一种应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机的制作方法

1.本发明涉及公路安全设施技术领域，具体涉及一种应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机。


背景技术：

2.公开号为cn107505911a的中国发明专利申请提供了一种电力设备监控系统，包括用于采集电力设备的数据信息的数据采集终端、与数据采集终端电性连接的plc设备、与plc 设备电性连接的主控模块、与主控模块电性连接的第一以太网通信模块、以及与第一以太网通信模块通信连接的监控服务器，该方案采用多种采集控制方式，并对采集到的数据信息进行远程实时监控。
3.为了保障高速公路隧道照明、排风、视频监控、火灾报警和紧急电话等设备的供电，在隧道口设有变电所，根据隧道长度和供电负荷大小，变电所的形式一般分为机房变电所和箱式变电所。
4.变电所内对各电力设备进行数据采集，以便监控各电力设备的运行状态，进行故障排查。随着信息化、智能化的发展，可以对电力设备的采集数据实行网络化监控，以便及时排查出设备故障，保障高速公路隧道的安全。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机，用于实时采集高速公路隧道变电所各电力设备的运行状态，并通过网络上传至监控中心的服务器，实现变电所的信息化和智能化。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
7.本发明提供的应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机，包括通信机柜和服务器，所述通信机柜连接变电所与服务器；所述通信机柜包括通信主机和多个通信从机；所述通信主机包括主机主控制器、主机rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，并内置了用于兼容连接不同电力设备的主机通信软件协议模块；所述通信从机包括从机主控制器、从机rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，并内置用于兼容连接不同电力设备的从机通信软件协议模块；所述通信主机和通信从机与变电所的电力设备相连接，通信主机与通信从机之间通过rs485全双工数据线相连接，通信主机通过交换机连接服务器，通信主机将通信主机和通信从机采集到的变电所各电力设备的运行状态通过网络传送至服务器。
8.优选的是，所述通信从机连接通信主机的主机rj45网口，通讯从机通过主机rj45网口取电。
9.在上述任一技术方案中优选的是，所述变电所的电力设备通过rs485通信端口采用单节点接入通信主机或通信从机，通信主机或通信从机对所有rs485端口进行并行数据采集。
10.在上述任一技术方案中优选的是，所述通信主机自带6个rs485接口，通过rs485接
口与温湿度传感器、ups或eps相连接。
11.在上述任一技术方案中优选的是，所述通信从机装置于低压柜位置，通过rs485接口与低压仪表、电力质量分析仪相连接。
12.在上述任一技术方案中优选的是，所述通信从机装置于高压柜位置，通过rs485接口与高压仪表、电气接点在线测温仪、发电机相连接。
13.在上述任一技术方案中优选的是，所述主机主控制器包括2个stm32单片机，每个 stm32单片机自带8个串口，其中一个stm32单片机连接通信从机，另一个stm32单片机连接通信主机自带的6个rs485串口进行数据上传。
14.在上述任一技术方案中优选的是，所述从机主控制器包括1个stm32单片机，其自带8 个串口，1个串口连接通信主机，另外7个串口通过rs485转换电路进行电力设备数据采集。
15.在上述任一技术方案中优选的是，所述通信主机和多个通信从机布置于高速公路隧道变电所内，通信主机通过主机rj45网口连接交换机接入高速公路内网，采用主机通信软件协议模块中的tcp协议将变电所内各电气设备的运行状态上传至高速公路路段管理中心的服务器。
16.在上述任一技术方案中优选的是，所述服务器包括服务器通信模块，服务器通过服务器通信模块与电力监控系统实现数据交互。
17.与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
