基于傳感器技術的鐵塔狀態(tài)自動檢測方案

　　一、系統(tǒng)背景

　　安裝在野外的輸電線鐵塔，雖然地基堅固，但是由于長期受到地殼運動、天氣環(huán)境、人為施工（如修公路等情況下的野外爆破）等的影響，容易發(fā)生傾斜。當傾斜達到一定程度，或者由于傾斜造成的鐵塔應力變化，均有可能使得鐵塔發(fā)生形變，從而引發(fā)輸電線舞動、斷裂，甚至鐵塔倒塌等生產和安全問題。

　　而對于鐵塔傾斜的早期預測，目前采用的辦法是巡線的工作人員，攜帶笨重的儀器設備，到達鐵塔附近，然后展開設備進行測量。這樣不但效率低，而且也不準確、及時，并不能從根本上解決鐵塔傾斜的早期預測，及時排除安全隱患，保證生產的正常進行。

　　由于以上原因，目前需要有一種能夠完成鐵塔傾斜自動檢測的辦法，同時需要將野外現(xiàn)場的檢測信號傳送到監(jiān)測中心，并且發(fā)布在安全生產的內部網絡上，這樣方便有關人員實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析。本方案利用成熟的、低成本GPRS技術，在保持系統(tǒng)可靠性的同時，保證了系統(tǒng)的先進性。每個無線檢測模塊安裝靈活，無需其他線路的布線，所以也就更加安全、可靠。另外，將多個測量點的數據連接成網絡后，便于統(tǒng)一管理，實現(xiàn)管理的網絡化、自動化。

　　二、系統(tǒng)設計目標

　　本系統(tǒng)設計目標分三步，首先設計無線終端采集設備，包括形變、傾斜、振動傳感器選型、定型，采集電路及處理算法實現(xiàn)；然后根據鐵塔結構特點設計無線終端設備的安裝及系統(tǒng)工作電源設計；最后設計后端處理軟件，使得鐵塔傾斜、振動檢測自動化、無線化、網絡化和安全化。

　　三、系統(tǒng)的組成

　　本系統(tǒng)由傳感器模塊、無線檢測終端、系統(tǒng)電源、Web服務器及其管理軟件組成。其中前三個在本系統(tǒng)中安裝在現(xiàn)場，稱為前端設備。

　　無線檢測終端安裝在檢測點附近，負責采集來自傳感器模塊的傾斜度、振動等數據，并將這些數據轉換成無線信道數據發(fā)射出去；Web服務器配備無線接收模塊一個和服務器一臺，它接收來自無線檢測終端的無線信道數據，并把它記錄在本地數據庫中，使得通過認證的用戶可以通過IE瀏覽器訪問。無線檢測終端、傳感器模塊、系統(tǒng)電源的蓄電池安裝在一個金屬外殼的機箱里，在殼體外部固定太陽能電池，并統(tǒng)一安裝在鐵塔上。

　　3.1、系統(tǒng)構成

　　采用無線網絡技術的無線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對鐵塔傾斜度和振動進行實時在線檢測，經過與電力系統(tǒng)內部網絡連接，在中心監(jiān)控室內就可以監(jiān)視運行狀態(tài)，真正做到了遠距離遙測，當被測點傾斜度或者振動超過預先設定的閥值時，就發(fā)出報警信號及時提醒有關人員采取措施。

　　3.2、系統(tǒng)特點

　　實時性：實時在線監(jiān)測；
　　準確性：測量傾斜度精度可達±0.1°；
　　靈活性：用戶可根據自己的需求，靈活、方便的設置參數；
　　安全性：不論是產品、還是工具及其維護，都具有系統(tǒng)安全性和可靠性；
　　采集方式：定時采集。

