發布時間：2022-03-18 00:29:10
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的蓄電池在線監測系統樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0005-02
配電自動化終端（DTU）裝置，集遙測、遙信、遙控、保護和通信等功能于一體[1]，廣泛應用于配電室、環網柜、開閉所、柱上開關等場合。DTU各項功能的發揮離不開供電模塊的穩定。DTU的供電一般由外部公網和后備蓄電池共同提供[2]。其中，外部公網負責正常情況下的電能供給；蓄電池負責異常狀態下（即外部公網出現事故）的電能提供。顯然，蓄電池的作用是輔質的，但鑒于DTU運行環境的惡劣性，保證蓄電池后備功能的正常是非常重要的。
1 問題的提出
DTU作為配網自動化的基礎設備，為實現配電自動化各項功能打下了堅實的基礎，但是在設備運行過程中，提供后備電源的蓄電池（鉛酸型）在運行一段時間后經常出現以下問題[3]：蓄電池漏液、電池變形、短路、斷路、返極、不可逆硫酸鹽化、單只落后、活性物質脫落、電池充不進電等。目前，對于以上問題尚缺少一種很好的事先預控手段。
鑒于此，筆者在參閱大量文獻基礎上，結合自身工作經驗，設想研發一種可以在線監測/維護DTU裝置內蓄電池部件的設備，該設備可監測到蓄電池的電壓、電流、溫度、內阻等各種參數并實時上傳至后臺系統，經由數學模型辨識后實時異動報警，以提醒運行人員盡快處理。
2 研究現狀
當前關于配電自動化終端后備電源（即蓄電池組）的監測裝置研究有所開展，但其在數據監測上存在以下問題。
（1）對直流系統電流、電壓量的采集、蓄電池浮充電壓的采集時間間隔較寬，通常是按照分鐘、小時級別的間隔來進行采集，不能滿足在故障狀態下數據采集的頻度及精度需求。
（2）對直流系統采集的數據不能長時間保存，特別是對直流系統絕緣狀況的變化、蓄電池浮充電壓的監測數據等需分析變化趨勢的需求不滿足。
（3）對直流電源模塊、蓄電池、直流回路絕緣、直流回路電源質量、直流負載變化等數據的采集分析缺乏綜合分析能力，無法解釋直流電源對保護及自動裝置運行的影響程度。
（4）在線監測的數據大都為一些狀態信息，沒有更深層次的故障模型與故障診斷分析能力，更沒有根據故障原因進行自主維護和修復的能力。
綜上所述，該項研究的要點是：建立一個可靠的、安全的蓄電池數據庫，根據蓄電池組監測數據的類型及特點構建蓄電池性能分析診斷模型，以使落后/異動蓄電池的報警不漏報、不誤報。
3 蓄電池性能分析數學建模的可行性
大量的蓄電池運行經驗告訴我們，隨著電池使用時間的增加，電池性能不斷劣化，電池容量不斷下降，而此時電池電壓的離散性也會變得愈來愈大。找出其中規律，并以一種可用的數學模型表達，即可成為可用的電池測試分析手段。
蓄電池失效數學模型的判定依據如下：
（1）伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于自身的電池電壓離散度將逐步變大。
（2）伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于整組電池的電池電壓離散度將逐步變大。
（3）伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于自身的內阻值將逐步變大。
（4）伴隨著電池性能的劣化，該電池的充放電曲線電壓之差相對于電池組其它電池的值將逐步變大。
由于電池電壓數據每時每刻都在產生，面對海量數據，不能通過簡單的函數關系來進行處理。在蓄電池失效分析數學建模中，筆者認為，可采用模糊數學和人工神經網絡的診斷原理，以一種非線性處理方式，以某種拓撲結構對各種數據進行關聯，并得出判斷結論。
4 項目實施流程及目標期冀
DTU裝置內置蓄電池的在線監測及維護系統的開發是一項復雜工作。
（1）第一步，對蓄電池組監測數據、故障診斷、報警裝置進行需求分析調研，并形成詳細的需求分析報告，這其中包括正常運行監測數據需求和故障狀態監測數據需求分析、故障信息的采集原則和采集方法分析、故障信息采集裝置的需求分析、直流系統各類異常或缺陷特征分析、故障分析系統的建模的需求分析等。
（2）第二步，對蓄電池組自主均衡S護和故障報警功能的需求進行研究，形成分析報告。
（3）第三步，根據以上需求分析，研制蓄電池組監測裝置中實現性能分析、故障診斷、自主均衡維護等功能的硬件。要求以這些硬件為主體的監測裝置可根據運行狀態不同，以快速（失電和故障狀態下）和慢速（正常運行狀態）采集以下各類信息：直流電源輸入輸出電壓、電流曲線；蓄電池組浮充、均充、核對性放電狀態、事故放電狀態下的各類信息；蓄電池組運行環境數據等。
（4）第四步，將研制的蓄電池組故障診斷與自主均衡維護、報警裝置進行現場安裝、調試，試運行，同時做好服務器搭建工作，將信息及時分類存入數據庫，通過狀態分析系統的分析和歸類，逐步建立數據模型和分析原型。
（5）第五步，根據積累的數據，對狀態診斷、分析模型和自主均衡維護進行修正，并擴大應用到其他站點。
目標期冀：①建立一套具備專利技術的并通過大量數據驗證的蓄電池性能分析診斷模型；②形成科學的蓄電池組在線維護機制：在蓄電池組浮充狀態中即可對落后的蓄電池進行均衡維護，且不影響其他正常電池的電壓。
5 設計思路
設計思想主要體現在以下幾個方面：
（1）采用高精度A/D測量蓄電池電壓，有效反映電池電壓的變化。
（2）采用四線制直流內阻測試方法，在線準確測試蓄電池內阻。
（3）內置蓄電池性能分析模型，包含蓄電池電壓分析模型和綜合分析模型。
（4）根據電壓及內阻的變化，及時判斷蓄電池的工作狀態，當發現蓄電池呈現欠充或過充趨勢時，在線進行調整，恢復蓄電池的正常工作狀態，延長蓄電池使用壽命。
（5）采用簡潔的電路設計方案，在保證功能和性能的前提下，實現低成本設計。
6 系統架構
根據以上分析，可建立如圖1所示的系統拓撲圖。由圖1可知，該系統為三層結構，即現場監測層、網絡數據傳輸層和遠程分析層。
（1）現場監測層監測內容與實現。現場安裝蓄電池組監護模塊、控制主機遠程放電模塊、電流傳感器、溫度傳感器等模塊，系統主機與監控模塊通過RS485總線連接，可實時監測蓄電池組充放電數據、浮充電壓數據、內阻數據、核對性放電數據等，并通過控制主機送到遠程系統服務器，實現蓄電池組充放電信息及健康狀況信息的遠程監測與管理。
（2）網絡傳輸層。設備自帶網絡通訊功能，可直接接入局域網，無須通過計算機轉發及現場編程，降低成本投入。
（3）診斷分析與應用層。數據應用平臺對存入數據庫的各類數據提供詳細的分類處理、WEB查詢、監測管理等功能。具體來說，就是可實時展示蓄電池組各單體電池充放電曲線、性能值，蓄電池性能分析數學模型根據這些數據進行綜合分析，判斷蓄電池是否已硫化、是否處于過沖或欠充狀態，對已硫化的電池啟動硬件進行充放電除硫處理，對處于過充或欠充的電池啟動在線均衡維護，并可查詢修復后的效果及具體數值。
7 應用情況分析
在該項研究取得成功后，將其應用到東部某供電公司。經過2016年近一年的運行，將所取得的效果與2015年進行比對，詳見表1所示。由表1可知，蓄電池組在線監測維護系統的安裝實現了蓄電池組狀態的實時監測、故障報警、遠程放電維護，減少了維護人員的工作量，同時也排除了測量方式不一致所造成的測量誤差，并使蓄電池的報廢率降低，對環境改善起到正向作用，最終提高了配網自動化系統的運行水平。
8 結語
通過蓄電池組在線監測維護系統，可實時掌握蓄池內部健康數據，延長蓄電池的生命周期、降低購置成本，減少因報廢電池產生的各種污染物、廢水和廢氣，進而提高DTU直流系統的安全性和可靠性。
參考文獻
[1] 王凱，李瑩瑩.配網電源蓄電池在線檢測管理模塊的實現[J].電子制作，2013，30（4）：32-26.
