電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置的研制

作者/ 周剛 尚浩志 王森 馮耀軒 宋明月 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司(浙江 嘉興 314000)

*基金項(xiàng)目：國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(編號(hào)：2015109687767);實(shí)用新型專(zhuān)利(編號(hào)：zl:2015210755614);國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司群眾性科技創(chuàng)新項(xiàng)目(編號(hào)：5211JX14004R00K24)

周剛(1966-)，男，高級(jí)技師，研究方向：電力系統(tǒng)電氣試驗(yàn)工作;陳剛，男，副高級(jí)工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化;王森，男，碩士，工程師，研究方向：變電站運(yùn)行維護(hù)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。

摘要：為了提高傳統(tǒng)方式下工作票人工現(xiàn)場(chǎng)許可的工作效率和遠(yuǎn)程電話許可的可靠性，本文研制出一套電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置。該裝置由電源模塊、紅外線檢測(cè)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊以及報(bào)警模塊組成，以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)為核心，通過(guò)內(nèi)置安卓系統(tǒng)環(huán)境支持微信交互功能，可實(shí)時(shí)與微信端運(yùn)維人員視頻對(duì)話互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作票的遠(yuǎn)程許可，同時(shí)，對(duì)于進(jìn)入變電站人員也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)際應(yīng)用表明，本文研制的電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置大大提高了運(yùn)維人員工作票許可的效率和可靠性。

引言

　　近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，無(wú)人值班變電所和所內(nèi)出線間隔不斷增多，運(yùn)行人員的工作任務(wù)和壓力越來(lái)越大。根據(jù)電力安全生產(chǎn)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，工作票的許可分為現(xiàn)場(chǎng)許可和電話許可兩種。工作票現(xiàn)場(chǎng)許可要求運(yùn)維人員必須到現(xiàn)場(chǎng)，然而實(shí)際情況是，一個(gè)集控站下轄多個(gè)變電所，每個(gè)變電所當(dāng)天可能又同時(shí)許可多種工作票，考慮到運(yùn)行人員的人數(shù)限制，難以對(duì)各類(lèi)工作票都進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)許可辦理。因此，我國(guó)電力安全生產(chǎn)規(guī)程規(guī)定，對(duì)部分工作票可進(jìn)行電話許可辦理。但是，目前的工作票電話許可辦理只能通過(guò)電話語(yǔ)音，不能通過(guò)視頻明確工作負(fù)責(zé)人及工作班成員的實(shí)際情況，而長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的工作會(huì)使工作人員注意力下降，工作時(shí)可能存在誤拿鑰匙，誤入帶電間隔的風(fēng)險(xiǎn)，這無(wú)疑增加了電網(wǎng)安全運(yùn)行隱患。因此，提高運(yùn)維人員的工作票許可效率和工作票電話許可的安全可靠性，已成為亟待解決的問(wèn)題。

　　針對(duì)現(xiàn)有的工作許可中存在的問(wèn)題，本文研制出了一種電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化的工作許可裝置，該方法已成功應(yīng)用于220kV及110kV無(wú)人值班變電所的工作票許可辦理中。

1 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置概述

　　電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置由電源模塊、紅外線檢測(cè)模塊^[1-2]、光源驅(qū)動(dòng)模塊以及報(bào)警模塊組成，以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)^[3]為核心，通過(guò)接收光線傳感器模塊的輸出脈沖辨別當(dāng)前光線強(qiáng)度，進(jìn)而控制紅外夜視燈的狀態(tài)，為夜間或者光線較弱情況下的安防鏡頭提供合適的拍攝環(huán)境。在正常情況下，熱釋電紅外傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周?chē)梭w信號(hào)，一旦檢測(cè)到周邊有人靠近，便通過(guò)信號(hào)處理器輸出觸發(fā)狀態(tài)給以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)，該嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò)快速的數(shù)據(jù)處理，通過(guò)安防鏡頭拍攝當(dāng)前場(chǎng)景照片，并通過(guò)WIFI發(fā)送至手機(jī)微信端^[4-5]，發(fā)送的微信照片，能使運(yùn)維人員及時(shí)確認(rèn)是否工作人員進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)向運(yùn)維人員的實(shí)時(shí)報(bào)警。按下裝置面板按鈕，系統(tǒng)便會(huì)給手機(jī)微信端的運(yùn)維人員撥打電話，此時(shí)裝置端便可通過(guò)揚(yáng)聲器與傳話器模塊與運(yùn)維人員進(jìn)行視頻對(duì)話，實(shí)施工作票的遠(yuǎn)程許可，十分方便。

　　電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置內(nèi)部電路框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊設(shè)計(jì)

