一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统的制作方法
【专利摘要】一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统属于电缆通道监测系统【技术领域】，尤其涉及一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统。本实用新型提供一种可保护电力隧道运行的安全性和稳定性的电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统。本实用新型其结构要点包括上位机、与上位机通信的监控主机、以及与监控主机通信的地音监测终端，地音监测终端挂接地音传感器；所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板和底板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板与底板分别连接。
【专利说明】一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电缆通道监测系统【技术领域】，尤其涉及一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统。
【背景技术】
[0002]随着电力事业的不断发展，城市架空线路送电正在被地下高压电缆所取代，因此地下高压电缆的数量正急剧上升。针对这种现状，对隧道安全的监测更加重要。为了保证隧道电缆供电的可靠性，除了保障隧道内电缆及其附属设施的安全外，同时必须实时监测隧道本体的安全。
[0003]隧道长期运行，由于受到周边机械施工、爆破，压力等因素的影响，会出现某些位置的变形或者微变化。目前实现的对隧道本地的监测，一种是采用动态仪或者压力表，需要配备较多的人力，但是仍然难以实现隧道状态的连续监测，困难大，监测繁琐，信息量少。另一种是采用DSP实现三维加速度监测，这种装置功耗大，必须安装在有供电的位置，不能实现隧道全线的监测，有一定的位置局限性。
[0004]以有效的方法对位于地下设施周边的机械施工行为实施监测和预警，对保障地下电力设施的安全可靠运行意义重大。
【发明内容】
[0005]本实用新型就是针对上述问题，提供一种可保护电力隧道运行的安全性和稳定性的电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型其结构要点包括上位机、与上位机通信的监控主机、以及与监控主机通信的地音监测终端，地音监测终端挂接地音传感器；所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板和底板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板与底板分别连接。
[0007]作为一种优选方案，本实用新型所述监控主机与上位机之间通过TCP/IP以太网接口通信，每台监控主机通过一对低烟无卤阻燃通信电缆与地音监测终端远程供电端口和控制端口相连。
[0008]作为另一种优选方案，本实用新型所述监控主机采用热插拔式积木结构，设置在所述电缆通道旁侧的分控变电站内，监控主机的指示信号输出端口与运行指示LED灯相连。
[0009]作为另一种优选方案，本实用新型所述电源转换及通信脉冲产生插板完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板完成数据传输和串口通信插板的通信；串口通信插板完成数据采集及通信插板与上位机间的通信，数据采集及通信插板与串口通信插板间为串口通信，通过串口通信插板转化成网口与上位机连接；串口通信插板为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与上位机连接；底板完成与电源转换及通信脉冲产生插板、串口通信插板和数据采集及通信插板间的数据交互和电源供电。
[0010]作为另一种优选方案，本实用新型所述监控主机采用6U机架结构，相邻的数据采集及通信插板采用冗余备份结构；数据采集及通信插板的数量为8块，每块插板设置8个通信端口，每个通信端口挂载I?16个地音监测终端。
[0011]作为另一种优选方案，本实用新型所述地音监测终端由微控制器单元、看门狗监视单元、通信单元、地址单元、电源管理单元、传感器接收单元组成，地音监测终端与地音传感器连接，地音传感器沿隧道走向布设；微控制器单元的通信端口分别与通信单元的通信端口、传感器接收单元的通信端口、地址单元的通信端口相连。
[0012]作为另一种优选方案，本实用新型所述微控制器单元包括MPU、实时时钟芯片、硬件看门狗、电源监视芯片和外部晶振。
[0013]作为另一种优选方案，本实用新型所述微控制器单元对来自地音传感器的振动加速度数据进行读取、暂存和分析处理，将分析结果和振动加速度的特征值上报给上层控制平台；对数据采集及通信插板进行管理和控制。
[0014]作为另一种优选方案，本实用新型当工作电压低于看门狗监视单元电路的门槛电压时，输出低电平，微控制器复位；当出现死机现象时看门狗监视单元电路在定时结束前如果单片机不对其操作，输出低电平使微控制器复位。
[0015]作为另一种优选方案，本实用新型所述通信单元采用通信与电源共线传输结构；通信单元包括三极管、二极管、PTC保险丝，采用微功耗运算放大器芯片。
[0016]作为另一种优选方案，本实用新型所述通信与电源共线传输结构包括一对双绞线；双绞线一端与监控主机连接，另一端与微控制器单元连接；所述一对双绞线包括由一对铜线组成的工业总线和市话电缆。
