盘柜实时温度在线监测系统搭建关键技术

盘柜实时温度在线监测系统搭建关键技术

薛辉

渝能（集团）有限责任公司，重庆400020

摘要：高压盘柜内设备劣化缺陷往往比较缓慢，不易发现，且继电保护装置不会动作，等最后发生事故时往往已造成较严重后果。本系统通过实践指导如何自己搭建温度在线监测系统。该系统通过贴片式电阻安装在待测温柜体表面，当柜内元件出现老化放电或其他故障时，故障产生的热量会通过空气传递到盘柜表面，盘柜表面往往会比正常运行温度异常升高，通过这种手段可以提前发现设备劣化缺陷，及时进行处理，避免事故扩大。

关键词：温度；在线；实时；监测

0引言

本系统实现对盘柜温度实时在线监控，非常适用于监控高压电气盘柜，因为高压设备劣化缺陷过程缓慢，不易发现，继电保护往往都是事后动作，等继电保护动作后往往已造成较重后果，如发出机出口开关接触不良放电造成对地或相间短路、互感器老化开裂接地短路等事故等，严重的将造成爆炸、人员伤亡的后果。该系统针对上述事故进行分析，研究一种可以提前预测故障的手段避免事故发生，通过测温的原理，及时发现设备隐患，及时进行处理，将事故隐患消除在萌芽之中。

本文通过实践指导如果从无到有自主搭建温度在线监测系统。可供相关技术开发及设备管理人员参考使用。

1 系统结构

1.1系统图

1.2测温采集终端：

本系统通过帖片式测温电阻安装在待测温柜体表面，当柜内元件出现老化放电或其他故障时，故障产生的热量会通过空气传递到盘柜表面，盘柜表面往往会比正常运行温度异常升高，通过这种手段可以发现部分劣化过程中的缺陷。电阻可以采用PT100铂热电阻。

本案例分布部署了两个测温区域，每个区域部署了16个测温点位，测点不够时可以任意添加。

1.3测温采集单元：

本案例中温度采集模块采用聚英电子DAM-PT16 16路高精度PT100温度采集模块，支持MODBUS通讯协议。每个模块可采集16个测点，如果一个区域温度点大于16点，支持增加温度采集模块，最大支持32个温度采集模块，即最大支持32*16个测点，即512个测点，可以满足一般工厂使用，扩展方便，

温度采集模块将实时数据传送给PLC进行处理。考虑到简化接线及改造项目外部环境条件制约，本案例中将温度采集模块与PLC之间通讯设计为无线传输，这样设计可以方便接线、节约成本、减少工期等优点。

1.4无线传输配置：

数传电台选用艾莫迅Lora数传电台，子站最多可以支持32个子站，现地控制单元配置子站后，轮流与主站进行通信，模块扩展灵活，满足一般较大工厂需求。

1.5数据处理：

西门子S7-200SMART PLC是数据处理核心，实现与温度采集模块的通信数据采集、存储越限温度定值、对各测点温度进行比较，存储越限点号，并与触模屏通信、与上位机通信。

上位机和触模屏仅需读取PLC给定地址数据，就可以查询当前各测点温度、越限报警点，同时可以通过上位机或触摸屏修改和设置各温度测点报警值。

PLC利用MODBUS RS485通讯协议，通过艾莫迅Lora数传电台向两台温度采集装置分站发出温度采样请求，两台采集装置检测到请求后，依次回传数据给PLC进行处理，定值存储在PLC指定的地址中，PLC对采样值和定值进行比对，并将结果标志位存在指定地址中。上位机和触摸屏的温度量及告警值均从PLC获取，上位机和组态王不进行计算，所有处理部分都在PLC完成，这样的目地是提高可靠性。当上位机或触摸屏出现故障时系统仍能正常工作，降低了上位机的工作负荷的同时也提高了上位机的运行可靠性。

1.6人机交互：

人机交互系统为两部分，一部分是上位机系统，采用组态王程序，一部分是触摸屏，两者功能上位机比触摸屏多数据库存储、历史数据查询、语音播报功能，触摸屏功能相对效少，仅支持温度实时显示、定值设置、告警显示，触摸屏更利于现场巡视查看。

1.6.1触摸屏配置：

触摸屏布置在现场，利于现场巡视人员进行查看和设置，可以利用触摸屏进行相关操作，但功能比上位机少。触摸屏的功能：实时显示在线温度值、对PLC告警温度值进行整定、告警灯显示，当测点很多时，运维人员一眼就可以醒目看到哪些点告警了。触摸屏便于现场巡视查看。

