智能监测

智能监测（精选12篇）

智能监测 篇1

1 引言

目前,随着国家科技水平的飞速发展,人民生活质量的不断提高,人们正步入一种快节奏的生活方式,一些潜在的慢性疾病就成为影响人们生活质量提高的一大障碍,特别是对于患有高血压、糖尿病等慢性疾病的老年病人,经常因为生活中对慢性疾病的不够重视,导致其病情恶化,甚至失去宝贵的生命。近年来,由于“看病难”、“检查贵”等问题,患者去医院做一次常规的检查,就得花费患者大半天的时间且价格相对昂贵,尤其是对于部分需要长期到医院观察的患者及患有高血压、糖尿病等慢性疾病的老年病人,为其设计一套可以实时监测人体健康的智能服装就显得势在必行了[1]。

本文设计的人体健康智能监测服装系统采用以STC12C5A60S2单片机作为核心微处理器,配合以血压、脉搏、体温等生理传感器,加之以无线通信、液晶显示、语音报警、跌倒检测等模块来实现监测显示、无线传送数据、语音报警及跌倒检测等功能。在国内,由于客观条件制约,智能监测服装的研究尚处于起步阶段,与国外同行相比存在着较大差距,其发展空间和市场潜力都是巨大的,因此对于人体健康智能监测服装的研究具有十分重要的现实意义。

2 系统总体方案设计

本文设计的人体健康智能监测服装将多种生理特征传感器、导线织物、柔性电路板和柔性显示器有机地整合到服装中,例如羽绒服、棉服等,如果技术允许的话,甚至可以是T恤或者衬衣。该智能监测服装系统利用专用的体温、血压、脉搏等生理特征传感器将人体的多种生理信息提取出来,经过信号调理电路处理传送给STC12C5A60S2单片机,单片机在程序的控制下,实现对信号调理电路处理后的传感器信号进行实时采集、处理、显示和无线传送,PC机对下位机传送来的数据进行存储和简单分析。一旦发现用户的生理信息出现异常或跌倒时间较长,及时将采集的生理信息数据发送给远端医护人员,供远端医护人员对用户病情做初步诊断。同时下位机也会发出语音报警信号,自动呼叫急救电话120,将用户所在的GPS定位坐标告诉急救人员,以便用户及时接受治疗;同时下位机也将发送预警短信及时通知用户家人,其原理示意图如图1所示[2]。

3 系统硬件设计

人体健康智能监测服装系统按各个模块所要实现的功能不同,将其分为:电源模块、生理信息采集模块、生理信息显示模块、跌倒检测模块、G P S实时定位模块、语音报警模块和无线通信模块,其系统框图如图2所示。

(1)电源模块

电源模块为整个系统的提供电能,决定着智能监测服装正常工作时间的长短,其性能的好坏直接影响到智能监测服装的应用及推广。本设计选用Li-Po电池作为系统电源,输出电压11.1V,容量为2100MAH,经DC/DC转换电路,将其转换为5V电源。

(2)生理信息采集模块

生理信息采集模块由体温传感器DS18B20,微型腕式血压仪模块PAL-901构成。微型腕式血压计PAL-901可测量心率、高压、低压,测量数据通过串口输出,单次发送6字节数据,传输速率为19200bit/s。且该血压仪模块体积小、供电电源采用干电池,携带方便,易于镶嵌在服装中。体温传感器DS18B20具有耐磨耐碰、体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高等优点,测温范围-55℃—+125℃,工作电压3V—5V,直接输出数字信号,仅需一根口线即可实现与单片机双向通讯。

(3)跌倒检测模块

跌倒检测模块利用ADXL345数字加速度模块实现跌倒检测。ADXL345具有小巧轻薄、超低功耗、可变量程、高分辨率等优点,数字输出数据为16位二进制补码格式,可通过SPI或I2C数字接口访问。

跌倒检测的基本原理是基于测量智能监测服装内的加速度模块在用户运动过程中3个正交方向的加速度变化,来获取用户身体姿态的变化信息,从而判断用户是否发生跌倒。

人体失重跌倒时,其3个正交方向的合成加速度为:且加速度持续时间与跌倒的高度成正比,据此可判断跌倒的严重性。人体一旦发生跌倒,其当前姿态与前一刻姿态会在短时间内发生较大的变化。同时人体跌倒后,一般会保持短暂的静止状态,若静止状态持续时间较长,那么用户可能因摔倒而昏迷,其跌倒状况非常严重。本文根据当前合成加速度值与前一刻合成加速度值比较来判断用户是否发生跌倒,并根据合成加速度小于1g的持续时间及用户跌倒后保持静止状态的时间来判断跌倒的严重性[3]。若跌倒严重,智能监测服装系统下位机将直接呼叫急救电话120进行抢救,并将这一信息发送给上位机和用户亲属,上位机将用户生理信息数据通过Internet网络发送给远端医护人员,供其对病情做初步诊断。

(4)生理信息显示模块

生理信息显示模块采用J12864液晶显示器,J12864液晶显示器背部自带10K可调电位器,可调节对比度;自带原装三星正品防静电电容,抗干扰性更强;具有串、并口两种工作方式;并且带中文字库,可显示中文汉字,使用方便。

(5)GPS实时定位模块

GPS实时定位模块采用台湾(HOLUX)M-87,其可搜寻多达32个卫星频道,具有功耗低、体积小、灵敏度高、第一次定位时间短、快速修正位置等优点,工作电压3.3-5V,是内嵌在智能监测服装系统中的最佳选择。

(6)语音报警模块

语音报警模块采用语音模块ISD4004,ISD4004工作电压3V,工作电流25-30m A,维持电流1μA,单片录放时间8-16分钟,具有音质好,自动静噪功能,能将语音信号高质量、自然的还原,其通过串行通信接口SPI与单片机通信,特别适用于便携式电子产品。

(7)无线通信模块

无线通信模块采用采用西门子公司的无线数据传输模块TC35i,其能可靠地传输数据,传输语音,发送中英文短信。该模块集射频电路和基带于一体,工作电压为3.3—5.5V,向用户提供标准的AT命令接口,方便用户应用和二次开发,并且其还提供了RS-232C数据接口,可方便的与单片机进行串口通信。

4 系统软件设计

4.1 通信协议

由于人体健康智能监测服装系统无线传输的数据量大,为确保在无线传输过程中,智能监测服装和上位机之间传输数据的可靠性,需要制定相应的通信协议。

本系统采用的GSM传输数据帧结构由帧头、用户地址编码、用户跌倒标识、用户生理信息异常标志、生理信息数据、经度、纬度、CRC校验部分、帧尾组成,其结构如表1所示[4]。

在工程应用中,因噪声干扰产生的数据为0x FF或Ox00的概率很低,因此发送数据帧时以0x FF为帧头,以0x00为帧尾,可避免数据接收错误或未接收完。当接收机检测到0x FF字节后开始接收数据,检测到0x00字节后表示接收一帧数据完毕,准备接收下一帧数据。用一个字节的地址编码来区别不同的用户使用的智能监测服装系统。数据校验采用CRC校验方式,若该帧CRC校验正确,则说明接收到的该帧数据有效,否则表示该帧数据传输出错,舍弃该帧数据。

4.2 程序流程图

人体健康智能监测服装定时唤醒电子血压计对用户生理特征进行监测,并定时采集用户的体温和加速度,然后将采集的数据与预先设定的正常值进行比较,将比较结果与生理特征数据每隔一定时间通过TC35i模块通过数据帧结构发送给接收机,接收机将有效数据提取出来通过串口发送给PC机。若用户生理特征数据一旦超过正常范围,则智能监测服装通过TC35i模块将用户异常数据实时发送给接收机,接收机及时将数据传给上位机,并且智能监测服装自动呼叫120对用户进行抢救,同时智能监测服装向用户亲属的手机发送预警信息[5]。人体健康智能监测服装主函数程序流程图如图3所示。

PC机对用户生理特征数据做简单分析及存储,若数据出现异常,发出语音报警信号,同时将用户近期的生理特征数据通过Internet网络发送给远端医护人员,供其对用户病情做初步诊断,以便对用户进行及时救疗。

5 结束语

本文设计的人体健康智能监测实验服系统在棉服上布置生理特征传感器、电源、液晶显示器、跌倒检测模块、GPS定位模块、语音模块和无线通信模块等硬件,其实物图如图4所示。在布置过程中使用杜邦线代替导电织物,使用普通电路板代替柔性电路板,使用普通液晶显示器代替柔性显示器,使用Li-Po电池代替微型高容量电池,忽略了系统所用材料及衣服的舒适度等问题。为验证其可行性、有效性和实用性,对用户进行了测试。

测试结果表明:人体健康智能监测实验服系统能够准确的对用户生理特征进行监测,能达到生理特征信息异常、跌倒语音报警,同时监测人员通过PC机能够及时的了解用户的生理特征信息。经过实验检验,智能实验服系统运行可靠、稳定、准确,实时监测能力强,便于广泛应用于未来医疗的监护工作,具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]蔡敬海,安志勇,段洁等.基于AT90S8535单片机的新型呼吸频率检测计的设计[J].仪器仪表用户,2008,15(5):53-55.

[2]田永毅,卢庆林.基于GSM的远程医疗呼救系统设计[J].电子设计工程,2014,5(22):172-174.

[3]陈炜,佟丽娜,宋全军等.基于惯性传感器的跌倒检测系统设计[J].传感器与微系统,2010,29(8):117-119.

[4]徐彦琦,刘雅婧.基于GSM短消息的编解码及编码实现[J].信息安全与通信保密,2007,(5):56-58.

[5]曹辉,李艳霞,何波等.远程脉搏血氧饱和度监测系统设计[J].中国水运,2008,8(9):102-104.

智能监测 篇2

【摘要】电力设备在正常工作时都会产生发热现象，线路、设备等的连接处此种现象会更加明显，长期如此会加速电力设备线路等的老化，引起电力设备的绝缘性 能下降，加之外界环境对电力设备的负面影响，更会使老化现象加剧，严重的可能引起重大的电力事故，造成难以弥补的人员伤害或重大的经济损失。以往的电力设 备的温度检测是靠工作人员定期完成的，费时费力，工作效率极低，而且不能及时发现潜藏的隐患，有些电力设备的焊点与接头位于不便触及的里端，这又给检测人 员带来了极大的不便。为解决上述问题，电力设备的智能无线温度监测系统应运而生。

【关键词】电力设备;智能化;无线技术;温度;数据收集

1、智能无线温度监测系统的工作原理

智能无线温度监测系统被设定成三个子系统，分别是采集系统、汇总系统、监测系统。三个子系统通力协调工作，实现了电力设备温度的实时、准确、便捷的智能无线监测。

智能无线温度监测系统的三个子系统间的连接方式是不同的，无线通信方式是应用于采集系统和汇总系统之间，而通信线缆则是使用在汇总系统与监测 系统之间，即一个无形，另一个有形。对应部位的热感应元件将其所监测到的温度信息通过无线通信设备传输到汇总系统的总站，总站将会对收集到的所有温度信息 进行分类整理、分析并处理，再将处理完毕的数据信息传输到监测系统的监测计算机上。同时，调节端监测计算机也将收到同样的数据信息。监测计算机对接收到的 数据信息进行二次处理分析，当处理所得数据结果超高设定的极限值时，监测计算机就会发出警示信号。每个总站可以管理数百个子站，信息量的采集将是非常巨大 的。

2、智能无线温度监测系统的组成

2.1采集系统

通过将热敏电阻、传感器等热感应元件安装在容易因工作而产生不正常散热的`部位，实时的对温度数据进行测量与采集工作，并将采集到的信息发送出去。交流电作为长期供能电源及太阳能电池板作为的后备电源(确保突然断电后的数据持续收集的)是采集系统的正常工作的依靠。

2.2汇总系统

信息汇总系统主要由无线接收装置构成，在收集到采集系统所传递而来的数据信息后，再传递给总站，总站接收到分站的温度数据之后，继而再将其传递给当地监视系统，与此同时还将温度数据传递给调节终端。实时温度变化同样被调节终端监视，如此便避免了无人监测的情况。

2.3监测系统

监测系统又可以细分为站级监测系统和调节端监测系统。用于监测系统的计算机直接接受总站所传递的温度信息等数据，并与总站是直接通信的关系。 监测计算机对总站所传递来的数据信息进行汇总、整理、分析后，存储于特定的数据存储库(可以对数据库进行灵活改动，比如扩容)。监测计算机可以对数据信息 进行报表统计，准确记录处于何时、何地、何种状况下的温度情况。同时，监测计算机在温度越过某一设定极限值时会有警示信号出现。监测计算机的另一个便捷之 处在于，可以根据需要进行任何时间段的任何部件的温度查询。调节端监测系统的数据信息传输用到的是汇集系统的通讯管理器，通过数据传输线缆直接传输到 PCM设备之中，在经过线缆转送给调节端，经PCM的数据信息还可以作为存储资料被下载到调节端监测计算机。

