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基于传感器技术的铁塔状态自动检测方案
作者：重庆勤智科技有限公司
来源：RFID世界网
日期：2010-12-23 14:28:43
摘要：本系统由传感器模块、无线检测终端、系统电源、Web 服务器及其管理软件组成。
一、 系统背景
安装在野外的输电线铁塔，虽然地基坚固，但是由于长期受到地壳运动、天气环境、人为施工（如修公路等情况下的野外爆破）等的影响，容易发生倾斜。当倾斜达到一定程度，或者由于倾斜造成的铁塔应力变化，均有可能使得铁塔发生形变，从而引发输电线舞动、断裂，甚至铁塔倒塌等生产和安全问题。
而对于铁塔倾斜的早期预测，目前采用的办法是巡线的工作人员，携带笨重的仪器设备，到达铁塔附近，然后展开设备进行测量。这样不但效率低，而且也不准确、及时，并不能从根本上解决铁塔倾斜的早期预测，及时排除安全隐患，保证生产的正常进行。
由于以上原因，目前需要有一种能够完成铁塔倾斜自动检测的办法，同时需要将野外现场的检测信号传送到监测中心，并且发布在安全生产的内部网络上，这样方便有关人员实时监测、统计、分析。本方案利用成熟的、低成本GPRS 技术，在保持系统可靠性的同时，保证了系统的先进性。每个无线检测模块安装灵活，无需其他线路的布线，所以也就更加安全、可靠。另外，将多个测量点的数据连接成网络后，便于统一管理，实现管理的网络化、自动化。
二、系统设计目标
本系统设计目标分三步，首先设计无线终端采集设备，包括形变、倾斜、振动传感器选型、定型，采集电路及处理算法实现；然后根据铁塔结构特点设计无线终端设备的安装及系统工作电源设计；最后设计后端处理软件，使得铁塔倾斜、振动检测自动化、无线化、网络化和安全化。
三、系统的组成
本系统由传感器模块、无线检测终端、系统电源、Web 服务器及其管理软件组成。其中前三个在本系统中安装在现场，称为前端设备。
无线检测终端安装在检测点附近，负责采集来自传感器模块的倾斜度、振动等数据，并将这些数据转换成无线信道数据发射出去；Web 服务器配备无线接收模块一个和服务器一台，它接收来自无线检测终端的无线信道数据，并把它记录在本地数据库中，使得通过认证的用户可以通过IE 浏览器访问。无线检测终端、传感器模块、系统电源的蓄电池安装在一个金属外壳的机箱里，在壳体外部固定太阳能电池，并统一安装在铁塔上。
3.1、系统构成
采用无线网络技术的无线检测系统，实现了对铁塔倾斜度和振动进行实时在线检测，经过与电力系统内部网络连接，在中心监控室内就可以监视运行状态，真正做到了远距离遥测，当被测点倾斜度或者振动超过预先设定的阀值时，就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。
3.2、系统特点
实时性：实时在线监测；
准确性：测量倾斜度精度可达±0.1°；
灵活性：用户可根据自己的需求，灵活、方便的设置参数；
安全性：不论是产品、还是工具及其维护，都具有系统安全性和可靠性；
采集方式：定时采集。
倾角传感器如下图所示：
无线检测终端是本系统的核心，负责本系统的倾角、振动数据采集和GPRS数据传输。由于采用国外成熟的射频发射接收集成电路，工作稳定可靠，经多次工程应用测试，完全满足系统设计指标。
GPRS 数据传输部分采用被动传输的办法，即，当有超过门限值的振动，才将数据上传；或者，定时将，采集到的倾角检测数据上传。所以并不需要时刻将设备连接到GPRS 网络上，也不需要不停的传输数据，所以GPRS 数据流量并不大。
假设，定时1 小时采集一次倾角数据，并上传。每次采集到的倾角数据按照100 个字节计算，每次上传数据所需要其他网络数据流量400 字节，共计500 字节；每天需要的流量为12K 字节，每个月需要的流量为360K 字节。另外，如果有超过预设门限的振动，会同时上传数据，假设每次上传数据量也为500 字节；每天假设有一次振动数据上传，则每月流量为15K 字节。共计流量375K 字节。
