電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第一章緒論選題背景和意義選題背景電力電纜就是在城市地下敷設(shè)的輸電電纜，是國(guó)家電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施最重要的組成部分之一；隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速，電力電纜的覆蓋率和資產(chǎn)規(guī)模正在以空前的速度增加。以成都市為例，到目前為止：220kV電纜已有15回，總長(zhǎng)73.75千米；110kV電纜107回，總長(zhǎng)263千米；35kV電纜39回，總長(zhǎng)32千米；10kV電纜399回，總長(zhǎng)963千米。為保證龐大的網(wǎng)路的安全、可靠、智能地運(yùn)行，人工巡檢方法和常規(guī)的監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)無(wú)法勝任；為滿足這一顯著的需求，一些新型的傳感檢測(cè)設(shè)備被開(kāi)發(fā)并且開(kāi)始應(yīng)用于電力電纜的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，包括：DTS分布光纖溫度溫度傳感器：通過(guò)背向散射原理，可以檢測(cè)到一根長(zhǎng)達(dá)幾千米到幾十千米光纖的溫度分布，采樣點(diǎn)距離可達(dá)到1.0m至2.0m，最小檢測(cè)周期可達(dá)10s。將該測(cè)溫光纖沿電纜長(zhǎng)度方向布置，則可以獲得電纜的長(zhǎng)度方向上的溫度分布。光纖本身有石英制成，具有極佳的電磁惰性。就這些技術(shù)特征和最近幾年的實(shí)踐看，DTSE被證實(shí)是目前火警、電纜溫度異常、電纜熱負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)的最佳手段。分布式局部放電在線檢測(cè)器：采用高頻數(shù)據(jù)采集卡檢測(cè)電纜附件的屏蔽電流高頻部分或超聲波信號(hào)，提供電纜絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)條件。與傳統(tǒng)的傳感器不同，它們的實(shí)時(shí)輸出的狀態(tài)變量不是由一個(gè)或幾個(gè)模擬量構(gòu)成，而通常是一個(gè)長(zhǎng)度很大的模擬量序列構(gòu)成，稱為大數(shù)組輸出；以DTS為例，檢測(cè)10千米電纜的分布溫度，按照1.0m的采樣空間，每次的檢測(cè)輸出為一個(gè)長(zhǎng)度為10,000的浮點(diǎn)數(shù)組?；谶@些數(shù)組輸出，一些功能強(qiáng)大但也相當(dāng)?shù)膹?fù)雜的算法被開(kāi)發(fā)用于分析和透視蘊(yùn)含在這些龐大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵信息；如一種稱為動(dòng)態(tài)載流量DCR算法可根據(jù)持續(xù)輸入的電纜表面分布溫度（由DTS提供）和回路負(fù)荷電流，實(shí)時(shí)地計(jì)算電纜線芯溫度（電纜線芯溫度是電纜負(fù)荷安全狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)，其許用值為90C）和計(jì)算短時(shí)許用電流；另一種算法成為電纜載流量專家系統(tǒng)，可基于歷史的電纜表面溫度和負(fù)荷電纜信息，計(jì)算電纜中長(zhǎng)期的安全負(fù)荷電流。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目前現(xiàn)有的電力監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系無(wú)法有效支持以上應(yīng)用；表現(xiàn)在：在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，現(xiàn)有的通訊協(xié)議不能有效傳輸大數(shù)組，SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些大數(shù)組的輸入輸出和存貯，現(xiàn)有體系在集成復(fù)雜算法方面考慮甚少，等等；另外，現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)和本文的電纜在線監(jiān)測(cè)在功能需求上有很大的差別：前者實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵電網(wǎng)變量，執(zhí)行保護(hù)操作，要求高度可靠、快速、簡(jiǎn)潔；而后者對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高（＜10s），處理的主要是非電狀態(tài)量，其輸出主要是PC機(jī)界面上豐富的信息、短消息報(bào)警等，基本上不要求輸出執(zhí)行。目前，北京、上海、成都、廣州均在開(kāi)發(fā)和建設(shè)這種電纜電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)諸多問(wèn)題：如是否或多大程度上將算法嵌入在檢測(cè)設(shè)備上（以減輕上位機(jī)的計(jì)算負(fù)荷和復(fù)雜性）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向中心設(shè)備怎么通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)保存什么數(shù)據(jù)（原始大數(shù)組、中間數(shù)據(jù)還是計(jì)算結(jié)果）、怎么為整個(gè)系統(tǒng)分層、復(fù)雜算法部署在哪一層、提供怎么樣的用戶終端形式（一個(gè)主監(jiān)測(cè)中心視圖還是WEB發(fā)布）、擴(kuò)展性和兼容性怎么設(shè)計(jì)、等等。歸根結(jié)底是怎樣解決復(fù)雜性、可靠性之間的矛盾。顯然，根據(jù)電纜在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用的特征，結(jié)合目前的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一個(gè)有效的系統(tǒng)方案和理論體系已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急的任務(wù)。研究意義智能電網(wǎng)的建設(shè)已列為國(guó)家電網(wǎng)“十二五”的核心工作任務(wù)；智能電網(wǎng)的的基本特征為：使用健全的雙路通信、高級(jí)的傳感器和分布式計(jì)算機(jī)，改善電力傳送的使用的效率、可靠性和安全。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的電纜電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)可為智能電網(wǎng)提供一個(gè)可以有效響應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷需求、高度可靠的輸配電物質(zhì)環(huán)境。特別地，具有以下功效：實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷能力，有效提高電纜資產(chǎn)的利用效率；可靠的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，有效預(yù)防故障和降低運(yùn)行成本。本文研究將為目前在建的和未來(lái)的電纜電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)的項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)和行動(dòng)指南，解決實(shí)際工程問(wèn)題，縮短項(xiàng)目周期，并為相關(guān)行業(yè)（設(shè)備制造、軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、集成、服務(wù)等）提供技術(shù)路線圖，創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)。從技術(shù)本質(zhì)上看，這些型新傳感器和復(fù)雜算法的在技術(shù)快速進(jìn)步的今天出現(xiàn)具有必然性，事實(shí)上提出了一個(gè)具有廣泛意義和價(jià)值的工程問(wèn)題，可以抽象為：以怎樣的方法集成先進(jìn)硬件和軟件，以達(dá)到最佳的智能監(jiān)測(cè)的目的。因此，通過(guò)本課題的研究，可以為其它大規(guī)模的智能監(jiān)測(cè)（如智能電網(wǎng)的其它監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、交通監(jiān)測(cè)管理、地球環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)）提供理論參考。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第二章電力電纜監(jiān)測(cè)相關(guān)理論引言對(duì)于電力電纜的敷設(shè)，通常存在著多種敷設(shè)方式，常用的有排管敷設(shè)、直埋敷設(shè)、電纜隧道敷設(shè)、電纜溝敷設(shè)等，在這些敷設(shè)方式中，以直埋敷設(shè)的方式應(yīng)用最為廣泛。由于電纜大多敷設(shè)于地下，使得對(duì)電纜故障的檢測(cè)和解決不能直接進(jìn)行。傳統(tǒng)的檢測(cè)基本以離線方式為主，需要斷電之后檢測(cè)人員攜帶儀器進(jìn)行檢測(cè)。這種方式不僅需要多個(gè)檢測(cè)水平較高的技術(shù)人員，消耗的人力物力較大，而且其檢測(cè)過(guò)程會(huì)受到電纜敷設(shè)環(huán)境等多方面因素的影響。為了解決這種難點(diǎn)，近年來(lái)有著很多帶電檢測(cè)的新技術(shù)和方法出現(xiàn)。這些方法能夠同歸對(duì)電纜絕緣的下降情況進(jìn)行判斷并提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)防的作用?，F(xiàn)階段，在線帶電檢測(cè)的方法常用的主要有直流分量法、直流疊加法等。監(jiān)測(cè)任務(wù)介紹（1）電纜接頭（表皮）溫度在線監(jiān)測(cè)電力電纜中間接頭制作質(zhì)量不良、壓接不緊、接觸電阻過(guò)大，長(zhǎng)期運(yùn)行造成電纜頭過(guò)熱燒穿絕緣層，導(dǎo)致火災(zāi)，影響供電造成事故。通過(guò)接觸式（或者紅外線溫感模塊）溫感模塊（根據(jù)用戶所需監(jiān)測(cè)電纜數(shù)量安裝不同數(shù)量模塊）的對(duì)重點(diǎn)部位實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度異常時(shí)即刻報(bào)警，上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)起到過(guò)熱預(yù)警數(shù)據(jù)分析功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除發(fā)熱造成的隱患，避免事故發(fā)生。（2）可燃?xì)怏w、有害氣態(tài)在線監(jiān)測(cè)針對(duì)井溝內(nèi)容易產(chǎn)生有害氣體、可燃?xì)怏w（或燃?xì)饩孤怏w串井）在線監(jiān)測(cè)，對(duì)氣體含量濃度進(jìn)行分析評(píng)估，當(dāng)井溝內(nèi)有害氣體、可燃?xì)鈿怏w值超出設(shè)定安全范圍值時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警，避免重大爆炸事故或傷人事故發(fā)生（檢修人員下井溝巡檢）。（3）環(huán)境溫濕度在線監(jiān)測(cè)有效地對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度濕度、井溝內(nèi)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，上傳有效數(shù)據(jù)。管理人員對(duì)井溝環(huán)境狀況及時(shí)了解，方便調(diào)度管理。（4）火災(zāi)探測(cè)儀（感煙）監(jiān)測(cè)在線監(jiān)測(cè)電纜井溝內(nèi)煙霧及火焰的產(chǎn)生，第一時(shí)間掌握電纜井溝內(nèi)火災(zāi)發(fā)生，及時(shí)報(bào)警預(yù)防造成重大的事故。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.3DTS和載流量計(jì)算介紹分布式光纖溫度傳感技術(shù)這種技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，是一種新型的測(cè)溫技術(shù)，由于信息是在光信號(hào)的基礎(chǔ)上傳送的，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)于能夠不受電磁干擾。從工作原理的角度來(lái)看，可以將光纖溫度傳感器分為傳輸型和功能性兩種。傳輸型光纖溫度傳感器中光纖只對(duì)光信號(hào)進(jìn)行傳輸，而功能型傳感器則能夠在傳輸光信號(hào)的同時(shí)傳輸溫度信息和光纖感應(yīng)信息?，F(xiàn)階段，應(yīng)用較廣的光纖溫度傳感器主要包括光纖光柵、光纖溫度、光纖熒光、干涉型光纖溫度傳感器，其中光纖光柵溫度傳感器和光纖溫度傳感器應(yīng)用最為廣泛。早在1981年，英國(guó)南安普頓大學(xué)就提出了分布式光纖溫度傳感器。在光纖傳送中，激光的反射光主要分為以下幾種：拉曼散射(Ramanscatter)、瑞利散射(Rayleighscatter)以及布里淵散射(Brillouinscatter)。具體反射情況見(jiàn)下圖2.1。此類型傳感器從最初的在后向瑞利散射基礎(chǔ)之上的液芯光纖分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)，逐步發(fā)展為在光時(shí)域(OTDR)拉曼散射基礎(chǔ)之上的光纖測(cè)溫系統(tǒng)，此外還有建立在光頻域拉曼散射基礎(chǔ)上的光纖測(cè)溫系統(tǒng)(ROFDA)等。目前，分布式光纖溫度傳感器的測(cè)量距離可以達(dá)到三十千米，測(cè)量精度極高，達(dá)到了0.5℃,對(duì)于溫度的分辨率可以達(dá)到0.01℃。