开关柜温度监测系统的软件设计

秦 佳

（鸡西大学 电信系，黑龙江 鸡西 158100）

电力系统正朝着高电压，大容量的方向发展，对输配电可靠性的要求也越来越高.在电力系统运行过程中，影响电力系统正常，安全运行的因素有很多，但是，电力系统自身设备安全方面尤为重要.尤其是在我国大多数高压电气设备采用封闭结构电气设备长期处于满负荷，大电流、强磁场、高电压的条件下运行，在这种条件下很容易造成热量集结加剧，如果不能及时的监测出电气设备的温升变化，将会对电力系统中电气设备安全运行产生威胁.

系统软件设计包括测温节点的软件设计和基站的软件设计.系统的工作方式为即测温节点主动注册入网，定时上传数据，基站采用被动应答方式.

1 测温节点软件设计

测温节点具有温度采集，数据传输、报警、订阅、查询，以及参数设置功能.

测温节点的状态转换如图1所示：

图1 测温节点总体的状态转换图

1.1 测温节点运行流程

首先将基站部分上电，方便测温节点注册入网，测温节点上电后，进入自检状态，若自检出问题，将彻底关机.自检如果没问题，则初始化默认的参数，启动固定心跳和温度变化监测的入网任务.考虑到测温节点的功耗问题，测温节点大部分工作状态为低功耗工作状态，由定时器唤醒，只有在唤醒状态才能进行数据的传输，完成任务后进入到低功耗工作状态.

测温节点绝大部分时间都是工作在运行状态，此时只有定时任务在工作，采集周期到，测温节点会唤醒并采集一次温度，此温度将和上次历史值相比，绝对值大于预设比较值，则发送一次数据.心跳周期到，测温节点唤醒并采集温度，将其温度值发送给集中器，用于网络确认连接.无应答则按照一定阈值进行发送，超过阈值无应答则进入最低功耗状态并关机.如图2所示：

图2 测温节点运行状态

若测温节点程序被唤醒，则会检查任务栈，若任务栈空闲，则会关闭无线模块，进入休眠状态.是否有任务，成为是否待机的条件.在执行发包过程中，一旦发生错误，累积到超过阈值，就会关机，直至掉电复位.

1.2 测温节点工作流程

测温节点将采集到的数据以无线方式发送给基站，基站接到测温节点上传的温度数据后，对其做出相应的答复，测温节点对数据接收将统一在接收模块中做处理.

发送数据帧流程如图3所示：

图3 测温节点发送数据帧流程

测温节点将所采集到的温度数值以无线方式发送给基站，基站接到测温节点上传的温度数据后，对其做出相应的答复，测温节点对数据帧对基站传来的数据帧接收流程如图4所示：

图4 测温节点接收数据帧流程

2 基站软件设计

基站具有承上启下的功能，承接无线测温节点采集的温度，上传无线测温节点采集的温度到后台服务器，基站层次框图如图5所示：

图5 基站的层次方框图

基站负责测温节点的网络参数配置，相关信息的显示，基站中包含了测温节点（即数据对象）、关系和属性等基本成分.

其中测温节点包括：节点号，温度值、状态.

事务包括：时间，设置对象、设置参数、值.

基站系统的ER图如图6所示：

图6 基站ER图

2.1 基站运行流程

基站先部分上电，进入自检状态，若自检出问题，将彻底关机.基站检测自身的状态，包括温度值，温升值等，发现故障自动报告给上位机，保证设备的安全运行.若基站自身检测没有问题，则初始化默认的参数，进入工作状态.

初始化之后，基站将会刷新界面以保证新上传的数据能够及时的显示出来，确保超过阈值的数据能够及时报警.

测温节点在规定的周期内连续采集高压开关柜内动静触点的温度，并将采集到的温度数据取平均值，这一系列工作后将得到的温度数据平均值打包，通过无线传感器网络接口芯片CC2520发送给基站，测温节点发送完数据包之后微处理器由工作状态转为超低功耗状态即进入睡眠状态，直到下一个时间片的到来才会被唤醒继而进入工作状态.

2.2 基站工作流程

温度监测系统利用无线温度传感器可实时采集测温节点的温度值.当测温节点采集的温度超过阈值或者温升超过正常值时，无线接收改为实时接收测温节点发送来的数据.当温度正常时，无线接收改为周期性的接收测温节点的数据.基站要完成测温节点状态的查询，节点是处于工作状态还是休眠状态，以及基站对测温节点上传温度数据包进行相应回复都是在基站无线收发模块中完成的.

基站发送数据帧的基本流程是，基站部分上电后先会去读取任务栈，看看当前是否有任务，如果有紧急任务将会去执行当前的任务，如果检查任务栈当前没有任务，基站将会处于无任务状态，当有待发送数据时，在任务栈队列中清除一次待发送数据，并且打开无线发送设备发送，若发送失败，则会返回到读取任务栈，直到发送成功结束.

基站对测温节点上传的数据包进行接收，当测温节点要求上传数据包时，基站检查任务栈是否空闲，如果任务栈处于空闲状态，将分析测温节点上传的数据包的属性，是否满足入网请求，检查测温节点ID，并进行本地配置，如果满足入网条件，则组织数据帧，将数据帧上传，检查基站配置是否满足条件将测温节点上传的数据包送至存储以及显示处理，并根据基站本地配置，组织对测温节点上传数据帧的应答帧，做出相应的应答.

高压开关柜温度监测系统通过对开关柜内母线触点温度数据的及时采集、分析和处理，以实现对高压开关柜母线触点运行状态温度的实时监测，这对于保障电气设备的稳定工作起到一定的作用.

3 结论

变电站中电气设备的供电全部是通过变电站高压开关柜组来完成和实现的,若变电站内有一个开关柜发生故障并没有及时发现和解决故障，势必会影响到整个机组的生产运营和管理，其损失较大.因此开发变电站高压开关柜触头温度在线监测系统是十分必要的.

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