考虑其他未知原因，每月流量定为500K 字节。目前，中国移动的GPRS 收费为0.01 元/K 字节，则每月费用为5 元。如果流量很大，则可以考虑，包月的GPRS网络，一般费用为5 元包10M 字节流量，完全够用。因此，日常维护费用是很低的，基本上每个点的月费用在5 元以内。
3）供电电源
根据本系统构成框图，由于无线检测终端置于铁塔上，即户外，必须采用电池供电的方式；又由于无线检测终端内包括无线传输模块和传感器模块。所以，系统供电电源采用太阳能电池，提供12V 电压和12Ah 的电流，并配置太阳能电池专用蓄电池，以便在阴雨天气为系统提供足够的电能，在天气较好的时候又能够储存电量。
4）数据远传
1、无线网络接口数据传输：由于采用成熟的GPRS 通讯方式，只要有移动网络的地方都可以将数据传回监控中心。
2、以太网方式数据发布。在具有以太网接口的机房，可通过10M/100M 网口把从无线网采集到的倾斜度、振动和其他数据直接传输到控制中心。
3.3、检测中心的软件
检测中心软件为运行在Windows上的图形化服务器软件，客户端直接通过IE浏览器直接访问服务器，查询各种形式的倾斜度、振动数据。
1） 图形显示形式：可监测到现场倾斜度、振动连续变化的情况，以曲线图的形式表现；也可以监测到倾斜度、振动离散变化的情况，以柱状图的形式表现；
2） 实现倾斜度、振动数据的存储和管理。能实现历史数据查询：根据用户设定的时间段、无线检测节点地址、传感器编号进行历史数据的查询。根据查询结果及样式打印报表（报表可定制）；
3） 当倾斜度、振动超过规定值，发出报警信息，提示操作人员对相应刀闸进行故障排查；
4） 本控制系统应用软件采用外挂式或嵌入式（留有接口）设计，软件安装容易，操作简单，功能齐全，维护方便。在具有和机房数据通讯的条件下，管理人员可远程对每个倾斜度、振动传感器进行报警值的设置，定义不同级别的报警方式。如有异常可以及时通过声音等方式通知管理人员。报警时软件中报警项显示为红色。
重庆勤智科技有限公司
电话：023－68691867
传真：023－68696923
联系人：胡定君
网站：www.spriew.com
公司地址：重庆市九龙坡区石桥铺渝州路18#高创锦业大厦15层
安装在野外的输电线铁塔，虽然地基坚固，但是由于长期受到地壳运动、天气环境、人为施工（如修公路等情况下的野外爆破）等的影响，容易发生倾斜。当倾斜达到一定程度，或者由于倾斜造成的铁塔应力变化，均有可能使得铁塔发生形变，从而引发输电线舞动、断裂，甚至铁塔倒塌等生产和安全问题。
而对于铁塔倾斜的早期预测，目前采用的办法是巡线的工作人员，携带笨重的仪器设备，到达铁塔附近，然后展开设备进行测量。这样不但效率低，而且也不准确、及时，并不能从根本上解决铁塔倾斜的早期预测，及时排除安全隐患，保证生产的正常进行。
由于以上原因，目前需要有一种能够完成铁塔倾斜自动检测的办法，同时需要将野外现场的检测信号传送到监测中心，并且发布在安全生产的内部网络上，这样方便有关人员实时监测、统计、分析。本方案利用成熟的、低成本GPRS 技术，在保持系统可靠性的同时，保证了系统的先进性。每个无线检测模块安装灵活，无需其他线路的布线，所以也就更加安全、可靠。另外，将多个测量点的数据连接成网络后，便于统一管理，实现管理的网络化、自动化。
二、系统设计目标
本系统设计目标分三步，首先设计无线终端采集设备，包括形变、倾斜、振动传感器选型、定型，采集电路及处理算法实现；然后根据铁塔结构特点设计无线终端设备的安装及系统工作电源设计；最后设计后端处理软件，使得铁塔倾斜、振动检测自动化、无线化、网络化和安全化。
三、系统的组成
本系统由传感器模块、无线检测终端、系统电源、Web 服务器及其管理软件组成。其中前三个在本系统中安装在现场，称为前端设备。
无线检测终端安装在检测点附近，负责采集来自传感器模块的倾斜度、振动等数据，并将这些数据转换成无线信道数据发射出去；Web 服务器配备无线接收模块一个和服务器一台，它接收来自无线检测终端的无线信道数据，并把它记录在本地数据库中，使得通过认证的用户可以通过IE 浏览器访问。无线检测终端、传感器模块、系统电源的蓄电池安装在一个金属外壳的机箱里，在壳体外部固定太阳能电池，并统一安装在铁塔上。