3、智能无线温度监测系统的特点

3.1免于布置排线

因为采用了无线传输设备，所以不用布置排线，热感应元件的安装更方便。

3.2免于经常的维护

智能无线温度监测系统都是整体化设计，所以免于维护。

3.3节能

智能无线温度监测系统的各个部分均采用节能、低功率消耗设置，同时应用太阳能电池板更是绿色节能。

3.4警示系统更完善

当温度过高时，总站智能终端电源，后台监控系统能够及时发出警报。

3.5稳定性更高

智能无线温度监测系统中的设备均有坚实的外壳保护，同时又有静电保护。数据在传递过程中安全、稳定，能够抵抗外界的干扰。

3.6具有较好的兼容性

能够应用更多的应用软件和控制系统。

4、智能无线温度监测系统与传统监测间的对比

4.1智能无线温度监测系统由于装有位于各个需要测量的部位的热感应元件的帮助，这使得数据的采集与监测具有了实时性、连续性和准确性的优 点，通过对每年、月、日甚至每小时的温度数据的变化情况，总结出电力设备不同部位的相应温度的变化规律，确定出其温度规律的峰值，有效的对电力设备的工作 稳定性就行预见性分析，消除潜在的威胁。而传统的电力设备温度的监测是依靠监测人员定期的监测与测量才能得出的，传统的电力设备温度的监测耗费大量的人力 物力，由于人类生理的局限性，所测得的数据存在不确定误差，甚至会出现错误，而且潜在的故障威胁不能及时发现并作出应有的处理，致使出现不必要的人员或财 力的损失。

4.2智能无线温度监测系统对数据的处理速度以及对故障的预见性分析是人类所不能比拟的，其所存储的数据信息能够被极其方便的调阅，对数据信 息的存储量也是相当的巨大。而传统的监测数据信息要进行存储就需要建立专门的存档管理机构，而且常年所存储的信息量是无妨想象的，要对某段数据进行查阅也 是极为不便的，费时费力，极不现实，而智能无线温度监测系统则解决了上述所存在的所有问题。

4.3智能无线温度监测系统的应用软件简单，操作方便，减少人员培训上岗时间。而传统的监测测量则需要专门的工作人员进行培训。

5、智能无线温度监测系统的后台监控功能

5.1热感应元器件所监测的部位的温度能够实时的传递给监控计算机并于显示屏上呈现出来，出现警示温度时的时间及故障位置都会以数据的形式保存起来，保存期限可长达数年。

5.2可设置警示音的类型，如可以以真人语音的形式播报出来或者以文字警示的方式显示到屏幕上。

5.3监测计算机所监测到数据信息可以以年、月、日等为单位用线性图或者表格的形式一目了然的展现出来，也可以直接抽查或打印出来。

5.4当智能无线温度监测系统中的任何部件出现问题时(如电源故障、信号传输中断等)，都会有警示出现，及时警示给工作人员。

5.5都可以实现对监测位置的编码、命名处理，方便系统化管理。

6、智能无线温度监测系统国内外现状

在国外许多国家，智能无线温度监测技术的发展极为迅速，它被广泛应用到了人们生活中的吃穿住行。当传统的监测方式产生多年后，智能无线温度监 测系统在万众期待中登上了历史舞台，监测技术从此掀开了新的一页。现今已经不仅仅局限于电力设备的维护方面了，精密生产线、医疗系统、农业方面都已成熟融 合。智能无线温度监测系统在电力方面的应用，也是国外首创的。

在中国国内，智能无线温度监测技术的起步就相对较晚了，但凭借着多年的不懈努力终于成功由实验走到了实验。智能无线温度监测技术的应用范围之 广已不用过多阐述，将其应用在监测温度的设备上已是非常常见的了。智能无线温度监测技术最突出的优点就在于不需要布线，用智能无线温度监测技术监测温度还 突出了其准确简洁的优势。目前，智能无线温度监测技术仍在朝着攻克减小功耗、增加传输距离的技术难题努力。

【参考文献】

[1]高人伯.数据仓库和数据开采相结合的决策支持新技术.计算机世界.

[2]任玉珑,王建,牟刚.基于CA模型的电力设备全寿命周期成本研究.工业工程与管理，,(5)：56-70.

[3]赵新民.智能仪器原理及设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

[4]吴正毅.测试技术与测试信号处理.北京：清华大学出版社，1988.

[5]陈焕生.温度测试技术及仪表.北京：水利电力出版社，1987.

[6]王建民,曲云霞.机电工程测试与信号分析.北京：中国计量出版社,.

智能大棚监测控制系统设计 篇3

摘要：本文主要介绍以IAP15F2K61S2单片机为核心，以温度、湿度等传感器为主要外围元件的大棚自动监测控制系统。详细的介绍了系统的设计方案、设计原理和特点等问题。该系统可以实现对大棚的温湿度、光照度、土壤湿度和CO2浓度等参数的实时监测，并由单片机进行实时控制，从而使蔬菜生长环境实现自动控制，节省了人力，提高了控制质量产生了良好的经济效益，不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。

关键词：智能大棚；单片机；监测控制

一、概述

近年来，移动通信技术已经实现了全国联网和漫游，且网络覆盖范围大、性能稳定。本设计是基于现有GSM短信息功能的大棚自动控制系统，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定。

智能温室是近几年逐步发展起来的一种资源节约型高效设施农业技术，它是在普通日光温室的基础上，结合现代化计算机技术、智能传感技术等高科技手段发展起来的，是集农业科技上的高、精、尖和计算机自动控制技术于一体的先进农业生产设施，是现代化农业科技向产业转化的物质基础。伴随着GSM网络发展，智能大棚监测控制系统已经开始广泛应用于温室大棚智能化管理中。

二、智能大棚监测控制系统设计原理

本系统是利用IAP15F2K61S2单片机把传感器采集的有关参数转换为数字信号，并把这些数据暂存起来，与给定值进行比较，经一定的控制算法后，给出相应的控制信号进行控制。系统还可以经过串行通信接口将数据传送至上位机，从而完成数据管理、智能决策、历史资料统计分析等更为强大的功能，并可以对数据进行显示、编辑、存储及输出。

环境检测由AM2301数字式温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器和YL-38光强传感器等组成，分别检测温室大棚的空气温湿度、烟雾浓度、光照度。通过这些外围传感器进行数据采集，并将采集到的数据显示在液晶12864上，当检测到用户的状态请求时，主控通过GSM模块将信息发送到用户手机上。在待机状态下，主控不断监测键盘或GSM的控制指令，根据不同的指令控制相应的继电器，控制通风、喷灌和加热等装置。

三、智能大棚监测控制系统设计方案

（1）空气温度测量。温度传感器的种类多，选择余地大，本系统采用AM2301数字温湿度传感器。AM2301是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，能够确保产品具有极高的可靠性与卓越的稳定性。在系统中，AM2301将数据直接送入IAP15F2K61S2，通过单片机内部的10位A/D采集信号，设置为第1路信号，精确到0.5℃，可满足应用要求。

（2）空气湿度测量。采用AM2301的湿度测量模块，调理后，送入主控芯片，设置为第2路信号。由于AM2301有0.70%RH的温度系数，在信号调理电路中进行了温度补偿，在35%～85%RH范围内可精确到2%RH。

（3）土壤湿度。土壤水分传感器采用不锈钢管和一段钢丝制成，长20cm，不锈钢管和钢丝之间留1cm的距离并保持平行放置，将二者用绝缘材料固定。通过测量不锈钢管和钢丝之间的电阻来测量土壤水分，采用电阻桥和运算放大器OP07调到0～5V的范围，再经过模数转换器送入单片机。

（4）烟雾测量。采用烟雾传感器，通过电位器设定烟雾指标补偿，然后送入单片机的I/O，经滤波处理后，判断是否达到设定阈值，实现报警。

（5）通信模块。采用TC35i通讯模块，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定，结构简单、运行灵活、经济可靠。而且可以实现远程控制（跨省、跨区域）。另外，还采用ZigBee模块用于实现上位机与大棚之间的通讯，节省成本，操作简单。

（6）控制功能及实现。在本系统中，主机通过接受键盘或GSM的控制信号来控制相应的继电器驱动电路，由继电器来控制通风、喷灌、加热和卷帘等装置。本系统能够实时采集温室内的空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，通过12864液晶进行数据显示。当环境参数超过设定值时，系统会自动报警，并把参数信息发送到用户手机，寻求处理方案。而且用户还可以通过按键来现场控制。例如控制卷帘电机、鼓风电机、水泵等机械设备的运转，以维护大棚的正常运行。在用户的请求下还可以通过GSM模块以短信的形式将大棚的环境参数发送到用户手机，以实现对大棚的远程监测。在待机模式下，用户也可用手机远距离控制大棚中各种机械设备的工作，以实现远程控制。系统全景图如图1所示。

四、结语

本设计为闭环控制系统，由IAP15F2K 61S2单片机、A/D转换电路、温度检测电路，湿度检测电路、控制系统组成。温度检测电路将检测到的温度转换成电压，该模拟电压经A/D转换后，进入IAP15F2K61S2单片机，单片机通过比较该温度与设定温度来控制风扇或加热装置驱动电路，当大棚内温度在设定范围内时，单片机不对风扇或加热装置发出指令。实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的监测控制，并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理，使大棚环境得到了良好的控制。

【参考文献】

[1]郭辉. C语言程序设计[M].北京：中国传媒大学出版社，2010

[2]冯文旭.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2011

电池温度智能监测系统设计 篇4

关键词：电池温度,无线传输,DS18B20,热敏电阻

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源, 在电力、通信、军事等领域中得到了广泛的应用。温度是蓄电池的一个重要参数, 它可以间接地反映电池的性能状况, 并且根据此温度参数可以对电池进行智能化管理, 以延长电池的寿命。在蓄电池组充放电维护及工作工程中, 电池内部产生的热量会引起电池的温度发生变化, 尤其是蓄电池过充电、电池内部电解液发生异常变化等原因均可能造成电池温度过高而造成电池损坏。传统上用人工定时测量的方法, 劳动强度大、测量精度差, 工作环境恶劣, 尤其是不能及时发现异常单体电池, 容易导致单体电池损坏, 甚至导致整组电池故障或损坏;基于总线结构的有线多点温度监测系统, 能够实现温度的智能化测量, 但存在布线繁多复杂、维护扩展困难等不足。鉴于此, 设计了一种基于单总线温度传感器和无线收发模块的电池温度无线监测系统, 能够有效地克服热敏电阻测温和总线结构控制系统的不足, 有利于提高蓄电池性能监测的智能化水平。

1 单总线温度传感器DS18B20[1,2,3]

1.1 DS18B20 芯片特性

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的新一代适配微处理器的智能温度传感器, 它将温度传感器、A/D转换器、寄存器及接口电路集成在一个芯片中, 采用1-wire总线协议, 可直接数字化输出、测试。与其他温度传感器相比, 具有以下主要特性:采用独特的单线接口技术, 与微处理器相连仅需一根端口线即可实现双向通信, 占用微处理器的端口较少, 可接收大量的引线和逻辑电路;使用中不需要任何外围电路, 全部传感元件及转换电路都集成在形如一只三极管的集成电路内;测温范围-55～+125 ℃, 精度可达±0.5 ℃, 可编程9～12位A/D转换精度, 测温分辨率可达0.062 5 ℃, 可实现高精度测温;测量结果直接输出数字温度信号, 同时可传送CRC校验码, 具有极强的抗干扰纠错能力;支持多点组网功能, 多个DS18B20可挂在总线上, 实现组网多点测温。适应电压范围宽:3.0～5.5 V, 在寄电源方式下可由数据线供电;DS18B20与单片机连接如图1所示, 单总线器件只有一根数据线, 系统中的数据交换、控制都在这根线上完成, 单总线上外接一个4.7 Ω的上拉电阻, 以保证总线空闲时, 状态为高电平。

1.2 DS18B20 的控制时序

DS18B20与微处理器间采用的是串行数据传送, 在对其进行读写编程时, 必须严格保证读写时序, 否则将无法读取测温结果。DS18B20控制时序主要包括初始化时序、读操作时序和写操作时序[4], 如图2所示。

(1) 初始化时序。

时序见图2 (a) , 主机总线t0时刻发送一复位脉冲 (最短为480 μs 的低电平信号) 接着在t1时刻释放总线并进入接收状态, DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15～60 μs , 接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲 (低电平持续60～240 μs) , 如图中虚线所示。

(2) 写操作时序。

当主机总线t0 时刻从高拉至低电平时, 就产生写时间隙。从t0 时刻开始15 μs之内应将所需写的位送到总线上, DS18B20在t0后15～60 μs间对总线采样, 若低电平写入的位是0, 若高电平写入的位是1, 连续写2位的间隙应大于1 μs , 见图2 (b) 。

(3) 读操作时序。

当主机总线t0时刻从高拉至低电平时, 总线只需保持低电平6～10 μs 之后, 在t1时刻将总线拉高, 产生读时间隙, 读时间隙在t1时刻后到t2 时刻前有效, t2～t0为15 μs, 也就是说, 在t2时刻前主机必须完成读位, 并在t0后的60～120 μs内释放总线, 见图2 (c) 。

2 系统硬件结构

监测系统主要由温度监测节点、主控单元和上位机等3部分组成, 系统结构如图3所示。温度监测节点分布在蓄电池组的各个单体电池上, 采集各单体电池的温度信息, 通过无线网络传输给主控单元;主控单元与所有监测节点进行通信, 接收上位机的命令和来自监测节点的温度信息, 并将温度信息上报上位机;上位机实时显示蓄电池的温度信息, 并对数据进行分析处理, 根据设定的报警门限启动告警程序, 及时发现异常电池。