分布式光纖溫度傳感技術(shù)有著極大的優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)于以下場(chǎng)合的應(yīng)用：第一，當(dāng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，需要設(shè)置諸多監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，光纖DTS有著便于安裝的有點(diǎn)，而且其一條光纖能夠取代多個(gè)點(diǎn)式的溫度傳感器。第二，在電磁干擾較大的條件下，采用光纖DTS能夠讀取精確的光學(xué)數(shù)據(jù)，避免電磁干擾的影響。第三,光纖DTS的安全性能較好，能夠更好的應(yīng)用于易燃易爆等特殊環(huán)境下。現(xiàn)階段，在電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)中，分布是光線溫度傳感技術(shù)已經(jīng)逐步開(kāi)始應(yīng)用，而且對(duì)于電力電纜的動(dòng)態(tài)流量計(jì)算、電纜故障、電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)等方面有著極其廣泛的應(yīng)用前景。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)探測(cè)光纖圖2.1分布式光纖溫度傳感器基本原理探測(cè)光纖圖2.1分布式光纖溫度傳感器基本原理電力電纜的結(jié)構(gòu)通常而言，電力電纜的結(jié)構(gòu)有著絕緣層、導(dǎo)體線芯、外護(hù)層。隨著目前電力系統(tǒng)典雅等級(jí)的不斷提高，PVS2010聚乙烯絕緣、油紙絕緣、丁基橡膠絕緣等電纜已經(jīng)不能完全適應(yīng)高電壓，需要與電壓等級(jí)提高的相應(yīng)絕緣電纜結(jié)構(gòu)。已經(jīng)得以應(yīng)用且效果較好的是交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，這種電纜多為三芯和單芯，電壓等級(jí)較高的電纜通常都為單芯。其結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.264/110KV1X630mm2圖2.264/110KV1X630mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)圖電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1-導(dǎo)體；2-導(dǎo)體屏蔽；3-絕緣層；4-絕緣屏蔽；5-半導(dǎo)體無(wú)紡布帶；6-鋁護(hù)套；7-瀝青+半導(dǎo)體無(wú)紡布帶；8-PVS2010外護(hù)層三芯電纜的每單芯結(jié)構(gòu)與單芯電纜基本相同，但在線芯的外切圓中并沒(méi)有填充，而且外層多加了一層鎧裝層，對(duì)線芯位置進(jìn)行固定。其結(jié)構(gòu)具體見(jiàn)下圖2.3：圖2.3三芯XLPE絕緣水底電纜結(jié)構(gòu)圖1-導(dǎo)體；2-導(dǎo)體屏蔽層；3-絕緣層；4-絕緣屏蔽層；5-金屬屏蔽；6-填料；7-包扎帶；8-內(nèi)護(hù)套；9-絲鎧裝；10-外護(hù)套本文中筆者主要對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的載流量計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行了探討。采用熱路模型計(jì)算電力電纜載流量單芯XLPE電力電纜通常包括絕緣層、鋁線芯、金屬屏蔽層、外護(hù)層以及內(nèi)襯層等部分。進(jìn)行此電纜熱爐模型構(gòu)建時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：.熱力模型的熱源；.熱量從熱源中如何散發(fā)，如何傳播；.對(duì)于熱量傳播而言，電力電纜的組成部分能夠起到什么作用；在電力電纜中，線芯是最主要的發(fā)熱體，此外，電纜本身的損耗也是一種熱量散發(fā)，如果電纜外部設(shè)有鎧裝層，還會(huì)有鎧裝損耗，因此，電力電纜的熱力模型應(yīng)該具備解釋損耗、線芯、鎧裝損耗以及金屬屏蔽損耗等熱源。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)在線芯熱量散發(fā)過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)所有介質(zhì)損耗的部分，金屬屏蔽損耗產(chǎn)生的熱量要經(jīng)過(guò)其他介質(zhì)層的熱量，而鎧裝層損耗而散發(fā)的熱量則只經(jīng)過(guò)外護(hù)層。由于線芯的材質(zhì)是由銅、鋁等熱的良導(dǎo)體，因此，其熱阻可以忽略，只對(duì)線芯的熱熔進(jìn)行考慮；絕緣層不僅可以儲(chǔ)存熱量，還可以對(duì)熱量傳播形成阻礙。因此，金屬屏蔽層和內(nèi)襯層也可以只考慮熱阻和熱容。下面對(duì)熱力模型和電路中的物理量進(jìn)行對(duì)比，為下文的計(jì)算分析做準(zhǔn)備。表2-1熱路模型和電路相關(guān)物理量對(duì)應(yīng)表熱路模型電路名稱單位名稱單位熱流瓦/米1W/m)電汽安培（A）溫度開(kāi)爾文（K）L電壓伏特（V）熱阻開(kāi)，米/拓（K*m/W）電阻歐姆（。）熱客焦/(開(kāi)?米)(J/CK?m))電容法拉第（F>根據(jù)電力電纜熱源的性質(zhì)差異，能夠?qū)嵩催M(jìn)行分類，主要分為兩種：外部環(huán)境的恒壓源和內(nèi)部熱源的恒流源。下面筆者采用參數(shù)法對(duì)兩種熱源進(jìn)行建模，并采用ICE計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱爐模型計(jì)算，具體見(jiàn)下圖3.3。圖3.4電力電纜暫態(tài)熱路模型在上圖中，T1到T4指的分別是等效絕緣層熱阻、等效內(nèi)襯層熱阻、等效外護(hù)層熱阻以及等效外部環(huán)境熱阻；分別表示這些部位的溫度，以及單位長(zhǎng)度的下導(dǎo)體功率、介質(zhì)、金屬屏蔽、鎧裝損耗因數(shù)；Q1到Q4分別代表以下內(nèi)容：

QQQQQQC+p*Qcp=(1-p)*Q+p*Qcp=(1-p)*Q=Qj12*ln(巴)dc c1*ln(D) (D)-1DDQc,Qi,Qs,Qcp,Qj分別指的是導(dǎo)體、絕緣層、內(nèi)襯層、鎧裝、外護(hù)層熱容；p和P’分別表示絕緣層和外護(hù)層的熱容分配比例因數(shù)；Di指的是絕緣層直徑，dc指的是導(dǎo)體直徑,De指的是電纜外徑，Ds指的是外護(hù)層內(nèi)徑。綜上所述，我們可以得知，熱流與電流相對(duì)應(yīng)，在模型中，熱流是恒流源，但有時(shí)會(huì)發(fā)生突然的改變。溫度與電壓相對(duì)應(yīng)，相當(dāng)于模型中的恒壓源。但不會(huì)發(fā)生改變。熱阻與電阻相對(duì)應(yīng)，對(duì)熱量的傳播起到阻礙作用。熱容與電容相對(duì)應(yīng)，能夠存儲(chǔ)熱量。綜合考慮，絕緣層既相當(dāng)于熱源，還能夠儲(chǔ)存熱量，并能夠?qū)崃康膫鞑テ鸬阶璧K作用。如果將長(zhǎng)度一定的介質(zhì)損耗分為兩部分，換言之，就是絕緣層只能對(duì)一部分介質(zhì)損耗熱量傳播阻礙，其大小為，剩余部分的介質(zhì)損耗經(jīng)過(guò)絕緣層，職能對(duì)外部層面造成影響。通過(guò)對(duì)熱路模型的分析，可以得出，當(dāng)熱流增大時(shí)對(duì)各層的溫度都會(huì)造成影響。如果電纜外部環(huán)境不利于散熱通風(fēng)，可能會(huì)引起環(huán)境溫度的升高。當(dāng)線芯的溫度達(dá)到其運(yùn)行的最高溫度時(shí)，熱流為環(huán)境最高溫度下電纜所能承受的最大電流。當(dāng)電纜溫度未升高時(shí)，對(duì)電纜各層溫度的計(jì)算可以忽略熱容。所以，這時(shí)熱容對(duì)熱量的吸收和散發(fā)是平衡的。在穩(wěn)態(tài)情況下，電力電纜的熱路模型見(jiàn)下圖2-5。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2-5電力電纜穩(wěn)態(tài)熱路模型結(jié)合圖2-4中的電力電纜穩(wěn)態(tài)溫度，基于以上熱路模型以及電磁學(xué)中物理量的對(duì)應(yīng)，可得出電力電纜在穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱流、溫度以及熱阻的關(guān)系式：0=。0+［彳+（1+々）*4+（1+々+%）*（<+4）*W+（0.5*T+T?+T+T）*Wd同時(shí)還可以得到電力電纜其他各層的溫度表達(dá)式：0=0+［（1+九+九）*W+W］*T<0o=0+［（1+九+九）*方+W］*T0s=e+［（1+九）*W+W］*Tms 1cd22.4電纜故障在線監(jiān)測(cè)方法對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中的電纜絕緣情況監(jiān)測(cè)而言，在線監(jiān)測(cè)是較為有效的方式。在對(duì)電纜絕緣老化的原因充分了解，結(jié)合實(shí)際環(huán)境對(duì)電纜絕緣老化的影響因素進(jìn)行分析，并積極采取在線監(jiān)測(cè)手段，對(duì)交聯(lián)電力電纜的絕緣狀況做到動(dòng)態(tài)掌握，發(fā)現(xiàn)其中問(wèn)題從而制定相應(yīng)的措施解決事故問(wèn)題，對(duì)于電網(wǎng)供電的安全性和可靠性有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。這種在線監(jiān)測(cè)方法有著以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：第一，在對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不會(huì)影響到電網(wǎng)正常運(yùn)行，也不用斷開(kāi)電纜網(wǎng)絡(luò)的接點(diǎn)和回路；第二，通常情況下，測(cè)試的接地點(diǎn)為電纜接頭處，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和性能不會(huì)造成影響；第三，在進(jìn)行長(zhǎng)電纜檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)增加測(cè)點(diǎn)來(lái)增加故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性；而且系統(tǒng)不需要加設(shè)檢測(cè)電纜，采用無(wú)線通信，對(duì)于電纜線路的檢測(cè)長(zhǎng)度沒(méi)有限制。傳統(tǒng)的電纜故障在線監(jiān)測(cè)方法有以下幾種。（1）直流疊加法這種方法的基本原理就是在變壓器的母線處或中性接地點(diǎn)，利用電壓互感器在電纜絕緣交流相電壓之上疊加低壓直流電源，利用高壓電容對(duì)交流高壓電在直流電源中的影響進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)電纜中直流電流的絕緣電阻測(cè)試，從而達(dá)到在線檢測(cè)電纜的目的。這種方法在10kv和10kv以下的中壓電纜應(yīng)用較為有效，但對(duì)于但卻無(wú)法加載到變壓器中性點(diǎn)直接接地的110kW220kv高壓電纜上。除此之外，對(duì)于線路對(duì)地電暈放點(diǎn)的在線監(jiān)測(cè)有著極其重要的影響。（2）直流成分法已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)行中的電纜絕緣中包含水樹(shù)脂時(shí)，在銅屏蔽和導(dǎo)體芯之間存在著小直流成分，而且這種現(xiàn)象是由絕緣中的水樹(shù)裂化而引發(fā)的。通過(guò)對(duì)直流成分的測(cè)量，絕緣老化作為水樹(shù)的檢測(cè)是成立的。這種方法的基本原理就是對(duì)電纜中存在水樹(shù)時(shí)的整流效應(yīng)加以利用。在負(fù)半周期情況下的外施電壓中，通過(guò)尖端到電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)絕緣，水樹(shù)枝注入了大量負(fù)電荷，而在正半周期情況下，其正電荷注入較少，只能對(duì)一部分負(fù)電荷進(jìn)行中和。在電纜的運(yùn)行工頻電壓下，居于水樹(shù)枝尖端的大量負(fù)電荷逐步轉(zhuǎn)移，進(jìn)行出現(xiàn)直流成分，但其數(shù)值相對(duì)整流作用而言較小，只有幾十納安。水樹(shù)枝的發(fā)展能夠增加泄露電流，從而降低交流擊穿電壓，對(duì)電路造成劣化作用。直流電壓疊加法的原理是當(dāng)對(duì)運(yùn)行中絕緣逐漸劣化的電纜施加低直流電壓時(shí)，將產(chǎn)生與劣化程度相應(yīng)的直流電流。由于在電纜運(yùn)行中，直流成分是固有的特性，因此，這種方法適用于中、高電壓等級(jí)的電力電纜監(jiān)測(cè)。（3）局部放電法就局部放電而言，實(shí)行監(jiān)測(cè)的主要目的就是為了采集終端頭和附件等局部的放電量。通過(guò)小波理論和信號(hào)處理系統(tǒng)將電纜的局部放電量從干擾信號(hào)中分離出來(lái)。在水樹(shù)枝引發(fā)的初始階段，局部放電量為通常為0.1PC。電力電纜的絕緣程度是影響電力電纜局部放電量的在關(guān)鍵因素，當(dāng)局部放電量值呈現(xiàn)浮動(dòng)趨勢(shì)時(shí)通常意味著電纜絕緣存在危機(jī)電纜安全運(yùn)行的影響因素。在國(guó)內(nèi)外地大多數(shù)權(quán)力機(jī)構(gòu)如CIGRE、IEC等都對(duì)局部放電試驗(yàn)是衡量絕緣電力電纜絕緣程度的重要指標(biāo)持肯定態(tài)度。由于電力電纜在在線監(jiān)測(cè)室是一個(gè)包含了多種以電容機(jī)、發(fā)電機(jī)以及變壓器為中心等相關(guān)電器設(shè)備的電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)的構(gòu)成中還包括多種波形復(fù)雜、信號(hào)較大的外界電磁干擾聲和北京噪音。以電力系統(tǒng)包含的發(fā)電機(jī)為例，其局部的放電量通常高達(dá)幾千個(gè)Pc，而且波形復(fù)雜，頻域?qū)拸V。因此，從中提取電力電纜絕緣裂化信號(hào)很容易覆蓋在干擾信號(hào)下。（4）低頻重疊法又叫差頻監(jiān)測(cè)法，是在工頻交流電壓下疊加低頻電壓，觀察所產(chǎn)生的超低頻水樹(shù)變化特征電流信號(hào)，但低頻信號(hào)加載位置有考究，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試可靠性不高；同時(shí)考慮到在輸電運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)疊加低頻的操作不方便或是不允許的，所以此方法只在停電時(shí)可以使用，不適用于在線監(jiān)測(cè)。