關鍵詞：直流；在線監測系統；應用
中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A文章編號：
目前對蓄電池進行監測及狀態評估主要以蓄電池內阻為主要參考依據，由于大容量蓄電池內阻極小，僅為數十至數百微歐，并且蓄電池在線工作時，由于高頻開關電源紋波有蓄電池工作電流和影響，要對蓄電池內阻進行精確測量是極為困難的。美國密特、日本日置采用交流注入法測量蓄電池內阻，該方法抗干擾能力弱，只適用于離線電池的測量，而對工作蓄電池的在線監測誤差較大。美國阿爾伯采用直流放電法測量蓄電池內阻，但需要70～150A的測試電流，對蓄電池產生電流沖擊，造成蓄電池極板變形、活性物質脫落，對蓄電池的壽命產生嚴重影響。
以高精度運算放大器為基礎的信號可控帶通濾波、自動增益放大技術，超高速同步信號采樣技術，FFT、小波分析為基礎的現代數字信號分析處理技術，神經元算法為基礎的模式識別技術等一系列高新技術近年來取得了突破性的進展，多頻點交流放電法蓄電池內阻測試技術采用了以上最新的科技成就，實現了對在線工作蓄電池真實內阻的精度測量，測量電流僅為3～5A，在存在高頻開關電源紋波及蓄電池工作電流強干擾條件下，蓄電池內阻測試精度優于2%，重復精度優于1%，可以有效識別出蓄電池內阻微小的變化，以此為基礎建立專家系統，實現了對蓄電池狀態評估，及時找出蓄電池組中的個別落后蓄電池，提高了直流系統的安全性和可靠性，確保了供安全。
當前變電站直流電源系統存在以下不足之處：
1) 電力系統推廣無人值班變電站后，調度或直流專責維護人員無法及時了解現場直流設備和蓄電池組的工作狀態、運行性能，發現直流電源系統的隱患，直到出現直流故障時才去處理,此時,事故已經擴大。
2) 蓄電池組各單體電池的電壓不均衡，有些電壓過高、有些則過低，蓄電池組的使用壽命嚴重縮短。
3) 蓄電池核對性放電試驗費時、費力，難以按時保質保量完成，且無法實時反映蓄電池的平時運行狀態及其性能變化趨勢。
4) 目前，現場直流設備的控制和維護，容易誤操作，安全隱患較多。
過去，電力系統的各個變電站都有人值守，可以對直流設備的運行狀態進行定期檢查，因而可以及時發現并處理其出現的異常現象，保證變電站的安全穩定運行。目前，電力系統推廣無人值班變電站，雖然調度中心可以通過遠動通道獲取變電站運行情況的實時信息，但是對于直流部分只能得到少量的重要信息（包括：遙信量——充電機交流電源故障，充電機故障，直流絕緣接地，直流電源電壓異常；遙測量——控母電壓）。它不能反映直流系統運行的詳細信息，特別是它不能發現系統剛剛開始出現異常運行的情況，直到長期的異常運行發展為故障時才上發調度，此時，事故已經擴大。目前，對直流設備運行控制和維護也是由維護人員現場進行，容易誤操作，安全隱患較多；核對性放電費時、費力，變電站多，維護人員少，顯然無法保證按期按量完成，且無法實時反映蓄電池的平時運行狀態及其性能變化趨勢。另外，現有蓄電池組運行，從技術上講也存在一些缺陷，直流系統的蓄電池組一般由幾十只至一百多只單體蓄電池串聯而成，串聯狀態下的蓄電池組雖然充放電電流是一致的，但由于電池的參數、外部環境及單體自放電的差異，使得蓄電池組各單體電池的電壓實際并不均衡，有些電壓過高、有些則過低，造成蓄電池組中某些單體蓄電池出現過充或欠充，容量減少，而且隨著時間的推移，將進一步加深蓄電池參數的不一致性，正是這種惡性循環極大地縮短了蓄電池組的使用壽命。
因此，直流電源遠程監控系統的應用十分必要。該系統可以實時采集直流充電機運行狀態、電池的單體電壓及內阻、母線電壓、電流、絕緣監視,饋線開關狀態檢測等重要電源特性參數，將各變電站的直流設備信息上送到監控中心，實現直流設備遠程監控、直流設備運行歷史查詢和設備運行異常的情況上報等功能，及時發現設備運行的不正常狀態，及時處理，而不等其發展演變成事故；實現遠程蓄電池組容量試驗、電池內阻測試及在線均衡，直流母線遠程控制及狀態切換、充電機均/浮充轉換遠程控制、充電機參數的遠程設置等功能，能極大減輕維護人員的工作量，降低維護成本，減少現場操作所帶來的種種隱患。
同時，系統還對充電裝置穩壓精度、穩流精度、紋波系數進行監測，保證充電裝置可靠運行，并不對蓄電池產生不利的影響。
本直流電源及蓄電池在線監測系統代表了當今的科技水平，技術水平處于國際先進水平。項目技術成熟，產品適用于在電力變電站、通訊基站、通訊機房、及多個行業的大型UPS電源的直流系統及蓄電池在線監測，并已經得到了應用。
一、主要措施
本直流電源及蓄電池在線監測系統對直流電源系統進行在線監測，可以及時發現系統中存在的隱患，保障供電系統的安全，極大地提高變電站的安全性和可靠性，逐步實現系統的狀態檢修，提高系統的運行維護管理水平。大大減輕變電站維護檢測的工作量，顯著提高蓄電池的使用奉命，產生巨大的經濟效益和社會效益，具有很好的推廣應用前景。
二、系統組成
直流電源遠程監控系統由電壓采集內阻均衡模塊、開關量模塊、放電負載、監控終端裝置、服務器軟件、系統監控軟件幾部分組成。每個變電站端的監控終端通過RS485總線將采集均衡模塊，開關量模塊，放電負載連接到一起，將它們所有的信號收集到一起統一管理，并且可以通過局域網將采集到的所有信息傳送到中心服務器軟件，服務器軟件將信息存儲管理并分發信息到每個相關管理崗位的計算機，并使其在局域網上每個計算機均可瀏覽到所有信息，提供分級的管理口令可對任意一個變電站的信息及參數進行更改并能提供相關的遠程控制。
1、電壓采集內阻均衡模塊
電壓采集器主要用于電池單體電壓、內阻測量，并解決電池均衡問題；采用下放式安裝結構（如圖2），利用485總線構成傳感器網絡,與監控裝置通訊，每個采集器監測6只電池(2V,4V,6V,12V均可),并且自動切換擋位,不影響精度,接線采用插拔式接線端子,便于更換和維護,帶有自恢復保險絲不會燒毀模塊和導致短路,使系統維護風險降低到最低限度。為了提高性能，提高采樣精度，采集器采用TI 公司MSP430系列單片機作為主控制器，帶有16位高精度A/D轉換器，16M時鐘頻率。
2、開關量監測模塊
