通信监测技术

通信监测技术（精选9篇）

通信监测技术 篇1

随着我国经济的迅速发展, 对于电能的依赖也越来越大, 安全稳定的电网对于整个国民经济的快速发展不可或缺, 而电力行业自身也是我国国民经济的重要的支柱产业之一。电力系统的安全问题对于整个国民经济的安全稳定具有十分重要的意义。电力系统专用通信网对于电力系统的安全稳定运行具有不可替代的重要作用。当前我国的电力通信网络在规模上获得了长足的发展, 服务的质量也有了很大程度的提高。据相关数据显示, 当前电力通信网络的微波电路长度有七万公里, 光纤线路长度也达八万公里。随着电力通信网络的日益复杂化, 其自身承担的责任也变得更加的艰巨。与传统意义上的电力通信不同, 现代化的电力通信网络不仅仅负担着语音通信, 同时还具有继电保护、自动化调度以及费用计量等一系列复杂的功能, 如果电力通信网络出现故障会给整个电网的运行带来不便, 甚至是巨大的事故。

因此, 对电力通信网络运行状况进行科学合理的监测和管理, 保证其正常的运作, 进而确保整个电网系统的安全是当前电力部门的一个重要课题。要确保电力通信的畅通就需要具备专业化的管理系统以及规范化的管理体制, 从而确保整个电力通信网络的畅通以及高效运作, 最终保护整个电网系统的安全。电力通信监测技术正是在这种需求下应运而生。

1 通信检测系统硬件结构

监控系统在结构上采用星形拓扑的形式, 综合计算机网络技术, 主要由两大部分组成:中心站和外围站。监控系统的硬件架构采用千兆高速以太网, 主要由数据采集器、数据库服务器、监控工作站以及其他功能不同的一些外设组成。变电站的通信机房负责进行数据采集, 将采集到的各种数据反馈到该地区的中心站, 各个分站传输过来的数据都在这里进行处理, 并对各种通信设备的告警做出响应。

位于中心机房的监控服务器对系统数据进行储存, 系统模式为客户/服务器, 软件系统之间的传输通过TCP/IP协议来完成。为了能够对网络数据进行及时的存储和处理, 应该在服务器上构建具有数据服务器、应用服务器、文件服务器的三重作用的实时数据库。为了方便对系统进行异地储存以及备份, 在以数据库为基础建立的磁盘阵列应该进行双机共享。被管理对象的实时状态被写入服务器内存之中, 实时数据库对设备传输的状态变化消息进行处理, 然后进入关系数据库, 。这样被管理对象的实时状态可以被所有的客户机访问。服务器工作方式为双机集群, 从而保证系统的连续运行。为了避免系统在意外情况下的数据丢失, 可以将两台服务器直连, 通过集群系统软件来实现双机互连, 互为备份, 从而提高数据的安全性。在主服务器出现故障时, 备用服务器自动切入运行, 主服务器修复之后, 通过手动的方式切换到主服务器。

监控工作站采用图形化操作系统具有设备报警功能, 设置在调度值班室, 从而方便调度员进行检测和相关的操作。

系统与互连网相连, 方便进行信息发布以及对事故进行申告。为了保证系统免受来自互联网的威胁, 应该设置防火墙。

数据采集及传输部分和前置机网关实现对非智能设备及通信辅助设备的实时数据采集。

在主站建立基于美国信息互换标准代码的仿真终端, 通过美国信息互换标准代码的输出对设备进行管理, 最终实现自动切换基于不同协议的设备之间的监控, 这样, 对于多台设备可以通过一台工控机来同时进行相应的操作, 实现设备的集中管理和配置。

针对不同的协议, 应该在主站建立规约转换网关来进行转换, 然后将信息反馈给服务器, 网元和信息之间的链接得以实现, 最后由工作站进行相应的显示。

将波形观测技术结合电平信号遥测技术, 双管齐下来处理中心站和外围站的自动化RTU信息, 在对电平进行遥测的同时还可以对波形进行直观的显示。

2 系统应用软件

监测系统由两大数据库、三大应用平台及若干应用程序组成。

2.1 实时数据库和管理数据库

前者负责系统在线实时数据的处理, 后者负责对设备的历史数据和非实时数据等离线数据进行处理, 实现通信网信息管理功能。

2.2 三大应用平台

通过调度应用平台、图形数据平台和运行管理平台实现系统运行监视、设备操作、矢量图形、数据查询。应用软件实现的功能有:

1) 通过一台终端, 实时地集中采集通信设备和电路的运行状况和设备性能指标参数, 及时发现故障并处理, 以确保通信电力的正常运行;

2) 采用逐层点击、双击文本告警、自动推图、语音提示可以在短时间内捕捉信息大大减少了定位网络故障的所需的时间, 提高了劳动效率和通信网管理水平;

3) 根据采集的信息, 系统会自动分析故障原因, 判断故障的位置, 确定故障对网络产生的影响程度, 时排除故障, 确保网络畅通。

3 通信监测技术的应用

电力通信检测技术在很多地方的电力系统中都有广泛的被采用, 获得了很大程度的发展。具有自身的一些优势, 主要表现在以下几个方面:

1) 图像监控功能

监控中心的调度人员可以根据实际的需要对变电站的任何一台摄像机的进行操作, 进行录像。也可以让摄像机按照固定的时间进行摄像, 如以每天或者一个周作为一个周期进行录像, 且具有回放以及查询的功能。

2) 控制功能

监控中心的操作人员可以对变电站的相关设备实现远程操作, 比如, 发现有不法分子进入或者偷盗行为时, 可以实现远程报警, 同时打开现场的照明设备和录像设备进行摄像。

3) 报警功能

具有视频丢失和视频运动报警功能, 当站端由于摄像机损坏、被窃或断线等情况引起视频信号丢失应进行报警。对于设定的视频报警区域, 当有运动目标进入或图像发生变化时应进行报警。远程变电所发生报警时, 当地主机将在ls内响应, 监控中心主机能在5s内自动弹出报警信息窗口, 显示报警点的具体位置, 报警类型, 自动将画面切换到告警地点, 并启动录像设备对现场进行录像, 便于事故处理与分析。

摘要：随着以计算机技术为核心的网络的兴起和快速发展, 计算机网络技术在电力通信监测系统中得到广泛的使用, 在很大程度上提高了电力通信网的管理水平。本文对通信监测技术在电力通信网中的应用进行了相关的探讨。

关键词：电力通信网,通信监测技术,系统

参考文献

[1]周全仁.电力通信技术标准[M].北京:中国电力出版社, 2000.

光通信系统中光缆线路的监测技术 篇2

【关键词】光缆线路 监测系统

【中图分类号】TN818 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0175-02

光纤通信网络具有无可比拟的优越性。但是，相对于日益提高的数字传输设备的可靠性来说，光纤、光缆线路本身造成的重大故障的比例则越来越高，光纤线路本身的故障率高，故障排除时间长，影响面大，因此已逐渐成为通信网中最为薄弱的环节。由于光纤线路的中继距离长，日常人工维护周期长，一旦发生故障或全阻，故障排除时间长，由此所造成的电信业务量损失很大，即使是网络已精心设计了线路的冗余配置，电信部门仍希望维护人员能够立即发现问题，最好能赶在事件发生还没有严重影响到网络性能、客户利益前，维护部门能够尽快检测修复为好，把损失降到最低程度。

为了保证光通信系统的性能，在出现指标恶化时及时发现故障原因并进行处理，发展了多种光缆线路的监测技术。本文就总结光通信中光缆线路的一些性能监测案例，如充气型光缆气压监测法、充油型光缆湿度和绝缘自动监测系统、光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统。

光缆自动监测系统是利用计算机和通信技术以及光纤特性测量技术，对光纤传输网进行远程分布式的实时监测，并将光缆线路的状况信息集中收集、处理和存储的一种自动化监测系统。