2,5局放監(jiān)測(cè)技術(shù)在線監(jiān)測(cè)及診斷的任務(wù)是了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括采用各種檢測(cè)、測(cè)量、監(jiān)視、分析和判別方法，結(jié)合系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀，考慮環(huán)境因素，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷其處于正?；蚍钦顟B(tài)，并對(duì)狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，對(duì)異常狀態(tài)作出報(bào)警，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理，并為設(shè)備的故障分析、性能評(píng)估、合理使用和安全工作提供信息和準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。采用此項(xiàng)技術(shù)有下列好處：1）減少維護(hù)費(fèi)用電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)我國(guó)目前采用的方法是定期的停電試驗(yàn)、檢修和維護(hù)。定期試驗(yàn)需安排停電計(jì)劃，到期必修，沒(méi)有充分考慮設(shè)備實(shí)際狀態(tài)，導(dǎo)致不少超量維修，造成了人力及物力的大量消費(fèi)；而狀態(tài)監(jiān)測(cè)以狀態(tài)為基準(zhǔn)，在線監(jiān)測(cè)，取代了定期試驗(yàn)，維護(hù)費(fèi)用可降低40%。2）避免故障發(fā)生定期試驗(yàn)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的故障隱患，而且停電試驗(yàn)施加低于運(yùn)行電壓的試驗(yàn)電壓，對(duì)某些反映也不夠靈敏；在線監(jiān)測(cè)采用更高靈敏度的傳感器以采集運(yùn)行中設(shè)備絕緣劣化的信息，信息量的處理和識(shí)別也依賴于有豐富軟件支持的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，不僅可以把某些測(cè)試項(xiàng)目在線化，而且還可以引進(jìn)一些新的更真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)行狀態(tài)的綜合診斷。3）對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行評(píng)估通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行的了解和掌握，可對(duì)設(shè)備的使用性能、運(yùn)行壽命、利用程度進(jìn)行評(píng)估以便調(diào)整使用，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。（1）DM6000GIS在線監(jiān)測(cè)技術(shù)GIS除進(jìn)出線套管外沒(méi)有外露的帶電部分，采用SF6氣體絕緣，可靠性較高，檢修少，但通過(guò)發(fā)展外部診斷、在線監(jiān)測(cè)可減小不必要的拆卸檢修工作量，大大提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。DM6000型局放在線檢測(cè)系統(tǒng)采用超高頻檢測(cè)技術(shù)、高靈敏度傳感器、信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)處理、內(nèi)置專家數(shù)據(jù)庫(kù)、Web后臺(tái)處理軟、因特網(wǎng)接入技術(shù)等技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和分析。具有極高的性價(jià)比，非常適合在無(wú)人值守變電站運(yùn)行。該局部放電電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GIS在運(yùn)行過(guò)程中的局部放電情況，可以及時(shí)對(duì)GIS絕緣異常狀態(tài)和放電性故障做出預(yù)警，實(shí)時(shí)掌握局放的發(fā)展趨勢(shì)，為GIS正常運(yùn)行提供必要的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，提高GIS運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性。該系統(tǒng)采用集成模塊化設(shè)計(jì)，將信號(hào)采集單元、信號(hào)處理、A/D轉(zhuǎn)換、干擾過(guò)濾、數(shù)據(jù)處理、放電量顯示等集成在站端監(jiān)測(cè)模塊中，每個(gè)站端監(jiān)測(cè)模塊可獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)分別記錄，通過(guò)一條數(shù)據(jù)通訊總線將多臺(tái)站內(nèi)監(jiān)測(cè)模塊（最多256臺(tái)）的數(shù)據(jù)傳輸后臺(tái)分析軟件系統(tǒng)上統(tǒng)一管理分析。能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)局部放電信號(hào)的強(qiáng)度，密度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析。對(duì)局部放電傾向性的推移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，對(duì)放電程度進(jìn)行評(píng)估，避免重大事故發(fā)生。系統(tǒng)獨(dú)特的多重抗干擾設(shè)計(jì)，以確保檢測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確，避免誤判。硬件上設(shè)計(jì)噪音過(guò)濾通道，用來(lái)過(guò)濾現(xiàn)場(chǎng)噪音，凈化信號(hào)采集環(huán)境；對(duì)特定波段的雜音信號(hào)增加了帶阻濾波器。軟件-通過(guò)軟件設(shè)置動(dòng)做級(jí)別和標(biāo)準(zhǔn)密度設(shè)定，分離噪音干擾信號(hào)電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能分析信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的波形、相位特征的判別，自動(dòng)區(qū)分干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)自帶大量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的信與系統(tǒng)內(nèi)部自帶的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型對(duì)比分析，大大提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。（2）局部放電監(jiān)測(cè)原理局部放電發(fā)生時(shí)，電磁波的信號(hào)根據(jù)GIS結(jié)構(gòu)反復(fù)進(jìn)行傳播、反射、折射、遲延、衰減等現(xiàn)象，通過(guò)盆式絕緣子（絕緣件）放射到外界。通過(guò)GIS絕緣子泄漏的電磁波，通過(guò)高靈敏度內(nèi)置型或外置型傳感器，進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)傳感器檢測(cè)GIS內(nèi)局部由放電激發(fā)的電磁波信號(hào)，對(duì)監(jiān)測(cè)到的電磁波信號(hào)經(jīng)由檢波器、射頻前置放大器和濾波等環(huán)節(jié)后，由高速數(shù)據(jù)對(duì)模塊經(jīng)過(guò)采樣、數(shù)字信號(hào)分析以及存儲(chǔ)等過(guò)程，由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理，結(jié)果數(shù)據(jù)以光纖為媒介傳至主處理器單元；最后由主處理器單元的故障診斷系統(tǒng)根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元送來(lái)的的數(shù)據(jù)，建立故障模式數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)診斷GIS的絕緣程度，同時(shí)整合多途徑的放電指紋特征相關(guān)數(shù)據(jù)；將過(guò)去檢測(cè)的局部放電測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于主處理器單元上可以隨時(shí)為工作人員提供參考數(shù)據(jù)查詢。GIS局放超高頻檢測(cè)原理如下圖所示：圖2-6GIS局放超高頻檢測(cè)原理處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)可時(shí)時(shí)對(duì)GIS的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)故障診斷系統(tǒng)對(duì)其的存在狀態(tài)隨時(shí)跟蹤判斷。當(dāng)GIS狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，該系統(tǒng)及時(shí)同步采集故障信息、處理故障部位，完成在線的分析、計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)以及存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)。（3）DM6000GIS局部放電電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)組成組成系統(tǒng)由后現(xiàn)場(chǎng)傳感器，前置監(jiān)測(cè)儀，臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)三大部分組成。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)地調(diào)Web系統(tǒng)2RS232485、電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)地調(diào)Web系統(tǒng)2RS232485、TCP/IP不同的通訊規(guī)約變電站1圖2-7DM6000GIS局部放電電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)組成變電站n系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器、前置機(jī)和后臺(tái)機(jī)三部分組成。傳感器完成對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的測(cè)量，將信息量送到前置機(jī)進(jìn)行集中分析、顯示以及告警，并將數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)機(jī)進(jìn)行全面的監(jiān)視和分析。這種結(jié)構(gòu)不僅使整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常清晰和簡(jiǎn)潔，也使得各子系統(tǒng)功能完整獨(dú)立，任何一個(gè)監(jiān)測(cè)單元異常不會(huì)影響其它設(shè)備正常工作。采用統(tǒng)一的RS-485數(shù)據(jù)接口規(guī)范，大大提高了系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。2.6電力電纜仿真模型仿真建模工具和數(shù)值分析工具的選擇用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的仿真工具主要有ATP(EMTP的改進(jìn)版)、PSCAD/EMTDC、MA=兀AB等等。ATP(AltemativeTransientProgram)是普遍應(yīng)用的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真程序，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)和任意結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)都可以用它來(lái)仿真。經(jīng)過(guò)20多年來(lái)的不斷發(fā)展，ATP具有模型的可擴(kuò)展性和兼容千牛.除暫態(tài)計(jì)算外還有一些重要的附加功能。主要的組件有：耦合和非耦合線性集中參數(shù)元件；頻率相關(guān)的分布參數(shù)輸電線路和電纜模型；變壓器、避雷器等非線性元件；常規(guī)開(kāi)關(guān)、時(shí)間相關(guān)開(kāi)關(guān)及電壓相關(guān)開(kāi)關(guān)等；二極管和晶閘管等閥體；三相同步電機(jī)和通用電機(jī)等。PSCAD(PowerSystemComputerAidedDesign)功能強(qiáng)大、應(yīng)用靈活，是業(yè)界有名的仿真工具EMTDC的用戶界面。它使用戶能夠在一個(gè)集成的圖形界面下實(shí)現(xiàn)電路圖連接、仿真運(yùn)行、結(jié)果分析及數(shù)據(jù)管理等功能，還包含了在線打印圖形功能和控制、測(cè)量模塊。PSCAD有一個(gè)事先編好的并經(jīng)過(guò)測(cè)試的模型庫(kù)，從簡(jiǎn)單的無(wú)源元件和控制模塊到電機(jī)模型、FACTS設(shè)備、輸電線路和電纜等復(fù)雜的模塊電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)都包含在主模型庫(kù)中，可以很方便地直接調(diào)用。當(dāng)現(xiàn)有的模型不能滿足需要時(shí)，還可以自定義特殊模塊。EMTDC(ElectromagneticTransientsincludingDC)是進(jìn)行電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的強(qiáng)大工具，是PSCAD的仿真引擎。EMTDC的仿真結(jié)果以時(shí)間瞬時(shí)值的形式給出，這點(diǎn)與常規(guī)的相量仿真引擎不同，后者以相量的幅值和相角方式給出結(jié)果。但可以用PSCAD的內(nèi)置工具將瞬時(shí)值結(jié)果轉(zhuǎn)換為相量值的形式。