開關量模塊主要用于母線及各饋線開關狀態的采集，采用下放式安裝結構，利用485總線與監控裝置通訊，每個模塊可同時監測8路開關量,每路開關量均通過光電隔離,隔離電壓4000V,開關量判斷最小時間1ms,可設置軟件抗抖動處理,具有硬件抗干擾措施,由通信電源提供主工作電源。
3、監控終端裝置
監控終端裝置負責采集電壓采集模塊,開關量模塊,放電內阻單元等模塊數據,并把采集到的數據傳送到監控中心（遠端）,同時負責本地數據的存儲、實時顯示、設置、表格、查詢、報警等人機操作界面控制,并可通過通訊方式控制充電機狀態轉換及參數修改。
監控裝置采用32位ARM 處理器作為主控制器芯片,該芯片片內資源豐富,具有60M時鐘頻率,帶有4個UART,2個I2C,2個SPI,10/100網卡等資源, UART1和UART2為RS485接口，用于采集2組電池的電壓,其中UART2可用來連接其他智能通信裝置(如充電機等), 10/100網絡通信接口用于本地調試或調度上傳。
4、放電負載
放電負載是直流電源遠程監控系統的主要組成部分，可以對兩組電池進行核對性放電試驗，配有7路控制輸出，可以完成電池組虛脫機，電池組放電，電池組切換，母線并列等遠程控制操作；通過通信口與監控裝置連接，可實現遠程放電，遠程控制電池組切換等控制操作。具有以下功能：
(1) 具有可遙控放電試驗功能
(2) 可以設定放電的終止條件，包括電池組終止電壓、單體電池電壓、電池組放電容量、放電時間。
(3) 負載采用新型功率材料，無紅熱及明火現象，強制風冷。
(4) 可以設置采樣的時間間隔，以達到分析數據的最佳效果。
(5) 可將放電過程的全部電壓數據及相關參數值上傳監控中心。
5、服務器軟件
服務器軟件負責與每個變電站的監控終端通信,接收監控終端發來的所有數據,并且存儲每個子站發來的報警數據和需要保存的歷史數據,查詢、更改每個裝置的設置.
6、系統監控軟件
系統監控軟件負責監控和瀏覽所有監控終端發送來的數據,可設置每個變電站的直流系統模擬圖,并可在模擬圖上直接顯示出控制母線電壓,合閘母線電壓,每個空開的運行狀態及電池組溫度等信息,可以用表格形式查看每節電池的當前電壓,也可以用曲線或表格的形式進行對比,查看歷史運行曲線等功能,查看和遠程更改現場采集模塊的相關設置等遠程控制信息。
三、關鍵技術問題及技術創新點
1、微歐級微小電阻的精密測量；
2、蓄電池內阻測試不得有大電流沖擊，測試電流小于10A，不對蓄電池組及直流系統運行和產生任何影響，不對蓄電池產生損害；
3、抗干擾性強，直流系統的數十安至數百安的工作電流、高頻開關電源的紋波不對測試精度產生任何影響，以適應于各種苛刻條件下對直流系統的在線監測；
4、充電裝置穩壓精度、穩流精度、紋波系數的在線監測；
5、可以對蓄電池連線電阻進行測量，實現對蓄電池斷線、接頭松動、接頭生銹等故障隱患的監測；
6、可以對蓄電池充放電全過程進行監測；
7、可以控制放電儀，對蓄電池進行核容放電，并自動生成核容報表；
8、絕對保證安全：
（1）不得在直流工作回路增加任何器件；
（2）測試線全部采用高阻設計，即使測試線短路也不對直流系統運行產生任何影響；
（3）采用阻燃設計；
9、SDH、以太網、GPRS、RS485、RS232、USB等多種通訊方式，實現多種方式靈活組建大范圍遠程監測網絡。
10、以多服務器為基礎的大型數據庫管理分析系統，實現數十至數百個變電站的監測、數據存貯、統計分析、生成報表。
11、B/S結構的監控軟件，便于軟件的維護管理和升級；
12、專家系統，實現對直流電源、蓄電池的狀態評估。
13、系統達到的技術經濟指標：
（1）電壓測試精度：0.5%；
（2）電流測試精度：1.0%；
（3）蓄電池內阻及連線電阻測試精度：2.0%；
（4）蓄電池內阻測試電流：≤5A；
（5）可以監測變電站數量：1024個。
四、應用情況
對原直流電源蓄電池系統進行改造，實現對其遠程監控，提高變電站直流電源系統的自動化水平、完善其功能，增強直流系統運行的安全性和穩定性；本次建設5個變電站的直流電源系統，每個變電站各安裝一套站端設備，共5套，在遠端共用1臺數據服務器和3個遠程監控終端，實現直流電源蓄電池在線均衡維護監控。
五、經濟效益分析
直流電源蓄電池在線均衡維護系統能實時采集直流充電機運行狀態、電池的單體電壓及內阻、母線電壓、電流、絕緣監視,饋線開關狀態檢測等重要電源特性參數，并上送到監控中心，實現直流設備遠程監控，及時發現設備運行的不正常狀態，及時處理，而不等其發展演變成事故；實現遠程蓄電池組容量試驗、電池內阻測試及在線均衡，直流母線遠程控制及狀態切換、充電機均/浮充轉換遠程控制、充電機參數的遠程設置等功能，能極大減輕維護人員的工作量，降低維護成本，減少現場操作所帶來的種種隱患，全面提高變電站綜合自動化技術水平。根據站內蓄電池投運6年以上需進行每年一次、6年以內需進行兩年一次充放電維護的相關管理規定，目前，蓄電池站內維護一般采用配備2~3人、駐守3~7天的維護模式，其人工及車輛費約2萬元左右；實現蓄電池在線均衡可有效延長蓄電池使用壽命三分之一以上，按每套8萬元計算，每年每個變電站可以節約蓄電池采購費用（25000元人民幣/年），合計每站年節約成本約四萬五千元人民幣左右，間接的經濟及社會效益就更大了。
1）、節省了大量的人力物力，提高了工作效率，有利于減人增效
該系統可把各變電站的直流設備信息上送到監控中心，供其查詢，同時監控中心也可以向各站發送控制命令。這樣，維護人員在監控中心就可對直流設備進行遠方監控，減輕了運行維護人員工作量，提高了工作效率，有利于變電站實現無人值守和少人值班，對供電企業的減人增效意義重大。
2）有利于安全生產
直流電源遠程操作及維護系統把分散的直流電源蓄電池信息上送到監控中心，在監控中心就可實時監控設備的運行狀態，特別是在直流設備發生運行異常時，運行維護人員能及時收到報警信號，及時處理，而不等其發展演變成事故；另外，本系統在對蓄電池組充放電等都經過了微機防誤邏輯判斷，嚴格遵守直流系統操作規程，避免了人為誤操作；實現了電池在線均衡，不但延長了電池使用壽命，而且提高了電池及直流系統供電的安全性。
3）滿足了智能電網及數字化變電站的發展要求。