18.本发明的电力监控通信机采用主机和扩展从机的方式，主机和从机通信采用双向rs485 差分全双工数据通信方式，物理接口为rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，从机电源也从该 rj45网口取电。主机和从机内置多种软件协议，可以通过远程或本地设置每个端口所连接的设备类型和型号，兼容不同厂家、不同型号的电力设备。
19.本发明的电力监控通信机，用于高速公路隧道变电所的电力监控，可以实时采集高速公路隧道变电所各电力设备的运行状态，并通过网络上传至监控中心的服务器，实现变电所的信息化和智能化，是隧道变电所电力监控、智能化和无人化运维系统的主要硬件设备。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为按照本发明的电力监控通信机的一优选实施例的主机rj45插头的接线示意图；
22.图2为按照本发明的电力监控通信机的一优选实施例的从机rj45插头的接线示意图；
23.图3为按照本发明的电力监控通信机的一优选实施例的主机和从机端口通信示意图；
24.图4为按照本发明的电力监控通信机的一优选实施例的通信原理示意图；
25.图5为按照本发明的电力监控通信机的一优选实施例的整体结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为了克服高速公路隧道变电所的电力监控在现有技术中所存在的通信技术问题，本发明实施例提出一种应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机，用于实时采集高速公路隧道变电所各电力设备的运行状态，并通过网络上传至监控中心的服务器，实现变电所的信息化和智能化。
28.以下结合图1至5，说明本实施例的应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机的结构、技术特点和实现形式。
29.本实施例所述的应用于高速公路隧道变电所的电力监控通信机，包括通信机柜和服务器，通信机柜连接变电所与服务器；通信机柜包括通信主机和多个通信从机；通信主机包括主机主控制器、主机rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，并内置了用于兼容连接不同电力设备的主机通信软件协议模块；通信从机包括从机主控制器、从机rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，并内置用于兼容连接不同电力设备的从机通信软件协议模块；通信主机和通信从机与变电所的电力设备相连接，通信主机与通信从机之间通过rs485全双工数据线相连接，通信主机通过交换机连接服务器，通信主机将通信主机和通信从机采集到的变电所各电力设备的运行状态通过网络传送至服务器。
30.本实施例中，通信从机连接通信主机的主机rj45网口，通讯从机通过主机rj45网口取电。
31.本实施例中，变电所的电力设备通过rs485通信端口采用单节点接入通信主机或通信从机，通信主机或通信从机对所有rs485端口进行并行数据采集。
32.本实施例中，通信主机自带6个rs485接口，通过rs485接口与温湿度传感器、ups或 eps相连接。
33.本实施例中，通信从机装置于低压柜位置，通过rs485接口与低压仪表、电力质量分析仪相连接。
34.本实施例中，通信从机装置于高压柜位置，通过rs485接口与高压仪表、电气接点在线测温仪、发电机相连接。
35.本实施例中，主机主控制器包括2个stm32单片机，每个stm32单片机自带8个串口，其中一个stm32单片机连接通信从机，另一个stm32单片机连接通信主机自带的6个rs485 串口进行数据上传。
36.本实施例中，从机主控制器包括1个stm32单片机，其自带8个串口，1个串口连接通信主机，另外7个串口通过rs485转换电路进行电力设备数据采集。
37.本实施例中，通信主机和多个通信从机布置于高速公路隧道变电所内，通信主机通过主机rj45网口连接交换机接入高速公路内网，采用主机通信软件协议模块中的tcp协议将变电所内各电气设备的运行状态上传至高速公路路段管理中心的服务器。
38.本实施例中，服务器包括服务器通信模块，服务器通过服务器通信模块与电力监控系统实现数据交互。
39.本实施例的电力监控通信机，实时采集高速公路隧道变电所各电力设备的运行状态，并通过网络上传至监控中心的服务器，实现变电所的信息化和智能化，是隧道变电所电力监控、智能化和无人化运维系统的主要硬件设备。