光缆自动监测系统利用计算机软件的智能和数据库保存的历史信息，对实时、定时或发生故障告警时远端测量模块采集来的光缆线路数据信息进行诊断、检索、比较、分析和记录，做到对光缆进行实时、全面、综合地监测。通过掌握、跟踪传输系统的变化以及光纤的劣化情况，就能及时发现光缆的故障征兆，在发生光缆线路事故之前预先做好维护工作，提高光纤通信网的传输质量和可用性。并且在发生线路故障时，可以及时、准确地判断出故障点的位置，大大缩短历时，减少由此造成的电信业务损失。光缆线路自动监测系统有两种类型：

1早期对光缆线路的金属钢带或者铝带的破损情况进行监测；

2目前对光缆线路的纤芯进行检测。

早期的光缆线路自动监测系统，主要是对光缆周围环境进行监测，及时发现线路障碍隐患，进行处理，不致于影响正常的通信。主要包括将在本节介绍的下面一些具体应用方案。目前，光缆线路自动监测系统主要是采用先进的告警、测试、数据库、网络控制、业务流程控制和地理信息系统等技术，将光纤测试、网管告警与维护体制全面地结合起来，通过对光缆的实时自动监视、告警信息的自动分析，自动启动相应的测试，对光纤、光缆故障进行自动定位、自动派修，从而压缩障碍历时，把用户的损失降到最低。

一、充气型光缆气压监测法

光缆气压监测系统实际是电缆气压监测系统的应用扩展。我国最早使用的光缆多为充气型的，内部可充有一定气压的干燥气体，在光缆沿途放置气压传感器以监测漏气情况，一旦外皮破损或者光缆断裂，则气压监测系统即可根据监测气压的变化及时发现。气压监测法要求采用干式光缆，光缆要具有足够的导气率，光缆接头盒与成端部分应当有较好的密封性。这种方法是一种主动的维护方法，可以确保光缆及其接头盒不进水，使光纤处于干燥环境中，且可以及时发现光缆外皮的损伤或光缆断裂并确定其位置，具有一定的实时性。另外，该方法可以纳入现有电缆气压监测系统，可以降低成本。这种方法的弱点是只对外皮监测，不能确切了解光纤本身的运行状况，因此不能完全信赖这个系统，仍然需要维持相当数量的维护人员和OTDR设备才能进行正常的维护工作。此外，这种方法只能对出局主干光缆进行监测，对用户分支光缆不能监测。

系统的主要构成包括线路设备和监测中心两部分，如图1所示

线路设备是由沿光缆线路安装的气压传感器和安装在局内的采集器组成。传感器一般是由光缆中的铜线对或者LAP护层、加强芯连接到采集器的，可把光缆中的气压值转变为电信号，传送到监测中心，采集器则向传感器提供工作电压，每个采集器有16个通道（可扩展到32个），每个通道可带127只传感器，同时每个采集器还分配一个电话号码，使监测中心能通过电话网对采集器进行控制。监测中心设立了计算机单元，用以监视、显示和打印光缆中的气压值，即根据各传感器提供的气压值，自动给出气压分布的曲线，当气压低于设定的门限值时，可自动告警。

二、充油型光缆湿度和绝缘自动监测系统

室外地下光缆由于各种原因受到损伤，使接头渗水或者湿度过大，导致光缆电绝缘指标下降，使通信受到影响，甚至会降低光缆的使用寿命，因此需要及时地发现、修补光缆的损伤。这种方案比较适用于充油型光缆。在充油型光缆的接头处装上湿度传感器（MS），在光缆线路的某一终端安装终端传感器（TS），用以进行湿度和电绝缘的自动监测。其原理与充气型光缆对气压的监测类似。

如图2所示，系统的采集器可向传感器提供工作电压，传感器位于接头盒内，接在光缆的监测铜线对上（无铜线对就跨接在加强芯和金属外护层上）。终端传感器可终接整个监测回路并提供精确的环路电阻，使监测环路保持连续和完整。系统的运行主要是利用金属的外护层，形成一个导体监测回路。当光缆的塑料外皮破裂，绝缘受到破坏时，金属外护层则在外皮破裂处对地形成故障环路，产生故障环路电流，监测系统可以根据环路电流的变化而触发告警器件，产生告警。

由于监测系统是用光缆金属外护层作监测线，光缆的任何损坏都能被监测得到，因而监测系统会期光缆刚刚损坏还未涉及光纤及引起通信中断的时候发出告警，同时也会自动向光缆受损的部位提供阴极保护电流，防止在修复前受到化学腐蚀。对于这种系统，通过对告警传感器进行地址编码，还可以进行故障定位，方便对故障的修复。

三、光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统

这种系统通过远程测量直埋光缆金属外护层对大地构成回路的完整性来实现对光缆监测的目的。它利用远程供电系统对安装于直埋光缆接头盒内的设备进行充电，并进行数据的收集和分析，产生告警信号。

系统由前站、监测站和监测中心组成。前站是主要组成部分，安装于光缆接头盒处，通过测量本接头盒与下一个接头盒之间的金属护套对大地的绝缘电阻来监测地下光缆状况，还可以测量接头盒内湿度，并传送数据到监测站。

通信监测技术 篇3

关键词：电力通信网,通信监测技术,系统

0 引言

改革开放以来,我国发生了翻天覆地变化,经济生活的快速发展使电能的供应量越来越大,电力与我们的生产生活变得息息相关,没有电我们的生活将“寸步难行”。与此同时电力行业本身亦是我国经济的支柱产业之一。电网能否安全稳定的运行决定着我国国民经济的是否可以平稳安全的发展,因此抓好电力系统的安全有着极其深远的影响。电力系统的安全稳定运行离不开电力系统专用通信网络的建设。通过有关数据可以看出,目前我国电力通信网络的光纤线路的长度已经超过了八万公里,微波电路长度也已经达到了七万公里。尽管我国的电力通信网络现在已经初具规模并且在很大程度有了提高,其服务的质量也在日渐完善,但是伴随电力通信网络的不断复杂化,电力网络需要承担的责任也将更大。现代化的电力通信网络与传统意义上的电力通信有所不同,它不但负担着语音通信功能,而且同时拥有自动化调度、继电保护以及费用计量等诸多复杂功能。一旦电力通信网络出现了问题就会造成整个电网的运转不正常,给电网运转带来不便,有时甚至会造成影响恶劣的重大事故。

因此,科学合理进行电力通信网络运行的监测和管理,保证电力通信网络事物正常运作,进一步保障整个电网系统的安全成为目前整个电力系统及部门研究的重要课题之一。专业化的管理体制和规范化的管理系统是确保电力通信正常运作的重要条件,它们的共同作用可以使整个电力通信网络高效运行、畅通运作,终极目标是实现整个电网系统的安全。正是在这种需求的推动之下电力通信监测技术应运而生。

1 我国电力通信网的发展现状

经过了几十年的风雨历程,几代电力人的不懈努力,我国的电力通信网已经初具规模,通过微波、载波、光缆、卫星等诸多通信手段建成了一个立体交叉通信网。这个立体交叉通信网以北京为中心,覆盖面达到了全国30个省(市、地区)。

我国整个的电力通信发展,从无到有,从小到大,从只有简单的技术到拥有世界先进的高新科技,从单一采用电缆和电力线载波较为简单的通信手段到采用数字微波、卫星、光纤等多种通信手段并用,从片面覆盖的通信方式到全国覆盖的通信网(数字数据网、数字数据网、全国电话网),这些辉煌的成就全都表现出了我国电力通信事业正在一步步走向强大。

而随着通信行业对社会发展和进步所表现出的巨大推动作用,电力通信网的业务不再只是时时调度控制信息传输、程控语音联网等一些基础业务,它逐渐发展到承载地理信息系统、视频会议、办公自动化系统、客户服务中心、营销系统、IP电话、人力资源管理系统等诸多业务。另外在协调电力系统的联合运转(其中包括发电、送电、变电、配电、用电)和保障电网稳定、可靠、安全、经济的运行上电力通信起到了不可磨灭的作用,而且有效的保障了基建、水库调度、防汛、电力生产、电力调度、电网调度自动化、安全自动装置、燃料调度、计算机通信等通信需要。尽管目前电力通信自身产生的经济利益还没有能够直接的体现出来,但是它所隐含并产生在电力生产和电力管理中的经济效益我们大家是有目共睹的。