2.1 温度监测节点设计

温度监测节点的功能是完成对单体电池的温度信息采集、处理和无线数据传输。采用单片机控制无线收发芯片nRF2401和单总线数字温度传感器DS18B20来实现温度的智能测量, 主要包括单片机系统、温度采集电路、无线收发电路、显示电路、告警电路和电源等组成, 其硬件结构如图4所示。

DS18B20测温电路如图1所示, 用热传导的粘合剂将DS18B20粘附在蓄电池的表明, 管芯温度与表面温度之差大约在0.2 ℃之内[5]。利用nRF2401无线收发芯片实现无线传输, nRF2401 是一个单片集成接收、发射器的芯片, 工作频率范围为全球开放的2.4 GHz 频段。它内置了先入先出堆栈区、地址解码器、解调处理器、GFSK滤波器、时钟处理器、频率合成器, 低噪声放大器、功率放大器等功能模块, 需要很少的外围元件, 使用起来非常方便。在本系统中nRf2401 通过P2 口与单片机进行通信, AT89S51 的P2.0 和P2.1 口分别与nRF2401 的CLK1, DATA 相连接。nRf2401 的CS 是片选端, CE 是发送或接收控制端, PWR_UP 是电源控制端, 分别由单片机的P2.3, P2.4 和P2.5 引脚控制。nRF2401 的DR1 为高时表明在接收缓冲区有数据, 接单片机的P2.2[6,7,8] 。

由于nRF2401 的供电电压范围为1.9～3.6 V , 而AT89S51 单片机的供电电压是5 V, 为了使芯片正常工作, 需要进行电平转换和分压处理, 设计采用MAXIM 公司的MAX884 芯片进行5 V到3.3 V 电平转换, 如图5所示。

2.2 主控单元设计

主控单元和监测节点组成无线网路, 通过主控单元实现上位机和监测单元的数据通信。主控单元的基本结构和监测单元类似, 主要由单片机系统、无线收发模块、显示电路、串行通信电路及电源等组成。

串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议, 大多数计算机包含2个基于RS 232的串口, PC的串行口是RS 232C电平, 而单片机的串行口是TTL电平, 两者之间通过串口通信时, 必须进行电平转换, 设计运用MAX232A芯片完成单片机与PC之间的数据传输, 硬件连接电路如图6所示[9]。

3 控制程序设计

系统控制程序主要由单总线测温控制程序、无线收发控制程序和上位机监测程序等组成。单总线测温程序负责单总线设备初始化、采集电池温度并传送给nRF2401模块;无线收发控制程序主要功能是负责无线网络的组建和数据信息的无线传送;上位机监测程序的主要功能是通过串口和主控单元进行数据通信, 实时显示并存储数据信息。以监测节点为例, 图7是监测单元的程序流程图, 监测单元首先进行初始化, 主要包括单片机系统的通信、中断及定时的初始化等, 然后采集单体电池的温度信息、保存并用数码管显示, 实时监测主控单元的数据传送命令, 如果有就将电池的温度数据通过无线模块发送出去。

4 试验结果

设计了试验样机, 监测节点试验电路实物如图8所示, 在室内进行了温度测试, 采用4个监测节点, 分别在距离主控单元4 m, 8 m, 12 m的距离进行了试验, 试验数据如表1所示。

从表1可以看出, 温度的测量精度可达±0.3 ℃, 无线传输的准确率较高, 能够满足无线温度监测的需要。

5 结 语

本文针对蓄电池组中单体电池的温度监测问题, 设计了基于DS18B20数字温度传感器和无线收发芯片组成的远程无线监测系统。系统由上位机、主控单元和多个监测单节点组成, 主控单元通过串口与上位机进行通信。与传统的有线多点温度测量系统相比, 具有布设、扩展、维护及更新方便等特点, 有一定工程实际应用价值。

参考文献

[1]张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术, 2010 (4) :68-70.

[2]江世明, 刘先任.基于DS18B20的智能温度测量装置[J].邵阳学院学报, 2004 (4) :28-30.

[3]王守中.51单片机开发入门与典型实例[M].北京:人民邮电出版社, 2008.

[4]刘长勇, 叶希梅.基于DS18B20的温度测量装置的设计[J].鲁东大学学报, 2009, 25 (3) :225-228.

[5]钱江, 凌朝东.智能型的铅酸蓄电池管理系统[J].单片机与嵌入式系统应用, 2009 (4) :56-58.

[6]王晓红.基于nRF2401的无线数据传输系统[J].太原师范学院学报, 2006, 15 (1) :64-66.

[7]朱颖莉, 罗玉峰, 刘玉莹.基于nRF2401的滚动轴承振动检测系统的设计[J].工矿自动化, 2009 (8) :129-131.

[8]丁彦闯, 韦佳宏, 刘光哲.基于nRF2401的分布式测温系统设计[J].电子测量技术, 2008, 31 (12) :107-109.

智能监测 篇5

汽车轮胎智能监测系统项目合作意向书1

项目名称：“汽车轮胎智能监测系统”

甲方：

乙方：

甲乙双方经友好协商，同意以“深圳市海盾安全电子科技有限公司”作为产业化基地，进行“汽车轮胎智能监测系统”的产业化实施，具体条款如下：

1、甲乙双方同意将该项目技术作价人民币壹仟贰佰万元；由甲方及参与研发人员提供技术服务，乙方负责产品化及市场营销的实施。

2、乙方每支付技术费人民币壹拾贰万元给甲方，将取得该项目的1％股权。乙方具体出资金额及控股比例，双方另行沟通并签定合作合同书，本合作意向于甲乙双方的合作合同书签定后生效。

3、若乙方支付的技术费高于人民币陆佰壹拾贰万元，即乙方对该项目的控股比例高于51％，甲方不得对项目剩余作价比例进行再转让等处理；若乙方支付的技术费低于人民币贰佰肆拾万元，即乙方对该项目的控股比例低于20％，甲方有权独自继续对项目剩余作价比例进行再转让等处理。

4、在合作意向书生效后，该项目所有知识产权属甲乙双方共同所有。甲方不得再对该项目的扩充版、升级版、变形版本单独转让，且对该项目的核心及相差技术负有保密的义务，违约将追究法律责任。

5、甲乙双方将根据具体情况签署阶段性实施计划书。

6、未尽事宜，将友好协商解决。

甲方(公章)：_________乙方(公章)：_________

法定代表人(签字)：_________法定代表人(签字)：_________

_________年____月____日_________年____月____日

汽车轮胎智能监测系统项目合作意向书2

项目名称：“汽车轮胎智能监测系统”

甲方：深圳信息职业技术学院

乙方：深圳市海盾安全电子科技有限公司

甲乙双方经友好协商，同意以“深圳市海盾安全电子科技有限公司”作为产业化基地，进行“汽车轮胎智能监测系统”的产业化实施，具体条款如下：

1、甲乙双方同意将该项目技术作价人民币壹仟贰佰万元；由甲方及参与研发人员提供技术服务，乙方负责产品化及市场营销的实施。

2、乙方每支付技术费人民币壹拾贰万元给甲方，将取得该项目的1％股权。乙方具体出资金额及控股比例，双方另行沟通并签定合作合同书，本合作意向于甲乙双方的合作合同书签定后生效。

3、若乙方支付的技术费高于人民币陆佰壹拾贰万元，即乙方对该项目的控股比例高于51％，甲方不得对项目剩余作价比例进行再转让等处理；若乙方支付的技术费低于人民币贰佰肆拾万元，即乙方对该项目的控股比例低于20％，甲方有权独自继续对项目剩余作价比例进行再转让等处理。

4、在合作意向书生效后，该项目所有知识产权属甲乙双方共同所有。甲方不得再对该项目的扩充版、升级版、变形版本单独转让，且对该项目的核心及相差技术负有保密的义务，违约将追究法律责任。

5、甲乙双方将根据具体情况签署阶段性实施计划书。

6、未尽事宜，将友好协商解决。

甲方：深圳信息职业技术学院乙方：深圳市海盾安全电子科技有限公司

代表签字：xxx代表签字：xxx

日期：xx年xx月xx日日期：xx年xx月xx日

汽车轮胎智能监测系统项目合作意向书3

项目名称：“汽车轮胎智能监测系统”

甲方：

乙方：

甲乙双方经友好协商，同意以“深圳市海盾安全电子科技有限公司”作为产业化基地，进行“汽车轮胎智能监测系统”的产业化实施，具体条款如下：

1、甲乙双方同意将该项目技术作价人民币壹仟贰佰万元；由甲方及参与研发人员提供技术服务，乙方负责产品化及市场营销的实施。

2、乙方每支付技术费人民币壹拾贰万元给甲方，将取得该项目的1％股权。乙方具体出资金额及控股比例，双方另行沟通并签定合作合同书，本合作意向于甲乙双方的`合作合同书签定后生效。

3、若乙方支付的技术费高于人民币陆佰壹拾贰万元，即乙方对该项目的控股比例高于51％，甲方不得对项目剩余作价比例进行再转让等处理；若乙方支付的技术费低于人民币贰佰肆拾万元，即乙方对该项目的控股比例低于20％，甲方有权独自继续对项目剩余作价比例进行再转让等处理。

4、在合作意向书生效后，该项目所有知识产权属甲乙双方共同所有。甲方不得再对该项目的扩充版、升级版、变形版本单独转让，且对该项目的核心及相差技术负有保密的义务，违约将追究法律责任。

5、甲乙双方将根据具体情况签署阶段性实施计划书。

6、未尽事宜，将友好协商解决。

甲方：

乙方：

______年______月_______日

汽车轮胎智能监测系统项目合作意向书4

甲方：xxx学院

乙方：xxx有限公司

甲乙双方经友好协商，同意以“深圳市海盾安全电子科技有限公司”作为产业化基地，进行“汽车轮胎智能监测系统”的产业化实施，具体条款如下：

1、甲乙双方同意将该项目技术作价人民币壹仟贰佰万元;由甲方及参与研发人员提供技术服务，乙方负责产品化及市场营销的实施。

2、乙方每支付技术费人民币壹拾贰万元给甲方，将取得该项目的1%股权。乙方具体出资金额及控股比例，双方另行沟通并签定合作合同书，本合作意向于甲乙双方的合作合同书签定后生效。

3、若乙方支付的技术费高于人民币陆佰壹拾贰万元，即乙方对该项目的控股比例高于51%，甲方不得对项目剩余作价比例进行再转让等处理;若乙方支付的技术费低于人民币贰佰肆拾万元，即乙方对该项目的控股比例低于20%，甲方有权独自继续对项目剩余作价比例进行再转让等处理。

4、在合作意向书生效后，该项目所有知识产权属甲乙双方共同所有。甲方不得再对该项目的扩充版、升级版、变形版本单独转让，且对该项目的核心及相差技术负有保密的义务，违约将追究法律责任。

5、甲乙双方将根据具体情况签署阶段性实施计划书。

6、未尽事宜，将友好协商解决。

甲方：xxx学院乙方：xxx有限公司

代表签字：xxx代表签字：xxx

智能监测 篇6

【关键词】高速铁路；信号系统；智能监测技术

前言

目前，我国已经成为世界上高速铁路运营里程最长、运营速度、建设规模最大的国家，而且随着我国信息技术的不断发展，我国的高速铁路信号技术和设备逐步由原来的单一转向了综合性、系统化的发展趋势，逐步建立了高速铁路信号系统监测综合自动化系统，以切实保障列车的安全、稳定运行。但是目前我国高速铁路信号系统的维修维护模式仍比较传统，采用的是人工检修为主的方式，虽然建立了铁路信号监测系统，但是由于各个监测系统之间没有形成一个整体，缺少互联互通，所监测到的数据也由于综合性、关联性不强而无法实现有效共享。但是随着我国社会经济的快速发展，高速铁路会成为未来的运输主力，针对高速铁路信号系统监测技术存在的弊端，我们必须要给予高度重视，利用先进的网络技术和控制设备对信号设备的运行状态进行全面、科学、实时监测与记录，实现真正意义上的现代化高速铁路信号系统，切实保障列车的安全运行。

一、我国高速铁路信号监测系统系统

（一）信号集中监测系统

信号集中监测系统，英文简称为CSM。它是一种三级四层体系架构，具有检测、信息储存、报警、状态再现等重要功能。CSM主要是通过CAN总线与信号机、电源屏、信号电缆、采集转撤机、轨道电路等多个信号设备的电气参数模拟量信息、部分开关量信息进行实时联系，同时CSM为了获取信息信息，还以通信接口的方式与CBI、TCC、ZPW2000轨道电路等设备的维修机进行连接。对于工作人员来说，在进行现场设备工作状态监测与诊断时，可以借助CSM设备，从而发现故障，更好的开展现场的维修工作。