目前,電力系統中發電廠，特別是變電站正朝著數字化、無人值守型方向發展, 各種電氣設備已逐漸實現遠方監控，而直流電源系統本身的遠程在線維護卻無完善的實施方案和技術手段；應用該系統，可實現直流系統由計劃定時檢修向狀態檢修維護的過渡，大大提高了直流電源現有技術水平，滿足智能電網及數字化變電站的發展要求。
關鍵詞：物聯網;智能電網;直流屏;技術架構;蓄電池
中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）09-00-02
0 引 言
隨著物聯網技術的發展，使物體與物體之間可以像人與人之間進行信息交流和互動已成為人們追求的目標，把物聯網的這種思想運用到傳統的電網中，為物聯網技術在電網技術中的應用和發展帶來了重要契機。根據現代電網的技術發展趨勢，采用基于物聯網的直流屏系統監測既解決了現在直流電源系統監測的不足，又符合現代電網技術的發展方向。現有的直流屏監測系統的主要特點是監測信息經由傳感器檢測，通過數據傳輸通道上傳至數據庫，再由集中監測軟件將數據在屏幕上集中顯示，屏幕可以為液晶屏和觸摸屏。整個監測系統最大的缺點是數據如果在傳輸過程中丟失，數據庫也就沒有這些數據，它們將無法恢復。物聯網技術具有“讓物說話”的能力，將物聯網技術應用到發電廠直流屏監測，使得單方面監控變成互動式協調，可有效提高監測的準確性和可靠性。譬如，直流系統的蓄電池組有自己的“思想”，將會開口說話，除將充電參數、運行參數主動提供給集中監控平臺外，在監控平臺內甚至在蓄電池上嵌入智能評判系統，實時反映電池的運行狀態;同時電池自身保留狀態數據，可實現現場報警，并可在一定范圍實現自動保護措施等。
1 基于物聯網的直流屏監測硬件系統結構
根據直流屏系統結構，可以把直流系統分為整流裝置、蓄電池、直流配電和工頻逆變四大環節，直流屏的監測實際上就是這四大環節的監測。其中，整流裝置的監測包括交流電源部分，直流配電監測包括直流母線部分。
在整流環節中，需要對整流器的電壓、電流、參數等進行監測，從這些狀態和參數中判斷整流器的運行狀態和運行性能。同時，還需要對整流器進行實時調節，以滿足對蓄電池充電電壓、充電電流以及負載電壓和負載電流的要求。在并聯運行的整流器之間也需要進行協調，以保證均流特性或運行的最佳效率。這就是說，在整流環節，既需要整流器的狀態量向監控系統傳輸，又需要控制量向整流器傳輸的雙向傳輸。
蓄電池是整個直流電源系統的關鍵元件。然而，蓄電池的性能和參數具有易變特點，和其它環節相比，蓄電池既重要又脆弱。所以，要適時對蓄電池的電壓、電流、電量、溫度等物理量進行監測，將監測數據或監測結果實時傳向監控系統。同時，根據監測數據和蓄電池模型，推斷蓄電池運行狀態，以便對蓄電池進行科學維護。如果是自動維護，需要向蓄電池維護裝置下達指令。
直流配電和工頻逆變的監測量也需要向監控系統傳輸。這樣，在信息邏輯結構上，完成了直流電源監控系統與直流電源四個環節間的信息交換。其邏輯結構如圖1所示。
圖 1 直流屏監測硬件系統邏輯結構
直流屏監控系統作為發電站信息系統的一部分，需要向發電站信息系統上傳信息，同時需要接受命令，對直流電源系統內部進行操作。
2 基于物聯網的直流屏監測硬件系統體系架構
基于物聯網的直流屏監測硬件系統架構如圖2所示，該系統采用智能型RTU（Remote Terminal Unit遠動終端）終端采集直流屏設備的參數及運行數據，并進行簡單的數據處理與存儲。通過現場總線進行數據傳輸，經總線轉換器將數據通信協議轉換成串行協議或工業以太網協議，傳輸至監控系統服務器進行數據處理和數據存儲。通過顯示操作工作站進行數據與運行狀態的顯示，并通過其對現場設備進行操作和對智能型RTU終端進行設置。服務器與顯示操作工作站采用以太網連接，并與發電站信息系統通信，實現數據共享。
智能型RTU具有雙向數據傳輸能力，既可實現現場設備參數及運行數據信息的獲取，也可連接現場設備的執行環節，實現對現場設備的控制。
圖2 直流屏監測硬件體系架構
3 基于物聯網的直流屏監測軟件架構
基于物聯網的直流屏監測軟件是集數據采集、顯示、報警、報表、通信等功能于一體的開放式、網絡化、組態化的監測軟件。為了適應當今電力系統使用設備多、縱向橫向聯系緊密、擴建組建頻繁等特點，軟件從分析、設計到具體編程，全部采用面向對象的方法，融合最新的計算機編程技術，在滿足嚴格的可靠性、實時性基礎上，更在系統的可組態性、可擴展性、可用性、可維護性等方面實現新的突破，圖3所示為直流電源監測軟件結構。
3.1 通信子系統
通信子系統采用設備驅動（通信口）和協議解釋（單元）分層的設計原則，它們之間有標準的軟件接口。通信口負責通信報文的接收和發送，是單元與外部設備進行信息交換的軟件通道;單元一方面負責解釋通信口接收的通信報文，更新數據子系統中與之相關的數據，另一方面負責構造要求通信口發送的通信報文。也就是說，通信口負責接收和發送怎么實現，單元負責接收和發送什么內容。
設備驅動和協議解釋分層的設計思想，增強了系統的可組態性和可擴展性，因為它們之間的搭配十分靈活。同時，系統提供各種常用的通信口功能模塊和單元功能模塊，用戶只要根據實際的網絡連接，建立相應的通信口和單元，即完成了通信網絡設置。
圖3 直流屏監測軟件結構
3.2 數據子系統
數據子系統管理著整個系統所有的應用信息，包括模擬量、開關量、整定值和各種類型的事件，其主要功能如下：
（1）對子系統內的數據、操作及各種運行參數實現有效管理;
（2）接受通信子系統對其數據的刷新;
（3）通過“連接接口”為其它子系統和管理器提供數據、操作信息;
（4）通過數據庫管理器，完成數據自動保存，為構建統計報表提供數據源。
3.3 顯示子系統
顯示子系統由各種圖片組成，圖片以文件的方式存在于計算機中，由其他工具軟件進行創建和修改。圖片分為屏幕主圖、屏幕子圖、屏幕彈出式子圖、統計報表和工程圖紙五種，以滿足不同應用場合下的功能要求。
圖片包含圖形元件（圖元）的集合，并提供有效的管理。圖元是畫面顯示的基本元素，可作為背景靜態顯示，也可有數據連接、子圖、備注功能，實現操作人員與系統交互的人機接口。