此外,电力通信的发展优势正在被社会加以前所未有的关注,因为它拥有着较为独特的发展优势,这些优势主要有以下几个方面:(1)建设光纤接入网,电力通信系拥有可以利用的现成资源,即分布在我国各处的电杆和电缆管道;(2)架设电力特殊光缆的可利用资源也十分现成,这便是全长近67万公里的35千伏及以上的输电线路,从而可以实现电力通信的安全、快速、经济、可靠的运行;(3)随着电力线通信技术的不断成熟,给用户接入提供了首选手段;(4)拥有电力特色的其它技术,比如无线宽带、多点扩频系统、无源光纤接入等,给电力资源充分利用和有效发挥提供了坚实的技术保证。

2 通信检测系统硬件结构

监控系统主要由两大部分构成:中心站和外围站。监控系统的硬件架构主要由数据库服务器、监控工作站、数据采集器以及一些外部设备构成。数据采集由变电站的通信机房承担,通信机房将采集到的各种数据发送至该区域的中心站,分站发送过来的数据都在中心站进行处理,而且会对设备的报警做出回应。

数据库服务器位于中心机房会对系统数据实施存储,软件系统之间的传输通过TCP/IP协议来完成,系统模式为客户/服务器。为了做到对网络数据实行实时的储存及处理,服务器上会建造实时数据库,这个数据库包括文件服务器、数据服务器、应用服务器三重功能。为了做到对系统进行异地储存以及备份,会实行双机共享的策略。它的工作流程大致是首先被管理对象的实时状态会写进服务器的内存,然后实时数据库会对设备传输的消息进行处理,最后进入关系数据库,这样便可以实现所有客户机的访问。为了保障数据的安全性,系统会通过集群系统软件来进行备份,进行两机互相连通。此时服务器工作方式为双机集群,可以保障系统的不间断工作,从而提高数据的稳定性与安全性。为了保障意外情况下系统的数据不会丢失,两台服务器可以直接相连,这样当主服务器发生故障时,备用的服务器就会自行切入运转,当主服务器修复之后,主服务器会通过手动切换再来进行运作。

监控工作站具有设备报警功能。设置在调度值班室,采用图形化操作系统,可以方便调度员进行检测和相应的控制。

通信检测系统与因特网相连,为了避免系统受到互联网的威胁,需要设置防火墙。同时系统与因特网连接可以方便信息发布、方便事故申告。

通信辅助设备及非智能设备的实时数据采集通过数据采集及传输部分和前置机网关来实现。

由一台工控机对多台设备同时进行操作,可以实现设备管理与配置的集中化。要实现这样的操控我们需要在主站落成一个基于美国信息互换标准代码的仿真终端,通过美国信息互换标准代码的输出对设备进行管理,最终实现自动切换基于不同协议的设备之间的监控。另外信息会反馈给服务器,最后由工作站做出对应的显示。

3 系统应用软件

通信监测系统由两大数据库、三大应用平台和若干个应用程序构成。

3.1 实时数据库和管理数据库

通信检测系统的两大数据库分别是实时库和管理数据库。实时数据库负责系统设备的实时在线数据的处理,管理数据库负责对设备离线数据(离线数据包括非实时数据和历史数据等)进行处理,两个数据库共同作用从而来实现通信网的信息管理。

3.2 三大应用平台

通信检测系统的三大应用平台分别图形数据平台、运行管理平台和调度应用平台。通过这三个平台可以实现系统的设备操作、运行监视、数据查询等。

系统的应用软件可以实现如下功能:

(1)依靠一台终端,集中并实时地采集设备的性能指标参数、采集通信电路和通信设备的运行情况,做到及时发现处理问题,来保障通信电力的运转;(2)依靠语音提示、逐层点击、双击文本警告等方法实现在短时间内锁定网络故障,从而提升通信网管理水平也提高了劳动效率;(3)系统可以自动诊断问题原因,找出故障所在的位置,判断出故障的影响程度,做到实时清除问题,保障网络通畅无阻。

4 通信监测技术的应用

很多地方的电力系统都采用了电力通信检测技术,电力通信检测技术由此获得了极大的发展。电力系统之所以愿意采用电力通信检测技术是因为其自身具有一些优势,这些优势可以体现在以下几个方面:

4.1 图像监控功能

通信检测技术具有图像监控功能。变电站里的每一台摄像机都可以由监控中心的调度人员依据实际应用中的不同需要进行相应操控,并且实施录像。同时也能按照固定的时间让摄像机实施摄像,比如给定一个特定的周期来进行摄像,这个周期可以是一个星期或者是一天,并且在录像完成之后具有查询和回放的功能。

4.2 控制功能

通信检测技术具有控制功能。变电站内的有关设备可以由监控中心的操作人员实施远程操控,譬如,当变电站内没有工作人员时,一旦有犯罪分子进来偷盗,通信检测技术就可以进行远程报警并对工作人员进行通知,这时工作人员就可通过远程控制打开现场的照明装置和录像机来对犯罪活动进行记录,这样就实现了对变电站的远程控制。

4.3 报警功能

通信检测技术具有报警功能,报警功能包括视频运动报警和视频丢失报警两大功能。首先当变电站一端的摄像机因为被偷窃、被损坏等造成视频信号丢失时,通信检测技术就会对之进行报警。其次视频报警区域可以提前进行设定,如果有物体进入设定好的报警区域就会发出报警。远程变电站发生报警时,所在地的主机将在1秒内响起,监控中心主机能在5秒内显示报警地点,并将画面转换到报警地点,同时录像设备会对现场录像。

5 结束语

通过以上对我国电力通信发展现状及通信检测技术的相关介绍,我们可以意识到发展他们的重要性,二者是相辅相成的一方面电力通信的发展需要通信检测技术的进步,另一方面通信检测技术的进步亦会成就电力通信的辉煌。为此,需要我们积极进取为电力事业的未来奋斗终身。

参考文献

[1]钟佰维.电力通信网中通信监测技术应用探索[J].科技传播,2011(19).

[2]李凡思.电力通信监测技术应用探索[J].China's ForeignTrade,中国对外贸易(英文版),2012(10).

通信监测技术 篇4

【关键词】传输；监测系统；光纤通信

1、前言

目前铁路通信网光缆自动监测方面的技术水平不高，光缆中断后维护人员到现场进行测试，判断故障地点，但由于維护人员的技术水平参差不齐，导致测试数据出现偏差，影响抢修速度。光缆中断会造成业务中断，尤其是偏远无人值守站点，更会造成延长业务中断的时间，从而影响铁路运输安全。因此保证承担着主要通信业务的光纤传输网的安全，是一个重要的环节。

2、光缆自动监测系统简述

光缆自动监测系统，是集光线监控、测试、告警、信息处理、业务管理与于一体的网络维护系统。就是通过对光缆进行监测，进而做出光缆运行是否正常的判断；当出现不正常情况时，就会进行报警，并进行相应的测试，以准确定位故障发生点。

该系统集成了现代计算机技术、数据库技术、网络通信技术、现代GIS和OTDR测试技术，它专用于测试传输线路中的光纤。光缆自动监测系统是由监测站与监测中心和操作终端三部分组成。

2.1监测站由远程测试单元、波分复用单元、告警单元、网络通讯设备等组成。

远程测试单元主要由主控模块，OTDR模块，程控光开关、电源模块、专用软件。主控模块是监测站的核心模块，采用稳定的嵌入式系统设计。OTDR光时域反射仪模块能精确的找出故障点，生成曲线文件，通过主控模块上告到网管中心。所有控制及数据处理；