[0017]作为另一种优选方案，本实用新型所述通信单元的接收和发送均采用基带脉冲通信机制。
[0018]作为另一种优选方案，本实用新型所述微控制器单元采集地址信息，将地址信息上传；当有振动预警信息上传时，进行振动定位。
[0019]作为另一种优选方案，本实用新型所述电源管理单元将来自供电线路的电源变换为符合本地各模块要求的电源电压，并在微控制器单元的控制下，将各路电源持续或断续地提供给相应的电路模块使用。
[0020]其次，本实用新型所述MPU采用MSP430芯片，初始化后MPU处于睡眠状态，地音传感器探测到振动加速度超过预设的阈值时，以中断方式将MPU唤醒。
[0021]另外，所述上位机收集机械施工设备目标振动数据，并进行分析去除干扰振动；目标振动包括强度差异部分、周期性部分、移动规律部分、区域分布规律部分、峰值规律部分。
[0022]第一，基于单终端进行分析，以单个监测终端为基础，依据各种施工机械振动时，固有的频率和强度，对监测终端监测半径范围内的施工设备，做初步判定。
[0023]第二，系统根据单个终端一段时间内，连续采集的振动数据，确定振动目标的移动规律，系统结合安装位置的环境特性，进一步对振动目标进行筛选和过滤，进一步确定目标振动的类型。
[0024]第三，基于多终端进行分析确认；系统根据多个监测终端的物理位置和采集到的振动数据，对目标振动的类型进行最终确认。
[0025]本实用新型有益效果。
[0026]本实用新型地音监测终端挂接地音传感器。电力隧道内环境复杂，选择地音传感器检测的振动加速度作为主监测物理量，可以不依赖于照明，不受水雾、灰尘等因素影响，特别适用于对隧道周边的爆破、机械施工等潜在危害因素的监测和预警；从而克服了视频监控存在的问题；保护电力隧道运行的安全性和稳定性。本实用新型提供了一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统的硬件基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。
[0028]图1为本实用新型组成示意图。
[0029]图2为本实用新型监控主机组成示意图。
[0030]图3为本实用新型地音监测终端组成示意图。
[0031]其中，1.上位机，2.监控主机，3.地音监测终端，4.地音传感器，5.电源转换及通信脉冲产生插板，6.数据采集及通信插板，7.串口通信插板，8.底板，9.微控制器单元，10.看门狗监视单元，11.通信单元，12.地址单元，13.电源管理单元，14.传感器接收单元。
【具体实施方式】
[0032]如图所示，本实用新型其结构要点包括上位机、与上位机通信的监控主机、以及与监控主机通信的地音监测终端，地音监测终端挂接地音传感器。终端与地音传感器间可采用6芯屏蔽电缆连接，最大电缆长度30米。分体设计适合于沿隧道走向布设，便于实现对隧道防护目标的无缝覆盖。
[0033]所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板和底板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板与底板分别连接。
[0034]所述监控主机与上位机之间通过TCP/IP以太网接口通信，每台监控主机通过一对低烟无卤阻燃通信电缆与地音监测终端远程供电端口和控制端口相连。
[0035]所述监控主机采用热插拔式积木结构，设置在所述电缆通道旁侧的分控变电站内，监控主机的指示信号输出端口与运行指示LED灯相连。
[0036]所述电源转换及通信脉冲产生插板完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板完成数据传输和串口通信插板的通信；串口通信插板完成数据采集及通信插板与上位机间的通信，数据采集及通信插板与串口通信插板间为串口通信，通过串口通信插板转化成网口与上位机连接；串口通信插板为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与上位机连接；底板完成与电源转换及通信脉冲产生插板、串口通信插板和数据采集及通信插板间的数据交互和电源供电。
[0037]所述监控主机采用6U机架结构，相邻的数据采集及通信插板采用冗余备份结构；数据采集及通信插板的数量为8块，每块插板设置8个通信端口，每个通信端口挂载I?16个地音监测终端。
[0038]所述地音监测终端由微控制器单元、看门狗监视单元、通信单元、地址单元、电源管理单元、传感器接收单元组成，地音监测终端与地音传感器连接，地音传感器沿隧道走向布设；微控制器单元的通信端口分别与通信单元的通信端口、传感器接收单元的通信端口、地址单元的通信端口相连。
[0039]所述微控制器单元包括MPU、实时时钟芯片、硬件看门狗、电源监视芯片和外部晶振。
[0040]所述微控制器单元对来自地音传感器的振动加速度数据进行读取、暂存和分析处理，将分析结果和振动加速度的特征值上报给上层控制平台；对数据采集及通信插板进行管理和控制。
[0041]本实用新型当工作电压低于看门狗监视单元电路的门槛电压时，输出低电平，微控制器复位；当出现死机现象时看门狗监视单元电路在定时结束前如果单片机不对其操作，输出低电平使微控制器复位；提高了系统的可靠性。
[0042]所述通信单元采用通信与电源共线传输结构；通信单元包括三极管、二极管、PTC保险丝，采用微功耗运算放大器芯片。
[0043]所述通信与电源共线传输结构包括一对双绞线；双绞线一端与监控主机连接，另一端与微控制器单元连接；所述一对双绞线包括由一对铜线组成的工业总线和市话电缆。
