固態(tài)繼電器的觸點(diǎn)閉合，KM的線圈帶電，KM的主觸點(diǎn)閉合，負(fù)載通電，同時KM的輔助觸點(diǎn)也閉合，客戶端的監(jiān)測線電位被拉低，無線串口發(fā)出“SL1ON”（SL1ON為第一路路燈，或者第一組設(shè)備的代號，多組設(shè)備或路燈的時候?yàn)镾L2ON，SL3ON，SL4ON等等）的指令給服務(wù)端，服務(wù)端的狀態(tài)顯示頁面顯示第一路路燈開啟?？蛻舳耸盏椒?wù)端無線串口發(fā)出的“OFFALL”或藍(lán)牙串口發(fā)出的“OFF”時，客戶端的控制線為零電位，SSR觸點(diǎn)打開，KM線圈失電打開，負(fù)載失電，同時KM的輔助觸點(diǎn)打開，客戶端檢測線電位升到+5 V，無線串口發(fā)出“SL1OFF的指令給服務(wù)端，服務(wù)端的狀態(tài)顯示頁面顯示第一路路燈開啟[9]。藍(lán)牙控制的權(quán)限大于無線串口的權(quán)限，所以當(dāng)客戶端執(zhí)行“ON”的指令時，無線串口的“OFFALL”指令是無效的，其他亦然。

圖1 節(jié)能搖控檢測斷路控制器Fig.1 Energy-saving remote control breaker controller

圖2 服務(wù)端程序邏輯Fig.2 Server program logic

圖3 客戶端邏輯Fig.3 Client logical

當(dāng)藍(lán)牙串口發(fā)出“AUTO”時，釋放權(quán)限，這時無線串口的指令恢復(fù)控制。服務(wù)端的無線串口模塊只發(fā)出打開或者關(guān)閉信息，客戶端不僅接收服務(wù)端的命令信息，而且將設(shè)備的狀態(tài)還會反饋給服務(wù)端；未來將會添加計(jì)量功能，采集設(shè)備的電壓、電流，然后通過計(jì)算將功率、電量反饋給服務(wù)端，而且制作上位機(jī)將電力參數(shù)繪制成曲線供使用者參考[10]。

6 成果應(yīng)用

該成果已在北四聯(lián)、北二二聯(lián)合站等全廠24個變電所的小電流接地選線裝置中投入應(yīng)用。按一個電所一天節(jié)約13度電計(jì)算，24個變電所、365 d節(jié)約電費(fèi)7.7萬元。及時判定北八電所高壓電纜擊穿故障，避免經(jīng)濟(jì)損失290萬元。能夠及時判定故障、切換功能、發(fā)迅電流輸出等，減少人工及車輛往返。同時，能夠降低井排停井時間，保障原油產(chǎn)量。在水源井水泵以及部分定時運(yùn)行的設(shè)備上安裝此裝置，均達(dá)到了預(yù)期效果，相較去年累計(jì)節(jié)電25.3%，累計(jì)創(chuàng)造效益365.25萬元。

7 結(jié)語

該裝置已經(jīng)試運(yùn)行一年以上，運(yùn)行穩(wěn)定，僅由于電源內(nèi)部電容損壞過一次，更換質(zhì)量更好的電容后一直在線運(yùn)行；在106間辦公室與公寓的計(jì)算機(jī)、空調(diào)上安裝并使用裝置后，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，人走后定時關(guān)閉電氣設(shè)備，并且能夠保證加班人員正常使用電氣設(shè)備；在全廠325根路燈的控制回路上加裝本設(shè)備，使路燈的使用時間更加科學(xué)，并且維護(hù)起來更方便，節(jié)省了電力以及人力，累計(jì)節(jié)省人力。