2.2监测中心包括数据库服务器、用户操作系统、网络通讯设备、数据输出设备等组成。

2.3操作终端也就是监测客户端，包括计算机终端以及相应软件两部分，主要是为用户进行线路维护、查找故障点提供便利条件。

3、光线路自动保护系统

光线路自动保护系统是由光线路保护设备和操作维护终端组成，可以实现光功率监测和光路自动切换以及网络的管理。在光通信网络中，实时监测工作光纤和备用光纤上的功率，发出告警提示并自动切换到备用光纤，提高了维护效率，缩短故障延时，保证业务无中断，还可以在保证业务无中断的前提下任意调度主备工作路由（便于线路检修及割接）。

4、监测功能概述

4.1光缆的监测方式有三种：在线监测、离线监测、备纤监测。在线监测可以实时对光缆进行监测，要求OTDR波长与光传输设备波长不同，利用波分复用技术不会对传输网络产生影响。离线监测可以在光纤网络不工作时进行测量。备纤监测是对光缆网络中的备纤进行监测。离线监测与备纤监测均不会对光传输网络产生影响，同时OTDR波长可以与光传输设备相同或者不同。本系统同时可以根据用户需求进行点名测试、定期性测试、模拟告警测试、障碍告警测试。配备GIS系统及告警系统，在发生故障时，能及时准确的把故障地点、类型等通知相关人员。

4.2系统通过对站点、OTDR测试路由、地段、地标等拓扑图与GIS地图相结合，准确显示整个链路上的信息。同时还提供光缆的交割信息记录，并对交割数据进行收集整理。

4.3本系统可以提供多用户分级操作，对管理员和操作员授予不同的权限，在系统中设置不同的帐号、密码、权限等。需要时可以增减操作员及管理员。在故障发生后对全程进行跟踪记录。

4.4告警包括后台数据报警，OTDR设备报警和光缆测试报警。告警管理主要是对告警的显示和处理。主要功能包括当前告警显示、历史告警显示、告警过滤、告警确认、告警手工输入、启动告警测试、告警查询、告警统计、告警清除。告警显示主要是在故障发生时能准确迅速的判断故障点，并将所属区域、线缆段、报警时间、报警类型等详细的信息显示出来。告警的处理是对所发生的报警根据用户定制的方式，以声音，报警灯的方式发出，同时通过短信、电话、邮件等形式通知相关责任人。

4.5系统不仅提供光缆的拓扑信息，同时还对测试性能、告警、割接、系统运行数据进行统一管理。提供主要的故障报警、性能分析、割接信息、监控数据统计等报表

5、解决问题

5.1在监控系统信息地理图中标注测试光缆的路径，分歧盒与接头盒的具体位置和距离（包括管道），这样可以使该网管作为直观电子路径台帐和活地图。

5.2可以解决偏远站点光缆中断后，维护人员从市区奔向光缆成端盒机房，测试距离后再沿路径查找故障地点的问题，费时费力费工，有了该自动监控系统可以马上知道光缆中断距离、中断地点，光缆抢修人员可以直接去故障现场进行抢修，缩短了故障延时，减少业务中断时间，提高了维护质量。

6、结论

光缆网络的快速发展速度使得现时的维护力量和人工水平难以适应，这对传统的维护和抢修方式提出挑战。这就需要采用最新的科学技术对监测系统信息传输进行管理，以动态的方式观察光纤的传输性能，准确判断故障地点和时间，保障通信信息有效传输。

参考文献

[1] 赵子岩,刘建明．电力通信网光缆监测系统的规划与设计[J]．电网技术．2007．31(3)．24页-28页

[2] 李践实．光缆监测系统技术及应用研讨[J] ．铁路通信信号工程技术．2007．4(3) ．78页-81页

[3] 沈政．降低网络故障．从关注光缆运维开始—光缆监测技术探讨．华为技术.2006．14(2) ．8页-11页

通信监测技术 篇5

关键词：红外热像,集中监测,一体化展示,归集共享

0 引言

采用红外成像状态检测技术可有效诊断电气设备的状态及其隐患缺陷。国外红外热像仪的工业化应用开始于20世纪60年代中期,对电气设备进行故障诊断的效果十分显著[1,2];我国电力部门从20世纪80年代末相继开展相关理论方面的研究[3,4,5]。在电力系统中,由红外热像仪检测红外辐射能量,可反映相关部位的温度或热状态变化,进而发现许多电气设备和热能动力设备的缺陷征兆[6]。

目前,电力企业正积极推进状态检修工作,红外热像仪的热像处理技术也在不断提高,但由于红外热像检测尚未解决远程持续监测、统一监控、数据积累及人为操作等问题,未能充分发挥其作用。近年来出现了红外测温与变电站图像监控系统融合的技术[7,8],使其在变电站图像监视的基础上增添了远程红外测温的功能,但由于红外与可见光视场不同,影响其使用效果。文献[9]中提出了一种红外与可见光摄像头一体化云台设计方案,可有效用于变电站内电气设备红外状态预警与诊断,但受限于网络带宽传输限制,未能实现远程集中监测。

针对这些问题,本文通过优化现有在线监测装置的测温数据处理及通信方式,设计站端图像模板匹配模型及平台侧数据调用接口,以实现红外热像的远程集中监测。该研究成果已在广西电网变电设备综合在线监测与评估平台上应用,可实现红外热像状态信息的一体化展示及诊断。通过对部分西电东送主通道、需特维特巡的关键设备针对性地实施应用,可以达到安全、效能、成本的平衡。

1 红外热像技术的应用及影响因素

虽然红外热像测温有利于发现电气设备的各类发热缺陷,但在现场应用中仍然受到一些客观因素的制约,影响其使用效果。

1)从及时性分析,人工存储的热图像仅能实现间断性检测分析,不能对热分布场实时监控和诊断,且由于对设备运行热状态的历史数据积累不足,可能会造成重大设备缺陷发现不及时的事故发生。

2)从数据完整性分析,由工作人员按制定的检测计划在现场逐一测量,并对人为记录进行分析,定期使用红外热像仪进行人工检测,虽然可实现“一台设备多处使用”,但是专业人员须同时检测众多设备,并且人员素质及数据完整性需要满足一定的要求,从而导致人员工作量激增,影响检测效果。

3)从数据通道分析,采用传统的数据图像传输技术,红外数据图像未经压缩转换,虽然图像质量较好,但是占用带宽较大,而且远程上位机功能不受变电站下位机数据通道影响,无法实现数据集中上传。

2 终端监测装置设计

针对红外热像技术在电力系统的应用情况,有必要研究红外热像的远程监测通信技术。但是,红外热像测温是将被测目标表面的热状态电信号,经高增益低噪声放大后,进行模数转换,转换为14 bit的数字信号,如果依然选用无损数字压缩的全数字测温处理及传输技术,将占用约30 M的带宽才能达到红外监测的理想效果,这是限制红外热像远程监控的技术难点。

为了克服测温数据处理及传输的难点,首先需改进红外热像监测装置,使其满足远程监测基本条件。改进的方法是监测装置将图像数据、温度数据分开处理,并传输至在线监测单元服务器,在保证传输流畅视频信号的同时,完成原始可分析数据的同步传输。

2.1 双视场监测图像处理与红外测温匹配

鉴于可见光视场较大,可将红外热像仪与可见光摄像机安装在同一监测装置云台,通过图像模板匹配算法将红外视场融合于可见光视场中,以保证2个摄像头监视同一位置,解决红外热像难以识别设备热点位置的问题。

同时,由于监测装置云台回转精度无法保证,导致难以长时间对准目标。因此,在图像模板匹配算法中,将初次设置的对象目标模板定为参照物,每当云台转到该预置位时,便提取场景特征与参照物进行比对。如果发现偏移,将计算相对位移量,并通知云台运转到对应的修正角度,自动匹配目标。该方式可有效保证单台监测装置对多预置位的巡回监测效果。