（二）列控监测检测子系统

列控监测检测子系统的功能非常重要，对于列车运输过程的实时数据都能够进行不同程度的采集和处理。列控监测检测子系统主要包括： 车载司法记录器（JRU）、RBC维护终端、维护终端临时限速服务器 TSRS以及微机联锁电务终端。每个装置都有其重要的功能。其中车载司法记录器（JRU）是安装在列车上，主要对列车运行有关的安全数据进行记录，例如司机动作信息、输出常用制动命令或者紧急制动命令信息、输入信息、速度信。设置在RBC监控室的RBC维护终端主要用于查阅CTC系统的通信状态、RBC系统的工作状态以及C3列车的运行状态等。微机联锁电务终端是用于诊断计算机联锁系统故障，而临时限速服务器TSRS主要是诊断、管理与维护TSRS故障。

（三）GSM-R 通信监测系统

GSM-R通信监测技术主要包括两大检测装置，即GSM-R网管监测和通信接口监测。其中GSM-R网管具有告警管理、配置管理、故障管理等多项功能，可以对列车信号系统的工作状态进行实时监控，从而保障列车安全、稳定运行。而GSM-R接口监测主要是实时监测GSM-R网络重要接口，可以对网络接口的信令、业务数据进行跟踪与记录，并对异常网络事件进行分析，供GSM-R在线用户进行历史数据查询，监测网络状况等。

三、我国高速铁路信号监测系统技术现状分析

近年来我国在高度铁路信号系统技术方面也取得了一定的成就，围绕信号系统监测与维护也积极展开了很多工作，已经逐步将信号集中监测以及各种列控设备的管理与维修投入正常的使用中，但是在肯定这些成就的同时，我们还需要看到其不足，其和我国的高速铁路发展规模还存在很多不协调之处。

（一）信号系统监测设备之间缺少互联互通、监测数据关联性不强

对于我国铁路信号监测设备来说，信号集中监测系统是其的核心设备，信号集中监测系统主要对轨道电路、电源屏、转撤机、信号机、信号电缆等设备的电气参数和部分开关量信息进行实时监测，同时还连接ZPW2000轨道电路、TCC等设备的维修机，以此来获取有效的监测信息。但是信号集中监测系统却那些动态监测设备（DMS）、RBC维护终端等设备之间的连接性不强，缺少互联互通，因而监测的数据关联性、综合性也不是很强。如果列控系统出现了故障，信号集中监测系统无法实现自我诊断故障原因，还必须要依靠人工去完成检测与维修，这样检测、维修的效率就会大大降低。

（二）设备状态的智能分析与预测实施到位

列车在运行过程中必须要保障一切设备都处于良好的运行状态，一旦任何一个环节出现问题，极有可能造成严重的后果。因此在列车运行中，需要铁路信号各种监测设备存储和记录了大量的监测数据。但是铁路信号各种监测设备无法利用智能分析软件深度挖掘所记录的历史数据，进而也就无法准确分析道岔转辙机、轨道电路等设备的运用状况。

（三）通信网管及信号设备监测数据不能共享

目前，GSM-R已成为了列车控制与调度指挥系统的重要组成部分，主要负责CTCS-3级列控系统的车-地信息传输情况。但是在高速铁路运行过程中，我们会经常遇到通信超时、脱网等状况，这直接影响到了列车控制与调度指挥系统的正常工作。由于通信网管及信号设备监测数据不能实现共享，也就无法有效分析通信信号结合部分的故障问题，例如无线电干扰、信号地面设备、传输设备问题等问题，在第一时间内无法准确确定故障原因，也制约着我国列控系统应用的进一步发展。

四、铁路信号系统智能监测技术的未来发展构想

铁路信号综合智能化监测维护系统主要针对目前铁路信号系统的不足而开展的，其能够进一步提高铁路信号监测检测、综合智能分析和辅助决策的能力，从而为完善检测、监测设备功能以及技术集成提供一个发展平台。铁路信号综合智能化监测维护系统的总体构架主要包括三级应用平台，即车站、电务段以及电务处。首先信号集中监测车站系统汇聚来自车站的监测数据，然后将这些数据低昂电务段上传。而电务段将这些数据进一步整合为电务段的数据信息，以供自身的智能化故障分析和预报警。最后电务段通过数据中心将预报警数据向电务处上传，最终电务处在对所有来自电务段的数据信息以及TSRS、RBC、DMS、GSM-R网管等电务段无法获取的系统监测数据整合为自身的数据中心，以进行自我故障诊断。这样一来铁路信号智能化监测维护系统就能够克服掉原有信号系统监测技术存在的弊端。

结语

综上所述，本文主要在分析目前我国铁路信号系统监测技术组成基础上，指出了其中存在的主要问题，并初步提出了建立综合智能化电务监测维护系统的构想，以期更好的适应现代高速铁路的快速发展节奏，但是这个构想的真正实现还需要我们进一步的努力。

参考文献

[1]岳春华.广铁集团电务调度指挥中心的建设与运用[J].铁道通信信号，2013.49（3）：2-7

智能监测 篇7

智能变电站引入了合并单元、智能终端、过程层交换机等过程层智能组件,二次设备种类及数量繁多;并且随着二次设备与一次设备集成与融合,其面临更加严苛的运行环境。另一方面,二次设备在电力系统安全稳定运行中的作用与日俱增,如何有效地管理监测二次设备智能组件状态,并及时作出智能诊断是电力系统安全运行维护必须面对的问题。与此形成尖锐矛盾的是,由于缺乏二次设备在线监测与智能诊断技术的有力支撑[1],目前在实际维检修工作中,仍然是以可靠性维修为核心开展工作,易造成“过度检修”和“检修不足”两大主要问题。

本文提出二次设备在线状态监测与故障智能诊断的功能逻辑框图、体系架构、工程实施中厂站端、调度主站端的功能定位和设备配置方案,并对典型二次设备的故障定位判定逻辑和方法进行了说明。系统可将筛选优化后的在线监测数据及故障专家诊断结果,以可视化的形式传送给调度主站端与变电站运检,为事故的智能诊断分析提供决策依据,有利于提高对调度主站的技术支撑水平,并为二次设备的运行维护决策提供依据,从而促进二次设备检修模式的变革。

1 二次设备在线监测及智能诊断的技术实现思路

系统通过网络采集智能变电站三层设备的运行、自检信息以及两层网络连接状态、实时流量及负荷、通信状态等信息[2],并对采集的数据筛选优化,实现二次系统的在线状态监测;根据全站SCD配置文件,并结合采集、筛选优化的应用数据,利用专家诊断系统实现事故及二次设备的故障智能诊断,为运行检修维护管理提供决策依据。其功能逻辑如图1所示。

1.1 应用数据采集

对智能变电站二次系统(含三层设备两层网络)的应用数据信息进行采集。采集的信息含开关遥信变位信息、SOE事件报文信、保护配置信息及保护动作信息、故障录波信息、二次设备的装置自检及运行状态信息、服务器的CPU负荷率、内存使用率、硬盘使用率、网络通信状态、网络实时流量、网络实时负荷、网络连接状态信息。

1.2 功能实现

系统功能主要包括二次设备在线状态监测和故障智能诊断。二次设备在线监测功能监视二次装置的自检、运行状态、告警、对时状态信息,实现对网络连接状态、实时流量及负荷、通信状态等信息的实时采集和统计,并对数据进行筛选优化;当继电保护动作、二次设备发生故障或异常时,智能诊断功能通过对采集到的相关站内状态数据进行整合,依据专家系统进行智能诊断分析,并将诊断结果进行可视化展示和上传。

2 智能变电站二次设备在线监测和智能诊断体系架构

智能变电站二次设备在线监测和智能诊断系统体系架构如图2所示。系统由二次设备在线状态监测和故障智能诊断装置、通信链路、调度技术支持系统二次设备在线监视模块组成。变电站端的二次设备状态监测和诊断装置由数据采集单元和数据管理单元两部分组成[3]。数据采集单元通过过程层网络获取过程层设备及网络数据;数据管理单元从站控层网络获取站控层、间隔层设备及网络数据,并利用专家系统对采集到的三层设备两层网络状态数据进行综合处理和分析[4],实现二次设备在线状态监测和故障智能诊断功能,并将诊断结果上传至调度主站。调度主站端的二次设备在线状态监测及故障智能诊断功能模块集成于实时监控与预警应用平台中[5]。

3 智能变电站二次设备在线监测和智能诊断的工程实施方案

3.1 厂站端实施方案

变电站端的二次设备状态监测和诊断装置由数据采集单元和数据管理单元两部分组成。装置在安全区划分上按安全I区防护。

3.1.1 数据采集单元

数据采集单元包含数据采集和过程层数据记录的功能。

相量计算及故障录波,实时解析SV、GOOSE、PTP报文,根据配置的通道映射关系,完成各模拟通道U、I、P、Q、功率因数、F、谐波等的计算以及开关量通道的状态采集,同时依据设定的故障录波启动判据,实时监测系统状态,满足条件后启动暂态数据记录,实现系统的故障录波功能,并将启动事件及故障测距结果上送至管理分析单元。

过程层网络报文统计及记录,具备完备的原始报文解析、统计功能,将SV、GOOSE、PTP报文按配置的控制块分类进行字节流量、包流量、SV离散度超差、SV序号跳变、SV失步、双AD异常、GOOSE实变、GOOSE虚变、链路中断、网络风暴等异常计数进行分类统计,并根据设定的异常条件形成异常事件,上传至分析管理单元。

交换机管理功能,与交换机进行MMS或者SNMP协议通信,获取交换机的实时信息,从而进一步分析过程层网络的状态。

3.1.2 数据管理单元

解析SCD文件,生成基于APPID的报文交互逻辑,下装至交换机;从交换机获得报文交互路由表,生成虚拟二次回路图和网络拓扑图。

1)二次设备及二次回路状态监测功能。接收数据采集单元采集、筛选优化的各种数据信息;收集并分类管理装置上送的二次回路实时监测信息,并显示实时状态信息;实时监视在系统中配置的SV控制块、GOOSE控制块、PTP报文、其它网络报文等的总流量、报文速率、断链、异常等统计信息,当满足设定条件的异常情况出现时,给出相应的告警条目。同时还对各单元的运行工况、对时状态、存储状态等进行实时监测显示;网络通信状态分析通过直接采集过程层网络报文,并在线分析报文数据;实时监视及分析网络通信状态。2)二次设备SCD模型文件管理。获得二次设备SCD模型文件,包含二次系统配置信息、过程层虚回路与软压板逻辑关系、网络拓扑、二次回路虚端子连接等;辨识模型变更,全站SCD文件变更后,保证更新后继电保护SCD模型文件的正确性并进行人工确认。3)二次系统可视化。以可视化的方式直观展示二次设备检修及虚回路的连接状态;图形化显示的回路包含交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、联闭锁回路、相应软压板状态及回路功能描述等;根据全站SCD模型自动生成新增设备在线监测信息展示画面。4)二次系统智能诊断。二次系统智能诊断包括监测预警、故障定位功能。监测预警功能通过监视二次装置及网络的运行工况、异常告警及自检信息,实现对装置硬件、网络及二次虚回路的健康状态评估、故障预警;当继电保护动作、二次设备发生故障或异常时,依据专家诊断系统进行智能诊断分析,实现二次装置硬件及二次回路的故障定位[6,7,8]。

3.1.3 工程实施的设备配置及组屏方案

1)系统设备配置及组屏。数据采集单元按过程层网络及所需接入二次设备数量配置。数据管理单元220 k V及110 k V电压等级单套配置,其中110 k V电压等级数据管理单元与数据采集单元集成配置,500 k V双重化配置。数据管理单元同时接入配置的全部数据采集单元,具备对于数据采集单元的配置、管理功能。按照变电站电压等级及工程规模,二次设备在线监测一般设置为1~2面屏柜,每面屏包含1~2个采集单元+1个管理单元+键盘+显示器+鼠标。

2)应用智能交换机。基于智能变电站数据报文的可识别性、报文交互逻辑的规范性和确定性,智能交换机实现了智能站报文基于应用功能的确定性交换,在网络上实现了报文的点对点传输,解决了IED设备的网络配置管理以及虚拟二次回路状态的在线监测问题;并能接受管理单元下装的基于APPID的数据交互路由表,自动识别IED设备,设备迁移时(如改变接入或接口)能自动识别及切换链路,无需人工配置,报文的交换关系是确定的,报文按照路由表进行点对点定向传输;对传输的质量和状态进行监测,异常情况会向管理单元传送告警信息。

3.2 主站端实施方案

厂站端状态监测信息直接发送给站内I区数据通信网关机,利用现有通道将状态监测信息上送到主站端D5000。目前,国调新一代的调度技术支持系统D5000已开发完成。主站端的二次设备在线状态监测及故障智能诊断功能集成于实时监控与预警应用平台中,但目前该应用仅实现对接收到的厂站端状态监测信息,按照继电保护信息专业分类、数据类型分类、告警等级的不同,进行分别数据处理及展示,远景功能尚需扩展、完善。

4 智能变电站二次设备在线监测与智能诊断的故障定位

4.1 故障装置的定位方案

故障装置的定位实现方案为:人工绘制出全站的设备SVG图,并将SCD中的设备关联到SVG图中;依据报文的APPID、目标MAC地址在全站SCD文件中找出相应的MU或保护控制装置,并同时查询出SVG图中相应的装置显示图,依据故障性质显示相应的状态。按照告警级别的不同以声光电的形式提示用户,并且通过后台通信向主子站及后台监控发出告警。

