一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，包括上位機，以及與上位機通信的至少一臺監控主機，每臺監控主機連接若干個掛接在同一線路上的氣體監測裝置，每個氣體監測裝置與氣體探頭通信。本實用新型針實現對地下高壓電力隧道氣體的在線監測，同時準確上報隧道氣體濃度值，做到提前預警，提前干預，及時處置，同時，通過一對通信電纜，實現通信和供電同時進行，解決了電力隧道供電難的問題。本系統針對性強，可靠性好，系統功能完善。
【專利說明】
一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統。
【背景技術】
[0002]隨著電力事業的蓬勃發展，電力設備自動化管理水平的提高，電力隧道的迅速增長，用電量的增加和電纜的長時間運行，電纜隧道的有害氣體的存在嚴重影響供電的可靠性，因此對電力隧道氣體遠程監測事在必行，設計出一套可以適應隧道實際情況的氣體監測系統尤其重要。
[0003]電力隧道在運行過程中會累積一定的易燃、易爆有害氣體，如一氧化碳(CO)、硫化氫(H2S)、甲烷(CH4)等，對隧道的安全運行、安全作業形成很大的危害，對隧道的防火防爆帶來潛在威脅，更會對下隧道的作業人員帶來生命危險。因而急需研發一套能對隧道內空氣環境監控的系統，既能夠實現對隧道中有害氣體濃度值及空氣含氧量等參數采樣，又能把參數及時上傳到上位機，實現告警、應急處理及人工干預的系統。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，該系統針對隧道電纜在線運行特點，采用低功耗設計，具有針對性強，可靠性好，系統功能完善等優點。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]—種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，包括上位機，以及與上位機通信的至少一臺監控主機，每臺監控主機連接若干個掛接在同一線路上的氣體監測裝置，每個氣體監測裝置與氣體探頭雙向通信。
[0007]所述監控主機與上位機之間通過TCP/IP以太網接口通信，每臺監控主機通過一對低煙無鹵阻燃通信電纜對氣體監測裝置遠程供電和通信，采用熱插拔式積木結構設計的監控主機部署在電纜通道就近的分控變電站內，通過通信電纜連接電纜隧道內的氣體監測裝置，監控主機設有指示其功能、運行及故障狀態的白發藍LED。
[0008]所述監控主機包括電源轉換及通信脈沖產生插板、8塊數據采集及通信插板和串口通信插板與底板，電源轉換及通信脈沖產生插板、數據采集及通信插板和串口通信插板分別連接底板;所述監控主機具備全工模式和半工模式兩種工作模式;每塊數據采集及通信插板具備8個通信端口，最大具備64通信端口，每個通信端口掛載I?16個氣體監測裝置。
[0009]所述監控主機和氣體監測裝置之間的通信距離是OKm?15Km。
[0010]所述氣體監測裝置包括:M⑶主控單元，看門狗監視單元，通信單元、地址單元、有害氣體采集單元，電源管理單元;其中，氣體采集單元連接有害氣體采集單元，有害氣體采集單元連接MCU主控單元，M⑶主控單元通過通信單元連接通信電纜，所述地址單元連接MCU主控單元;所述電源管理單元與MCU主控單元通信。
[0011]所述氣體監測裝置，根據氣體探頭的實際安裝位置，就近貼墻安裝，并通過一對通信電纜進行上行和下行數據命令的傳遞以及工作取電。
[0012]所述氣體探頭采用微功耗電化學型傳感器。
[0013]本實用新型的工作過程為:氣體探頭采用微功耗電化學型傳感器，可實現對一氧化碳、硫化氫、氧氣等有害氣體含量濃度值的監控，當隧道環境有害氣體濃度增加時，氣體輸出隨之增加，信號經探頭相關電路處理，并經過有害氣體采集單元采集后，通過串行碼方式將濃度值傳給氣體監測裝置的M⑶主控單元。有害氣體采集單元，包括工作電壓、維持電壓、工作地、保護地和數據接口，氣體探頭所需要的維持電壓初次通電30min后進入穩定工作狀態;每次系統采集氣體信號時都要為探頭提供工作電壓供電，以保障氣體探頭正常采集有害氣體數據。
[0014]本實用新型的有益效果為:實現對地下高壓電力隧道氣體的在線監測，同時準確上報隧道氣體濃度值，做到提前預警，提前干預，及時處置。同時，通過一對通信電纜，實現通信和供電同時進行，解決了電力隧道供電難的問題。本系統針對性強，可靠性好，系統功會K 55? ο