顯示子系統同時能嵌入各種可視化人機界面功能模塊，用于完成標準圖片所無法完成的特殊的人機交互任務，如通信狀態監測、事件記錄查看、歷史數據分析等，以增強系統的擴展能力和應用的靈活性。
4 結 語
基于物聯網的直流屏監測系統，運用物聯網技術，結合智能電網的發展，以及發電廠智能控制的需要，采用智能型RTU終端采集直流屏設備的參數及運行數據，從而實現直流屏監測系統對其它系統開放、透明和與協議無關，做到“物與物”的無障礙交流和互動，實現了基于物聯網的直流屏監測。
參考文獻
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1系統的組成與建立
該系統主要由監測點模塊(傳感器模塊)、GPRS系統、控制中心組成…。其結構如圖1所示。
1．1監測點模塊
傳感器是通過RS485接口電路和嵌入式CPU相連的，在外設置的傳感器主要有溫度傳感器和濕度傳感器。溫度傳感器使用數字型的Ds1820。DSl820數字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數，指示土壤的溫度。信息則經過單線接口送入Dsl820或從Dsl820送出，因此從嵌入式CPU~IJDSl820僅需1條線(不含地線)。DSl820的電源可以由數據線本身提供而不需外部電源。濕度傳感器選用美國Kele公司的HS一200ODD型數字濕度傳感器。該傳感器集合了一個帶溫度補償、工廠刻度和數字通信能力的電容式聚合感應單元。其工作電壓是2．0—5．5V，可以從標準的微處理器I／0口汲取供電電流，輸出是標準的9600波特串行信號。其設計目的是能夠整合進控制和監控系統中；對相對濕度的測試準確率是±2％，測量范圍是30。一100℃。
1．2GPRS系統
GPRS通信模塊主要是實現無線上網的功能。MOTOROLA內嵌TCP／IP協議GPRS通信模塊G20，其性能優越，體積極小(24．4mm×48．2mm×6．Omm)，從根本上解決了GPSR無線通信和數據傳輸終端的協議瓶頸和成本問題，廣泛地應用于GPRS無線E網、監控系統、遙控遙測系統等GPRS無線通信及數據傳輸的領域。系統選用Motorola的MPC8250嵌入式cPu，因它是一個多用途的通用芯片，內部集成了微處理器和常用組件，可用于各種控制領域。它是MPC860應用于通信系統的低成本實現，提供了更高的性價比，并在通信方面有所增強，可以支持通用串行總線(USB)。MPC850集成了嵌入式PowerPC核和一個為通信使用的專門的RIsC通信處理器模塊(CPM)。MPC850的CPM支持6個串行通道：1個串行通信控制器(SCC)，1個USB，2個串行管理控制器(SMS)，1個I2c接口和1個串行接口電路sPI。通常可將1個SCC和2個SMS配置成為通用串口UART，用以控制不同的模塊且速率可調，ROM上文件系統得以實現。供電模塊采用小型光伏發電系統(太陽能電池、蓄電池、智能充電控制器和負荷電路)作為整個監測系統的電源。當蓄電池電壓升高到設定的“蓄電池充滿”電壓時，對蓄電池的充電轉為“浮充”方式，只用很小的電流對蓄電池的自放電進行補充充電。該太陽能電源天(含陰天)充電后可供監測系統無光線條件下1一作8～1Oh
1．3控制中心
由于GPRS無線數據傳輸能夠直接和計算機的TCP／IP網絡通信，只要計算機能上互聯網，就可以通過計算機直接與遠程的監測進行交互式對話，用戶通過計算機界面可以觀察到遠程監測點的各種情況，通過監測到的數據和查看歷史數據進行分析未來的數據，給專家及時有效地做出決策。只要決策有了就會通過短信平臺把各種信息發到該地區用戶的手機仁。控制中心只允許授權給該系統的工作人員才能登錄進入，以防止非工作人員的惡意修改。
2系統的軟件設計
該系統需要軟件編程的地方主要有兩個地方：是嵌入式CPU與GPRS通信模塊進行數據通信；二是控制中心和遠程終端的數據傳輸系統。其中，前者就是實現GPRS和單片機的串口進行通信，后者監控中心就是實現GPRS信息的接收和保存。設計語言主要采用VB6．0編寫．再與數據庫連接以方便存儲各監測點的各種數據。在編寫程序時，控制中心添加了幾個核心控件：LiStBox控件，用于建立和存儲遠程監控點隊列；Timer控件，用于對遠程監控點實時循環的監測；PictureBox控件，用于描繪監測點溫度和濕度的實時變化情況；Labe1控件，用于顯示該系統的當前狀態。控制中心的流程圖，如圖2昕示。GPRS通信模塊和嵌入式CPU的串口相連接，實現數據的傳送，只要嵌入式CPU收到傳感器送過來的數據，就通過串口將數據送到GPRS模塊，控制中心經GPRS網絡就收GPRS模塊發過來的數據。3試驗結果與分析利用本方案建立的農業旱情監測系統，對3個監測點進行試驗。其中，每個監測點安裝了溫度和濕度傳感器各1個，選擇3個各具代表性的地方進行監測。在監控中心可以清楚地看到遠程農田的具體情況，分析監測參數的相對變化情況。該監測系統具有很好的實時性，隨時都在線，其誤碼率也非常低。下面給出該監測系統溫度和濕度的誤碼率、延時的仿真圖，如圖3和圖4所示。
【關鍵詞】：在線監測 CMA智能監測裝置 系統供電 信號傳輸
一、引言
輸電設備自身故障一直是危及電網安全運行的主要原因之一，且輸電設備自身故障造成的電網故障也有逐年增多的趨勢。所以應當重視和加強對輸電設備狀態的在線監測。對電力設備運行狀態進行實時或定時的在線監測，及時反映電力設備運行狀況及潛在隱患，使管理人員及時了解現場信息，將事故消滅在萌芽狀態。在巡視人員不易到達地區或由于天氣原因無法進行線路巡視時，協助了巡視人員的巡視工作，為輸電線路的巡視及狀態檢修開辟一條有效的解決途徑。輔助采取預防措施，避免停電事故發生具有十分重要的意義。
二、目前國內輸電線路在線監測產品介紹：
2.1導線溫度。
2.2導線張力。
2.3微風振動。
2.4舞動。
2.5覆冰。
2.6導線弧垂。
2.7風偏。
2.8鹽密、灰密。
2.9泄漏電流。
2.10桿塔傾斜。
2.11桿塔應力。
2.12桿塔振動。
2.13接地電阻及腐蝕。
2.14微氣象。
2.15圖像、視頻監控。