4.2 智能二次设备二次回路中装置故障的判定逻辑

智能二次设备二次回路中装置故障的判定逻辑旨在就具体某个装置的某种故障,从二次回路的链路、协议、模型等多角度多方位的分析检查问题,并就相应问题开出对应的告警及录制相应的故障报文。

1)判定逻辑图

智能二次设备装置故障的判定逻辑如图3所示。

2)MU(SV)类设备故障定位

限于篇幅,此处仅以MU断开故障为例予以原理性说明,同理可对MU失步、MU双A/D采样数据不一致、双套MU采样电流电压不一致等故障进行定位。

MU断开故障告警旨在提示在变电站的网络上或点对点的通信上无法接收到MU发出的报文,此时MU可能是断电、关闭、MU故障或通信线路断开等。对于组网方式的MU,当录波器在设定的时间内未接收到MU的报文,即认为MU断开并开出告警,从最后一帧报文起倒录设定时长报文。同时结合PING方式查寻MU是否回复并结合检查采样值控制块中的Sv Ena,用以确认是MU掉线(包括MU关机、网线断开、死机)或停止发送,如非正常停止发送,即认为MU断开,并开出告警,从最后一帧报文起倒录设定时长Mu Rec Time报文。

3)保护控制装置(即GOOSE)类设备故障定位

限于篇幅,此处仅以保护控制装置断开故障为例予以原理性说明,同理可对保护控制装置失步、保护控制装置超时、保护控制装置丢报等故障进行定位。

保护控制装置断开故障告警旨在提示在变电站的网络上或点对点的通信上无法接收到保护控制装置发出的报文,此时保护控制装置可能是断电、关闭、故障或通信线路断开等。记录、对比最后一帧报文的Time Allowed To Live与当前时间的时间差,若超出设定值则判定保护控制装置断开,从最后一帧报文起倒录设定时长Mu Rec Time报文。

5 结语

本文为二次设备在线监测和智能诊断系统技术实施、推广提出了可供借鉴的思路和方法。作为智能变电站中的新型二次设备,二次设备在线监测和智能诊断系统目前总体尚处于探索研究阶段,装置和回路的相关设计原则和入网检测、采集以及上送调控主站的信息表、与目前站内功能存在重叠的保护信息子站、网络记录分析仪等系统的关系及功能定位尚需结合调控一体化集中监控的需求进行进一步的细化和规范。调度主站端的相关功能模块也需要结合远景的需求不断研发、完善。

摘要：介绍了二次设备在线监测及智能诊断的技术实现思路、体系架构,提出并分析了工程实施中设备配置及具体功能实现方案,通过二次回路的链路、协议、模型等多角度多方位的分析得出故障定位判定逻辑。研究结果对二次设备在线监测与智能诊断的实施具有借鉴和指导意义。

关键词：智能变电站,二次设备,在线监测,智能诊断,状态检修

参考文献

[1]陈绍光.电力系统二次设备状态检修探讨[J].云南水力发电,2011,27(1):106-109.

[2]袁浩,屈刚,庄卫金,等.电网二次设备状态监测内容探讨[J].电力系统自动化,2014,38(12):100-106.

[3]Q/GDW 534—2011变电设备在线监测系统技术导则[S].

[4]朱林,王鹏远,石东源.智能变电站通信网络状态监测信息模型及配置描述[J].电力系统自动化,2013,37(11):87-92.

[5]Q/GDW 680.41—2011智能电网调度技术支持系统第4-1部分:实时监控与预警类应用电网实时监控与智能告警[S].

[6]王俏文,丁坚勇,陶文伟,等.基于层次分析模型的二次设备状态检修方法[J].南方电网技术,2013,7(4):97-102.

[7]王世祥,刘小军,吴海涛,等.二次设备状态检修在、离线数据库建设方案[J].南方电网技术,2012,6(z1):73-76.

温湿度智能监测调节系统 篇8

温湿度智能监测调节系统采用STC89C52型号的单片机,配合(DHT)此系列智能化湿度/温度传感与GSM模块结合。此系统拥有设置上下限阀值自动调节温湿度功能。当系统在自动调节温湿度无效时,并且超过设置的温湿度安全值系统会自动发送报警信息到预先设定好的GSM模块上,将警报信息呈现到指定手机屏幕,使得接收人迅速了解实时情况。例如高压部门,为了防止空气湿度过大造成危害,就会用控制器跟加热器一起,给空气除湿;一些蔬菜大棚,机房等等运用此系统会大大降低人工成本来监测温度并且可以实现自动调节温湿度。由于其体积较小、功能多、并且价格低廉,所以其仍有很大发展空间,能够在很多领域得到应用。

1 设计的实现的两大功能

1.1 温湿度的测量与控制

DHT11采用电阻式感湿元件+NTC测温元件并且有专用温湿度传感技术和数字模块采集技术,这两种技术对使用的稳定性和可靠性就会有很好的保障,拥有体积小、响应时间短、处理速度快、价格低和抗干扰能力强等优点。系统运用DHT11数字传感器对周围环境进行温度与湿度数据的收集,实现对温湿度的智能监测调节。温湿度传感器对采集到的数据进行处理,通过单片机对外围电路的控制并且可通过按键设定温度及湿度的正常范围。当超出温度上限或湿度上限要求系统自动打开降温除湿装置;如果温度或湿度低于设定上限的阀值,要求系统能够自动打开加热、加湿设备从而达到对周围温湿度的控制。

1.2 GSM远程报警

此系统采用华为的GSM模块GTM900。单片机将实现设定好的短信通过AT指令讲短信传递给指定手机号码上。

2 系统电路的设计

2.1 最小系统电路

最小系统电路是整个系统的控制中心,有着极其重要的地位,可以保持整个系统的正常运行。单片机最小系统电路主要有STC89C52单片机、复位电路以及晶振电路组成。复位电路分为通电复位与按键复位。当系统运行中出现程序跑飞或发生死循环,此时复位电路起到的作用相当于系统重启。通电复位就是通电时,电容两端相当于短路,因此RST引脚为高电,当电源通电对电容充电,RST端电压逐渐降低,当降低到某个值时达到低电平。此时单片机正常工作。按键复位为当按下复位按钮时,电容开始放电,RST引脚变成高电平从而达到“系统重启”作用。晶振的选择为11.0592M,其目的是为了方便单片机周期的计算。

2.2 信号采集

湿度传感器是采用DHT11单总线数字型传感器,是一种智能的新型温湿度传感器。该传感器将温度、湿度传感器;信号调理;数字变换;数字校准全部集成到体积极小的芯片当中,利用它可以同时测量目标对象的温度和湿度,并实现数字式输出。内部结构主要包括了相对湿度传感器、放大器、14位A/D转换器、校准存储器、状态寄存器、单总线接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。该传感器的测量原理是首先利用温湿度传感器分别产生相对湿度或温度的信号,然后经过放大,分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错,最后通过单总线接口将相对湿度或温度的数据送至微控器。

3 执行系统的设计

3.1 人机接口键盘输入电路设计

对于温湿度智能监测调节系统其温度控制范围可通过按键设置。首先设定K1为进入温湿度调整界面;设定K2为切换温湿度选项键;K3为增加需要数值功能功能;K4为减少需要数值功能。按下K1键系统将进入湿度控制范围调整界面,此时通过按键K3和K4进行相应的加减调整。当温湿度的范围设定好以后,按下K1键恢复到主屏幕并用LCD1602液晶屏显示当前温度与湿度的范围。

3.2 系统报警部分电路设计

当温湿度智能监测调节系统失控时测量温度超过预设范围,并且超过在单片机内部设置的安全值时,蜂鸣器会启动报警功能。有绿色电路板的是无源蜂鸣器,没有电路板而用黑胶封闭的是有源蜂鸣器,此系统运用的是有源蜂鸣器,是一种一体化结构的电子讯响器。因为里面多个震荡电路,所以有源蜂鸣器往往比无源的贵,但是因为程序控制方便决定了其市场地位。在电路中利用一个三极管来进行电流的放大来驱动单片机的I/O使得蜂鸣器正常工作。软件的设计方法:I/O口的电平实现翻转一次,当蜂鸣器不需要工作的时候,将I/O口的电平变为低电平。蜂鸣器不工作时将I/O口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。

3.3 加热及降温除湿电路设计

当外界环境的温度或者湿度超过预设的需要范围时,单片机会相应的启动加热/降温、加湿/除湿的功能。此系统通过单片机控制四个LED灯的开关来模拟这几种动作。

3.4 GSM部分实现

通讯模块采用华为GTM900,功能说明:<-106dBm正常工作温度:-20°C～+70°C。电源电压:3.3V～4.8V(推荐值3.8V)。协议兼容GSM/GPRS Phase2/2+支持华为GT800协议。可以提供两种格式,使用较为简单的TEXT格式,其优点可以不用编码。因为其模块原始格式为PDU,所以要把模块转换为TEXT的工作状态:AT+CMGF=1;如果想再切换到PDU模式,使用:AT+CMGF=0,用简单的AT命令即可完成操作。当达到单片机内部设定的安全阀值时,温湿度智能监测调节系统会自动将预设在单片机内部的报警短信发送到设定的号码上,使得接收人迅速了解情况。

4 结语

此系统设计与我们的生活息息相关,经过对环境的测试,在正常温度范围内,系统显示正常的示数,当环境温湿度超过一定值时会自动启动相应设备,在超过某个值时,系统的蜂鸣器发出报警声,实现温湿度监控与自动控制。本设计采用数字式温湿度传感器DHT11构建环境参数采集系统,使测试系统具有更好的可靠性和精度。而且在硬件电路设计上更加简洁,不需要太多的外围电路,降低了电路设计要求,使得系统有较高的稳定性与合理性。

参考文献

[1]徐恕宏.传感器原理及其设计基础.北京:机械工业出版社,1988.30-45.

[2]李广第.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,1995,33-64.

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京:电子工业出版社,1 999,21-46.

[4]栾桂冬,张金铎,金欢阳.传感器及其应用.西安:西安电子科技大学出版社,2002,56-70.

六氟化硫智能在线监测系统研究 篇9

因SF6具有稳定性, 所以在相关程序中, 该电器设备在生产运转中, SF6气体向外泄漏往往不可避免;由于电器设备受潮到高压电器设备内部, 会使电器内气体密度下降, 同时由于水含量超过规定的阀值, 给电器设备造成安全隐患。常见的危害主要体现为:SF6气体是一种温室气体, 它的暖化系数 (GWP) 为CO2的24倍, 在国际环境保护京都会议上该气体明确表示为限制排放气体;由于电器设备发生气体泄漏, 导致SF6密度降低, 影响了电气绝缘耐压强度明显下降;当SF6挥发过程中气体遇到电弧放电, 会分解为剧毒性气体, 严重威胁人体健康。因此研究开发SF6智能在线监测系统对于高压电设备安全具有重要意义。

1 六氟化硫在线检测系统设计

1.1 系统功能

在线检测:对六氟化硫的湿度和压力值进行实时精确检测是实现系统功能的重要手段, 传感器的运行状况必须保持稳定和可靠, 因此在线检测需具备本地显示功能, 同时具备故障的自诊断。通过现实值、历史数据及阀值通过模糊数据处理实时体现传感器的实际状态, 即正常工作状态、断线状态或短路状态, 并通过神经网络的学习训练达到自动修复的效果。在中控室, 根据现场数据按实际需要生成数据库, 便于分析处理和备份, 通过分析浓度变化趋势, 实现预警、越限报警、越限历史事故追忆功能和自动记录打印。

远程交换:从现场通过压力变送器和温度变送器采集的数据, 经过远程交换, 实时通信到控制中心。中控室的电子地图可以完整显示系统的运行状态。

显示功能:根据生产实际, 整个系统运行可以通过本地LED或工作站屏幕配置显示功能。岗位操作员和管理人员都能及时了解工作状态。

网络通信:整个系统采取客户/服务器模式进行设计。这样经授权的管理者和岗位操作人员能在企业内部网络的站点查看各个检测位置的监测信息, 根据实际需要, 实现远端对监测点参数值进行逐点修改甚至统一修改。

1.2 采集站单元设计

数据采集控制站采用华硕工控作为采集站CPU控制各个单元, 使用24位的AD转换和16位LED数码管显示采集站检测点的当前气体浓度值。

1.3 系统特点

1.3.1 先进的CAN总线技术

本系统采用控制器局域网络通信控制器和CAN总线技术, 比传统的通信方式具有很好的优越性:

温度和压力变送器与现场数据采集站只需一条一条双绞线和一条电源线 (24V) 连接, 减少了布线, 使工作现场的工作环境简单明了, 在不需要改变总线的情况下, 系统扩展十分强大灵活, 随时挂接检测和控制模块而且安装、调试、维护也非常方便。为保证数据传输的准确和抗干扰能力, 系统采用多主通讯方式, 这种通讯方式的优势节点与节点之间都可以任意主动发送数据和消息, 没有主从之分, 不需要分配地址, 任一节点故障不会导致系统瘫痪。

1.3.2 分布式系统功能设计

系统采用分布式系统, 每个系统单元独立工作, 但与其它单元构成网络联机, 单一单元故障不会影响整个系统的运行, 也不构成对其它单元运行威胁。当控制系统本身故障即中央控制系统或单元联机的计算机或网络通信出现故障, 单元依然执行自己的工作任务。岗位操作人员和管理人员一样可以通过单元的显示功能维持生产的正常运转, 确保生产任务的完成。