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型結構不意圖；
[0016]圖2為監控主機組成結構示意圖；
[0017]圖3為氣體監測裝置組成示意圖。
[0018]其中，1.上位機，2.監控主機，3.氣體監測裝置，4.底板，5.電源轉換及通信脈沖產生插板，6.數據采集及通信插板，7.串口通信插板，8.M⑶主控單元，9.看門狗監視單元，1.通信單元，11.地址單元，12.有害氣體采集單元，13.電源管理單元，14.氣體探頭。
【具體實施方式】
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[0019]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0020]如圖1所示，一種地下高壓電流隧道氣體在線監測系統，包括上位機I以及與上位機I通信的至少一臺監控主機2，每臺監控主機2下帶若干個掛接在同一線路上的氣體監測裝置3，每個氣體監測裝置3與若干個氣體探頭14通信。
[0021]如圖2所示，監控主機2包括電源轉換及通信脈沖產生插板5、數據采集及通信插板
6、串口通信插板7和底板4 ο電源轉換及通信脈沖產生插板5、數據采集及通信插板6、串口通信插板7與底板4分別連接。
[0022]監控主機2與上位機I之間利用TCP/IP以太網接口通信，每臺監控主機2通過一對低煙無鹵阻燃通信電纜對氣體監測裝置3遠程供電和控制，監控主機2采用熱插拔式積木結構設計，部署在電纜通道就近的分控變電站內，通過通信電纜連接電纜隧道內的氣體監測裝置3，實現遠程供電和載波通訊信號共纜傳輸;監控主機2采用白發藍LED對其功能、運行及故障進行明確指示。
[0023]電源轉換及通信脈沖產生插板5完成電源轉換和通信脈沖信號產生;數據采集及通信插板6完成數據傳輸和串口通信插板7的通信；串口通信插板7完成數據采集及通信插板6與上位機I間的通信，數據采集及通信插板6與串口通信插板7間為串口通信，通過串口通信插板7轉化成網口與上位機I連接;串口通信插板7為標準的多串口服務器，并將串口轉換成網口，與上位機I連接;底板4完成與電源轉換及通信脈沖產生插板5、串口通信插板7和數據采集及通信插板6間的數據交互和電源供電。
[0024]監控主機2采用6U機架式模塊化設計，相鄰的數據采集及通信插板6采用冗余備份，實現智換切換，保證可靠性;監控主機2最多支持插接數據采集及通信插板6的數量為8塊，每塊插板具備8個通信端口，每個通信端口可以掛載I?16個氣體監測裝置3，這樣監控主機2具備最大64端口。監控主機2和氣體監測裝置3之間的通信距離是OKM?15KM。
[0025]監控主機2具備全工模式和半工模式兩種工作模式，用戶可根據實際需求選用，以求達到最佳使用要求和經濟成本。當處于半工工作模式時，若主用數據采集及通信插板故障，可切換到備用數據采集及通信插板，增強了工作的穩定性和可靠性，故障時可不斷電維護，方便可靠。
[0026]監控主機2和氣體監測裝置3之間的通信距離是OKm?15Km。
[0027]如圖3所示，氣體監測裝置3包括M⑶主控單元8，看門狗監視單元9，通信單元10，地址單元11，有害氣體采集單元12，電源管理單元13。
[0028]M⑶主控單元8為電力隧道地下氣體在線裝置的核心控制單元。與看門狗監視單元9連接，通過看門狗單元防止MCU出現意外死機，不復位等影響裝置穩定性的現象出現;與通信單元10連接，將需要發送到上層的數據通過通信單元10發送出去，同時接收上位機發送下來的數據和命令，執行相應的操作;與地址單元11連接，對裝置的編碼進行采集，存儲，上傳;與有害氣體采集單元12相連，對氣體濃度數值進行采集，上傳;與電源管理單元13連接，控制電源轉換單元13給裝置的其他單元供電。
[0029]MCU主控單元8采用低功耗設計，選擇低功耗PIC單片機，利用PIC單片機的中斷功能讓MCU周期性的工作和睡眠，從而大大的降低MCU的工作電流。當有數據收發時，MCU處于低功耗工作狀態，當沒有數據收發時，MCU處于更低功耗的睡眠狀態。
[0030]看門狗監視單元9，是為防止MCU出現意外死機、不復位等危害系統穩定性的現象出現，當工作電壓低于看門狗單元電路的門檻電壓時，輸出低電平，MCU強制復位；當出現死機現象時看門狗單元電路在定時結束前如果單片機不對其操作就會輸出低電平強制MCU復位，進一步提高了系統的可靠性。