40.电力监控通信机采用主机和扩展从机的方式，通信主机和通信从机采用双向rs485差分全双工数据通信方式，物理接口为rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，通信从机电源也从该 rj45网口取电。通信主机和通信从机内置多种软件协议，可以通过远程或本地设置每个端口所连接的设备类型和型号，兼容不同厂家、不同型号的电力设备。
41.由于变电所电力设备的厂家、型号各有不同，设备的通信协议也不尽相同，有时即使同一厂家、同一类型、不同生产年份的设备，软件协议也存在不一致的情况。为了保证电力监测通信机能读取和解析所有电力设备的数据，同时又要使通信机具有通用性，本实施例的电力通信机采用模块化、可扩展性设计，内置多种软件协议，可根据现场情况分别对每个端口进行远程和本地设置，设置内容包括连接的设备类型、通信协议、波特率等。
42.此外，为了实现射流风机等具有软启动器的设备在启动瞬间进行电流曲线的绘制，本实施例的电力监控通信机应设置能最快实现对每个电力仪表进行每秒钟采集2～3次的数据采集，即，为了保证数据采集速度，电力仪表的rs485通信端口采用单节点接入电力通信机，也就是通信机的主机、从机的每一个rs485端口只接一个电力仪表，通信机对所有rs485端口进行并行数据采集。然而，不同规模变电所的电力设备数量差异较大，为了适应不同规模的变电所，电力监控通信机采用主机和扩展从机的系统组网方式。
43.电力监控通信机采用主机和从机分布式接线方式，是为了满足变电所复杂的电磁干扰的环境下实现数据可靠通信，通信主机和通信从机采用双向差分全双工数据通信方式，物理接口为rj45网口和超六类带屏蔽层的网线，通信方式具有抗干扰性能强。同时，通信从机的电源也同该通信接口供电，具有接线方便的特点。
44.图1所示是通信主机rj45插头的接线定义，图2所示为通信从机rj45插头的接线定义。 rj45型网线插头共有8芯，电力监控通信机的通信主机插头脚号1、2分别用于连接数据发送的rs485电平的a、b端，脚号3、4分别用于连接数据接收的rs485电平的a、b端，脚号5、6接通信从机的电源的正极，脚号7、8接通信从机电源的负极，如图1。通信从机的数据发送和接收端正好与通信主机接线顺序相反，电源端与通信主机接线顺序一致，如图 2。网线的屏蔽层与rj45插头的金属屏蔽外壳连接，将通信主机和通信从机的信号地连接，并通过通信主机的金属外壳与大地相连。
45.在具体实施中，对电力监控通信机所有通信数据端口进行统一编号，比如每个通信从机有7个数据端口，1号通信从机的数据端口编号为1～7，2号通信从机的数据端口编号为8～ 14，依次类推。通信主机通过远程或本地分别设置每个端口所连接的设备类型及协议版本，建立数据端口通信协议表，再将该通信协议表发送至每个通信从机，通信从机根据协议表采集本通信从机端口的数据，端口通信如图3所示。
46.在具体实施中，电力监控通信机主机的硬件电路采用2个stm32单片机，每个单片机自带8个串口，其中一个单片机用于连接通信从机，另一个单片机用于通信主机自带的6个 rs485串口和数据上传，通信主机自带的rs485串口可就近采集设备数据，无需通信从机
转发。通信从机采用1个单片机作为主控制器，该单片机自带8个串口，1个串口用于连接通信主机，另外7个串口通过rs485转换电路用于采集电力设备数据，电力监控通信机原理示意如图4。
47.电力监控系统的通信机(包括通信主机和通信从机)部署在高速公路隧道变电所内，用于采集变电所内电气设备的状态，通信主机通过rj45网口连接交换机接入高速公路内网，采用tcp协议将电气设备状态上传至高速公路路段管理中心的服务器，系统示意图如图5所示。
48.通信机主机自带的6个rs485接口一般用于连接离通信机柜较近距离的设备，比如温湿度传感器、ups或eps；通信机从机一般就近安装在被采集的电气设备，如安装在低压柜采集低压仪表和电力质量分析仪，安装在高压柜采集高压仪表、电气节点在线测温仪和发电机。
49.电力监控通信机(包括通信主机和通信从机)根据端口通信协议表分别采集每个端口的设备状态数据，该协议表指明了每个端口所连接的设备类型和软件版本号。电力监控通信机的通信从机采集本从机下所有端口的数据，进行数据打包后发送给电力通信机的通信主机，通信主机再将所有通信从机和通信主机自带的端口数据打包，通过高速公路内网发送至路段管理中心的服务器。
50.以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。