电力设备在线红外测温系统的软件设计与实现.pdf

电信息技术 电力设备在线红外测温系统的软件设计与实现 林秀钦黄绪煜吴沃生刘益军 ( 广东电网公司佛 山供 电局 ) 摘要 ：介绍电力设备在线红外测温系统的软件设计与实现方案。电力设备红外测温系统完全在线运行，无 需人工参与，实现实时远程精确测量电力系统设备的温度，后台系统可智能决策报警，根据测量结果自动分析电 力系统设备运行状况，发现故障隐患并及时报警。 关键词 ：红外测温；软件设计；电力设备 O 引言 红外线 ( 或称热辐射)是自然界中存在最为广泛 的辐射，温度在绝对零度 ( - 2 7 3 C)以上的物体都会 不停地向外辐射红外线。 红外测温是通过探测物体发 出的红外辐射， 将辐射量换算成温度数值实现温度监 测。 随着红外热像技术的成熟和红外热像仪成本的降 低，应用红外热像仪对电力系统进行检测，大大提高 了故障检测的成功率。 电力设备故障检测技术的发展趋势是预知状态 检修，要求故障检测系统具有远程监控、自动报警、 温升趋势分析等无需人参与的高度 自动化功能 1 】 。红 外热像仪采用氧化钒探测器，专用的红外热像仪配套 软件功能单一，无法满足上述要求，需要结合计算机 对红外图像进行后期处理与温度数据的处理与管理 J 。单片机通过实时处理算法，实现现场图像的采集： 图像处理部分采用 AR M+ DS P方式； 算法中的计算部 分主要由 DS P实现；子服务器主要用作实时图像处 理、数据分析、数据存储等任务。图像处理算法可进 行多目标温度提取，真正实现由人工巡检向状态监测 的转变。 在线红外测温系统应用于电力系统可大量节 约人力、物力成本，提高工作效率，进一步提高电力 设备安全性，为电力系统稳定运行提供有力保障。 1 系统的硬件结构 电力设备在线红外测温系统硬件结构如图 1所 示，其采用全数字化、星型网状拓扑网络结构，具有 很高的抗干扰能力， 通过串口 服务器将工控机和变电 6 站内的循检器连接起来。系统采用分层分布式结构， 分为过程层、网络层和站级层。过程层主要包括摄像 机和巡检器，主要完成原始数据的采集和数据转换工 作；网络层主要由串口服务器和网络链路组成，串口 服务器完成网络接 口的转换，如果上位机不止一台， 还要对网络进行扩容，加装集线器或者交换机；站级 层主要包括温度监控主站和其它需要监测温度的工 作站或者 P C，其功能主要是完成数据处理和记录、 画面显示、报警分析、打印等，同时负责与其它系统 的连接、上传数据到集控站等。 站级层 网络层 过程层 图 1 电力设备在线红外测 温系 统的硬件结构 图 2 系统的软件设计与实现 2 1 红外测温系统的软件总体设计 电力设备在线红外测温系统的软件采用单片机 软件系统实现，用单片机结合按键控制温度的检测、 显示、报警、 传输；并用管理平台软件界面实现温度 的存储、查询、曲线报表等功能。本测温系统的软件 设计采用模块化的设计思想，把整个系统分成若干模 块，主要包括主从控制器的主程序、红外测温、键盘 扫描、声光报警、液晶显示、无线传输和组态王通信 等模块，软件设计框图如图 2所示。 图2 电力设备在线红外测温系统的软件设计框图 主程序模块主要实现系统初始化、温度检测、串 行口通信、键盘和显示等功能【 3 】 。其中系统初始化包 括串口通信中断、液晶显示、无线传输的初始化；红 外测温模块获取温度数据、计算温度值；键盘扫描模 块获取按键信息、处理按键请求等；显示模块获取并 处理相应的温度数据： 无线传输模块将测量的温度传 到从控制器，以便送到管理平台处理；组态王通信模 块完成组态王与单片机通信协议和格式等各种操作； 数据展示模块通过 WE B方式对数据进行展示；系统 设置模块根据用户需要对系统参数进行设置。 本文着重介绍该系统软件中的主程序模块、 红外 测温程序模块、无线收发 C C1 I O O E程序模块、组态 王与单片机通信程序模块等设计。 2 2 主控制器的主程序模块设计 本系统使用了无线收发模块， 故需要两个单片机 处理器 。当红外测温系统接通电源时，S T C 8 9 C 5 1单 片机自动复位，开始运行 自己的主程序。该程序首先 对 S T C 8 9 C 5 1 初始化、 液晶初始化、 无线收发初始化； 然后给出开机显示；接着判断是否有按键输入，若没 有则继续判断，若有第一个按键为 目标温度测量，第 二个按键为环境温度测量， 第三个按键为数据的无线 发送；若是进行红外测温，则接收数据，并将计算的 温度值显示出来，通过计算是否符合声光报警条件， 再通过第三个按键决定是否将温度值无线传输到管 理平台处理；最后重新循环判断。主控制器的主程序 流程图如图3所示。 