MATLAB是強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算工具，它的語(yǔ)言簡(jiǎn)潔易用，內(nèi)置了幾十個(gè)工具箱，為不同領(lǐng)域的科學(xué)研究和科學(xué)計(jì)算提供了有力工具。它的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)(PowerSystemBlockse0可以進(jìn)行復(fù)雜電力系統(tǒng)的建模和穩(wěn)態(tài)、暫念計(jì)算，同時(shí)它的小波分析工具箱(Wavelettoolbox)可以很方便地進(jìn)行數(shù)掘分析處理。但MATLAB中沒(méi)有合適的電力電纜模型，不能用MATLAB來(lái)仿真，因此本文只用作數(shù)據(jù)處理。由于條件限制，只能選擇PSCAD/EMTDC和MATI.AB,同時(shí)又由于MATLAB6.5中沒(méi)有合適的電纜模型，最終選擇了PSCAD作為仿真建模工具，MATLAB6.5作為數(shù)據(jù)分析和波形處理工具。PSCAD中頻率相關(guān)模型的選擇PSCAD中有三類基本的輸電線路和電纜模型：Pl型等值、Bergeron模型和頻率相關(guān)線路模型。PI型等值線路模型只用到基波阻抗，即使使用多個(gè)PI型等值模型，也不能準(zhǔn)確描述除基波頻率外的其它頻率特性，也不能描述線路的頻率相關(guān)特性如集膚效應(yīng)等。Bergeron模型用分布參數(shù)方式來(lái)代替PI型等值線路中的LC元件，但電阻仍然是集中參數(shù)的。它同樣適用于只關(guān)心基波頻率的情況。頻率相關(guān)線路模型考慮到所有頻率相關(guān)的參數(shù)，用模量分析技術(shù)(Modaltechniques)和相域(Phasedomain)處理技術(shù)進(jìn)行求解，能準(zhǔn)確地描述線路模型在很大頻率范圍內(nèi)的特性。用這種方法只需要電阻、半徑等導(dǎo)體的屬性和電纜走廊的幾何參數(shù)便可以建立電纜模型，內(nèi)置的輸電線路和電纜常數(shù)例程(TransmissionLineandCableConstantsRoutine)即可自動(dòng)求出線路的參數(shù)并輸出到文件。本文研究對(duì)象是較高頻率的暫態(tài)行波信號(hào)，且頻率的范圍較大，故只能選擇頻率相關(guān)模型。PSCAD中的頻率相關(guān)模型又有兩種：FrequencyDependent(Mode)Model和FrequencyDependent(Phase)Model,前者簡(jiǎn)稱Mode模型，后者電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)簡(jiǎn)稱Phase模型。對(duì)于理想換位的線路，兩者求出的結(jié)果是一致的。對(duì)于非換位線路，Phase模型比Mode模型更準(zhǔn)確。電纜系統(tǒng)仿真模型的建立本文主要研究對(duì)象為故障暫態(tài)信息，同時(shí)要研究行波在電纜線路中的傳播特性和反射特性，所以建立一個(gè)帶分支電纜的系統(tǒng)，如圖2-8所示。仿真系統(tǒng)模型中，電源端為S1、S2、S3端，電源設(shè)計(jì)為理想電源，起始相角為00；負(fù)荷端為L(zhǎng)端，在負(fù)荷端和電源端均有變壓器T，變壓器接線均為△/￥型聯(lián)接，其中性點(diǎn)可以設(shè)置為直接接地或不接地。用兩個(gè)獨(dú)立的電纜模型（電纜1和電纜2）束模擬一條電纜線路發(fā)生故障的兩段，節(jié)點(diǎn)F為故障點(diǎn)，改變電纜1、2的長(zhǎng)度，維持二者總長(zhǎng)不變，即可實(shí)現(xiàn)不同故障位置的仿真分析。實(shí)際應(yīng)用中較長(zhǎng)的電力電纜都是分段的，每段之間用電纜中間接頭連接，因此會(huì)產(chǎn)生阻抗不匹配點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)施工中已考慮到這些影響，盡量使中間接頭和電纜的材料阻抗特性一致，其影響在此忽略不計(jì)。在節(jié)點(diǎn)F設(shè)置一時(shí)間控制開(kāi)關(guān)，滿足在不同時(shí)刻發(fā)生故障的要求，F(xiàn)為一個(gè)故障模塊，可以模擬不同的故障類型。在節(jié)點(diǎn)B采集故障暫態(tài)信息，進(jìn)行處理分析。圖2-8電纜系統(tǒng)仿真模型接線圖電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本概念和原理傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)的主要方法是在被測(cè)物表面涂一層隨溫度變化能改變顏色來(lái)大致確定其溫度范圍，這種方法準(zhǔn)確度低，可靠性差，不能進(jìn)行定量測(cè)量。主要的溫度儀表，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計(jì)等在技術(shù)上已經(jīng)成熟，但是，它們只能在傳統(tǒng)的場(chǎng)合應(yīng)用，尚不能滿足許多領(lǐng)域的要求，尤其是高科技領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)目前在線設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)用較多的是光纖式溫度傳感器和紅外測(cè)溫傳感器。光纖最早在光學(xué)行業(yè)中用于傳光和傳像，在70年代初生產(chǎn)出低損耗光纖后，在通信技術(shù)中用于長(zhǎng)距離傳遞信息。由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且光波在光纖中的傳播時(shí)表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)）因外界因素（如溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等）的作用而間接或直接的發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感器元件來(lái)探測(cè)各種待測(cè)量，這就是光纖傳感器的基本原理。但是光纖是石英制品，非常容易被外力損傷折斷，在安裝過(guò)程中會(huì)受到環(huán)境條件限制，且操作和發(fā)射波長(zhǎng)檢測(cè)方法比較復(fù)雜，在使用上有一定局限性。（1）紅外測(cè)溫技術(shù)紅外線輻射是一種廣泛存在于自然界的電磁波輻射，它的存在是針對(duì)任何常規(guī)環(huán)境下物體產(chǎn)生的自身原子和分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，以輻射除源源不斷的紅外能量。通常情況下，原子和分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度決定輻射能量的大小。即遠(yuǎn)足與分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度高時(shí)輻射能量愈大，反之，輻射能量小。一般認(rèn)為，絕度溫度在零度以上的各種物體，都會(huì)因自身分子的不斷運(yùn)動(dòng)而釋放紅外能量，而物體的紅外輻射能量和波長(zhǎng)分布主要受物體溫度、輻射波長(zhǎng)、環(huán)境、材料以及表面的粗糙度等因素的共同作用。紅外測(cè)溫傳感器的制作原理就是根據(jù)物體發(fā)出的輻射能量，對(duì)物體表面溫度進(jìn)行分析判斷。與接觸式測(cè)溫方法比較而言，紅外測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)是安全、不用直接接觸、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間極短等特點(diǎn)。根據(jù)紅外測(cè)溫儀器的應(yīng)用可以將其劃分為三大類即紅外測(cè)溫儀（主要包括掃描式、便攜式和在線式三種）、紅外熱電視、和紅外熱像儀。經(jīng)試驗(yàn)適用于高壓設(shè)備的是在線式紅外測(cè)溫儀。就目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，最為普及的紅外測(cè)溫儀是基于光學(xué)系統(tǒng)形成的，集合顯示輸出、光電探測(cè)器、信號(hào)處理器以及信號(hào)放大器中部分共同組成。光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)將目標(biāo)紅外輻射能量聚集在觀點(diǎn)探測(cè)器上，經(jīng)過(guò)處理使之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，而該信號(hào)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的分第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)析換算轉(zhuǎn)化為目標(biāo)物的溫度值，通常情況下的測(cè)量精度往往小于1度。一般情況下我們對(duì)紅外測(cè)溫儀的選擇是根據(jù)設(shè)備價(jià)格、設(shè)備尺寸、顯示和輸出、環(huán)境條件、光學(xué)分辨率、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間、測(cè)溫范圍地鞫因素綜合考慮衡量的，其中測(cè)溫范圍是選擇紅外測(cè)溫儀的關(guān)鍵指標(biāo)，不同類別的測(cè)溫儀都有自身特定的使用范圍，不能過(guò)寬也不能過(guò)窄。正常情況下，測(cè)溫范圍越寬，監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率就越不精確，相反，測(cè)溫范圍越窄，測(cè)量越精確。若目標(biāo)設(shè)備的尺寸大于市場(chǎng)的50%時(shí)，測(cè)溫儀受到測(cè)量區(qū)外地影響程度就越小，結(jié)果也就越精確，一般選擇單色測(cè)溫儀，反之，若目標(biāo)設(shè)備小于視場(chǎng)范圍，適宜現(xiàn)則雙色測(cè)溫儀，因?yàn)槠鋵?duì)溫度的測(cè)量師很據(jù)兩個(gè)獨(dú)立波長(zhǎng)袋內(nèi)紅外輻射能量的比值決定的，所以，當(dāng)目標(biāo)設(shè)備較小時(shí)，不能充滿現(xiàn)場(chǎng)即使在測(cè)量的過(guò)程中存在阻擋、煙霧、和塵埃等減弱輻射能量的影響因素時(shí)，仍能確保測(cè)量的精度；由于不同設(shè)備的材料表面特性和發(fā)射率的差異性，測(cè)溫儀的光譜隨之也不盡相同。如對(duì)高溫金屬材料測(cè)量的最佳波長(zhǎng)是紅外，一般選用0.8?1.0um,短波為宜；響應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)紅外測(cè)溫儀對(duì)怒表溫度變化的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間通常受顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、光電探測(cè)器和信號(hào)處理電路的共同影響。在測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，往往以選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀為宜，否則由于達(dá)不到預(yù)期的新型號(hào)響應(yīng)程度，影響測(cè)量的精確度，而對(duì)目標(biāo)熱過(guò)程或靜止物體存在人慣性的狀況時(shí)，對(duì)測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的要求就沒(méi)有那么苛刻了；光學(xué)分辨率是指測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)距離和被測(cè)目標(biāo)直徑的比值，也就是視場(chǎng)。若受環(huán)境條件限制與目標(biāo)保持一定的距離，對(duì)于小木的測(cè)量，往往選擇光學(xué)分辨率高的測(cè)溫儀為宜。光學(xué)分辨率測(cè)溫儀的成本相對(duì)較高，對(duì)于焦距一定的測(cè)溫儀，其處于光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)是光斑的最小位置處。為了可以在接近和原理焦點(diǎn)的距離上測(cè)量目標(biāo)的精確溫度，被測(cè)目標(biāo)必須大于交點(diǎn)處的光斑尺寸。由于變焦測(cè)溫儀含有一個(gè)最小的焦點(diǎn)位置，根據(jù)目標(biāo)距離對(duì)焦距進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。此外對(duì)于存有易燃?xì)怏w的環(huán)境時(shí)，通常選用安全型紅外測(cè)溫儀為宜。需要指出的是紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)試驗(yàn)才能精確地顯示被測(cè)目標(biāo)的溫度，特別注意的是，必須對(duì)儀器進(jìn)行定期的檢修，而且在實(shí)際使用過(guò)程中，試驗(yàn)人員必須通過(guò)不斷的使用掌握測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和技巧，消除結(jié)果的誤差，避免錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn)。(2)紅外傳感器的選擇目前常用紅外傳感器分有源和無(wú)源兩種，光學(xué)分辨率也各不相同，從1：2的小視場(chǎng)模糊傳感器到30：1的大視場(chǎng)精確傳感器都有各自的適用情況。在變電站發(fā)電廠內(nèi)安裝溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，抗干擾性是一個(gè)重要指標(biāo)，為提高系統(tǒng)安全性，在系統(tǒng)中都采用無(wú)源傳感器。美國(guó)Exergen公司研制的符合熱電偶熱電關(guān)系的紅外測(cè)溫探頭(IR-t/c),是將最新的紅外技術(shù)與熱電偶測(cè)溫原理結(jié)合，形成一體化的產(chǎn)品。這是一種全新