[0044]所述通信单元的接收和发送均采用基带脉冲通信机制。
[0045]所述微控制器单元采集地址信息，将地址信息上传；当有振动预警信息上传时，进行振动定位；做到及时有效实时处理，保障电力隧道和电力设备的运行安全。
[0046]所述电源管理单元将来自供电线路的电源变换为符合本地各模块要求的电源电压，并在微控制器单元的控制下，将各路电源持续或断续地提供给相应的电路模块使用；实现地音监测终端的最低工作功耗。
[0047]所述MPU采用MSP430芯片，初始化后MPU处于睡眠状态，地音传感器探测到振动加速度超过预设的阈值时，以中断方式将MPU唤醒。
[0048]所述上位机收集机械施工设备目标振动数据，并进行分析去除干扰振动；目标振动包括强度差异部分、周期性部分、移动规律部分、区域分布规律部分、峰值规律部分。
[0049]第一，基于单终端进行分析，以单个监测终端为基础，依据各种施工机械振动时，固有的频率和强度，对监测终端监测半径范围内的施工设备，做初步判定。
[0050]第二，系统根据单个终端一段时间内，连续采集的振动数据，确定振动目标的移动规律，系统结合安装位置的环境特性，进一步对振动目标进行筛选和过滤，进一步确定目标振动的类型。
[0051]第三，基于多终端进行分析确认；系统根据多个监测终端的物理位置和采集到的振动数据，对目标振动的类型进行最终确认。
[0052]强度差异。破碎锤、打夯机、打粧机等施工设备，对大地形成冲击作用的强度明显高于其它干扰源。
[0053]周期性。施工设备在施工时，时间上呈现一定的周期性变化。
[0054]移动规律。在正常工作状态下，机械设备是不移动或缓慢移动的，相比之下，作为最常见干扰主体的道路交通工具移动速度要快得多。
[0055]区域分布规律。通常道路交通工具的主要活动区域是公路和城市道路，而施工设备的活动范围则不限于上述区域。
[0056]峰值规律。道路交通工具具有明显且基本恒定的峰值规律，比如早中晚高峰、节假日高峰，而目标主体则与之有明显差异，这种差异亦可作为区分目标振动和干扰振动的依据。
[0057]上述处理方式可有效过滤交通工具、行人等干扰源对测量数据的干扰，实现对振动目标的准确分析和位置定位，准确判断破坏性外力，通过上位机给出提前预警，实时保护电力隧道的安全，从而保障电力隧道内电力设备运行的安全。
[0058]监控主机可采用具备全工模式和半工模式两种工作模式的结构，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。
[0059]可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于包括上位机、与上位机通信的监控主机、以及与监控主机通信的地音监测终端，地音监测终端挂接地音传感器；所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板和底板，电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板与底板分别连接。
2.根据权利要求1所述一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于所述监控主机与上位机之间通过TCP/IP以太网接口通信，每台监控主机通过一对低烟无卤阻燃通信电缆与地音监测终端远程供电端口和控制端口相连。
3.根据权利要求2所述一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于所述监控主机采用热插拔式积木结构，设置在所述电缆通道旁侧的分控变电站内，监控主机的指示信号输出端口与运行指示LE:D灯相连。
4.根据权利要求3所述一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于所述监控主机采用6U机架结构，相邻的数据采集及通信插板采用冗余备份结构；数据采集及通信插板的数量为8块，每块插板设置8个通信端口，每个通信端口挂载I?16个地音监测终端。
5.根据权利要求4所述一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于所述地音监测终端由微控制器单元、看门狗监视单元、通信单元、地址单元、电源管理单元、传感器接收单元组成，地音监测终端与地音传感器连接，地音传感器沿隧道走向布设；微控制器单元的通信端口分别与通信单元的通信端口、传感器接收单元的通信端口、地址单元的通信端口相连。
6.根据权利要求5所述一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于所述微控制器单元包括MPU、实时时钟芯片、硬件看门狗、电源监视芯片和外部晶振。
7.根据权利要求6所述一种电缆通道防外力破坏地音监测预警应用系统，其特征在于所述通信单元采用通信与电源共线传输结构；通信单元包括三极管、二极管、PTC保险丝，采用微功耗运算放大器芯片； 所述通信与电源共线传输结构包括一对双绞线；双绞线一端与监控主机连接，另一端与微控制器单元连接；所述一对双绞线包括由一对铜线组成的工业总线和市话电缆； 所述通信单元的接收和发送均采用基带脉冲通信机制。
【文档编号】G01V1/00GK204203476SQ201420718398
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】白晗, 孟喆, 那莹, 常浩亮, 单闯, 赵劲东 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司