圖1系統(tǒng)構成網路結構圖

　　1）傳感器部分
　　傾角傳感器如下圖所示：

圖2傾角傳感器示意圖

　　振動傳感器示意圖如下：

圖3振動傳感器示意圖

　　2）無線檢測終端

　　無線檢測終端是本系統(tǒng)的核心，負責本系統(tǒng)的傾角、振動數據采集和GPRS數據傳輸。由于采用國外成熟的射頻發(fā)射接收集成電路，工作穩(wěn)定可靠，經多次工程應用測試，完全滿足系統(tǒng)設計指標。

　　GPRS數據傳輸部分采用被動傳輸的辦法，即，當有超過門限值的振動，才將數據上傳；或者，定時將，采集到的傾角檢測數據上傳。所以并不需要時刻將設備連接到GPRS網絡上，也不需要不停的傳輸數據，所以GPRS數據流量并不大。

　　假設，定時1小時采集一次傾角數據，并上傳。每次采集到的傾角數據按照100個字節(jié)計算，每次上傳數據所需要其他網絡數據流量400字節(jié)，共計500字節(jié)；每天需要的流量為12K字節(jié)，每個月需要的流量為360K字節(jié)。另外，如果有超過預設門限的振動，會同時上傳數據，假設每次上傳數據量也為500字節(jié)；每天假設有一次振動數據上傳，則每月流量為15K字節(jié)。共計流量375K字節(jié)。

　　考慮其他未知原因，每月流量定為500K字節(jié)。目前，中國移動的GPRS收費為0.01元/K字節(jié)，則每月費用為5元。如果流量很大，則可以考慮，包月的GPRS網絡，一般費用為5元包10M字節(jié)流量，完全夠用。因此，日常維護費用是很低的，基本上每個點的月費用在5元以內。

　　3）供電電源
　　根據本系統(tǒng)構成框圖，由于無線檢測終端置于鐵塔上，即戶外，必須采用電池供電的方式；又由于無線檢測終端內包括無線傳輸模塊和傳感器模塊。所以，系統(tǒng)供電電源采用太陽能電池，提供12V電壓和12Ah的電流，并配置太陽能電池專用蓄電池，以便在陰雨天氣為系統(tǒng)提供足夠的電能，在天氣較好的時候又能夠儲存電量。

　　4）數據遠傳
　　1、無線網絡接口數據傳輸：由于采用成熟的GPRS通訊方式，只要有移動網絡的地方都可以將數據傳回監(jiān)控中心。
　　2、以太網方式數據發(fā)布。在具有以太網接口的機房，可通過10M/100M網口把從無線網采集到的傾斜度、振動和其他數據直接傳輸到控制中心。

　　3.3、檢測中心的軟件

　　檢測中心軟件為運行在Windows上的圖形化服務器軟件，客戶端直接通過IE瀏覽器直接訪問服務器，查詢各種形式的傾斜度、振動數據。

　　1）圖形顯示形式：可監(jiān)測到現(xiàn)場傾斜度、振動連續(xù)變化的情況，以曲線圖的形式表現(xiàn)；也可以監(jiān)測到傾斜度、振動離散變化的情況，以柱狀圖的形式表現(xiàn)；

　　2）實現(xiàn)傾斜度、振動數據的存儲和管理。能實現(xiàn)歷史數據查詢：根據用戶設定的時間段、無線檢測節(jié)點地址、傳感器編號進行歷史數據的查詢。根據查詢結果及樣式打印報表（報表可定制）；

　　3）當傾斜度、振動超過規(guī)定值，發(fā)出報警信息，提示操作人員對相應刀閘進行故障排查；

　　4）本控制系統(tǒng)應用軟件采用外掛式或嵌入式（留有接口）設計，軟件安裝容易，操作簡單，功能齊全，維護方便。在具有和機房數據通訊的條件下，管理人員可遠程對每個傾斜度、振動傳感器進行報警值的設置，定義不同級別的報警方式。如有異?？梢约皶r通過聲音等方式通知管理人員。報警時軟件中報警項顯示為紅色。

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