電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)概念的溫度傳感器，它可以將測(cè)得的熱輻射能轉(zhuǎn)換成K,E及T型熱電偶熱電勢(shì)輸出，即可與目前普遍采用的熱電偶輸出信導(dǎo)設(shè)計(jì)的顯示，調(diào)節(jié)儀表相連接。根據(jù)本系統(tǒng)要求，選用Exergen公司的IRt/c.03型紅外傳感器及超小型□IRt/c紅外傳感器，其技術(shù)特點(diǎn)是：IRt/c.03uIRt/c測(cè)溫范圍：IRt/c.03uIRt/c測(cè)溫范圍：-45?290℃環(huán)境溫度：一18?70℃溫度分辨率：0.1℃精度：±2℃距離系數(shù)：3：1輸出信號(hào)：K型熱電偶電源：無(wú)需外接電源波長(zhǎng)范圍6.5--14Hm輸出阻抗4-8Kohms測(cè)溫范圍：-18?524℃環(huán)境溫度：-2?100℃溫度分辨率：0.1℃精度：±2℃距離系數(shù)：1：2輸出信號(hào)：K型熱電偶電源：無(wú)需外接電源波長(zhǎng)范圍5--14Hm輸出阻抗20-60Kohms設(shè)計(jì)原則與依據(jù)（1）設(shè)計(jì)原則在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)遵循：“技術(shù)先進(jìn)，實(shí)用可靠，擴(kuò)展性好，有利管理，投資合理”的原則。1）先進(jìn)性系統(tǒng)的規(guī)劃一定要兼顧眼前和未來(lái)的應(yīng)用需求，要用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光，以保證規(guī)劃的科學(xué)性、先進(jìn)性，保證所選用的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的實(shí)用性和先進(jìn)性，并具有較長(zhǎng)的生命周期和先進(jìn)水平。通過(guò)系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)和整體集成，使建成后的系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先水平，并在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，建立科學(xué)化、現(xiàn)代化管理的運(yùn)行機(jī)制。2）穩(wěn)定性和可靠性無(wú)論從系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上、產(chǎn)品性能上、設(shè)備的選型上還是到具體的實(shí)施方案，都要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并且在系統(tǒng)集成過(guò)程中對(duì)硬件設(shè)備安裝、操作系統(tǒng)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)將盡可能完善的做出故障檢測(cè)、診斷及處理策略，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)地運(yùn)行。3）開(kāi)放性系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分系統(tǒng)的開(kāi)放性，除了保證系統(tǒng)內(nèi)部之間的有機(jī)協(xié)調(diào)和開(kāi)放性之外，應(yīng)留有面向外部系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，以實(shí)現(xiàn)與其它子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，保證系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展。第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備選型遵循有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)具有高度的開(kāi)放性和技術(shù)上的兼容性，系統(tǒng)間應(yīng)具有良好的互聯(lián)、互操作能力。4）可操作性界面友好，充分考慮操作人員的特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)處理工作簡(jiǎn)單、方便、快捷，業(yè)務(wù)流程清晰，符合常規(guī)業(yè)務(wù)處理習(xí)慣。系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)方便，備份及數(shù)據(jù)恢復(fù)快速簡(jiǎn)單。5）可擴(kuò)展性系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要保證目前系統(tǒng)容量的要求，也要考慮今后系統(tǒng)的發(fā)展，便于向更新技術(shù)的升級(jí)與銜接。要留有足夠的擴(kuò)充余量，考慮到今后業(yè)務(wù)的發(fā)展，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮擴(kuò)展性需求。本方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可擴(kuò)展性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性：隨著系統(tǒng)功能的增加，原有數(shù)據(jù)和新增數(shù)據(jù)可以無(wú)縫融合，無(wú)需對(duì)原有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作重大修改。功能的可擴(kuò)展性：未來(lái)系統(tǒng)增加的功能可以和原有功能緊密結(jié)合，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。性能的可擴(kuò)展性：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載增加時(shí)，可通過(guò)對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備增加硬件數(shù)量或升級(jí)系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的性能，無(wú)需更換現(xiàn)有設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)充，以適應(yīng)今后可能出現(xiàn)的較大任務(wù)負(fù)載。系統(tǒng)設(shè)備及軟件向下兼容，以保護(hù)系統(tǒng)的原始投資。6）易維護(hù)性具有強(qiáng)有力的系統(tǒng)管理手段，可方便地對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行集中配置與調(diào)整。系統(tǒng)應(yīng)支持集中、統(tǒng)一的管理視圖和圖形化管理界面，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視設(shè)備的工作狀況。系統(tǒng)各部分均采用模塊化結(jié)構(gòu)，各自具有相應(yīng)的軟硬件自檢、故障診斷和安全保護(hù)措施，并有利于用戶從事簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。7）安全性和規(guī)范性系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮信息資源的共享，考慮信息的保護(hù)和隔離，對(duì)不同的應(yīng)用和不同的環(huán)境，采取相應(yīng)的措施對(duì)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)建成后，除提供詳盡的用戶手冊(cè)和操作手冊(cè)外，在技術(shù)上提供先進(jìn)的、可靠的、全面的安全保密方案和應(yīng)急措施，從人機(jī)界面設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件參數(shù)變更、系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)、拒絕非授權(quán)訪問(wèn)、系統(tǒng)恢復(fù)能力等方面，確保系統(tǒng)萬(wàn)無(wú)一失。設(shè)計(jì)的規(guī)范性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的接口規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范、服務(wù)規(guī)范和操作的規(guī)范性，這些規(guī)范可對(duì)前期建設(shè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、發(fā)布方式提供一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，為未來(lái)的業(yè)務(wù)模塊留有轉(zhuǎn)換接口和軟件。（2）設(shè)計(jì)依據(jù)電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)本設(shè)計(jì)方案除了有關(guān)用戶需求及規(guī)范外，還遵循或參考以下規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：IEEE—國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEC—國(guó)際電工委員會(huì)ISO—國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織ANSI—美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ITU—國(guó)際電信聯(lián)盟電報(bào)電話咨詢委員會(huì)EIA—電氣工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)UL一美國(guó)保險(xiǎn)商試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)NFPA—美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASCII—美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼OSI一開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)《火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50229-96)《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》(DL5027-93)《安全防范工程程序與要求》(GA/T75-94)《工業(yè)企業(yè)通信設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ42-81)《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ115-87)《民用閉路電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50198)《電業(yè)安全工作規(guī)程》(GA/T75-94)《工業(yè)企業(yè)調(diào)度電話和會(huì)議電話工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 (CECS36:91)《計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范》(GB856688)《電業(yè)安全工作規(guī)程》(DL408-91)《電力建設(shè)安全工作規(guī)程》(DL5009-1997)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在本文中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“上位機(jī)-單片機(jī)-無(wú)線傳輸模塊-溫度傳感器”組成多點(diǎn)測(cè)溫，實(shí)時(shí)監(jiān)控電力電纜的溫度變化，以確保電纜的安全、可靠運(yùn)行。主要內(nèi)容如下：(1)根據(jù)電力電纜實(shí)際情況需要來(lái)布置的測(cè)溫點(diǎn)。(2)測(cè)溫采用專用的數(shù)字溫度傳感器巡回檢測(cè)其溫度，進(jìn)行集中管理。選用溫濕度傳感器時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，信號(hào)易于處理、傳送，便于多路測(cè)量，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，環(huán)境溫度補(bǔ)償容易的器件。(3)由于測(cè)溫點(diǎn)多，地點(diǎn)分散，所以測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)應(yīng)通過(guò)無(wú)線中繼站來(lái)實(shí)現(xiàn)傳送。