2.2 图像信号传输

对于视频图像数据,采用普通视频信号的有损压缩传输方式。视频信号转换流程如图1所示。

监测装置在其数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)内部进行图像处理,包括颜色编码转换、自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)等,对处理后的图像进行MPEG4压缩后,再通过网络传输,同时响应网络命令进行测温工作。在线监测单元服务器可将传输回来的模拟信号进行MPEG4解码、回放和转发。

2.3 原始电平采样数据转换及传输

监测装置对14 bit原始电平采样数据的编码及传输,在DSP处理器内部进行原始数据的无损压缩,再按传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)打包传输。采样速度最高可达25帧/s。数字信号转换流程如图2所示。

2.4 温度数据传输

对需要持续监测的温度对象(点温度、区域最高温度等)进行设置,监测装置实时测量上述目标的温度,并将温度数据叠加到对应视的频图像信号上,最终将这些数据按既定通信规约实时传输到在线监测单元服务器。该温度数据传输方式只需要极低的带宽(<1 kbit/s)。

通过改进红外热像监测装置,使之满足模拟测温方式,可将视频图像及温度数据上传至远程网络硬盘录像机(Network Video Recorder,NVR),满足图像及温度数据实时传输的要求,实现了对电力设备的远程红外测温,且其温度数据精度高,网络带宽占用少。

3 监测数据传输方法

为了实现红外热像远程集中监测,需要统一不同型号、不同类型的监测装置,传输采用统一的数据传输规约,并结合红外热像数据的特殊性要求处理、报送数据。

3.1 IEC61850-9-2点对点同步采样

在组网传输红外热像温度及图像数据时,时钟同步的准确性、IEEE1588等同步方式的可靠性,以及网络冲突、网络时延均可能对红外热像在线监测单元和变电设备综合在线监测与评估平台的安全性、可靠性造成影响。因此,本文针对温度数据与图像数据在叠加过程中高精度要求的特点,分析采用IEC61850-9-2点对点方式的必要性和难点,提出了一种实现点对点采样值传输的方法。

根据点对点采样值传输原则,设计了以太网精确数据传输组件,该组件采用大容量现场可编程逻辑阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为协处理器,完成8路以太网数据的收发控制,协处理器承担了数据链路层的全部工作,降低了CPU负荷。组件针对点对点IEC61850-9-2的应用设计了多项功能,适合对变电站多类设备同时进行红外热像监测的数据传输业务。

该组件配置高性能DSP处理器,可及时对接收的数据进行计算处理,分摊CPU的负担。网络协处理器和DSP之间,通过高性能增强型的并行外设接口进行全双工自动数据交换,其带宽达到800 Mbit/s,满足了8路百兆以太网接口的最大理论吞吐量。以太网插件的多项定制功能,如网络风暴抑制、目的地址过滤、有效报文检测等可提高系统在复杂网络环境下正常工作的能力。经测试,单块以太网插件在接收320 Mbit/s有效数据的情况下,可以正常工作。该指标完全能够满足红外热像检测数据在变电站内部或与平台间的传输要求。此外,该插件的以太网接口对上层协议公开,不仅可以承载IEC61850-9-2的采样数据报文,也同样适合承载变电站在线监测类的其他通信业务,如面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event,GOOSE)、IEEE1588等。

3.2 规范数据传输格式

针对集中监测多座关键变电站设备红外热像的需要,提出并制定数据传输格式标准化的要求。首先制订《在线监测装置数据及建模规范》,规定了变电站内的监测装置、接入平台的在线监测装置传输数据的内容和方式,以及进行IEC61850数据建模时应遵循的原则,以达到平台的接入和扩展能力。同时,为了便于进行数据的分析和比较,在通信规范关键技术研究中明确了变压器、隔离开关等8类设备测温数据的系统配置、逻辑节点模型和服务类型3部分内容。具体细节要求有:(1)按照工程远景规模配置数据对象实例(Instantiated Data Object,IDO),在监测装置功能描述文件(IED Capability Description,ICD)中包含具体参数描述和基于字符串描述的属性;(2)将变电站所有需要配置描述文件(Substation Configuration Description,SCD)自动生成的实例描述文件(Configured IED Description,CID)下载到对应元件中;(3)ICD文件需要包含模型自描述信息,如版本信息、修改的版本号等内容。

平台通过综合数据网以《在线监测装置数据及建模规范》接收各变电站在线监测单元的数据,并保存到平台数据库中。在线监测单元通过接入到传输组件协议转换器网关以后,对接收到的数据进行对象化处理,封装成符合IEC61850的通信对象再传输到监测平台。最后在平台完成集中监控与诊断。

4 平台实时监测实现与诊断算法建模

鉴于应关注单个应用走向,从集成的整体角度考虑架构层面的问题[10,11],将各站端红外热像数据统一接入变电设备综合状态在线监测与评估平台,可满足在线监测一体化信息集成的发展需求[12],在此基础上对数据进行深度挖掘,可进一步提升其监测实用性。

4.1 监测数据集中调用及控制功能实现

为了统一平台红外视频及图像调用接口的规范,规定平台与各红外热像在线监测单元之间采用ActiveX控件的方式进行视频和图像的控制和数据交互。ActiveX控件满足以下三大要求:(1)以压缩包(CAB格式)的形式加载到平台;(2)支持同时运行多个实例;(3)可接入同一厂商全系列监测装置。根据以上要求,分别制定系统类接口、音视频类接口及控制接口。红外视频图像调用接口构成如图3所示。

系统类接口主要调用不同型号的装置控件,音视频类接口则完成图像控制功能,而控制接口则完成云台控制及预置位调整等命令执行。

由于变电设备红外视频/图像的数据量大,频繁上传这些数据会导致整个网络通信性能下降。所以平时仅上传各监测预置位区域内最高温度及温度越线告警信息,必要时监控平台通过人工触发的方式直接查看和分析红外视频或图像。平台调用和查看红外图像流程如图4所示。

4.2 诊断算法建模

由于电力设备故障的性质、部位和严重程度不同,导致设备表面温升值及空间分布特征也不相同,所以,分析处理红外热像监测设备监测到的上述设备运行状态信息,可对设备中潜伏的故障属性、位置和严重程度做出判定。

要实现表面温度精确量测,必须注意到物体的温度不是直接测量,而是通过红外线辐射能投射到热像仪上,此种辐射能与物体温度有函数关系。但事实上,红外线检测器接收到的辐射能,不仅来自物体,也来自物体周围环境、大气层及热像仪本身。因此,红外测温的精度和可靠性与很多因素有关[13]。为确保监测的准确性,对红外热像监测设备类别及监测部位进行分类定义,通过监测数据、相关影响因素的处理与分析,结合判断算法,提出同时归集、加工、分析各种类型监测数据诊断的方法。判断算法模型根据《DL/T 664带电设备红外诊断应用规范》要求及现场技术条件设计,包括表面温度判断法、相对温差判断法、同类比较法、档案分析法等。500 kV玉林变电站红外热像监测如图5所示。

5 现场应用实例

经过对某220 kV试点站全站红外热像扫描、分析,于2012年8月20日发现2号主变110 kV侧变压器1024刀闸(1024接地刀闸一侧瓷瓶端部)温度相对同类型设备相同部位的温度高许多。红外监测图像及对应的可视光图像如图6所示。

采用同类比较法、点温差法来分析缺陷,分别取图6(a)中三相的瓷瓶柱头点01、点02、点03的温度,点01的温度为54.7℃,点02的温度达到77.4℃,点03的温度为46.8℃。可以看出,点02的温度明显较其他2个相同部位点温度高,由此判断是上端接线夹接触不良导致过热。

后经使用便携式红外热像仪进行现场复测,确认该点温度偏高。在设备停电消缺之前,通过变电设备综合状态在线监测与评估平台对该设备进行持续监测。经过检修人员处理,拧紧接触部位后,温度降至正常。