1.6.2 上位机配置：

上位机采用组态王软件部署，可以实现实时温度显示、定值整定、历史温度曲线查巡、温度过高语音播报、告警信息查询、曲线打印等功能。

语音播报文件需要事先用语音合成软件将文本文件录成MP3语音文件，然后在相应告警点动作时调用相应语音文件。

历史数据查询需要提前将温度数据与数据库关联，查询时直接在数据库里找即可。

定值整定直接通过上位机，修改PLC定值区，注意PLC定值区定值要存放在失电保持存储区，否则当PLC重启后定值将丢失。

2 设备参数：

2.1帖片式测温电阻：

测温电阻采用贴片式热电偶冷压鼻探头Pt100温度传感器圆孔测温探头，分度号：Pt100，使用温度-45+420，材质纯铜镀银，导热性能很好，可以准确测量物体表面温度。尾线为四氟镀银屏蔽线，其中Pt100线为高温三芯屏蔽线，探头不锈钢材质。

2.2温度采集模块

型号：JY-DAM-PT16。通道数量：16路PT100；传感器支持2线、3线；测温范图：-200℃-650℃；AD转换：24位转换；测量频率：10HZ每路同时测量；分辨率：0.01；测温精度±0.1℃；供电电源：DC7-30V；通讯接口RS232+RS485；通讯协议：Modbus RTU/ASCII/TCP；波特率、校验方式、数据位、停止位可自行设定，软件支持：MCGS、组态王、力控、WINCC、PLC、Labview等。

2.3数传电台

型号：艾莫迅Lora数传电台。通讯接口：RS232/RS485/RS422；通讯距离：5KM；调制方式：Lora；传输速率：Lora模式，0.2-37.5kbps；数据传输频段：410MHz-525MHz（默认433，可上位机配置）；最大发射功率：20dbm；接收灵敏度：-136dbm。

2.4数据处理核心

采用西门子S7-200SMART PLC作为该系统数据处理核心，实现与温度采集模块的通信数据采集、存储越限温度定值、对各测点温度进行比较，存储越限点号，并与触模屏通信、与上位机通信。

2.5人机交互系统

上位机采用组态王组态软件，版本号：7.5SP2。

触摸屏采用威纶通，型号：TK6071IP，7寸屏。

3 电控柜配置

该案例中制作有三个电控柜，其中两个现地控制单元控制柜，和一个主站控制单元控制柜。

3.1 现地单元控制柜中控制柜内的一路DC24V控制电源，取自交流回路电源，经AC/DC开关电源变换后提供；另一路DC24V开关电源取自可充电的蓄电池的开关电源，直流回路电源，经DC/DC开关电源变换后提供。当一路开关电源发生故障时由另一路开关电源供电，实现无扰动切换。开关电源装置采用台湾明纬产品，该电源为交直流两用输入，具有输入范围宽、抗干扰性强、过流过压保护、使用安全可靠等特点。当输出端出现异常时，自动切断24V输出；输出端恢复正常时，重新开启输入电源开关，即可输出稳定的24V电源。柜内还装有温度采集模块和数传电台，用来采集温度及向上位机发送温度数据。

3.2 主站单元控制站中控制柜内的一路DC24V控制电源，取自交流回路电源，经AC/DC开关电源变换后提供；另一路DC24V开关电源取自可充电的蓄电池的开关电源，直流回路电源，经DC/DC开关电源变换后提供。当一路开关电源发生故障时由另一路开关电源供电，实现无扰动切换。开关电源装置采用台湾明纬产品，该电源为交直流两用输入，具有输入范围宽、抗干扰性强、过流过压保护、使用安全可靠等特点。当输出端出现异常时，自动切断24V输出；输出端恢复正常时，重新开启输入电源开关，即可输出稳定的24V电源。柜内还装有西门子PLC、数传电台、触摸屏等。用来进行温度处理及显示。

4 结论

本案例主要利用测温的原理，检测屏柜温度发生变化判断柜内的是否电气发热故障。可以有效发现早期故障进行处理，避免事故扩大。具有故障点语音播报、历史温度查巡比较分析、定值整定等功能。

本论就如何自行开发搭建一套无线传输的温度在线监测系统进行了详细介绍，可供相关技术专业开发人员借鉴希望对相关专业人员及设备管理人员提供借鉴。

参考文献：

[1]陈丹，郑增威，李际军，无线传感器网络研究综述[J].计算机测量与控制，2004，12，701~704.

[2]何宁，王漫，方昀，刘赐平，裴俊，面向无线传感器网络应用的传感器技术综述[J].计算机应用与软件，2007，9，92

作者简介：薛辉 1978年11月 男 辽宁省丹东市 汉 本科 水利发电厂自动化及网络通信工程师 渝能（集团）有限责任公司 研究方向:电力系统自动化