第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（4）對(duì)于地面上下的通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，傳輸采用串口RS-485,以提高傳輸可靠性，增加傳輸距離。（5）上位機(jī)采用PC機(jī)，WindowsXP操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、分析、存儲(chǔ)及用戶管理。（6）上位機(jī)軟件用VB編寫(xiě)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用ACCESS。下位機(jī)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。系統(tǒng)功能介紹電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)是由采集器接收紅外傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)（電壓毫伏值輸出），采集器將所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)串口服務(wù)器模擬的串口上傳到工控機(jī)。工控機(jī)上安裝有軟件系統(tǒng)，由前置機(jī)程序接收采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，之后將處理得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至主控制程序及遠(yuǎn)方調(diào)度中心。主控制程序負(fù)責(zé)將傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以數(shù)據(jù)、波形及現(xiàn)場(chǎng)接線示意圖的形式顯示在屏幕上供工作人員觀察，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提示，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。圖3-1電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖功能結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示，電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能由以前置機(jī)程序和主控制程序組成的核心部分協(xié)同實(shí)現(xiàn)，對(duì)用戶操作及時(shí)做出反應(yīng)，在屏幕上向用戶反饋顯示。后臺(tái)通過(guò)文件存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，系電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)統(tǒng)IO接口負(fù)責(zé)接收采集數(shù)據(jù)，并與遠(yuǎn)端通信設(shè)備和打印機(jī)等外設(shè)進(jìn)行通信。通信配置、數(shù)據(jù)查看及用戶管理等功能為用戶操作功能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能為系統(tǒng)后臺(tái)完成功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用分布式主從監(jiān)控方式，從體為星型網(wǎng)，各前端構(gòu)成星型網(wǎng)的外圍節(jié)點(diǎn)，采用半雙工通信工作方式。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的專用地址，可對(duì)其進(jìn)行選擇性和組群通信。通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)向節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令，并接受來(lái)自節(jié)點(diǎn)的信息，然后對(duì)信息進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)發(fā)及顯示。節(jié)點(diǎn)自身完成循環(huán)采集其下各子節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，并等待接收來(lái)自主控的指令。一旦接受到指令，對(duì)其分析后根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行信息上傳。圖3-2硬件結(jié)構(gòu)框架硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-2所示，采用分層式結(jié)構(gòu)分為前端設(shè)備層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層和中心站級(jí)層：前端設(shè)備層一一主要包括紅外傳感器和采集器，主要完成原始數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)上傳工作；第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳輸網(wǎng)絡(luò)層一一主要由串口服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)鏈路組成，串口服務(wù)器完成網(wǎng)絡(luò)接口的轉(zhuǎn)換，如果上位機(jī)不止一臺(tái)，還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容，加裝集線器或者交換機(jī)；中心站級(jí)層一一為系統(tǒng)核心部分，主要包括溫度監(jiān)控主站和其他需要監(jiān)測(cè)溫度的工作站或者PC工控機(jī)，它的功能主要是完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理、記錄、畫(huà)面顯示、報(bào)警分析、打印等功能，同時(shí)負(fù)責(zé)與其他系統(tǒng)的連接通信，如使用多種鏈路方法上傳數(shù)據(jù)到集控站和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)終端根據(jù)溫度采集硬件的要求，所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：監(jiān)測(cè)終端主要由微控單元、短距離無(wú)線通信單元、溫度傳感單元、電源管理單元。(1)數(shù)據(jù)處理和控制單元：控制數(shù)據(jù)采集的時(shí)間及對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理和存儲(chǔ)；對(duì)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸進(jìn)行控制，完成通信協(xié)議的執(zhí)行。(2)數(shù)據(jù)采集單元：主要負(fù)責(zé)電纜外護(hù)套表面溫度的采集和數(shù)字量化以及對(duì)應(yīng)采集時(shí)間的時(shí)期數(shù)據(jù)的提供。(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元：主要是將采集到的數(shù)據(jù)以合理的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)處理提供支持。(4)數(shù)據(jù)傳輸單元：通過(guò)無(wú)線的方式與上位機(jī)進(jìn)行通信，檢測(cè)喚醒信號(hào)、發(fā)送數(shù)據(jù)和檢錯(cuò)重發(fā)等。圖3-3監(jiān)測(cè)終端單片機(jī)的選擇(1)MSP430系列單片機(jī)的特點(diǎn)電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)MSP430系列單片機(jī)具有以下一些優(yōu)點(diǎn)滿足系統(tǒng)要求：1）低電壓、超低功耗。工作在1.8-3.6V,1MHZ的時(shí)鐘頻率下運(yùn)行，耗電電流在O.1u4400uA之間，這個(gè)和不同的工作模式有關(guān)。根據(jù)具體的處理情況可以將CPU處于低功耗模式，通過(guò)中斷喚醒CPU進(jìn)入工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗要求。2）強(qiáng)大的處理能力。MSP430系列單片機(jī)位16位的RSIC（reducedinstructionsetcomputing）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式、簡(jiǎn)潔的指令、大量的寄存器以及片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算，使得該系列單片機(jī)采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)仍能有很高的效率，提高設(shè)備采集數(shù)據(jù)的效率。3）系統(tǒng)工作穩(wěn)定。上電復(fù)位，先由DCO振蕩器啟動(dòng)CPU,保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的時(shí)間起振及穩(wěn)定時(shí)間。通過(guò)軟件來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)鐘率。4）豐富的外設(shè)資源。MSP430系列單片機(jī)提供了不同的外設(shè)資源，豐富的端口是單片機(jī)具有豐富的接口功能，并且某些端口還具有中斷功能，進(jìn)一步豐富了中斷資源有利于多任務(wù)操作，節(jié)省了大量的接口電路，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)可節(jié)約空間、成本使得工作設(shè)備更簡(jiǎn)潔，實(shí)用。5）方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境MSP-FET430P140為MSP430FX系列的全面集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，片內(nèi)仿真邏輯允許三個(gè)斷點(diǎn)全速運(yùn)行，單步執(zhí)行和讀取所有外部設(shè)備。該FET是一種完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。包括源代碼級(jí)調(diào)試器、仿真器、匯編/連結(jié)器、調(diào)試接口等。第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)=4F6.3/A3P66陽(yáng)P67,A7VKEF*XINNCUTTOJ：￥。時(shí)F-VREMMiREAPIaTACLKPl.l.-TADP1.2-TA1piy?A2H若含1/3黑JdxNIE.LM【CLLoAlKLS21XD133^/-<:崔NV/ZMycl3><P”網(wǎng)CLKF5J.UCLKIP5.E53用IP5.1^1MOIP5.口■STIP&7詆IKP4.6P4.5F4.4P43p4.廿n茹M.l/TBiP4.&T0OP1A-SMCLKX〕口M1<L=，Cd>mwoNdEvud5SDUtSLdror■，RE=rx乏<卓口XInw23'7;7777QC2EE1=￡:嘴s^s空部XTDmGQEg.EdEVJJIVDWEE占@E，W，.，"FL2--PIEE圖3-4MSP430單片機(jī)管腳示意圖(2)MSP430F149單片機(jī)的外圍電路:1)復(fù)位電路如下：VCC2)電源電路圖3-5復(fù)位電路電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)DVse5圖3-6電源電路無(wú)線收發(fā)模塊與單片機(jī)的硬件接口電路設(shè)計(jì)(1)無(wú)線通信模塊的硬件設(shè)計(jì)1)PTR8000模塊簡(jiǎn)介PTR8000(如圖3-7所示)是訊通公司推出的中短距離無(wú)線收發(fā)模塊，內(nèi)核為挪威Nordic公司生產(chǎn)的射頻芯片nRF905，該模塊具有430/868/915MHz多頻道多頻段供用戶選用；內(nèi)置環(huán)行天線、體積小、性能穩(wěn)定且不受外界影響，對(duì)電源不敏感；最大發(fā)射功率+lOdBm,采用高抗干擾GFSK調(diào)制、可跳頻；內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC；最大傳輸距離將近200米。因此，根據(jù)前面的論述，可知該模塊具有很強(qiáng)的抗干擾能力、穩(wěn)定性和可靠性口〃。PTRS000的工作模式PTR8000共有4種工作模式，模式以及接收模式，它們由TRX即掉電和SPI編程模式、待機(jī)和SPI編程模式、發(fā)射CE,TXEN與PWR三個(gè)管腳控制，如表3-1所示。表3-1PTR8000的工作模式PWRTRXCETXEN工作模式0—掉電和SPI編程模式10—待機(jī)和SPI編程模式1;10接受模式11發(fā)射模式PTR8000的SPI接口和狀態(tài)輸出

第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)SPI接口由SCK,MISO,MOSI和CSN組成。單片機(jī)既可以在配置模式下通過(guò)它配置PTRS000的工作參數(shù)，也可以在發(fā)射（或接收）模式下寫(xiě)入（或讀?。?shù)據(jù)。狀態(tài)輸出接口主要提供載波檢測(cè)輸出CD、地址匹配輸出AM以及數(shù)據(jù)就緒輸出DR。其中CD用于在RX模式下檢測(cè)相同頻率的載波，DR則是判斷數(shù)據(jù)是否順利收發(fā)的重要標(biāo)志。在RX模式中，地址匹配（AM）和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（DR）信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成，微控制器即可通過(guò)SPI讀取接收的數(shù)據(jù)；在TX模式中，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（DR）信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸己經(jīng)完成。（2）射頻芯片與單片機(jī)連接電路的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，單個(gè)的芯片制作會(huì)影響制板的質(zhì)量，所以選用通信模塊PTR8000OPTR8000內(nèi)置芯片就是nRF905,實(shí)際就是把nRF905的外圍電路制作成一個(gè)方便使用的模塊。MSP430系列和PTR8000一起構(gòu)成了一個(gè)完整的ISM頻段內(nèi)無(wú)線通信的解決方案。PTR8000的工作方式根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，在設(shè)計(jì)中PTR8000的配置是將串行的控制字寫(xiě)入單片機(jī)中，電路啟動(dòng)時(shí)，由MSP430F149通過(guò)串行口完成對(duì)PTR8000的設(shè)置。PTR8000與單片機(jī)連接電路如圖3-7所示：模式控制SPI接口狀毒情玨TRX_CE模式控制SPI接口狀毒情玨TRX_CEP2.1TXENPWRP23. CSNJSCKfJJ皿so jMOSIM1CDF1.5PL6Pl.7DRAM圖3-8PTR8000與單片機(jī)連接電路簡(jiǎn)圖系統(tǒng)主站與上位機(jī)通信接口在設(shè)計(jì)通信接口時(shí)，必須根據(jù)需要選擇接口?？紤]傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換和通信控制芯片等問(wèn)題，以保證通信的可靠性、通信速度、通信距離和抗干擾能力。MSP430F149有兩個(gè)USART模塊，與nRF905的接口電路是通過(guò)其中一個(gè)USART模塊的SPI模式完成的：與上位機(jī)（即監(jiān)控主機(jī)）通信則是利用另一個(gè)USART模塊的UART模式和RS-485接口實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)自帶的是RS-232串口，為了使用RS-485電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)接口，需要進(jìn)行RS-232與RS—485的電平轉(zhuǎn)換，也可以直接在監(jiān)控主機(jī)中加裝一塊RS-485串口卡。