　　電源模塊由USB接口、充電電池以及輔助電源組成。正常情況下，由額定電壓3.7V，容量為3100mAh的鋰電池給輔助電源供電，在電量不足時(shí)，可通過(guò)USB接口充電，以保證系統(tǒng)的正常供電。

　　裝置內(nèi)置鋰電池的額定電壓為3.7V，充滿時(shí)為4.2V，而系統(tǒng)內(nèi)部電路的工作電壓為3.3V，因此，必須通過(guò)輔助電源進(jìn)行降壓穩(wěn)壓。MT6320_LDO模塊是一款常用的低壓差三端線性穩(wěn)壓器件，此模塊能夠?qū)崿F(xiàn)輸出多種電壓值并且十分穩(wěn)定，滿足內(nèi)部電路的電壓需求。其原理圖如圖2所示。

2.2 紅外線檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

　　紅外線檢測(cè)模塊由熱釋電紅外傳感器、信號(hào)處理器和嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)置的主控制器組成。熱釋電紅外傳感器輸出的模擬信號(hào)，由內(nèi)置AS083信號(hào)處理芯片的信號(hào)處理器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，去除干擾信號(hào)，提取有效信號(hào)，輸出觸發(fā)狀態(tài)給主控制器進(jìn)行判斷。

　　RE200B是PIR人體熱釋電紅外傳感器，選用高品質(zhì)球狀菲涅爾透鏡收集紅外感應(yīng)信號(hào)，可雙向感應(yīng)，靈敏度高，檢測(cè)距離可達(dá)4~6m。該傳感器采用熱釋電材料極化時(shí)隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。

　　U2(AS083)是一個(gè)CMOS 工藝集成的PIR(Passive Infra-Red)控制器芯片，功耗很低。其內(nèi)部構(gòu)架采用模擬及數(shù)字混合電路的Mixed-mode 方式設(shè)計(jì)，各種情況下使用皆十分穩(wěn)定。AS083采用第三代PIR人體熱釋紅外線探測(cè)技術(shù)方案，內(nèi)置高精度算法單元，可自調(diào)整適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境，濾除環(huán)境干擾，有效提取人體信號(hào)，最遠(yuǎn)感應(yīng)距離高達(dá)十幾米。實(shí)際應(yīng)用電路相當(dāng)簡(jiǎn)單，研發(fā)、生產(chǎn)無(wú)需調(diào)試，大幅降低生產(chǎn)成本、節(jié)省空間。

　　RE200B第2腳輸出隨紅外感應(yīng)變化的模擬電壓信號(hào)，該信號(hào)接至AS083的第3腳PIR輸入端，PIR信號(hào)在AS083內(nèi)部，經(jīng)過(guò)運(yùn)放阻抗匹配，再通過(guò)信號(hào)采集和算法單元，轉(zhuǎn)換成高低電平的狀態(tài)信號(hào)，從第6腳out端輸出至后級(jí)MOS管。Out端平時(shí)為低電平，檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，輸出高電平，此時(shí)MOS管導(dǎo)通，主控制器可接收到低電平信號(hào)。

　　熱釋電紅外傳感器與信號(hào)處理器的原理圖如圖3所示。

2.3 光源驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

　　光線傳感器在晚上或者光線較弱的情況下觸發(fā)開(kāi)啟紅外夜視燈，為安防鏡頭提供合適的拍攝環(huán)境。

　　光線傳感器的主要部分為一種型號(hào)為5506的光敏電阻。5506光敏電阻是一種對(duì)光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱(明暗)的變化而變化。在白天光照較強(qiáng)(10Lux)時(shí)，光敏電阻RL阻值僅為2KΩ~5KΩ， S8050集電極輸出低電平信號(hào);在夜間或光線強(qiáng)度較弱時(shí)，光敏電阻RL阻值為0.2MΩ，S8050集電極輸出高電平信號(hào)，該信號(hào)輸出給嵌入式系統(tǒng)中的主控制器從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外夜視燈的控制。光線傳感器原理圖如圖4所示。

2.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

　　報(bào)警模塊由揚(yáng)聲器、安防鏡頭組成。在正常情況下，熱釋電紅外傳感器一旦檢測(cè)到周邊人體信號(hào)，便會(huì)輸出模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器的處理、轉(zhuǎn)換，輸出觸發(fā)狀態(tài)給以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)，該嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò)快速的數(shù)據(jù)處理通過(guò)安防鏡頭拍攝當(dāng)前場(chǎng)景照片并發(fā)送至手機(jī)微信端，同時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出相關(guān)提示音，如：變電重地、高壓危險(xiǎn)、閑人莫入等提示。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)向手機(jī)終端的實(shí)時(shí)報(bào)警。