三、西安金源電氣股份有限公司輸電線路智能遠程視頻監測產品介紹：
輸電線路智能遠程視頻監測系統通過視頻采集壓縮技術、超低功耗技術、GPRS/CDMA/無線接力通信、OPGW傳輸到監控中心，或通過彩信將圖像、視頻信息發往相關管理人員的手機上，從而實現對監控點及周圍環境的全天候監測。
智能視頻監控裝置組成：由視頻采集壓縮單元、主控制器、通信網絡和系統供電單元4部分。
3.1視頻采集壓縮單元：實現視頻/圖像數據采集功能，基于CCD自行研發的高速球機，保證了視頻輸入信號高清晰度。系統集成了攝像機和云臺，實現高速可控，可水平旋轉360度，垂直旋轉180度，對現場環境進行全方位多角度拍攝。視頻監控裝置的主要組成為：高速球機，保證視頻輸入信號高清晰度。
3.2主控制器：通過視頻采集壓縮單元獲取監控點周邊視頻/圖像數據，并將其傳送回后臺管理平臺，進行進一步處理。主控制器能夠接受后臺發送的控制命令，以預設的時間間隔或手機進行視頻/圖像數據的采集，且能夠存儲10天的歷史數據。主控制器具備啟動自檢、故障自恢復和遠程在線軟件升級功能，保證了系統的可靠運行。主控制器：提供主控、電源、無線傳輸、遠程控制等核心功能，提供總線方式，從而可以方便的接入各類傳感器，中央處理單元可以同時接入2路圖像監測子系統和2路實時視頻子系統，以及9個氣象、拉力、角度等傳感器子系統。
塔上CMA-智能監測裝置，轉發主站控制命令：為主站系統提供一個統一標準化的遠程交互控制節點，為未來更多類型狀態監測裝置的接入提供方便。CMA-智能監測裝置的特點：
3.2.1、智能化程度高：
a通過遠程設置個接口的開關狀態：在CMA的硬件設計時就考慮到多接口同時打開時的功耗問題，可以通過遠程開啟和斷開其電源，以降低CMA的功耗。b遠程升級CMA及監測裝置的程序。c通過遠程下載CMA的日志文件。d遠程設置通道和頻段，修改網關等。
3.2.2、采用低功耗設計。
3.2.3、接口豐富。
3.2.4、集約化管理：多個CMD（狀態監測數據）只需要一張SIM卡即可。
3.3系統供電單元：由太陽能電池板、微型風力發電機等風光互補供電控制器組成，為系統工作提供可靠的電能，風光互補供電設計使的連續陰雨天也可正常工作。
3.3.1系統供電單元：內含高效率充電電路及高能蓄電池，為系統正常工作提供充足電力。每基鐵塔安裝主、副電源箱個一個，每個電源箱重量為30kg.
3.3.2太陽能電池板：采用單晶硅太陽能電池板，為系統正常工作提供充足電力；每基鐵塔安裝太陽能板4塊。
3.3.3風能發電機：作為太陽能發電的有益補充，確保無陽光惡劣天氣仍可工作。
3.4通信網絡部分：實現視頻監控裝置和后臺管理平臺之間的數據信息的傳輸，一般采用GPRS網絡。并根據實際情況采用CDMA網絡、無線接力傳輸和OPGW等通訊方式。±660千伏銀東直流輸電線路在線監測裝置使用的是聯通公司的CDMA網絡信號。
四、結束語
智能在線裝置存在的兩個主要技術制約問題：一個是在線裝置的長期供電問題，另一個是在線裝置的數據通信問題。供電問題通過風光互補供電設計，使用高效率充電電路及高能蓄電池已完全能夠滿足監測系統可靠供電需要。另外還有通過遠程開啟和斷開其電源，以降低功耗的手段。數據通信問題目前解決的不理想。我們現在安裝的在線裝置使用的是聯通公司的CDMA網絡信號，現場在塔上測試傳輸信號速度比塔下小很多，這樣造成在線視頻裝置的監視圖像清晰度不夠。主要原因是安裝的±660千伏直流線路鐵塔高度平均要比聯通的微波塔高度要高出20m-30m。而聯通微波信號是主要向下覆蓋的。
五、參考文獻
1 劉振亞，特高壓直流輸電線路維護與監測，中國電力， 2009， （3）
無線傳感器監測系統設施簡介
CWSN－Tll－THL型無線溫濕度光照度測量終端
本型號無線傳感器采用無線防沖突組網技術，實現對分散的溫度、濕度和光照度采集點進行實時在線監測。此產品適用于民用型的無線監控系統，特點是高集成度、功耗低、精度高、高靈敏度；外觀精巧便于運輸和安裝，巧妙的結構設計可使傳感器更貼近作物生長環境；條件惡劣地區和戶外均可使用。溫度測量范圍是－40～85℃；濕度測量范圍是0～100％RH：光照度測量范圍是0～128000Lx。
CWSN－Tll－GPRS型GPRS無線匯聚終端
本型號無線匯聚終端采用內置433MHz(433～434.79MHz)或選2.4G通信模塊和GPRS通信模塊(GSM900/1800MHz)相結合。在無阻擋情況下433MHz通信頻段最遠傳輸距離是200～300m。本設備也可通過遠程控制對農作物生長環境進行實時監測，同時遠程控制中心又可通過GPRS無線匯聚終端對現場設備進行監控。本設備能防雷、防水(防水級別為IP68)，適用于各種惡劣環境。
無線傳輸監控設備特點及優勢
CWSN－TIl－THL型無線溫濕度光照度測量終端的優點
高集成：每個無線傳感器上匯集溫度、濕度和光照度三種數據采集單元。
實時在線監測：433MHz免申請頻段按設定時間進行無線數據傳輸，在無阻擋情況下最遠傳輸距離為200～300m。
低功耗設計：最大功耗為20mW，使用3.6V高效鋰電池供電(可更換)，若以10min為數據的傳輸周期，可持續使用2～3年。
安裝使用：本型號外觀尺寸小巧(直徑×高)是72×53mm，質量為150g，便于安裝及運輸；結構設計巧妙可使傳感器貼近農作物生長的環境，提高測量的精確度；同時用戶可以根據自己的需求設置數據傳輸周期。
保密性：可透明傳輸，也可數據加密。
適用的物理環境：抗電磁干擾和高絕緣性，防水級別IP68。CWSN－Tll－GPRs型GPRs無線匯聚終端的優點
特性：GPRS終端是整套無線測溫系統中的“網關”。可將傳感器的數據信息傳送給遠程控制中心，實現本地數據的遠程傳輸。
實時在線監測：可同時接收多個多種無線傳感器發送的數據(最多可同時接收60個)，用戶可隨時添加、刪除傳感器個數和種類；測量循環周期以1min為單位，用戶可以設置。
電源：內置蓄電池、太陽能充電板及充電電路，無需外接供電，安裝使用方便。433MHz通信模塊最大輸出功率是20mW，GPRS通信模塊的最大輸出功率為2mW，太陽能充電板功率為15W。在非充電狀態連續工作時間為7天(僅供蓄電池供電)。