本系統(tǒng)采用加裝RS-485串口卡的方法。由于MSP430串口輸出是丁底電平，而RS-485串口卡是RS-485電平，因此兩者之間需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，MAX485芯片可以完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件模塊的主要功能是接收、處理并保存來(lái)自采集器的數(shù)據(jù)。處理得到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線及現(xiàn)場(chǎng)接線圖示例等方式顯示給用戶，并可控制打印數(shù)據(jù)報(bào)表。對(duì)符合條件的情況發(fā)出報(bào)警提示。安裝程序的工作站或工控pc機(jī)應(yīng)該專機(jī)專用，并放置與廠站監(jiān)控室內(nèi)。軟件部分安裝模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由前置機(jī)、主控程序、系統(tǒng)配置程序、現(xiàn)場(chǎng)圖形設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)等部分組成，保證了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)配置安裝和日常監(jiān)測(cè)過(guò)程的分離。同時(shí)各個(gè)部分分開(kāi)便于系統(tǒng)的更新升級(jí)。軟件部分的設(shè)計(jì)，更注重從用戶角度出發(fā)，不但使用戶界面更為友好，操作過(guò)程也變得更為簡(jiǎn)單。而且充分考慮了系統(tǒng)在使用過(guò)程中的變化因素，能根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際，提供更多的靈活性，更突顯出新系統(tǒng)對(duì)在線溫度檢測(cè)需求功能量身定做的特點(diǎn)。主程序和中斷程序設(shè)計(jì)主程序主要是完成一些初始化工作，并定期向監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送信息。在主程序中，每隔一定時(shí)間就向監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)一次信息，以便監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)電網(wǎng)的參數(shù)有所了解，如果遇到異常情況，如是竊電等情況，終端自動(dòng)向監(jiān)控中心發(fā)報(bào)警信息。初始化主要是對(duì)STC89C51內(nèi)部功能模塊的工作方式、參數(shù)和中斷的設(shè)置，以及對(duì)ATT7022B的參數(shù)精度修正。ATT7022B必須經(jīng)過(guò)參數(shù)精度修正后才能保證采集結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)的精度要求。完成初始化后，主程序通過(guò)查詢?nèi)缦聨讉€(gè)在相應(yīng)中斷程序中置位的標(biāo)志位狀態(tài)來(lái)啟動(dòng)相應(yīng)子程序。每次子程序執(zhí)行完畢，都應(yīng)將其觸發(fā)標(biāo)志位復(fù)位，以免由于沒(méi)有復(fù)位而引起表模塊的誤操作。主程序流程圖如圖3-9所示。第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)NN紅位ATT7022RConinidiid?ficck￡unijli數(shù)據(jù)傳送命令校表命參數(shù)聚集aTT7022B初始叱執(zhí)行校表NN紅位ATT7022RConinidiid?ficck￡unijli數(shù)據(jù)傳送命令校表命參數(shù)聚集aTT7022B初始叱執(zhí)行校表表模塊初始化圖3-9主程序流程圖首先，主程序根據(jù)ATT7022B異常標(biāo)志位Fatt(flagofATT7022Babnormal)判斷ATT7022B是否掉電或異常復(fù)位，如果Fatt置位，則將ATT7022B復(fù)位，并重新寫(xiě)入精度修正參數(shù)。ATT7022B提供一個(gè)SIG信號(hào)與STC89C51的外部中斷O(/INTO)連接，/INT0采用下降沿觸發(fā)。當(dāng)ATT7022B正常運(yùn)行時(shí)，SIG為高電平；當(dāng)人丁丁70228上電復(fù)位或產(chǎn)生異常原因重新啟動(dòng)時(shí)，SIG立即變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)產(chǎn)生/INTO,置位用于觸發(fā)ATT7022B復(fù)位程序的標(biāo)志位Fatt。然后，主程序根據(jù)定時(shí)采集標(biāo)志位Fc(flagofcollect)判斷是否更新STC89C51內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的ATT7022B采集數(shù)據(jù)，如果Fc置位，則更新采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使用STC89C5l的定時(shí)器0定時(shí)參數(shù)采集時(shí)間，間隔為ls。當(dāng)定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷時(shí)，置位定時(shí)采集標(biāo)志位Fc,由該位觸發(fā)STC89C51讀取新的ATT7022B采集數(shù)據(jù)。最后，主程序根據(jù)命令有效標(biāo)志Fcmd(flagofcommand)判斷串口是否接收到有效命令(無(wú)效時(shí)，F(xiàn)cmd=0),該命令是數(shù)據(jù)傳送命令(Fcmd=5)還是校表控制命令(Fcmd=6),并執(zhí)行相應(yīng)的操作。命令有效標(biāo)志Fcmd是串口中斷程序根據(jù)接收命令的情況而賦值的。串口發(fā)送程序采用查詢方式工作，不需要申請(qǐng)中斷。初始化程序設(shè)計(jì)電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)初始化程序主要是完成對(duì)STC89C51內(nèi)部功能模塊的工作方式、參數(shù)和中斷的設(shè)置，以及ATT7022B的參數(shù)精度修正。STC89C51的內(nèi)部功能模塊設(shè)置主要包括串口通訊和SPI通訊兩個(gè)方面的初始化。串口初始化程序設(shè)置定時(shí)器l工作在工作模式2,用于串口通訊，通信波特率為4800bit/s；設(shè)置定時(shí)器0工作在工作模式1,用于采集數(shù)據(jù)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間100ms。SPI初始化將STC89C51的SPI設(shè)置為主機(jī)工作模式，傳輸速率約為7.2KB/s。.上電前ATT7022B的修正參數(shù)存儲(chǔ)在STC89C51內(nèi)部F1ash中，上電后IAP初始化程序先判斷STC89C51內(nèi)部Flash中用于存儲(chǔ)ATT7022B精度修正參數(shù)的當(dāng)前扇區(qū)是哪一個(gè)，然后ATT7022B的初始化程序?qū)⑿拚齾?shù)寫(xiě)入到ATT7022B的相應(yīng)寄存器中。初始化流程圖見(jiàn)圖3-10所示。ATT7022B系統(tǒng)復(fù)位程序當(dāng)ATT7022B運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)上電或者異常復(fù)位時(shí)，需要對(duì)ATT7022B進(jìn)行硬件復(fù)位。ATT7022B的復(fù)位過(guò)程為：RESET信號(hào)保持大于20us的低電平，ATT7022B進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，此時(shí)SIG輸出為高電平；當(dāng)RESET信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，ATT7022B開(kāi)始從復(fù)位狀態(tài)進(jìn)入詎常工作狀態(tài)，大約經(jīng)過(guò)500口$左右，SIG信號(hào)變?yōu)榈碗娖?此時(shí)ATT7022B才完全進(jìn)入正常工作狀態(tài)。人丁丁70228進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，需重新寫(xiě)入精度修iF參數(shù)，以保證采集數(shù)據(jù)的精確可靠性。ATT7022B的復(fù)位流程如圖3-11所示。第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)寫(xiě)入精度修［E參戰(zhàn)結(jié)束!圖3-11ATT7022B復(fù)位程序流程圖SPI通信程序設(shè)計(jì)ATT7022B與微處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸是由STCl2C5412向SPI接口的DIN端送入8位命令字啟動(dòng)的。命令分為讀取命令和寫(xiě)入命令兩類，通過(guò)命令字的最高位來(lái)區(qū)分，若最高位為1，則命令為寫(xiě)命令，若最高位為0，則為讀命令。命令字的低7位用來(lái)指示需要讀取或者寫(xiě)入的A”7022B內(nèi)部寄存器地址。rcrcSCLKDINfe?iDINfe?iiIDOLT121LIC?E!7DOLT圖3-12SPI讀操作時(shí)序電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)CSCommandDataSCLKDINCSCommandDataSCLKDIN圖3-13SPI寫(xiě)操作時(shí)序當(dāng)命令為寫(xiě)命令時(shí)，需要接著在其后的24個(gè)SCLK周期內(nèi)，持續(xù)從DIN端串行送入需要寫(xiě)入八打70228內(nèi)部寄存器的24位數(shù)據(jù)。當(dāng)命令為讀命令時(shí)，ATT7022B將根據(jù)讀命令進(jìn)行尋址，然后在其后的24個(gè)連續(xù)的SCLK周期內(nèi)從DOUT引腳上串行輸出相應(yīng)寄存器內(nèi)容。數(shù)據(jù)傳輸總是高字節(jié)在前，低字節(jié)在后。ATT7022B的內(nèi)部寄存器分為計(jì)量參數(shù)寄存器和校表參數(shù)寄存器兩部分，計(jì)量參數(shù)寄存器為只讀寄存器，校表參數(shù)寄存器可讀可寫(xiě)，這兩類寄存器的地址有重疊。如果是寫(xiě)操作，ATT7022B將默認(rèn)為是對(duì)校表參數(shù)寄存器的操作：如果是讀操作，上電復(fù)位后ATT7022B默認(rèn)讀出計(jì)量參數(shù)寄存器的參數(shù)，因此如果要讀取校表寄存器中參數(shù)，需要先寫(xiě)入特殊的8+24bit命令完成寄存器的切換。ATT7022B提供一些特殊的命令字以配合軟件校表之用，SPI寫(xiě)特殊命令字的操作過(guò)程與SPI寫(xiě)操作時(shí)序時(shí)基本一致。SPI寫(xiě)特殊命令字時(shí)序圖如圖3-14所示。CSCommand>4 'DataSCLKJUUU1MCSCommand>4 'DataSCLKJUUU1MDIK胴刑3印耐圖3-14SPI寫(xiě)特殊命令操作時(shí)序?yàn)榱吮苊庾x寄存器時(shí)，反復(fù)切換讀操作默認(rèn)的當(dāng)前寄存器，采用狀態(tài)標(biāo)志位Reg—state表示當(dāng)前的讀操作寄存器。如果Reg—state為l，則表示當(dāng)前讀操作默認(rèn)的是計(jì)量參數(shù)寄存器；反之，當(dāng)前讀操作默認(rèn)的是校準(zhǔn)參數(shù)寄存器。第三章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Regtype表示需要讀取的寄存器類型，1為計(jì)量參數(shù)寄存器，0為校準(zhǔn)參數(shù)寄存器。SPI通訊程序流程圖如圖3-15所示。圖3-15SPI通訊流程圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三個(gè)階段；人工管理數(shù)據(jù)不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)不共享，且數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性。文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存，把數(shù)據(jù)組織能相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件，可以進(jìn)行增加、刪除、修改等操作。文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了記錄內(nèi)的結(jié)構(gòu)性，但整體無(wú)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，為用處理了具體的細(xì)節(jié)，向用戶提供非過(guò)程化的數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言（SQL語(yǔ)言），對(duì)數(shù)據(jù)的管理完全由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫(kù)是整套系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有的監(jiān)控信息、系統(tǒng)配置以及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)都要保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。主控制程序也需要經(jīng)常對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，因此數(shù)據(jù)庫(kù)的性能直接影響到系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。同時(shí)考慮到系統(tǒng)主要進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢，為了使用戶更方便的安裝以及備份數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第四章系統(tǒng)核心功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和運(yùn)行環(huán)境本系統(tǒng)在Windows操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)運(yùn)行。