6 结语

通信监测技术 篇6

1 研究智能监测技术的必要性

1.1 可提高对电网生产业务的保障能力

电力通信网的主要作用之一是保障电网的安全、稳定运行,而保证继电保护、安稳控制、自动化等电网生产运行重要业务的稳定则是重中之重。在通信调控和运维检修作业前,需要分析停电检修对电网业务的影响程度,并采取备用通信方案。当发生通信故障时,需要迅速了解故障对电网业务的影响,并采取应急措施。在编制通信方式和网络优化方案时,需要综合分析其对电网业务安全要求的满足情况。

1.2 可提高业务状态监测能力

长期以来,通信系统对电网业务的影响均需依靠人工查阅资料和经验判断,往往难以快速、准确地判断故障。深入研究后发现,运用电力通信业务状态监测技术可提升通信管理系统在检修影响业务、告警影响业务等方面的实用性和智能化,可使通信管理系统成为通信业务保障的有力手段。

1.3 可推进通信业务资源管理的精细化

“十二五”期间,电力通信骨干网将基本覆盖35 k V变电站,终端通信接入网将获得快速发展,网络运维和管理工作量也将成倍增加。此外,通信技术的快速发展也为通信应用提供了丰富的应用方式。因此,需要对通信业务进行类型分析和模型细化,并配套相应的系统软件,从而实现通信业务的精细化管理。

2 电力通信业务智能监测的功能和技术应用

2.1 细化业务模型,建立业务子类型

目前,通信管理系统管理的通信业务主要是按照传输网支撑的七大类业务划分的,包括继电保护业务、安全自动装置业务、调度自动化业务、调度电话业务、电视电话会议业务、综合数据网业务和行政电话业务。因此,应将在通信管理系统中细化业务模型,增强对子业务数据的维护,并在出现复杂、不确定的业务类型时,为用户提供自定义业务类型的维护手段。

2.2 实现业务端到端的资源管理

目前,通信管理系统对资源的管理是按照传输网、数据网、交换网、电视电话会议网、数字同步网、动环系统及新纳入管理的光缆监测等分开管理的,对告警的监视也是分开进行的。因此,应在通信管理系统中减少管理的盲区,比如PCM设备。同时,加强对跨技术体制设备关联关系的管理,支持对跨技术体制设备关联关系的人工维护,建立跨技术体制的完整业务通道,在同技术体制、不同传输系统内支持跨系统通道的人工制作。

2.3 加强对网络保护关系的维护和管理

目前,通信管理系统的对网络保护关系的管理仅停留在传输网,而对传输网的保护也仅限于通过建立主备通道维持SNCP保护关系,未实现对复用段和板卡的保护。因此,应将加强对复用段和板卡等的保护,分析设备厂家接口保护组数据的获取能力和设备网管采集保护关系,对不支持组数据获取保护的设备进行人工维护。

2.4 增强影响业务分析功能

业务智能监测依赖于影响业务分析功能,因此,影响业务分析应在充分考虑网络保护关系的基础上,分析告警或资源对业务的影响。具体而言,应对影响业务分析的规则进行现场验证,并反复优化和完善;借助资源影响业务分析功能完善对存在保护关系的告警影响业务分析;建立上级单位业务到本单位业务的同步机制,从而保证本单位告警影响上级单位展示的业务名称与上级单位业务名称的一致性。

2.5 广泛调研电网生产系统的接口能力

目前,通信管理系统所承载的各类业务与电网生产系统无对接接口,通信管理系统与电网生产系统对业务的命名方式也不一致。因此,应与电网生产系统的实施单位共同开展调研工作,制作接口信息模型,建立系统间资源的映射规则。

2.6 研究业务拨测、服务探测的方式

目前,通信管理系统对电网生产类业务的监测是通过对通信网络资源告警的监测反映业务的运行状态的,无直接监测业务运行状态的手段。因此,对业务的直接监测可从2个方面入手:①研究业务拨测、服务端口监测、探针探测、设备可达性测试、业务报活监测等在不同类型业务监测中的应用:②与相关部门协调评估业务直接监测的安全隐患。

2.7 完成基础数据准确性核查等工作

目前,通信管理系统已将数据整理工作纳入工作重点,且已初见成效,但已经过整理的数据的准确性能否为复杂分析提供支撑有待进一步核查。因此,应对自动采集的数据及人工维护的数据的准确性进行核查。对于自动采集的数据,需要核查设备网管的配置数据与通信管理系统配置数据的一致性。人工维护数据的整理包括在通信管理系统中录入完整的业务台账数据,完成业务主备通道的串接,并与业务关联,从而实现对复用段、板卡的保护。

3 结束语

要想使电力通信技术能更好地满足未来电力行业的发展需求,我们只有在了解通信现状、通信需求的基础上,不断对通信业务智能检测技术进行探索和创新。只有这样,才能为我国电力系统的安全、持续、可靠供电作出更大的贡献。

摘要：随着电网规模的逐渐扩大,应提高其资源优化配置的能力,这有利于大规模接入和传输可再生能源,但这也会使得电网的运行和控制越来越复杂。以国网安徽电力公司的通信管理系统为例,阐述了电力通信业务智能监测技术的发展和应用情况,以期为同类项目建设提供借鉴。

关键词：智能电网,电力通信业务,智能监测技术,调度电话业务

参考文献

[1]董雪源.基于互联网技术的电力系统广域保护通信系统研究[D].成都:西南交通大学,2012.

[2]金炜.OTN技术在电力通信网中的应用研究[D].北京:华北电力大学,2014.

通信监测技术 篇7

一、光电自适应通信技术的特性

光电自适应通信系统中同时连接电缆和光纤,通过物理层来调整首选通信介质。通常情况下以光纤作为主选通信介质,电缆为备用。如果光纤链路出现问题,物理层的接口设备能够根据检测到的信号情况识别出故障,进而自动将通信链路转接到电缆上。同样,可以将电缆作为主选通信介质,其自动切换的原理相同。这样,光电自适应拥有两套链路,而且实现自动切换,保证了通信的可靠性。

二、光电自适应通信系统硬件设计

1、光以太网物理接口设计

光以太网接口的功能是由光收发器实现的,完成光信号与电信号的相互转换,这种传输是透明性质的。光收发器在发送信号时,首先将电信号进行转换,变成光信号之后发送出去。光信号传回到光接收端口后,同样会被转变为电信号,此时光收发器会显示信号有效,表明接受到的光信号是有效的。光收发器在接受以及发送信号时采用的是独立的光纤,标准的1X9封装,激光波长根据系统的需要采用了1310nm,数据串行速率设计为1.25Gb/s,采用FC螺纹接口对机械进行连接,能够保证连接的可靠度。光收发器使用的是LVPECL电平的对外接口,与使用CML电平的电接口控制器芯片88E1112相连,要针对两种不同的电平进行信号匹配设计。芯片与光收发器之间的电路如图1所示。在该电路当中,采用的是交流耦合电容,输入信号的电平由上下拉电阻根据LVPECL电平的标准进行调整的。当信号从收发器传递到芯片时,LVPECL的信号负载则由发送端的下拉电阻提供,信号线上的电容采用的是交流耦合形式。

2、电以太网物接口设计和控制器选择

在电以太网接口设计中使用的是10/100/1000M以太网模型,借助通电连接器,实现4对以太网收发信号与网络隔离变压器之间的连接,信号通过网络隔离变压器传输给电接口控制器,进而实现协议以及物理层信号之间的转换。在选择电接口物理层接口控制器时,考虑到频谱检测系统的工作要求,并且实现硬件和软件设计简化的目的,采用了88E1112,它具有比较特殊的光电介质自适应检测功能,其内部电路能够对电接口以及光接口的两种信号能量进行监控。在工作中,如果检测到电接口有信号能量,则会通过电网络进行数据传输,当检测到有光信号能量时,又能够通过光纤进行信号的发送和接收。

三、光电自适应软件设计分析

1、电接口物理层接口控制器初始化分析

该控制器的初始化软件操作过程中,内部有两组独立的寄存器分别对光接口以及电接口实施控制,通过设置进而得出应该使用的寄存器。通过在高温以及低温下的测试和实际的运用情况,调整对PHY传输到MAC的差分电平范围。