[關鍵詞]輸電線路桿塔傾斜監測系統 zigbee和GSM技術
一、選題背景及其意義
隨著科技進步及工農業的現代化發展，用電量大幅上升，對電網供電安全性、可靠性提出了越來越高的要求。架空高壓輸電線路是電力系統的動脈，其運行狀態直接決定電力系統的安全和效益。目前我國對線路等的檢測經驗還較少，還沒有相應的國家標準。另外隨著近年來煤礦的大量開采造成形態各異的地下采空區，引起地面沉降、斷裂等一系列工程地質災害，這些采空塌陷區，大多分布廣，延伸遠，可造成地表輸電線路基礎傾斜、開裂、桿塔變形、傾倒，引起絕緣子串和地線線夾邁步，電氣安全距離不夠等問題，當問題擴大時容易造成倒桿斷線，電氣距離不夠引起跳閘等事故。嚴重威脅輸電線路的安全運行。
本論文設計的輸電線路桿塔傾斜監測系統，在桿塔發生異常時，能夠及時向管理中心匯報相關數據。該系統對于處在采空區的線路桿塔可以進行全天候的監測，能夠及時準確的測量由于地面沉降等原因造成的桿塔傾斜角度，當桿塔順線路或橫線路傾斜角度超過預定報警值時，系統可發出報警信息，使工作人員能夠及時處理危情，并且大大的減少了人工的巡視次數，提高了桿塔的安全系數。
二、國內外研究動態
近年來，隨著經濟的發展和社會的進步，越來越多基于網絡化、模塊化、智能化的系統應用在電網中。但目前我國電網智能化僅處于剛剛起步的階段，尤其在運行狀態檢測環節上，和世界上先進發達國家的技術還有較大的差距。同時鐵搭運行狀態的穩定，是輸電環節中的重中之重，因此應研究一套較為合理的桿塔運行狀態監控系統，來保證輸電環節的穩定。
目前國內已涉及線路監測系統的研究，例如高壓輸電線路絕緣子帶電檢測、桿塔故障在線監測、桿塔傾斜測量等。國外在這方面也有較多的研究。該系統采用移動通信網絡作為數據傳送媒介，為系統的數據傳輸提供更加簡捷、便利的手段。
三、主要研究內容
本論文主要研究桿塔傾斜測量技術，傳輸線路周圍的溫度、濕度、氣候檢測，無線網絡數據遠程通訊方面的研究。
本文研究的主要內容如下：1、分析研究了傾角傳感器的工作原理、GSM技術的工作原理，制定了監測儀設計的硬件和軟件總體流程。2、根據監測儀設計方案，選擇了該設計中的主要器件。包括傾角傳感器的選擇、GSM通信模塊的選擇、太陽能蓄電池的選擇等。充分體現了監測儀設計中低成本和低功耗的要求。3、設計了硬件電路，包括微控制器ATmega64A的最小系統、電源電路、通信電路、電壓電流轉換電路等。4、實現了軟件設計，包括系統初始化、A／D信號采集部分程序、按鍵中斷程序等。5、在整體設計中，采取軟件和硬件的方式，增強監測儀的抗干擾性和穩定性。6、通過EMC電磁兼容實驗等驗證了監測儀的穩定性和可行性。
四、研究方案及難點
整個系統的工作過程為：數據采集主模塊根據監控中心設置好的采樣間隔，定期產生數據采集命令發送到ZigBee主節點，然后由ZigBee主節點將數據采集命令廣播給其他ZigBee子節點，ZigBee子節點再將數據采集命令發送給自己的數據采集模塊，數據采集模塊接到命令后，開始進行傾角、絕緣子拉力以及風向、風速、電源電壓等數據的采集。
采集完成之后再發送給ZigBee模塊，然后通過各ZigBee子節點將采集到的數據以接力的方式傳送給ZigBee主節點，ZigBee主節點將各數據采集模塊采集到的數據發送給數據采集主模塊。最后由數據采集主模塊將所有數據通過串口發送給GSM模塊，由GSM模塊將數據通過移動通信網絡發送到監控中心的GSM模塊，再通過串口發給Pc機后臺。最后由Pc機完成數據的處理、存儲和顯示。
該系統的主要模塊功能如下：
1.中央處理器。核心微處理器選用ATmega64A，它是由ATMEL公司推出的一款高性能，低功耗的8位AVR微處理器。最高處理速度可達16MHz，其芯片內部集成了大容量的Flash程序存儲區和功能豐富強大的硬件接口電路。先進的RISC結構，擁有130條指令，大部分指令執行時間為單個時鐘周期。
2.定時時鐘模塊。實時時鐘芯片選用Philips公司生產的串行日歷時鐘芯片PCF8583.該芯片供電電壓范圍寬、功耗小、計時準確。
3.數據采集模塊。在輸電線路桿塔的運行時，數據采集模塊主要進行桿塔傾角數據、絕緣子拉力數據以及風向、風速、氣溫、濕度，電源電壓數據的采集。數據采集模塊為分層次設計，有主輔之分，主模塊除了在完成上述功能以外，還負責將產生的數據采集命令，以及各個節點數據的打包、處理、發送。
4.ZigBee模塊。Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。
5.GSM模塊。GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。
使用ARM或者單片機通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標準的AT命令來控制GSM模塊實現各種無線通信功能，它是基于ARM平臺，使用嵌入式系統進行開發。有些GSM模塊具有“開放內置平臺”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內的軟件平臺中。
6.監控中心。包括GSM接收模塊和后臺管理軟件，主要完成桿塔運行狀態的實時顯示、數據存儲以及對于數據采集模塊參數的控制。
7.電源模塊。本系統包括太陽能電池板和蓄電池，主要為數據采集模塊、ZigBee模塊和GSM模塊提供電能。
8.設計環境。硬件電路以Protel99SE(sP6)為環境進行設計，機械相關的設計以AutoCAD2006為環境進行；軟件用c語言編寫。
本設計中的桿塔傾角監測系統實現了低成本、低功耗，并采取zigbee及GSM無線通信的技術，實現傾角監測儀與桿塔監控中心的通信。
難點預計出現在傾角計算及程序的設計，再有系統的通信鏈路的安全，可靠；數據庫的安全，主要是權限管理和數據備份。
五、預期成果和可能的創新點