本系统对六氟化硫压力采用冗余压力检测, 以2选2的方式作为判据, 避免误动作。同时系统特别注意解决对报警事件的漏报和误报的问题, 因为漏报导致事故发生, 误报事件则影响生产、麻痹操作人员, 两者都是不允许发生的。只有在软、硬件设计上, 在采样、通信各个环节以及整个系统设计上增强抗干扰综合能力, 提高系统可靠性, 才能有效地防止漏报和误报。

1.3.3 高抗干扰软硬件设计

虽然CAN总线这一通信结构自身的抗干扰能力很强。在进行系统软件设计时, 通信校验和纠错功能是必须考虑的, 以确保系统的可靠性。

2 SF6在线检测系统软件实现

2.1 软件设计

图2为SF6智能检测系统流程图, 远程交换程序通过华硕工控机的串行接口传输从CAN总线主控站上传的数据, 数据经过处理以后到台数据库;数字通信程序随操作系统运行后启动, 系统自动检测远程通信系统与数字通信系统2个通信程序的启动状态。本地电子地图和远程电子地图以及语音报警系统从数据库中获取数据, 实现显示和报警功能。

2.2 远程通信

远程通信完成的任务主要有:

(1) 数据采集与接收。

通过华硕工控机的串行口收集从主控站上传的数据, 对数据进行处理后交后台数据库 (Microsoft SQL Server) 。

(2) 下传参数。

当系统上位机发生参数变化, 如监测点数量发生改变, 程序把系统参数自动下传, 以保持现场监测点数量与位置与通信程序需显示的监测点数量和位置一致。

(3) 预报警值设定。

在系统调试, 把系统预警值和报警值的设定是保持整个系统功能实现以及生产正常运行的关键, 因此在进行系统测试时, 通过传送预报警值给CAN通信, 以备主控站备用。

(4) 历史数据查询。

当系统运行不正常或需要进行数据分析处理时, 通过设计查询条件, 对不同时间、采集单元和传感器的历史数据进行查询。

3 SF6智能监测原理

3.1 SF6物理化学性质

化学品中文名称:六氟化硫化学品;

英文名称:sulfur hexafluoride;

分子结构:S原子以sp3d2杂化轨道成键, 分子为正八面体形分子;

主要成分:纯品;

外观与性状:无色无臭气体;

熔点 (℃) :-51;

相对密度 (水=1) :1.67 (-100℃) ;

相对蒸气密度 (空气=1) :5.11;

临界温度 (℃) :45.6;

临界压力 (MPa) :3.37;

辛醇/水分配系数的对数值:无资料;

溶解性:微溶于水、乙醇、乙醚;

主要用途:用作电子设备和雷达波导的气体绝缘体。

3.2 智能设备简介

由于SF6比空气重, 为达到排风效果, 根据安全规程的要求, 排风机应安装在控制柜下方。当控制室内SF6气体浓度达到1000uL/L或氧气含量低于18%时, 风机自动启动, 设定排风时间如30分钟。当设定时间结束后风机停止运行, 如果气体浓度不符合要求, 风机再次自动直到满足要求。排风机配置与控制室的空间大小有关, 不宜少于2台。排风机具有手动功能, 以满足不同工况的需要。

3.3 BP智能神经网络

3.3.1 网络结构

BP网络一般而言有三层结构, 即输入层、隐含层和输出层。BP网络结构示意图 (图3) 从左到右依次为输入层、隐含层、输出层。

(1) 输入层和输出层。

泄露监测中关键的影响因素是湿度和压力, 这两项可以作为输入层的节点, 通过这两因素来预测泄露的危险度;输出层节点为是否存在超标泄露, 是否人工干预。

(2) 隐含层结构。

隐含层结构包括隐含层层数确定与隐含层节点单元数确定。如果隐含层层数取为一层, 网络运算速度和预测精度就会高。隐含层节点数的多少关系到整个网络的性能。节点数太少, 则网络所能获取的用以解决问题的信息太少;是隐含层节点过多还可能出现所谓“过渡吻合”问题。

所用隐含层节点数经验公式为:

undefined

式中:n为输入层节点个数, m为输出层节点个数, a为常数, 取值范围为1～10。

通过测试, SF6气体泄漏报警模型结构设定为三层的2—6—2结构。

3.3.2 BP网络学习算法步骤

(1) 归一化和变量设置。

为克服不同输入变量参数之间的数量级差异, 提高网络权重和阈值因输入数值变化的灵敏度, 样本数据归一化处理非常必要, 把样本数据整合到[0, 1]这个区间中来, 训练结束后再将输出结果反归一化映射到原数据范围内。

设样本变量为样本矩阵, 表示第i个样本的第j个影响因素。

Xq (m) 表示样本有q个, 影响因素有n个, 输入层节点为n个;

为实际输出矩阵, 输出层节点有n个。

(2) 确定网络初始值。

从总体来看, 权值是随着训练的进行而更新的, 并且一般是收敛的。输入层与隐含层之间、隐含层与输出层之间第j次迭代的权值分别为wki、wik。输入层与隐含层之间、隐含层与输出层之间第j次迭代的阈值分别vki、vjk。训练过程中, 计算机会对这四个变量进行调整。在学习过程中, 较大的学习速率会使网络不稳定, 过小会导致较长的训练时间, 一般取值在 (0.1, 0.8) 之间, 本文取为0.6。

(3) BP网络算法的向前计算。

即正向传播, 过程为:输入层→隐含层→输出层;正向传播的隐含层的传递函数为f1, 输出层的传递函数为f2。

则隐含层节点的输出为 (将阈值写入求和项中) :

undefined

输出层节点的输出为:

undefined

(x) tansig (x) ∈[-1, 1]。传递函数f1、f2连续可微、单调递增。

此时, BP网络就完成了m维空间向量对n维空间的近似映射。

(4) 反馈。

当输出值与目标函数有误差时, 数据会按照原路线相反的方向传递, 同时对各层之间的权值和阀值进行修正, 最终得到一个最小的误差。由输出值与实际值计算均方误差, 样本全局误差为:

undefined

4 结论

智能排风系统是本设计中的突出特点, 可以有效地避免在非工作时间内, 或人为疏忽所造成的事故。但其准确性是随着训练样本的增大而提高的, 只能大幅度提高非其系统的可靠性, 但受种种条件制约, 样本容量有限, 智能系统的可靠性有限, 还不能完全替代人工判断。应该以手动和智能双重机制来控制相关设备。

摘要：为预防变压器六氟化硫泄露, 在此开发智能六氟化硫在线监测报警系统。该系统较好地实现在线检测、远程通信和网络功能, 并可智能判断风机开启时间和风量控制, 发现危险, 智能降低危险更好地确保电器运行的安全。

关键词：六氟化硫,在线检测,智能,BP神经网络

参考文献

[1]杨清宇, 施仁.多总线混合分布式网络控制系统研究[J].小型微型计算机系统, 2004, (05) :18-19.

[2]刘祖德, 赵云胜.天然气集输站泄漏监控系统研究[J].安全与环境学报, 2007, (2) :25-17.

[3]刘祖德, 赵云胜等.基于知识的管道系统泄漏检测方法[J].安全与环境工程, 2006, 13 (4) :85-86.

[4]刘祖德, 赵云胜.煤矿瓦斯监控系统趋势预测技术[J].煤矿安全, 2007, 38 (3) :56-58.

[5]刘祖德, 赵云胜.矿井通风机实时监测与故障诊断系统研究[J].矿山机械, 2007, 35 (6) :71-73.

[6]Nussbaum.M.A.Fundamentals of Articial Neural Network[J].Journal of Biomechanics, 1994, 29 (9) .

电力光纤状态智能监测技术的应用 篇10

关键词：光缆,状态监测,OTDR,光开关

0 引言

国家电网及省级电力公司通信设备集中巡检工作规定强调提升通信设备全寿命管理水平, 加强和规范通信设备状态监测管理, 及时发现和消除通信缺陷, 确保通信设备处于健康状态。规定对光缆维护的日常巡视、专业巡视、专业检测提出了具体要求, 其中包括主干光缆资源备纤测试一年两次, 其它光缆一年一次的专业检测要求。

目前, 主要使用手持OTDR、光源、光功率计等设备进行分段测试。淮安供电公司有变电所148个、供电所159个, 光缆资源约4 026km, 每年仅针对光缆专业巡检就必须组织大量人员去现场, 不仅耗费人力物力, 还效率低, 准确率不高。因此, 在光缆维护方面迫切需要一个能集中进行光纤状态检修的智能维护解决方案。

1 备选解决方案比较

目前, 主要有以下几种光纤网络集中监测解决方案。

1.1 在OLT上内置测试模块

在OLT上内置测试模块方案需要在每个通信设备板卡 (如OLT板卡) 上加装OTDR测试模块, 并需要对现有的OLT进行软、硬件升级改造。该方案受OLT内部空间、光电相互干扰、测试功能有限等限制, 且只适用于PON技术的接入网测试的场景, 对局间中继光缆等场景则无法实现测试, 因而可行性低[1]。

1.2 网管仿真与人工定位结合

网管仿真与人工定位结合方案主要通过软件访问、网管数据分析, 结合维护人员经验, 定性判断网络故障。该方案成本低, 但依赖于维护人员经验, 且对光纤链路故障只能定位到一个距离范围内, 无法准确定位, 对同一分光器后用户很少等场景, 也无法定性判断故障。

1.3 外置OTDR+用户终端加装反射器

外置OTDR+用户终端加装反射器方案需要独立于OLT等设备的专门测试设备OTDR, 并在每个用户终端 (ONU) 前需安装一个反射器。该方案由于需要在每个ONU客户入户安装一个反射器, 因此不仅成本非常高, 而且对每个ONU做入户安装导致其可操作性差, 同时每个反射器自身也会引入一个故障点。

1.4 外置OTDR+光开关

外置OTDR+光开关方案仅需在局端部署一台OT-DR, 在局端或模块局部署多台光开关 (光开关间可采用级联方式) , 即可满足同时对多条光纤链路的测试需求。该方案与方案1.3方案相比, 无需在用户终端安装反射装置, 成本降低, 可操作性增强。

2 光纤状态智能监测技术

综合分析几种解决方案的优缺点及可行性, 确定方案4能够满足该网络内光纤监测需要。方案4组网如图1所示。

2.1 ARD-OTDR (增强性光时域反射仪) 的应用

OTDR (光时域反射仪) 是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射的背向散射和菲涅尔反射制成的精密光电一体化仪表, 是解决方案的核心硬件, 负责向被测光纤链路发送光信号, 并接收反射回的信号, 一般安装于局端机房内。

对于普通OTDR, 测试脉宽越大, 动态范围就越大, 意味着被测的是理想光纤时, 能测量的距离就越长, 因此对于全程衰耗大的光纤链路, 通常采用大脉宽来测量。但是, 大脉宽会使测得的反射事件的盲区增大, 分辨率降低, 无法区分开离得很近的两个事件, 并且测试精度也会降低, 所以在测试事件点离得很近 (如PON网络) 时只能采用小脉宽。然而, 小脉宽的功率小、动态范围小, 被测光纤链路的全程损耗受到动态范围限制, 因而普通OTDR无法穿透多级、大分光比的ODN网络。

通常, 利用增强型OTDR在一条光纤链路正常时进行一次测试, 保存该测试结果作为参考数据, 并称之为这条光纤链路的健康档案。再次测试的测试结果数据与该健康档案相比较, 后台专家分析系统通过各事件点的峰值、衰减等参数, 自动分析现在这条光纤链路是否正常。若有变化, 但不影响业务, 则给出预警提示;若因链路原因影响业务信号, 则给出告警, 并进入故障处理流程。这就要求监测系统自身需具有极好的稳定性和一致性。在OTDR中, 激光源的稳定性决定了监测系统的稳定性, 而决定激光源稳定性的主要因素是激光源温度。增强型OTDR激光源温度控制良好, 使得产品具有极强的稳定性与一致性, 因而保证了测试结果的可靠性。

2.2 主备用光纤的监测及故障自动诊断方式

监测站点主、备用光缆方式主要有点名测试、周期测试、EMS触发测试。

(1) 点名测试:检索光纤链路名称或ID, 发起手动测试。测试参数分为自动和手动。

(2) 周期测试:设置轮巡测试任务及优先级, 可在指定的周期、时间自动启动测试任务。

(3) EMS触发测试:与EMS服务器对接, 接收EMS服务器推送的各种告警信息。本次研究解决方案根据订阅的告警ID号, 将与光纤链路故障有关的测试链路信息发给测量平台, 系统检索出告警中光纤链路信息后, 可以在当前测试结束后, 立即启动EMS推送的链路测试。

系统软件需要自动给出智能分析结果, 精确定位故障位置, 并以迹线图、拓扑图、文字、短信等方式将检测结果呈现给管理人员、工程维护人员等, 以便快速排障。

2.3 主备光纤的远程自动切换

当监测到在用主干光纤链路有问题 (如断纤) 时, 系统可以远程控制, 结合网管数据, 自动将主用路由切换到最佳备用路由, 以保障通信, 同时为线路的维修赢得更多时间。