　　安防鏡頭采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的MIPI接口，對(duì)于不同的接口芯片和模塊，更改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和輸出功能時(shí)更加快捷方便。其更低功耗、更高數(shù)據(jù)傳輸率和更小的PCB占位空間的優(yōu)點(diǎn)，并且專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行的優(yōu)化，十分適合手機(jī)等設(shè)備的連接。安防鏡頭原理圖如圖5所示。

　　本裝置采用的是一種型號(hào)為240326000031，頻率范圍在100Hz~10KHz的揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器原理圖如圖6所示。左邊部分為接收到的語(yǔ)音信號(hào)在電源管理集成電路內(nèi)部的音頻信號(hào)放大電路，右邊部分電路為語(yǔ)音信號(hào)由電源管理集成電路出來(lái)后發(fā)送到接收器的過(guò)程。

　　熱釋電紅外傳感器通過(guò)信號(hào)處理器連接于主控制器，且該主控制器內(nèi)置于MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)中，并構(gòu)成所述的紅外線檢測(cè)模塊，所述的嵌入式系統(tǒng)通過(guò)串口與傳聲器和揚(yáng)聲器通訊連接，在觸發(fā)情況下，嵌入式系統(tǒng)通過(guò)傳聲器向微信端發(fā)送語(yǔ)音，同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)也可將微信端的語(yǔ)音信號(hào)接收并通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)聲。傳聲器原理圖如圖7所示。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　如圖8所示，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，首先進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品配置及初始化工作，在這完成后，程序依次循環(huán)判斷熱釋電紅外傳感器、面板按鈕、視頻通話各種觸發(fā)信號(hào)，檢測(cè)周?chē)h(huán)境是否異常并查詢是否需要進(jìn)入人機(jī)交互狀態(tài)。在整個(gè)過(guò)程若有信號(hào)觸發(fā)，立即進(jìn)入相應(yīng)的處理程序;如果整個(gè)過(guò)程沒(méi)有信號(hào)觸發(fā)，系統(tǒng)將再次進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到系統(tǒng)關(guān)機(jī)。

4 裝置特點(diǎn)

　　1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，安裝使用方便;

　　2)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人值班變電所的實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警，保證變電所內(nèi)設(shè)備安全可靠運(yùn)行;

　　通過(guò)裝置的熱釋電紅外感應(yīng)器，對(duì)未經(jīng)許可闖入、誤入無(wú)人值班變電所的人員，實(shí)現(xiàn)向集控站運(yùn)維人員的實(shí)時(shí)報(bào)警;

　　3)具備可視化功能，實(shí)現(xiàn)工作票的遠(yuǎn)程可視化許可，提高運(yùn)維人員的工作票許可效率。

　　通過(guò)裝置的遠(yuǎn)程視頻對(duì)話功能進(jìn)行工作票的遠(yuǎn)程許可，省時(shí)省力，減輕了運(yùn)維人員的工作壓力。

5 結(jié)論

　　針對(duì)目前電力系統(tǒng)中工作票許可中存在的困難和問(wèn)題，研制出了一種電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置，本文從硬件、軟件和裝置特點(diǎn)三個(gè)方面對(duì)裝置進(jìn)行了介紹，得到以下結(jié)論：

　　1)本文介紹的電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置，可實(shí)現(xiàn)工作票的遠(yuǎn)程許可，減輕了運(yùn)維人員的工作壓力，大大提高了工作票的許可效率;同時(shí)，節(jié)約了人力、財(cái)力、物力，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2)本文介紹的電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置，解決了傳統(tǒng)的工作票電話許可不能通過(guò)視頻對(duì)話核實(shí)工作負(fù)責(zé)人及工作班成員實(shí)際工作情況的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)安全生產(chǎn)的把關(guān)，為變電所內(nèi)設(shè)備安全可靠運(yùn)行增添了一份保障。

　　3)在實(shí)際應(yīng)用中，本文介紹的電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置進(jìn)行工作票的遠(yuǎn)程許可，切實(shí)可行，這對(duì)于提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及減少生產(chǎn)運(yùn)行成本具有重要的積極意義。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]董小瓊.紅外傳感器的應(yīng)用研究[J].科教文匯，2006 (02):161-162.

　　[2]孟祥忠,宋保業(yè),許琳.熱釋電紅外傳感器及其典型應(yīng)用 [J].儀器儀表用戶,2007,14 (04):42- 43.

　　[3]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003:104-111.

　　[4]周建,周杏鵬,周強(qiáng),等.嵌入式系統(tǒng)基于GPRS的Internet無(wú)線接入設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2005(12):27-28.

　　[5]周剛,錢(qián)軍,陳剛,等.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化工作許可裝置: 中國(guó),CN205336442U[P].2016-06-22.

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第9期第41頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。