[0031]通信單元10采用遠程供電和通訊共纜傳輸技術，將通訊信號調制到電源線上，再由氣體終端解調的工作方式，節省了大量的線路資源。通信單元10又分為接收電路和發送電路兩部分。該接收電路受控于MCU主控單元8，當有氣體濃度數值需要發送時，打開發送電路，M⑶主控單元8將數據傳遞給發送電路，通過發送電路將數據耦合到通信電纜上，將數據實時上傳。通信單元10的接收電路受控于MCU主控單元9，長期低功耗工作于接收狀態，當接收到中斷信號，將MCU從睡眠狀態喚醒為工作狀態;接收下傳命令，讓MCU執行相應操作;接收下傳數據，傳遞給MCU，進行分析和處理。
[0032]地址單元11，實現對裝置的地址編碼，與MCU主控單元8連接，MCU主控單元8采集地址信息，將本裝置的地址信息上傳，實現當有氣體預警信息上傳時，定位故障區段，做到及時有效實時處理，保障電力隧道和電力設備的運行安全。
[0033]有害氣體采集單元12，與氣體探頭14連接，將氣體探頭14采集的實時氣體濃度信息，通過采集單元轉換后傳遞給MCU主控單元8。氣體探頭14對氣體濃度的采集信息，體現為電流信號，有害氣體采集單元12，通過接口采樣電阻和保護器件，將電流信號轉換為MCU可以接收和處理的有效電壓信號。
[0034]電源管理單元13，是將從通信電纜上所取得的電能轉換為氣體探頭13接終端其他電路單元工作所需的電源電壓，與MCU主控單元8連接，受控于MCU主控單元。為了控制氣體監控終端的功耗，本終端采用嚴格的電源管理，對氣體探頭13的常供電部分選用低功耗低壓差的線性穩壓器;對MCU各輸入輸出口加大了限流電阻。
[0035]氣體探頭13采用微功耗電化學型傳感器，可實現對一氧化碳、硫化氫、氧氣等有害氣體含量濃度值的監控，當隧道環境有害氣體濃度增加時，氣體輸出隨之增加，信號經探頭相關電路處理，并經過有害氣體采集單元12采集后，通過串行碼方式將濃度值傳給氣體監測裝置3的MCU主控單元8。
[0036]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，其特征是:包括上位機，以及與上位機通信的至少一臺監控主機，每臺監控主機連接若干個掛接在同一線路上的氣體監測裝置，每個氣體監測裝置與氣體探頭通信； 所述氣體監測裝置包括:M⑶主控單元、看門狗監視單元、通信單元、地址單元、有害氣體采集單元和電源管理單元;其中，氣體采集單元連接有害氣體采集單元，有害氣體采集單元連接M⑶主控單元，MCU主控單元通過通信單元連接通信電纜，所述地址單元連接M⑶主控單元;所述電源管理單元與MCU主控單元通信。2.如權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，其特征是:所述監控主機與上位機之間通過TCP/IP以太網接口通信，每臺監控主機通過一對低煙無鹵阻燃通信電纜對氣體監測裝置遠程供電和通信，采用熱插拔式積木結構設計的監控主機部署在電纜通道就近的分控變電站內，通過通信電纜連接電纜隧道內的氣體監測裝置，監控主機設有指示其功能、運行及故障狀態的白發藍LED。3.如權利要求2所述的一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，其特征是:所述監控主機包括電源轉換及通信脈沖產生插板、8塊數據采集及通信插板和串口通信插板與底板，電源轉換及通信脈沖產生插板、數據采集及通信插板和串口通信插板分別連接底板;所述監控主機具備全工模式和半工模式兩種工作模式;每塊數據采集及通信插板具備8個通信端口，最大具備64通信端口，每個通信端口掛載I?16個氣體監測裝置。4.如權利要求2所述的一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，其特征是:所述監控主機和氣體監測裝置之間的通信距離是OKm?15Km。5.如權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，其特征是:所述氣體監測裝置，根據氣體探頭的實際安裝位置，就近貼墻安裝，并通過一對通信電纜進行上行和下行數據命令的傳遞以及工作取電。6.如權利要求5所述的一種地下高壓電力隧道氣體在線監測系統，其特征是:所述氣體探頭采用微功耗電化學型傳感器。
【文檔編號】G01N27/407GK205449873SQ201620009146
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月6日
【發明人】楊震威, 張明廣
【申請人】山東康威通信技術股份有限公司