图 3 主控制器的主程序流程图 主程序如下： C p u l n i t 0 ； P O WE R U P R E S E T C C1 1 0 0 0 ； h a l R f Wr i t e R f S e t t i n g s O ； h a l S p i Wr i t e B u r s t R e g ( C C x x x a T a b l e ， P a T a b e l ， 8 ) ； w h i l e ( 1 ) i f ( k e y l 0 ) N_ R e a d D a t a ( 0 x 4 c ) ； e l s e i f ( k e ： y 2 0 ) N _ R e a d D a t a ( 0 x 6 6 ) ； 2 0 1 4 年 第3 5 卷 第4 期 自动化与信息工程 7 e l s e i f ( k e y 3 0 ) h a l R f S e n d P a c k e t ( T e mp e r a t u r e ， 7 ) ； i f 【 ( R e a d Da t a 0 】 ： ： = = 0 x 4 c ) &( R e a d Da t a 4 】 = = = 0 x O d ) ) N _ s wi t c h O ； e l s e i f ( ( R e a d D a t a 0 - 0 x 6 6 ) &( R e a d Da t a 4 = = O x 0 ) N _ s wi t c h 0 ； i f ( k e y 3 0 ) h a l R f S e n d P a c k e t ( T e m p e r a t u r e ， 7 ) ； 2 _ 3 从控制器的主程序模块 S T C 8 9 C 5 1 单片机自动复位，开始运行 自己的主 程序。该程序首先对 S T C 8 9 C 5 1 初始化、无线模块初 始化和组态王通信初始化；当无线收发模块接收到新 的数据时，从控制器把数据传到组态王上处理。 程序如下： C p u I n i t 0 ； P OW ER UP RES ET _C C1 mo o ； h a l R t Wr i t e R f S e t t i n g s 0 ； h a l S p i Wr i t e B u r s t R e g ( C C x x x 0 _ P a T a b l e ， P a T a b e l ， 8 ) ； T _ i n i t 0 ； wh i l e ( 1 ) i f ( h a l R t R e c e i v e P a c k e t ( R x B u f , &l e n g ) ) ； S e n d _P r o c e s s 0 ； ) 2 4 红外测温程序模块 红外测温模块的数据输出信号和脉冲信号分别 接单片机 P 2 4 、P 2 5口，测温控制端接 P 2 - 3口。此 模块首先定义一个字符型数组用于存放读取到的一 帧数据，然后启动测温，读取数据，数据是在脉冲的 下降沿一位一位传送的。把 5个字节数据都读完后判 断第 1 个字节是否为 0 x 4 c或 0 x 6 6 ，且第 5个字节为 O x O d ； 若是则计算温度值并存入， 否则继续读取数据。 连续 5 次测量数据是为了得到更准确的温度。 计算温 度，对 5 个温度值求和然后平均，得到电力设备的温 度，然后输入单片机进行处理。红外测温流程图如图 4所示。 8 图 4红外测温程序流程 图 红外测温系统的软件设计中， 温度值的计算非常 重要，它关系到整个产品的设计精度，因此把温度数 据读取与计算用单独的程序给出 4 。因为红外测温模 块的数据是一位一位地送入单片机的， 所以用双重循 环：内循环接收 1 个字节的数据，外循环接收 5 个字 节的数据。读测量数据的流程图如图5所示。 图5 读测量数据程序流程图 2 5 无线收发程序模块 无线收发数据在微机系统中经常出现，它的优势 是在于一定的范围内，可以随时随地搭建网络，不受 限于硬件。C C1 1 0 0 E是一款 S u b GH z高性能射频收 发器，非常有利于传输数据。 1 1无线发送程序 v o i d h a l R f S e n d P a c k e t ( u c h a r t x B u ff e r , u c h a r s i z e ) f 与电力系统设备的图像监控系统、消防系统等融合， 提高网络一体化程度。 该系统的应用将大量减少人员 工作量，降低工作成本，提升工作效率， 进而实现电 力系统的无人值守。 参考文献 【 1 】史钦锋 基于红外热像仪的变电站电力变压器过热故障在 线监测 D 】 南京： 南京理工大学硕士论文， 2 0 0 9 2 阳明， 袁辉建 远程 电力设备在线红外测温系统 玎 测控 技 术，2 0 1 3 ， 3 2 ( 1 1 ) ： 5 5 - 5 8 3 】周阳修 红外测温在线监测系统的软件设计与实现 D 一 E 京： 华北电力大学， 2 0 1 2 4 赵振兵， 高强， 李然， 等红外测温在变电站远程图像监控系统 中的实现 J 电力系统通信， 2 0 0 5 ，2 6 ( 1 5 0 ) ： 2 7 - 2 8 ， 3 2 5 叶福军 电力变 电站温度智能监测网络研 究与实现 J 】 计算 机测量与控制， 2 0 0 9 ， 1 7 ( 1 ) ： 1 l 1 1 1 3 S o f t wa r e De s i g n a n d I mp l e me n t a t i o n o f On l i n e I n f r a r e d Te mp e r a t u r e M e a s ur e m e nt S ys t e m L i n Xi u q i n H u a n g Xu y u Wu Wo s h e n g L i u Y i j u n ( G u a n g d o n g G r i d C o F o s h a n P o we r S u p p l y B