2.4 线路资源的统一管理

系统实时标准化管理线路上的所有网元及光缆资源, 包括光缆类型、数量、长度、各芯使用情况、用户基础资料信息等。对于基础资源数据的管理, 可通过目录树、树形拓扑图上实际走向路由等方式呈现。

2.5 告警管理

对于点名测试、周期测试、EMS触发测试中的故障被测光纤链路, 分颜色显示告警级别, 红色为一级告警, 橙色为二级告警, 黄色为三级告警, 颜色和告警级别的定义可根据用户需求定制;同时, 以光标闪烁、声音提示、相应光纤链路的目录树图标标红来提示测试管理员。具有权限的管理员 (如省级、市级) 可查询、统计各类告警, 清除、修改告警状态。

3 现场应用方案

下面以淮安电力通信网东主环介绍光纤状态智能检修维护系统的应用方案要点。

3.1 组网结构

淮安电力通信网的东主环包括水渡变、黄岗变、朱桥变、楚州营业厅、清河变、淮安 (主站) , 如图2所示。

3.2 系统配置

系统软件有服务器软件和客户端软件。服务器端又分为数据库服务器和应用服务器, 数据库服务器单独安装在一台计算机上, 应用服务器可以根据监控网络规模配置一台或多台计算机。

客户端软件可以安装在各变电站、县级公司运维中心。客户端连接到系统服务器, 可以向ARD-OTDR发起测试命令, 并查看测试结果和测试服务器上的数据。客户端软件根据工作需要定制了各类报表, 如根据点名测试、周期测试、EMS触发测试结果, 统计、分析出指定时间内的障碍历时、光纤老化趋势等报表。

在每个变电站部署一套ARD-OTDR的成本较高, 因此可根据实际需要在规模相对较小的变电站布放一台光开关 (含合波器) , 用一根拉远光纤 (局间光纤) 将此光开关与ARD-OTDR所在变电站的主光开关级联, 通过测试服务器或是客户端就可以监测远端变电站的光纤链路。

对于配线光缆的监测, 可将配网需要监测的光缆直接接至变电站主光开关, 或接至一台或多台光开关, 再通过一根测试光纤与主光开关的一个输出口相连。

3.3 运行、检测及处理

测试管理平台 (客户端或服务器后台) 发起测试命令时, 作为硬件核心的ARD-OTDR发出1 650nm波长的脉冲波[2]。测试脉冲经光开关倒换到被测的光纤链路端口, 通过与光开关集成在一起或安装在ODF架上的合波器, 导入被测光纤网络。ARD-OTDR接收光纤链路上各网元反射回的信号, 后台专家系统分析反射回的信号, 判断各链路状态, 给出链路正常、预警或告警结果, 并将结果返回测试客户端及服务器。

当主干环上被监测的主干光缆异常, 且修复需要一定时间时, 可通过控制主备用光纤远程切换开关, 自动将备用光纤链路切换到通信设备, 以减少障碍历时;同时监测原业务光纤链路, 以保证线路及时修复。

4 结束语

外置OTDR+光开关方案一体化应用后, 可以实现对光缆资源的实时化管理, 在90s左右即可准确定位故障;必要时, 进行主备光纤远程自动切换;管理人员可实时地统一管理辖区内所有光纤资源, 以获得各类客观的统计、分析报表。该方案以先进的检测、诊断手段为基础, 以现场大量的运行、检修、试验、不良工况等现场数据为参考, 结合有关标准、规程、导则和光缆设备信息, 实现对光缆状态评价、风险评估、检修决策、状态预警、故障诊断, 达到设备检修工作精细化管理目的, 避免失修和过度检修。

参考文献

[1]陈以炳.利用OTDR准确查找光缆线路障碍点[J].电信工程技术与标准化, 2008 (5) :72~74

智能监测 篇11

摘 要：目前检察机关的信息化建设进入快车道，各级检察机关基本上都已经完成了基础网络的建设，并在其之上建立了大量的应用系统。随着检察机关统一业务运营系统的上线，所有的办案流程都在网上流转，应用系统的稳定性越来越重要，对检察机关的网络与应用的实时监控和故障排查成为研究的重点。本文提出检察机关建立省级集中信息网络及应用智能动态监测平台的总体思路，并详述其中的技术难点关联分析算法如何实现。

关键词：智能监测；数据建模；关联分析；预警式服务

中图分类号：TP312 文献标识码：A

1 引 言

21世纪以来，信息化技术的飞速革新为科技发展提供了巨大的助推力，尤其是在最近一个十年，web2.0和互联网思维深入人心，计算机和网络不但成为了人们不可缺少的手段，更加深刻的改变了人类生产生活的方式[1]。如何在剧烈的社会变革中保持先进的生产力，利用信息化的手段提升战斗力，是检察机关面临的巨大挑战。最近五年来，检察机关的信息化建设进入快车道，网络建设和系统建设相较于上一个十年取得了巨大的成就，尤其是检察机关的统一业务应用系统在全国检察机关全面铺开上线后[2]，该系统成为检察机关最核心的业务应用系统，承载了检察机关所有的办案业务。该系统上线之后，实现了信息跨区域共享，提高了办案效率、规范了执法行为、强化了内部监督制约，为检察权的依法正确行使提供了有效的信息化支撑和机制保障。但是由于全国检察机关信息化建设工作建设晚、底子薄、资金有限，对应用系统的监控、保障、维护具有相当大的难度。本文提出了检察机关建立省级集中信息网络及应用智能动态监测平台的总体思路，并详述了其中的技术难点——关联分析算法如何实现。

1.1 基本情况

目前，各级检察机关已建成覆盖从最高检到全部基层检察院的检察系统专线网络，各级检察院都将本院的局域网接入专线网上，并建立了大量多种多样的应用系统，如电子邮件、内网网站、网上办公、网上办案等。由于检察院信息化平台架构比较早，业务系统比较分散、数据和管理应用较复杂，对检察业务的连续性存在潜在威胁、管理复杂、相应速度滞后等问题。2014年，检察系统统一业务软件正式运行后，大部分的检察业务均需网上办理，这就对网络的稳定性提出了很高的要求。因此，对网络实施不间断的智能监控，实时监测网络上各类设备的运行状态，对可能影响网络稳定的隐患提早发现、提早解决变得尤为重要。

随着检察机关各类应用软件不断增加，也迫切的需要对正在运行的业务系统进行实时监管，一旦发现问题，主动报警，方便管理人员在第一时间发现问题和解决问题。

1.2 相关系统研究现状

信息网络智能监测系统是进行网络监测和管理最有效的手段，该类系统主要有两大类别，一是设备厂商针对各自设备开发的智能监测管理系统，如Cisco、3Com、华为、锐捷等；二是第三方开发的IT运维智能管理系统，如HP、ENOC、东华网智、ServiceWise IT服务管理软件等。这两类系统在一定程度上解决了网络上各类设备监测和管理问题，但不足之处也很明显的，设备厂商的智能监测管理系统只支持单一公司产品，不支持其他公司的产品，扩展性不够，功能性也比较单一。第三方运维的检测系统虽然对第三方产品进行支持，但一般是着重于解决某一方面的问题，如有的注重于对客户端软件的管理，有的注重于对各类服务器性能的监测，有的则着重对网络带宽及网络设备的监测。以上这些系统在运营商或企业平台中有一定程度的应用，但由于检察专网属于保密网络，同时还应符合国家保密局对于保密网络的网络智能监测系统的要求。因此这些系统不能满足检察机关全方位监控解决方案的需要。

要实现对检察机关的信息网络进行全方位的智能监控、做到统一管理、调度，就必须对检察专线网的现状进行全面分析，尝试将各类产品进行整合，互相开放接口程序，使之形成统一、有效的监管平台。

1.3 检察机关运维存在的弊端

从自身角度来说，检察机关的网络运维存在以下弊端：

1.运维力量偏弱，尤其是在基层院，往往一人身兼数职；

2.应用系统多且杂，没有有效的监控手段；

3.运维人员比较杂，响应慢，运维机制不完善；

4.人员、设备调度不及时，工作保障不及时。

为解决以上问题，有必要以省级为单位调研检察机关专线网的现状，全面、系统地对检察机关专线网管理与维护遇到的难题提出解决方案。

1.4 研究目标

本论文研究的总体目标是建立检察机关的信息网络智能监测系统，可在大屏幕界面和终端上实时观测服务器运行状态、应用程序运行状态和数据保障情况，实现网络上的各类设备及其应用集中监测、报警、应急处置和远程处理，保障人员统一调度，提高网络、应用和数据运行的稳定性，变被动响应式的管理为主动预警式的管理。

依托该系统，集中监控和发现故障，同时整合该省各级检察院的IT运维人员，对所有的运维人员进行统一管理、统一调度，建立健全统一的运维、应急处理机制，为下级院的IT运维人员提供坚实的技术支撑，解决目前各级院运维力量薄弱、相应速度慢、排除故障不及时的顽症。

2 总体架构

2.1 总体模块架构

我们设计的检察机关智能动态监测系统总体架构图如图1所示。图中，信息系统智能动态监测平台分为监控中心、运维中心、应急中心、和指挥调度中心四个大的功能模块。各类服务器、网络设备、应用系统、视频设备通过南向接口总线监控中心接入告警数据和性能数据，在监控中心进行汇总，根据预先设置的IT资源信息进行关联分析。分析后产生的故障数据通过运维中心触发综合作业计划或单项作业计划，产生作业计划调度数据。在应急中心中依据业务影响的级别程度触发各类应急响应预案，产生应急调度数据。各类调度数据通过指挥调度中心生成任务工单，下发给IT运维人员进行调度操作，并进行自动短信通知或邮件通知。当调度需要其他业务系统流程配合时，通过北向接口总线上传到其他业务系统接口中，在相关业务系统中完成调度并回馈闭环数据给指挥调度中心。该平台应当有完善的检察机关IT运维人员管理机制和运维保障机制作为支撑，并建立系统自身的安全策略，将相关的故障处理流程存入知识库中，提供给IT运维人员查阅使用。endprint

2.2 数据流图架构

从监控系统的数据流的角度来看，如图2所示，该系统通过标准接口方式综合采集设备层的各类告警、性能和网络参数数据，通过统一的接口层进行数据清洗和数据转换，在数据模型层转化为标准的资源模型数据和动态告警、性能数据，并在关联分析层自动进行数据挖掘和数据关联，讲动态数据与资源数据进行关联，确定告警、性能数据可能影响到的业务资源，最后将分析结果提交给调度处理层进行业务影响判断、故障处理和工单调度处理。

3 关键技术点

3.1 多种数据采集

目前，架设在检察专线网上的设备有网络设备、安全设备、服务器、存储设备、视频设备等，设备类型多种多样、设备品牌型号均不一致。智能动态监测系统应该能监测到各类设备的以下信息，以保证基本全面地获取系统管理所需的数据。

1.网络设备：设备告警信息、性能状态信息（如CPU状态信息、内存状态信息）、网络拓扑信息、设备运行日志信息、设备所有者信息、路由信息、配置文件信息、链路管理信息、IP地址、接口状态等；

2.服务器、存储设备：设备告警信息、性能状态信息（如CPU状态信息、内存状态信息）、网络拓扑信息、硬盘Smart信息、设备运行日志信息、IP地址、设备所有者信息等；

3.安全设备：设备告警信息、性能状态信息（如CPU状态信息、内存状态信息）、网络拓扑信息、设备运行日志信息、设备所有者信息、配置文件信息、安全防护日志信息、IP地址、接口状态等；

4.视频设备：设备告警信息、性能状态信息（如CPU状态信息、内存状态信息）、网络拓扑信息、设备运行日志信息、IP地址、设备所有者信息、接口状态等。

5.系统应用：系统相关进程的正常运行情况、与外部接口的联通情况、关键数据的存储情况等。

3.2 多接口接入

智能动态监测系统需要支持对以下各类接口方式接入方式。3.3 运维智能知识库建立

知识库就是对信息网络及应用智能监测系统中涉及到的软硬件信息和知识进行收集和整理，按照一定的方法进行分类保存，并提供相应的检索手段，同时通过建立的知识库，将知识库与事件监控中心进行关联，在发生事件时，可以为事件处理人员提供大量的相关信息，例如事件相关的配置信息、关联业务，该事件的最佳处理方式等。这样为事件处理人员提供决策支持信息，同时提供相应事件进行处理的标准流程，大大减少对事件进行处理所需要的事件。减少事件处理的出错概率。通过对普遍性事件的标准流程处理过程可以采用事件预案处理方式实现信息网络及应用智能监测系统自动处理，提高事件处理的效率，减少事件处理人员的工作量和出错概率。

3.4 运维流程调度

调度中心根据监测中心的数据，对系统的运行情况进行全面分析，在发生故障的情况下，根据故障的严重程度、紧急性要求向运维中心或应急中心发送指令，启动运维流程或应急流程。

运维中心既可以接收调度中心的工作任务，也可以接收系统维护人员自发提起的工作任务。如果是其他机关部门个人进行故障报修，还需要先经过故障等级评定才发起工作任务。对于提起的工单，如果是紧急或严重的故障处理，系统会提交给应急中心。应急中心有一套完整的应急预案，包括：故障通报机制，运维处理权限提升机制，从而有效的整合各种人员、设备、资金、资源，实现故障迅速排除。