2、频谱检测系统工作过程

频谱检测设备对命令信息的控制主要通过以太网接受上位机,进而得到设备的信号频率信息、带宽信息等有关参数,对中频率模拟信号数字化处理,经过变化的中频信号传入到信息处理设备中断后,系统会依据信号带宽进而选择是否进行下变频。当下变频后,频谱分析该数字信号,并且处理数字信号,借助光电自适应以太网得将出的结果传递给上位机,进而实现上位机对信号的分析和处理。借助频谱检测设备,根据得到的信号结果,上位机会对电子环境的实时使用状况进行判断,进而通过引导,帮助无线电定位系统有效识别和定位特点频率信号。

四、结语

在机载环境下,频谱检测系统对通信安全、通信设备的体积以及重要有一定要求,将光电自适应通信技术运用到频谱检测系统当中,不仅大大简化了系统电路设计,而且有效地提高了信息传输的可靠性,设备的重量和体积也减小。

参考文献

[1]李勇.一种卫星频谱监测系统设计方案及实现[J].空间电子技术.2008,(03):77-80

通信监测技术 篇8

笔者设计了一套低成本的测控系统,该系统采用传感器技术和单片机相结合,由上位机和下位机(都用单片机实现)构成,实现温室大棚温/湿度的密切监测[1]。首先确定了设计的总体结构,即以3处不同地点的温室大棚作为采集对象[2,3],通过传感器采集温度、湿度和光强这些参数;之后由各点的无线系统将所采集到的参数传送到接收端,接收端再将数据送到PC机从而完成监测。

1 总体方案①

计算机控制部分的作用是对温/湿度和光照强度这3个参数进行监测与存储,其中较为重要的是实现对现场温/湿度和光照强度的采集与传输,利用RS232连接线与下位机进行通信。该设计是基于VB的多路采集与处理系统,上位机主要是利用VB进行软件编程,对数据进行跟踪显示,绘制出温/湿度变化曲线,并将数据存储到数据库中的系统软件。利用该软件可以控制下位机的工作,还可以通过输入时间参数对历史温度数据进行查询。

单片机部分是进行数据采集的核心部分,采用STC89C52作为主控单元。首先是3个采集节点的单片机对各自的传感器发送的数据进行处理,然后将处理后的数据通过无线模块发送到连接上位机的单片机中,也就是接收机。最后接收机通过RS232连接线将这3个节点的数据传送至上位机。下位机发送端的结构如图1所示。

综上所述,本系统大致可分为5部分:计算机对数据的显示与存储、单片机控制部分、无线模块部分、传感器部分和1602、12864显示部分(图2)。系统的设计过程主要包括软件设计和硬件设计两部分。

2 系统的硬件组成

2.1 数据采集单元

数据采集单元由DHT11温/湿度传感器和BH1750光照传感器组成,这两种传感器用在发送端上分别采集温/湿度和光强参数,并将参数传送到单片机。DHT11数字温/湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温/湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温/湿度传感技术,确保产品具有高的可靠性和长期稳定性[4]。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能八位单片机相连接。因此该产品具有响应快、抗干扰能力强及性价比高等优点,其电路设计如图3所示。

BH1750环境光传感器内置16位模数转换器,能够直接输出一个数字信号,不需要再做复杂的计算,其电路设计如图4所示。

2.2 数据处理单元

STC89C52单片机是目前最常用的单片机之一,此处用作数据处理和控制单元。

2.3 数据传输单元

数据处理单元由nRF24L01模块组成,用在发送端和接收端,它是一款工作在2.4~2.5GHz范围内,世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片,其电路设计如图5所示[5]。

2.4 数据显示单元

数据显示单元由1602字符型液晶和带中文字库的12864液晶组成。1602字符型液晶用在发送端,显示当前节点的温室参数。12864液晶用在接收端,显示所有节点的温室参数。1602和12864液晶电路连接如图6、7所示。

系统的硬件组成主要包括以上几个方面,由数据采集单元采集到数据以后,经数据处理单元进行数据处理,再通过无线技术将各点所采集的参数传送到接收端,发送端电路如图8所示,接收端再将数据送到PC机从而完成监测,接收端电路如图9所示。

3 系统软件

本设计的整体思路是基于nRF24L01具有同时接收多通道的数据功能来进行设计的。首先本设计要完成发送端传感器对温/湿度和光照的测量;然后通过nRF24L01无线模块将参数发送到终端,在此基础上再加入其他两节点;最后通过RS232连接线将数据传送到上位机并在上位机进行数据的显示与存储,从而实现一个无线局域的网络监测。发送端有3个节点,每个节点除了发送地址和标志位不同,其余都是相同的,因而软件总设计流程的发送端不再一一列出,只以其中一个为例(图10)。

4 开发界面设计

系统软件中共有两个界面,首先进入的是系统登录界面。登录到系统的主界面后,首先要对串口进行设置:上位机与单片机通过RS232总线进行连接,COM口一般选择COM3,这与计算机的设置有关。串口的设置界面如图11所示。将串口参数设置后,开始进行温室参数的监控。温室参数显示界面如图12所示。

5 结束语

笔者在理解温室监测技术的基础上设计了一种基于无线通信技术的温室环境参数监测系统,主要是对温室大棚温/湿度和光照强度参数监测的研究与设计。首先通过温/湿度传感器和光照传感器采集温/湿度和光照参数,再以此为节点通过无线通信方式将各节点温/湿度参数统一进行监测。此系统不但提高了监控系统的实时行和有效性,并减少了人工控制测试的温/湿度误差大、费时费力及效率低等问题。

摘要：运用STC89C52单片机、DHT11温/湿度传感器、BH1750光照传感器、nRF24L01无线模块、LCD1602液晶及12864液晶显示模块等器件,设计了基于无线通信技术的温室环境参数监测系统。该系统可以对温室内的温/湿度和光照参数进行多点采集,并将采集的温室参数通过无线模块送到终端(接收端),最后由终端设备将参数送至PC机。实现了对温室大棚中温度、湿度和光强的监控,解决了温室大棚人工控制测试的温/湿度误差大、费时费力及效率低等问题。

通信监测技术 篇9

设备状态监测是对运行设备通过各种手段进行数据和信息的采集,以此判断设备劣化趋势、故障结构,预测其变化趋势的过程,有效的设备状态监测可以降低突发故障的发生概率,为设备状态维修提供依据,保证设备的安全良性运行,所以设备状态监测一直受到企业的高度关注。

1 应用无线通信技术的设备状态监测系统设计方案

无线通信技术在设备状态监测系统中应用其主要目的是通过无线传感器网络对机械设备振动信息实现远程的准确、全面采集,并传输至服务器终端,实现对设备状态相关数据的查询和应用[[1]]。所以构建的设备状态监测系统要具有以传感器终端节点为基础的无线数据采集系统、以Zighee技术为基础的无线数据传输系统,以监测计算机为基础的数据处理和传输系统三部分,以此满足其功能、抗干扰能力、功能扩展能力的需要。

2 设备状态监测系统中应用的无线通信方案

虽然无线通信技术和有线通信技术的信号均由发送器和接收器进行处理,但前者信号以电磁波作为传输介质,传输信道更加复杂,在传播的过程中容易被障碍物吸收,具有明显的衰落特征,如路径损耗、多径衰落、阴影衰落等,这要求无线通信技术的应用要依赖于相应的抗衰落技术,如扩频技术、分集接收技术等[[2]]。考虑到短距离无线通信技术在成本、功耗较少、稳定性和抗干扰性较突出,而且可实现对等通信、通信协议和通信芯片开发较成熟,可以将其与有线局域网共同应用于设备状态监测中,所以在现有的短距离无线通信技术,如红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi技术、超宽带技术、Zighee技术中进行择优选择。以上各种短距离无线通信协议特点不同,所以其适合应用的领域也存在差异,例如蓝牙技术其传输距离在10m左右,最大功耗为100m W,传输速率为1Mb/s,工作频段为2.4GHz,所以其在移动通信个人网络中较为适应,而Wi-Fi技术和Zighee技术其传输距离均满足100m要求,最大功耗分别为100m W和1m W,传输速率分别为11Mb/s和0.25Mb/s,工作频段均为2.4GHz,两者在设备状态监测中应用均由可能,但后者相比前者在成本、功率、可靠性、可操作性方面更优越,所以在设备状态监测系统中更加适用。