文章論述的鐵塔傾斜實時監測系統測量精度高、實時性好、運行成本低。該系統在實際運行過程中擁有較強的可靠性、穩定性具備在惡劣的環境下持續正常工作的能力，保證較長的使用壽命；系統進行操作時，無需記憶復雜的工作指令，應具有美觀有好的人機界面；工作人員可以遠程對系統進行控制、管理、維護，無需人員到現場。系統通過對塔身狀態信息的綜合在線監測，實現了傾角狀態的全記錄并起到預警，告警的功能便于提前采取有效措施，確保電網及通信網絡的安全運行。從實際運行結果看系統是一種有效的監測鐵塔傾斜的系統，有廣闊的應用前景。創新點：為了以后對本系統的功能進行擴展，系統預留一些模擬量輸入接口；通訊方式的擴展，支持短信息。
參考文獻：
[1]劉君華.現代檢測技術與測試監測儀設計[M]西安：西安交通大學出版社，2001
關鍵詞：無線；防護；自動；語音；報警
前言
鐵路運輸系統是一個大型綜合性系統，為保證整個系統的安全、穩期的維護是必要的，但隨著列車運行速度的不斷提高，特別是近幾年多次大提速之后，如何在正常施工維護設備的過程中保證鐵路職工的人身安全的問題變得越來越難解決；長期以來，老式室內室外分別盯看、配合通知的方式已無法解決運輸速度與人身安全的矛盾，因此，如何利用現代成熟的先進技術，正確及時地獲取列車的運行實際位置，自動給予施工者以聲音提示，已成為當前保障施工防護中人身安全的當務之急。
1 方案介紹
全自動站場信息無線語音提示系統由監測采集機（既有）、監測站機（既有）、地面信息處理機、手持電臺（既有）等組成。
整個功能實現的系統結構圖見圖1。
圖1 系統總體結構圖
1.1 各部分組成及作用
1.1.1 監測采集機：實時在線采集站場開關量和模擬量。
1.1.2 監測站機：對監測采集機上送的開關量和模擬量進行綜合處理，形成語音提示信息，以串口通訊的方式，在符合發送條件時，將“列車接近、信號開放”等語音提示信息通過聲卡發送給地面信息處理機。
1.1.3地面信息處理機：把監測站機送達的語音信息，進行電平轉換后加到電臺的音頻輸入接口發射。
1.1.4 手持電臺：收聽地面信息處理機發送的語音提示信息。
1.2 具體功能實現過程
在微機監測站機中增加聲音驅動卡，端口擴展卡。通過專用通訊線連接微機監測站機和地面信息處理機。
在監測軟件中增加對進站與出發信號機、熔絲斷絲報警、信號機燈絲斷絲等關鍵信號設備的分析，使列車在一接近、二接近、進站信號開放、出發信號開放、熔絲斷絲、燈絲斷絲、軌道電路異常紅光帶、信號非正常關閉時輸出聲音提示信息。
在信號機械室內安裝地面信息處理機，接收站機聲卡輸出的語音信息，然后通過無線對外發送。
室外手持電臺與地面信息處理機在相同頻點時，即可接收室內發出的無線聲音信息。
2 系統功能
2.1 基本功能
自動發送“列車接近、信號開放”等語音提示信息；
自動發送“燈絲斷絲、熔絲斷絲、異常紅光帶”等關鍵報警信息；
監測站機對所產生的語音提示信息進行記錄并存儲，并提供查詢窗口。
2.2 系統特點
投資少。利用既有的微機監測系統，既有的手持臺對講系統，增加少量設備即可完成系統功能。
高可靠性。由于利用了微機監測系統的采樣，保證了采樣數據的高穩定性和高可靠性。微機監測站機軟件又對數據進行了更加全面的分析判斷，保證了報警信息的多樣性。
自動通知。系統通訊采用自動發送方式，使地面信息處理機以無線方式自動向有關人員通知關鍵報警信息，使現場施工人員和信號值班員能夠及時準確地獲取相關信息。
2.3 擴展功能
可利用微機監測的既有網絡，將各車站的語音報警信息傳送到監測服務器，監測各終端可調看所管轄范圍內車站的語音提示信息。
3 設備技術條件
3.1 供電電源
地面信息處理機采用交流電源和蓄電池供電。交流供電電源220V（1±20%）50Hz。在正常情況下，交流供電并對備用蓄電池進行充電（最大充電電流不大于5A），并具有過充過放保護功能。交流電源故障時，自動轉換至備用蓄電池供電（標稱電壓12V）。交流供電恢復后，自動轉換至交流供電。
3.2 工作環境要求：工作環境要求應符合表1規定。
表1 環境溫度、相對濕度、振動和沖擊要求
3.3 安全要求
3.3.1 應符合GB.15842-1995標準的中5.2節有關規定。
3.3.2 產品所有可觸及部分之間或可觸及部分與地之間的峰值電壓均不允許超過72V。
3.3.3 產品設有獨立的安全接地端子，并標有安全接地符號。
3.3.4 產品應裝有有效斷電的熔斷器。
3.4 結構要求
3.4.1 結構工藝的一般要求
a.設備的結構應做到構件堅固、造型優美、色彩協調、面板表示清楚，文字使用標準漢字，操作方便、按鍵可靠。b.設備結構應在不打開機殼就能測量電性能，應留有調制入等必須的測量接口。c.設備結構應便于維修、檢測。裝卸構件牢固耐用，同型號設備的相同部件應能互換。
3.4.2 天線：天線結構設計應牢固，安裝架設方便，應防水、防電化學腐蝕。
3.5 可靠性指標
可靠性指標采用產品平均故障間隔時間MTBF值表示。地面信息處理機MTBF值應不低于600h。
可靠性試驗方法應符合GB/T15844.3標準中第9節的有關規定。
3.6 地面信息處理機發射電臺性能
3.7 天饋線系統技術要求
工作頻率范圍：150.875±4MHz。
天線增益：4～8dB（全向）
天線端的標準阻抗：50Ω
電壓駐波比（VSWR）≤1.5
極化方向：垂直極化
最大輸出功率：不小于10W。
3.8 系統功能指標
3.8.1 列車接近
一是能準確提示接近方向（上行、下行或其它方向）
二是能準確提示一接近、二接近
三是能準確提示進幾股道
進站信號開放：能準確提示方向（上行、下行或其它方向）
3.8.2 出發信號開放
一是能準確提示方向（上行、下行或其它方向）
二是能準確提示幾道出發
反向列車接近：能準確提示方向（上行、下行或其它方向）
反向列車通知出發：能準確提示方向（上行、下行或其它方向）
信號非正常關閉：能準確提示非正常關閉的信號機名稱
熔絲斷絲：能準確提示幾排幾架熔絲斷絲
燈絲斷絲：能準確提示燈絲斷絲的信號機名稱
異常紅光帶：能準確提示出現異常紅光帶的區段名稱
道岔斷表示：能準確提示出現道岔斷表示的道岔名稱
4 結束語
通過以上內容可知：本方案利用既有的信號設備，增加少量的設備就能解決信號工現場維護維修的實際問題。本系統已經在本公司研制成功，應用于鐵路信號產品中。
參考文獻