对于普通的故障处理，运维中心要综合调度运维人员、备用设备和管理软件，对故障进行处理。故障处理完毕后，判断处理结果是否需要升级上报，升级上报的任务如果不能彻底解决，将向调度中心报告。如果不需升级上报的任务或彻底处理完成的任务，将生成处理方案进行审批，并关闭事件工单。并将处理的信息同步到知识库。

4 核心算法分析

从监测的数据来看，各类网络设备、操作系统、应用系统产生的告警数据、性能数据应当是相互关联的。某个网络节点、某台服务器性能或某个应用系统故障有可能影响到的是同一个检察业务。智能动态监测平台应当能够根据预先建立的网络拓扑结构和各个层级之间的依赖关系建立起关联分析和故障根源性分析的手段，从某个告警或性能数据出发，层层溯源，寻找其影响的检察业务，发出通知信息，提供给IT管理人员主动发现故障和解决故障，将业务中断的影响时间缩短到最短，影响降低到最低。

以下给出了对资源关系进行抽象数据建模和进行关联分析的基本算法思路。

4.1 支持关联分析的全网资源数据建模

检察机关网络错综复杂，多个专业之间存在着承载和转接的关系，各网络设备、硬件设备和应用系统之间类型复杂，告警也相互影响。为支持告警关联分析，必须针对全网进行跨资源数据建模，以模型进行关联分析的支撑[3]。

图3为全网资源数据模型，该模型力求屏蔽资源支撑网络错综复杂的专业性差异，将各专业资源数据以及数据之间的物理、逻缉关联用简洁明了的数据结构进行存储，以之支撑告警和性能数据的关联分析[4]。

从逻缉视角可将上述模型分为4个层次：应用、业务、链路、节点，其中的链路是广义上的和跨软硬件的，泛指所有的能够承载业务的物理或者逻缉连接，节点同样是广义上和跨专业的，泛指所有能够发生告警的端点[5]。

结合以上释义来看图4中关系，T_Customer为第一层的应用数据，记录了所有应用数据；T_Service为第二层的业务数据，记录了承载在检察专线网上的所有业务；T_Path和T_Link为第三层，是支持关联分析核心数据，记录了广义的链路信息，其中T_Path表专用于记录所有的物理连接，例如从交换机到路由器之间的物理连接，网络线路对服务器、存储的承接关系等；T_Link记录了所有的逻缉连接，如某几台存储和服务器支撑起了统一业务软件系统，系统中包涵了检察机关侦查、公诉等相关的业务；T_TermPoints为第四层逻缉数据，记录所有的节点信息，无论该节点是物理链路的端口还是逻辑链路的端口，都记录其中，与之相关的是T_Equipment，用来记录节点所属的网元信息，以及T_TermSubTerm，用于记录各节点之间的父子关系。endprint

建立以上跨专业的模型之后，就可以将复杂的资源数据采用倒入或录入的方式存入该统一模型之中，提供给关联分析作为数据支撑。

4.2 基于资源模型的关联分析算法

基于资源模型进行关联分析算法的过程，目的是发现根源故障，排除衍生故障。该算法运行的过程就是通过资源模型将告警进行分组，并在组内通过时间以及告警位置发现告警之间的关系[6]。

以下将各资源之间的物理关系称为Path关系，各资源之间的逻缉关系称为Link关系，所有发生告警的节点称为TP，一组相关的节点称为TPs，各节点之间的父子关系称为SubTerm关系。具体的关联分析算法运行步骤如下：

1.析告警信息，合理抽取关联算法涉及的关键告警信息；

2.从该条告警数据的TP出发，参照SubTerm关系中记录的节点父子关系，拓展出所有的父TP；

3.参照Link关系，拓展出一个Link中所有对应的A端TP和Z端TP；

4.参照Path关系，拓展出指定深度或者指定最大个数的TP。应该确保一个网元内的与当前TP有Path关系的高层TP都能被拓展到。建议拓展深度为3；

5.以上三步拓展获取的TP集合组成一个相关的TPs；

6.获取该TPs在一个特定时间窗口上发生的所有告警Alarms，对TPs组进行裁减；

7.将TPs中每个TP与Service关系进行关联，查看每个TP的告警影响到多少个Service，记为associateNum；

8.统计TPs组内所有的TP的associateNum，选取其中最大的作为该组的根源告警。

以上步骤中，1.为预处理，2～5为抽取组合TPs，6～8为进行根源判断。

算法中，基于资源模型对告警进行了分组，分组中加入了时间窗口的考虑，并对各告警的跨专业关联进行了分析，分组完成后，基于告警影响的程度大小，判定了根源告警，抑制了衍生告警[7]。

4.3 告警处理流程描述

按照以上算法，告警在本系统中的处理基本流程如图5所示。在预处理、数据清洗之后，进行告警分类组合、根源判断、影响性判断，最终形成结论推送给运维人员，帮助定位故障和处理故障[8]。

5 小 结

对于省级集中管理的单位来说，如何在网络和应用系统飞速发展、不断膨胀的信息化时代，对全网进行管理，是当前IT管理的重点和难点。本文提出了检察机关建立省级集中信息网络及应用智能动态监测平台的总体思路，并详述了其中的技术难点——关联分析算法如何实现。从经济效益来说，检察机关省级集中的智能动态监测系统实现以后，能够有效的解决检察机关运维力量不足、故障处理响应慢的弊端，集中调度全省IT运维人员，有利于节约运维方面的人力。而且，在预警式的故障监管得以实现后，有利于检察机关及时了解网络设备和硬件设备的运行情况，发现性能瓶颈，有针对性的采购相关软硬件，做到有的放矢，有利于节约IT运维成本。另外，该系统经论证和实现后，具有在全国检察机关及其它有类似的涉密网、非涉密网复杂网络环境的省级单位进行推广的价值。

党的十八届四中全会为我国司法改革制定了宏伟蓝图，检察机关在司法改革的大潮中担负着无比重要的攻坚战任务，信息化的手段无疑将会是未来改革中强有力的助推器，如何利用信息化的手段支持检察业务、保障司法改革，成为检察机关信息化人员面临的重要课题。本文提出的思路，能够为检察机关信息化提供进一步的保障和促进，具有积极意义。当然，对该思路还必要进行深入思考和反复论证，更有待于实务的检验和各级检察机关不断努力尝试。

参考文献

[1] 国家电子政务十二五规划[R].

[2] 最高人民检察院.《“十二五”时期科技强检规划纲要》[R].

[3] 王洋，李国才，徐亚昆. 信息通信网络告警分类、关联性与管理方法研究[J].电信科学，2013，（8）：132-135.

[4] 陆振锋.基于Web服务的集中告警系统建设探讨[J]. 江西通信科技，2008（03）： 42-45.

[5] 丁志平，杨季文，吕强. 网络管理系统中资源模型的设计与应用[J]. 计算机工程，2007，（6）：173-175.

[6] 闫生超，唐云善，张春平，等.基于网络和时间关联关系的告警相关性分析[J]. 电力系统自动化，2011，（9）：78-81.

[7] 刘冬生，曾小荟，唐卫东，等. 一种新的告警关联聚类算法.计算机应用研究，2013，（12）：3786-3789.

矿井通风机智能监测软件设计 篇12

矿井通风机的正常运转对煤矿的安全生产有着非常重要的意义[1]。矿井通风机监测系统要趋于自动化、智能化, 不仅要能实现各性能参数的自动监测, 还要能根据监测所得的数据进行智能分析, 根据诊断分析的结果控制监测对象, 形成一套完备的智能监控系统。

本文融合Visual Basic (VB) 和Matlab的优势, 利用VB6.0实现基本的软件设计, 通过Matlab实现复杂的数值计算[2], 设计了一套矿井通风机智能监测软件, 建立了从数据采集、管理到智能诊断的完整体系。该软件能够对通风机的各种性能参数进行监测, 并通过智能诊断模型快速、准确地诊断通风机故障类型, 为操作人员实时掌握通风机的运行状况、及时发现和解决故障提供了一种有效、可行的方法。

1 通风机智能监测系统总体结构

通风机智能监测系统结构如图1所示。该系统通过传感器采集通风机运行信息, 经一系列处理后, 由下位机 (CPU) 通过串口通信模块传送给上位机 (PC机) 的智能监测软件。智能监测软件将接收到的数据一方面用于数据管理, 实现显示、查询等功能;一方面用于智能诊断, 即利用智能算法获得通风机控制决策信息, 再通过串口通信模块传达给下位机, 从而对通风机的运行状况进行及时的调整。

采集的通风机运行信息主要包括通风机电动机定子温度、风机轴承温度、风量、全风压、静风压、风机振动、噪声、电动机三相电流及电压。另外, 系统还能测量瓦斯浓度, 使得通风机能够根据矿井环境及时调整工作状态, 节约用电。

2 矿井通风机智能监测软件设计

矿井通风机智能监测软件主要包括串口通信模块、数据管理模块和智能诊断模块。PC机通过串口通信模块接收传感器采集的通风机运行信息, 并且向下位机下达控制决策信息, 因此, 串口通信模块是监测系统硬件设备与上位机智能监测软件的连接纽带;数据管理模块负责处理所采集的数据, 包括数据计算、保存、查询等操作;智能诊断模块根据采集的通风机各项性能指标, 利用智能算法快速地获得客观、准确的通风机控制决策信息。

2.1 串口通信模块

VB中的MSComm控件为应用程序提供串行通信功能[3]。在监测软件开始运行时, 首先应设置PC机的串口号及自动接收时间间隔。当下位机接收到PC机开始接收数据的命令后, 立即给串口发送一个带有标志的数据;PC机接收到标志数据后发送读取命令, 读取存储在下位机中的数据信息。下位机的串口设置为1 200 bit/s、8位数据、无奇偶校验、1个停止位, 对应Mscomm的settings属性设置为“1 200, n, 8, 1”。下位机每隔1 min向上位机发送一次数据, 用户可以根据要求在操作界面上设置数据接收时间间隔。

2.2 数据管理模块

数据管理模块以VB6.0作为开发平台, 在Microsoft Windows XP操作系统下进行设计, 并将数据存储至Access数据库, 使用数据源开放数据库连接 (ODBC) 访问Access数据库中的数据。该模块包含许多子功能模块, 如数据的保存、查询、备份、删除模块, 数据信息的曲线视图显示及曲线保存与打印模块, 数据信息打印模块等。此外, 由于通风机监测涉及到安全技术方面的资料, 为了保证监测系统的安全与规范性, 软件提供了用户安全登录模块及使用权限设置模块。

2.3 智能诊断模块

根据通风机的振动频率与故障间的对应关系, 建立了基于BP神经网络的通风机智能诊断模型。该模型可将诊断结果反馈给通风机硬件控制系统, 以便及时调整通风机的运行, 提高煤矿安全生产的水平和综合运行效益。

智能诊断模块的计算比较复杂, 因此采用基于ActiveX技术的VB与Matlab混合编程方法, VB通过ActiveX接口将Matlab作为其ActiveX部件, 调用Matlab来实现复杂的数值计算[4]。

2.3.1 BP神经网络原理及其建模

在通风机工作过程中, 其动态信号尤其是振动信号中包含着丰富且重要的反映通风机运行状态的信息, 当产生转子不平衡、轴弯曲、轴线不对中、轴承损坏等故障时, 通风机会产生不同的振动。因此, 可通过通风机不同的振动特征对故障进行识别[5]。振动特征与常见故障的对应关系如表1所示。

表1中, f1为转子振动频率, f2为叶片振动频率, fo为外圈特征频率, fi为内圈特征频率, fb为滚动体特征频率, ff为保持架特征频率。

BP神经网络能够根据网络的实际输出与期望输出之间的最小均方差值, 通过误差的反向传播, 利用梯度下降法迭代调整神经元之间的权值与阈值, 直至收敛于较小的均方差[6]。本文根据定量描述的振动频率与引起故障的原因之间的联系, 建立基于BP神经网络算法的通风机故障智能诊断模块。按以下方式构建一个3层神经网络:通风机9种状态下的振动特征作为训练集样本, 模型的输入为通风机振动特征——8个输入神经元;输出为通风机状态——1个输出节点, 按表1中故障类型的顺序, 各种状态分别用整数1～9代替, 即训练集输出向量Yo=[1 2 3 4 5 6 7 8 9];设置8个隐含层节点。

2.3.2 测试结果

表2为通风机常见故障测试样本及其诊断结果。从表2可以看出, 所建模型能够快速、准确地诊断通风机的故障类型。

3 结语

介绍了通风机智能监测软件串口通信模块、数据管理模块和智能诊断模块的设计, 为矿井通风机的运行状态监测、故障分析提供了一种方案。

参考文献

[1]于栋.矿用通风机检测及数据处理技术的研究[D].焦作:河南理工大学, 2009.

[2]陈在平, 李志国.VB与Matlab混合编程在管式加热炉调炉决策系统中的应用[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (2) :90-92.

[3]范逸之, 陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京:清华大学出版社, 2002.

[4]谢楠, 陈汉良.Visual Basic与Matlab的几种接口编程技术[J].仪器仪表学报, 2004, 25 (S2) :571-574.

[5]荆双喜, 宋瑞菊.矿井通风机振动故障诊断的神经网络方法[J].焦作工学院学报, 1999, 18 (4) :292-296.