Zighee技术应用802.15.4无线技术标准,可实现多个无线传感器节点间的数据传输;应用CSMA-CA机制、支持AES-128加密和Zighee协议,所以其可靠性和数据传输的安全性较有保证,除此之外,其还具有拓扑结构类型多样,自组织、自愈能力突出等特点,为保证此项短距离无线通信技术在设备状态监测中可以发挥预期的作用,要对其协议架构进行设计[[3]]。首先为物理层,其以同步包头、载荷和帧头等作为主要构成,其一方面要对无线收发节点的状态进行调整,另一方面要对数据包进行收发;其次为数据链路层,其以完成物理层的无线通道接入为主要的职责,例如对信道接入进行控制、对PAN链路状态进行调整等;以上两种结构均以IEEE802.15.4协议为依据[[4]]。再次为网络层,其主要功能使为数据链路层的正常运行提供保证,向应用层提供正确的服务接口等;另外为应用层,其主要功能是向Zighee网络进行应用的映射;考虑到监测系统的安全性,设置安全层也很有必要。

3 设备状态监测系统中应用的无线传感器节点

3.1 无线传感器节点设计

由于无线传感器网络是由诸多传感器结构构成,所以要保证无线通信技术在设备状态监测中应用的质量,要对无线传感器节点进行合理的设计,无线传感器节点其一方面要采集和处理设备振动信号,另一方面要将负责其他节点相关信息向计算机的转发,所以其要包括以下模块,首先是处理器模块,其包括处理器和存储器,主要功能是对传感器节点进行合理的控制,将其采集数据和接收数据进行有效的处理和全面的存储,现阶段通常将其视为无线传感器节点的核心;其次是传感器模块,其包括传感器和AC/DC,主要功能是对区域内信息和数据的采集、转换情况进行全面的监测;再次是电源模块,其主要功能是提供节点运行的电能;另外是无线通信模块,其包括网络、MAC、收发器等主要功能是实现模块、节点间的协调、沟通。在进行设备状态监测系统的无线传感器设计的过程中,应以其灵敏度、响应特性、线性范围、精确度等作为衡量指标,结合设备在运行过程中受不同状态影响产生的振动信号差异,对设备的状态进行快速、准确的监测,笔者选择利用模拟电压可直接获取相应设备振动幅值的加速度传感器[[5]]。在此传感器应用前,为保证设备振动信号采集的真实度,通常要对采集到的设备振动信号进行MAX291滤波器滤波、隔离和OPA2277放大三种处理,然后使其由模拟电压向振动幅值转换,在转换的过程中实质上是将模拟信号向数字信号进行转变的过程,在具体转换的过程中应结合量化位数、输入信号电压范围、参考电压等指标进行,现阶段应用较为广泛的是14位精度的A/D转换器,此类转换器输出通道数量达到8个。

3.2 无线传感器的无线收发芯片设计

在设计无线通信模块的过程中,考虑到无线射频芯片和微处理器在无线通信模块中的作用,要对其功耗、传输性能、封装、抗干扰能力等进行全面的分析,现阶段无线收发芯片的种类较多,如CC1000、CC2430、MC13192等,综合各类无线芯片的性能,可以发现,CC2430在成本、稳定性、能耗等方面更具优势,体积较小、集成度较高,所以在设备状态监测中可以应用此类芯片,以此芯片为核心的外围电路在设计的过程中只需要单个非平衡的变压器完成。

3.3 无线传感器的抗干扰设计

除上述分析以外,考虑到无线通信技术在应用的过程中可能受到外界环境的影响,所以要对传感器节点的抗干扰能力进行强化,在强化的过程中要保证元器件间的布局间距满足现有焊接技术的要求,这是基本前提[[6]]。另外,为降低辐射和干扰的几率,要将功能相同或存在密切关系的元件进行临近设置;逻辑电路应与噪声较大的元件或电流较大的电路保持一定的距离,以此降低逻辑电路受到的干扰;将高速期间设置在逻辑电路的出线端,降低干扰;尽可能拉大干扰源与易受干扰器件的距离,在布线的过程中为降低干扰,应尽可能的降低布线的密度,而且布线的粗细程度应尽可能一直,PCB板与线路之间要保持一定的距离、环路电阻应尽可能避免应用等。

3.4 无线传感器节点的软件设计

1在终端节点入网方面,初始化后,终端节点要向网络发出入网信标请求,然后收到信标的响应,此时有两种情况,一种是网络不同意,此时终端节点要结合最大重试次数限制进行重复请求,另一种网络同意,此时其将发送连接请求,在连接超时的情况下,入网直接失败,如果入网并未超时将会获得连接响应解析,响应正确的情况下绑定目的地址入网成功,否则入网失败[[7]];2终端节点数据的收发方面,在发送的过程中,先对CC2430模式进行相应的设置,然后在执行能量检测和信道选择后将相应的数据输入,并发送数据请求,在受到同意应答后可发送数据,否则需要重新提出发送数据的申请;在数据接收的过程中,同样先对CC2430模式进行相应的设置,然后接收数据,在数据没有溢出的情况下,对数据进行读取、成功接受应答,但在数据溢出的情况下直接返回,这对保证设备状态监测数据完整性具有积极作用。

4 设备状态监测系统中应用的无线通信网络拓扑结构

Zighee无线通信网络支持的网络拓扑类型较多,现阶段在设备状态监测方面应用较多的为星型结构,其通常由单个的协调器节点和终端节点构成,在功耗、节点数量等方面均较理想,在建立此类型拓扑结构的过程中,应向利用协调器对通信网络进行构建。在此类无线通信技术应用于设备状态监测过程中时,要先将无线传感器节点安置于被监测设备的相应位置,并对其振动过程中产生的振动信号进行全面的采集,利用无线网络向企业设备控制部门的协调器节点进行信号的传输,由其项检测计算机发送,最终由计算机在太网载体的作用下,将相关信息向远程中心服务器进行发送,由其对采集的数据进行处理,可见在信号传输的过程中,通常需要检测人员结合实际需要对终端节点进行唤醒,由其依据检测人员的命令进行信号采集,并以相反的途径进行信号数据的传送,在通信的过程中,如果协调器发现通信并未得到及时的回应或并未明确定位传感器终端节点,需要将相关的信息向检测计算机进行反应,由其对对应的节点重新发送命令,以此保证设备状态检测的全面性,这种唤醒设计,可以使节点在长时间处于休眠状态,这不仅有利于节能,而且对提升监测系统的使用寿命也具有突出的效果。在无线通信网络中的监测计算机内会存储相应的数据库,其对设备不同状态下的振动信号特征进行全面的记录,当计算机监测系统发现其接收的信号与其数据库存储内容不相符的情况下,会对其进行记录和分析,并将分析的结果同步向远程监控系统传送,这对降低设备状态监测人员的工作难度,提升设备状态监测的实时性和有效性等均具有重要的作用。结合其拓扑结构可以发现无线通信技术在设备状态监测中的应用,相比有线通信技术在节能效果方面优势更明显。

5 结语

通过上述分析可以发现,现阶段人们已经认识到用无线通信技术替代有线通信技术在设备状态检测中应用,对降低企业系统建设成本、提升监测的全面性等方面的重要作用,并在实践中有意识的针对机械设备振动信号对zighee无线通信技术进行应用,这是现代设备管理水平提升的具体体现,应以发展的眼光看待设备状态监测中应用的无线通信技术。

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