3.1、系统构成
采用无线网络技术的无线检测系统，实现了对铁塔倾斜度和振动进行实时在线检测，经过与电力系统内部网络连接，在中心监控室内就可以监视运行状态，真正做到了远距离遥测，当被测点倾斜度或者振动超过预先设定的阀值时，就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。
3.2、系统特点
实时性：实时在线监测；
准确性：测量倾斜度精度可达±0.1°；
灵活性：用户可根据自己的需求，灵活、方便的设置参数；
安全性：不论是产品、还是工具及其维护，都具有系统安全性和可靠性；
采集方式：定时采集。
图 1 系统构成网路结构图
倾角传感器如下图所示：
图 2 倾角传感器示意图
图 3 振动传感器示意图
无线检测终端是本系统的核心，负责本系统的倾角、振动数据采集和GPRS数据传输。由于采用国外成熟的射频发射接收集成电路，工作稳定可靠，经多次工程应用测试，完全满足系统设计指标。
GPRS 数据传输部分采用被动传输的办法，即，当有超过门限值的振动，才将数据上传；或者，定时将，采集到的倾角检测数据上传。所以并不需要时刻将设备连接到GPRS 网络上，也不需要不停的传输数据，所以GPRS 数据流量并不大。
假设，定时1 小时采集一次倾角数据，并上传。每次采集到的倾角数据按照100 个字节计算，每次上传数据所需要其他网络数据流量400 字节，共计500 字节；每天需要的流量为12K 字节，每个月需要的流量为360K 字节。另外，如果有超过预设门限的振动，会同时上传数据，假设每次上传数据量也为500 字节；每天假设有一次振动数据上传，则每月流量为15K 字节。共计流量375K 字节。
考虑其他未知原因，每月流量定为500K 字节。目前，中国移动的GPRS 收费为0.01 元/K 字节，则每月费用为5 元。如果流量很大，则可以考虑，包月的GPRS网络，一般费用为5 元包10M 字节流量，完全够用。因此，日常维护费用是很低的，基本上每个点的月费用在5 元以内。
3）供电电源
根据本系统构成框图，由于无线检测终端置于铁塔上，即户外，必须采用电池供电的方式；又由于无线检测终端内包括无线传输模块和传感器模块。所以，系统供电电源采用太阳能电池，提供12V 电压和12Ah 的电流，并配置太阳能电池专用蓄电池，以便在阴雨天气为系统提供足够的电能，在天气较好的时候又能够储存电量。
4）数据远传
1、无线网络接口数据传输：由于采用成熟的GPRS 通讯方式，只要有移动网络的地方都可以将数据传回监控中心。
2、以太网方式数据发布。在具有以太网接口的机房，可通过10M/100M 网口把从无线网采集到的倾斜度、振动和其他数据直接传输到控制中心。
3.3、检测中心的软件
检测中心软件为运行在Windows上的图形化服务器软件，客户端直接通过IE浏览器直接访问服务器，查询各种形式的倾斜度、振动数据。
1） 图形显示形式：可监测到现场倾斜度、振动连续变化的情况，以曲线图的形式表现；也可以监测到倾斜度、振动离散变化的情况，以柱状图的形式表现；
2） 实现倾斜度、振动数据的存储和管理。能实现历史数据查询：根据用户设定的时间段、无线检测节点地址、传感器编号进行历史数据的查询。根据查询结果及样式打印报表（报表可定制）；
3） 当倾斜度、振动超过规定值，发出报警信息，提示操作人员对相应刀闸进行故障排查；
4） 本控制系统应用软件采用外挂式或嵌入式（留有接口）设计，软件安装容易，操作简单，功能齐全，维护方便。在具有和机房数据通讯的条件下，管理人员可远程对每个倾斜度、振动传感器进行报警值的设置，定义不同级别的报警方式。如有异常可以及时通过声音等方式通知管理人员。报警时软件中报警项显示为红色。
重庆勤智科技有限公司
电话：023－68691867
传真：023－68696923
联系人：胡定君
网站：www.spriew.com
公司地址：重庆市九龙坡区石桥铺渝州路18#高创锦业大厦15层
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