因?yàn)镃#在C語(yǔ)言基礎(chǔ)上擴(kuò)充了面向?qū)ο蟪绦虻奶卣?，保持了高運(yùn)行效率和與C語(yǔ)言的可兼容性。C#支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，特別適合于中型和大型的軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，從開(kāi)發(fā)時(shí)間、費(fèi)用到軟件的重用性、可擴(kuò)充性、可維護(hù)性和可靠性等方面，C#均具有很大的優(yōu)越性。同時(shí)，C#又是C語(yǔ)言的一個(gè)超集，這就使得許多C代碼不經(jīng)修改就可被C#編譯通過(guò)。C#還對(duì)類內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了封裝，并提供了對(duì)繼承關(guān)系和多態(tài)性及函數(shù)重載的支持。VS2010基于C，C#語(yǔ)言，主要由是.NET組成，是與系統(tǒng)聯(lián)系非常緊密的編程工具，它兼有高級(jí)，和低級(jí)語(yǔ)言的雙重性，功能強(qiáng)大，靈活，執(zhí)行效率高，幾乎可說(shuō)VS2010在Windows平臺(tái)無(wú)所不能。最大缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)效率不高。VS2010主要是針對(duì)Windows系統(tǒng)，適合一些系統(tǒng)級(jí)的開(kāi)發(fā)，可以方便實(shí)現(xiàn)一些底層的調(diào)用。VS2010執(zhí)行效率高，當(dāng)對(duì)系統(tǒng)性能要求很高的時(shí)候，可用VS2010開(kāi)發(fā)。VS2010可以開(kāi)發(fā)優(yōu)秀的基于通信的程序，在多線程、網(wǎng)絡(luò)通信、分布應(yīng)用方面，VS2010#有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。VS2010可以開(kāi)發(fā)靈活高效的數(shù)據(jù)庫(kù)操作程序，極大的方便的在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中數(shù)據(jù)庫(kù)操作的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。VS2010在圖像處理方面功能強(qiáng)大，其面向?qū)ο蟮?、可視化的快速?yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境配合集成在IDE中的視覺(jué)開(kāi)發(fā)工具，讓程序設(shè)計(jì)者能夠在Windows環(huán)境快速開(kāi)發(fā)出相關(guān)桌面應(yīng)用程序。VS2010也適合開(kāi)發(fā)高效靈活的文件操作程序，可以用最少的手工代碼實(shí)現(xiàn)高效的窗口應(yīng)用程序。VS2010提供了所有開(kāi)發(fā)時(shí)需要的測(cè)試、調(diào)試和應(yīng)用配置工具，包括設(shè)計(jì)和調(diào)試工具欄，.NET控件，大規(guī)?？芍赜媒M件及編程向?qū)У龋@些工具極大的簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序原型設(shè)計(jì)并縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。AppWizard稱為應(yīng)用程序向?qū)?，是幫助我們生成?yīng)用程序框架源代碼的一種特殊的向?qū)?。它允許我們作一系列的選擇，并在此基礎(chǔ)上自動(dòng)生成VS2010源程序代碼，這些代碼構(gòu)成了一個(gè)應(yīng)用程序的框架。由于AppWizard生成的框架已經(jīng)是一個(gè)完整的可以運(yùn)行的程序，我們只需要在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改并添加新的功能，從而在很大程度上減輕了編程的工作量。因此，多數(shù)用VS2010開(kāi)發(fā)的軟件都是從AppWizard生成的程序框架開(kāi)始編寫(xiě)的。

電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)綜合以上特點(diǎn)，VS2010在界面設(shè)計(jì)、Windows編程、數(shù)據(jù)庫(kù)編程和網(wǎng)絡(luò)編程等方面都具有其他一些軟件開(kāi)發(fā)工具無(wú)法比擬的獨(dú)到之處，因此，在本系統(tǒng)中使用其作為開(kāi)發(fā)工具。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-1所示，系統(tǒng)主機(jī)的軟件主要包括前置機(jī)程序，系統(tǒng)主控制程序，數(shù)據(jù)參數(shù)配置，數(shù)據(jù)庫(kù)及接線圖配置程序幾個(gè)部分，前置機(jī)向采集器發(fā)送命令，接收采集器上傳的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)查詢表格文件并計(jì)算監(jiān)測(cè)得到探測(cè)點(diǎn)溫度；然后前置機(jī)負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)主控制程序，如有需要還將通過(guò)電力線（電力modem）或以太網(wǎng)向遠(yuǎn)端信息網(wǎng)或調(diào)度中心上傳數(shù)據(jù)。圖4-1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖圖4-1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)主控制程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，以溫度曲線、溫度報(bào)表及在接線圖上直接顯示等方式向用戶顯示個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度，主控制程序還包括報(bào)警、事件、用戶、系統(tǒng)日志等管理功能。數(shù)據(jù)參數(shù)配置和接線圖配置程序負(fù)責(zé)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)，配置接線圖對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)等參數(shù)設(shè)計(jì)。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)系統(tǒng)各個(gè)模塊雖然都是獨(dú)立的程序，但它們?cè)谠O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)已經(jīng)聯(lián)機(jī)運(yùn)行的時(shí)候都是不可分的整體。前置機(jī)程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)需要從配置文件讀取各相關(guān)參數(shù)，并按照現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。然后開(kāi)始接收串口數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)還需要查詢表格中的預(yù)置參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果。電力系統(tǒng)內(nèi)部習(xí)慣使用AutoCAD等工具繪制接線圖，所以接線圖配置程序可以調(diào)用專業(yè)制圖工具制作的一次接線圖，既符合用戶習(xí)慣，也簡(jiǎn)化了程序。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊是系統(tǒng)的核心部分，和接線圖配置程序、系統(tǒng)參數(shù)配置程序以及主控制程序都緊密聯(lián)系，接受其它模塊設(shè)置的參數(shù)，同時(shí)允許其它模塊讀取已設(shè)置的參數(shù)。主控制程序?qū)ζ渌K的依賴性最大，既需要接收前置機(jī)上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也需要讀取存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的接線圖、報(bào)警設(shè)置、用戶和事件日志、歷史數(shù)據(jù)等參數(shù)。數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)接收系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要由前置機(jī)程序負(fù)責(zé)，從發(fā)送命令數(shù)據(jù)到接收采集數(shù)據(jù)，整個(gè)通信過(guò)程分為以下幾個(gè)步驟：1）前置機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，命令通過(guò)串口服務(wù)器發(fā)送到采集器；2）采集器判斷命令是否是發(fā)至本機(jī)的命令，如果不是，繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)下一個(gè)數(shù)據(jù)包；3）采集器開(kāi)始接收各個(gè)通道的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)啟動(dòng)阻塞機(jī)制，防止連續(xù)接收命令造成沖突；4）前置機(jī)在指定時(shí)間間隔內(nèi)，如果接收采集器回傳數(shù)據(jù)，則開(kāi)始處理，如果沒(méi)有收到數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)超時(shí)錯(cuò)誤，對(duì)于連續(xù)產(chǎn)生超時(shí)錯(cuò)誤超過(guò)規(guī)定次數(shù)的，認(rèn)為系統(tǒng)采集器出現(xiàn)異常，將提醒用戶注意。5）前置機(jī)接收到的數(shù)據(jù)，可能是有效數(shù)據(jù)，也可能是受損數(shù)據(jù)，開(kāi)始對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)序圖如圖4-2所示，由于與采集器的通信采用半雙工通信機(jī)制，需要使用異步方式通信，保證同一時(shí)間只有接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。前置機(jī)每隔1000毫秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，按照初始化地址將命令發(fā)送到對(duì)應(yīng)采集器，采集器在所有通道都工作的情況下采集完整數(shù)據(jù)需要20msX40=800ms,所以可以保證接收完整數(shù)據(jù)。如果超過(guò)15s沒(méi)有應(yīng)答將產(chǎn)生應(yīng)答超時(shí)錯(cuò)誤。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖4-2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)序圖前置機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令格式如圖4-3所示:圖4-3命令幀格式如發(fā)送如下16進(jìn)制命令字符：23303130313136444c0d，（1）界定符：23為界定符，規(guī)定每個(gè)命令必須以界定符開(kāi)始，23（#）。（2）地址：緊跟界定符的兩位指定采集起始地址，3031表示從01端口開(kāi)始。電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(3)起始地址：指定采集器上傳數(shù)據(jù)的起始地址，3031表示從01端口開(kāi)始上傳。(4)結(jié)束地址：指定采集器上傳數(shù)據(jù)的結(jié)束地址，3136表示發(fā)送到16端口結(jié)束。(5)校驗(yàn)核：命令字符串校驗(yàn)核計(jì)算如下：校驗(yàn)核=23H+30H+31H+30H+31H+31H+36H=(1)4CH截取后兩位，用二位40H-4FH的ascll碼表示為40H,4CH。(6)結(jié)束符：每個(gè)命令必須用回車符(？)0DH結(jié)束。采集器響應(yīng)數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令后回傳數(shù)據(jù)格式如圖4-4所示：=土0=土00125(b)通道數(shù)據(jù)格式%)接收數(shù)據(jù)格式圖4-4上傳傳數(shù)據(jù)格式例如上傳數(shù)據(jù)如下所示：二+05.247=+00.121=+00.102=+00.112=+00.096=+00.085=+00.119=+00.125二十00.131=+00.000=+00.000=+00.000=+00.00=+00.000=+00.000=+00.000=+25.265以二區(qū)分各通道數(shù)據(jù)，土表示正負(fù)電壓值，通道數(shù)據(jù)由兩位正數(shù)和3為小數(shù)組成。00.000表示該通道沒(méi)有接傳感器，如該通道接有傳感器而顯示00.000表示通道異常。最后一組數(shù)為環(huán)境溫度。數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)傳感器冷端處理前置機(jī)程序?qū)ι蟼鞯谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將電壓毫伏值通過(guò)查表計(jì)算得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度值。如前所述，紅外傳感器為模擬k型電偶輸出，電動(dòng)勢(shì)和溫度在小范電纜溫度監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圍內(nèi)呈單值、線性關(guān)系；穩(wěn)定性較好，響應(yīng)時(shí)間較快，測(cè)溫范圍廣。在實(shí)際應(yīng)用中，溫度為T(mén)的一側(cè)是被測(cè)溫度側(cè)，又稱工作端或熱端；T0的一側(cè)是參考溫度側(cè)，又稱參考端或冷端。而其輸出電壓值實(shí)際為工作端被測(cè)點(diǎn)溫度電壓值和傳感器參考端溫度電壓值的差。理論上，參考端的溫度必須保存恒定，在分度表中或分度檢定時(shí)，冷端溫度都保持在0℃;