u r e a u ) Abs t r a c t ：T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e s o ft wa r e d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n s c h e me o f o n l i n e p o we r e q u i p me n t o f i n f r a r e d t e mp e r a t u r e me a s u r e me n t s y s t e mPo we r e q u i p me n t o f i n f r a r e d t e mp e r a t u r e me a s ure me n t s y s t e m d e s i gn e d c o mp l e t e l y o n l i n e o p e r a t i o n ， wi t h o u t a r t i fi c i a l p a r t i c i p a t i o n ， c a n r e a l i z e r e mo t e r e a l t i me a c c ura t e me a s u r e me n t o f p o we r s y s t e m e q u i p me n t t e mp e r a tur e ， the b a c k g r o u n d s y s t e m C an b e i n t e l l i g e n t d e c i s i o n a l a r m， a u t o ma t i c a n a l y s i s o f o p e r a t i o n c o n d i t i o n o f p o we r s y s t e m e q u i p me n t a c c o r d i n g t o the me a s u r e me n t r e s u l t ， d i s c o v e r h i d d e n f a u l t and a l a r m i n t i me K e y W o r ds ： I n frare d Te mp e r a tur e Me a s ure me n t ； S o ft wa r e De s i gn ； P o we r Eq u i p me n t 作者简介： 林秀钦，男，1 9 6 4年生，学士学位，高级工程师，现从事电力设备试验研究工作。E ma i l ： l i n x i u q ing 1 3 9 t o m ( 上接 第 5页) Da t a Ac q ui s i t i o n S ys t e m f or Di e Ca s t i ng M a c hi n e Ba s e d 0 n S TM 32 W a ng Tu n M a i Yu a n z h e n Zo u Bi n g W a n g Zh i Pi ng ( 1 G u a n g d o n g I n s t i t u t e o f A u t o ma t i o n 2 A u t o ma t i o n C o l l e g e ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ) Abs t r ac t ： T h i s p a p e r s tud i e s a d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m f o r d i e c a s t i n g ma c h ine b a s e d o n S T M 3 2 ， wh i c h i s a b l e t o c o l l e c t mo l d d a t a an d s t a t e s o f t h e d i e c a s t i n g ma c h i n e a n d t o s e n d d a t a t o t h e s e r v e r for p r o c e s s ing I t i s p r o v e d tha t the s y s t e m r e a l i z e s the a u t o ma t i c d a t a a c q u i s i t i o n o f t h e d i e c a s t i n g ma c h i n e Ke y W o r d s ： S T M3 2 ； Di e Ca s t i n g Ma c h i n e ； Da t a Ac q u i s i t i o n 作者简介： 汪暾，男，1 9 8 6年生，硕士，研究方向：制造业信息化。E ma i l ： t wang g i a a c c n 麦源振，男，1 9 8 8年生，硕士研究生，研究方向：嵌入式系统。 邹兵，男，1 9 8 1 年生，硕士，研究方向：制造业信息化。 王志平，男，1 9 7 8 年生，博士研究生，研究方向：制造业信息化、电力电子与电力传动。 1 0