电厂开关柜触点温度监测系统图形化程序设计

第一篇：电厂开关柜触点温度监测系统图形化程序设计

2007届优秀毕业设计（论文）摘要1

电厂开关柜触点温度监测系统图形化程序设计

学院：信息工程学院专业班级：通信工程0303班

姓名：赵天保指导教师：萧宝瑾

摘要：本系统由温度检测与无线传输模块，监测主控模块，网络服务模块三部分组成。分别实现数据采集、分析处理和网络服务功能，为确保电厂安全生产、减少事故发生提供了有效的技术手段。文中重点介绍了监测主控模块的开发及其主要功能。特别是采用了GIS技术，从而使系统界面更加简明、生动。

关键词：温度监测；GIS；短信报警；数据库

Contact switchgear plant temperature monitoring system

Graphics Programming

AbstractThis system consists of temperature measurement and wireless transmission modules, the control module, Network service module.There function consists of data collection, processing and analysis and network service.It provides an effective technological to determine the safety of the power plant and reduce the accident.This paper introduces the control module and its main function.In particular, GIS technology can make the system interface more concise and lively.Key wordstemperature monitors；GIS；warning of message；database

引言

随着电力生产不断发展，电气设备本身的安全性问题就越来越显得重要。近年来，电厂已发生多起由开关过热引起的火灾和大面积停电事的故。因此提前发现和排除热故障隐患，确保电力系统的安全运行具有非常重要的意义。

本文所介绍的电厂高压开关温度监测系统是对传统的监测系统的改进。该系统由温度检测与无线传输模块、监测主控模块和网络服务模块三部分组成。其中检测与无线传输模块主要负责采集温度数据并通过无线传输方式传到监测中心；监测主控模块主要负责对传来的数据进行接收、存储、处理、调用和显示，对异常温度进行报警；网络服务模块主要是让用户通过浏览互联网随时随地了解温度信息。

1监测主控模块设计

监测主控模块是系统的主要部分之一，它采用Visual C++与MapX进行二次开发，共包括平面图绘制、测点设置与控制、数据采集、数据处理、图表显示、系统维护与管理六个部分。其中需要考虑系统总体设计、电子地图设计与实现、数据采集与传输、图表显示的设计与实现、数据库设计等几个问题。

电厂高压开关柜温度实时监测系统结合了地理信息系统，因此它有以下的一些特点。

2电厂开关柜触点温度监测系统图形化程序设计

◆界面友好：摆脱以往的呆板生硬的界面模式，带给用户一种方便，直观的模式。

◆实时高效：由于硬件上提高了数据更新的速度，所以软件上体现出实时高效的特点。◆安全可靠：采用了Visual C++和SQL Server 2000数据库，增加了系统的安全性。

◆可扩展性：为了便于以后的系统维护和升级，为系统扩展留下了备用接口。

2电子地图设计与实现

本文所介绍的温度监测系统采用了Map X组件来创建电子地图。将空间元素与温度属性数据相结合，实现可视化交互查询，从而为管理者提供更为方便、快捷的信息获取手段。

Map X是一个基于ActiveX（OCX）技术的可编程控件，可以用来将地图化功能快速集成到使用Visual C++等面向对象语言的客户端应用程序中。

地理数据在计算机中有三种表示方法：栅格法、矢量法和面向对象法。矢量法以点、线、面来描述地理实体、记录和表示地理数据。矢量数据有多种数据结构，主要包括简单矢量数据结构、拓扑数据结构和不规则三角网等。

拓扑数据结构表示地理实体的方法精确、数据存储效率高、地图输出质量好、在GIS中应用广泛，在本系统中，Map X所采用的Mapinfo文件数据结构就是这种数据结构。

在运用矢量数据模型的GIS中，地理数据是以图层为单位进行组织和存储的。一个图层表示一种类型的地理实体，它包含了以一定的矢量数据结构组织的同一类型地理实体的定位和属性数据。

地理信息系统是建立在地理数据库基础之上的，通过数据库管理系统，地理数据库能有效地存储、组织、管理和维护地理数据。因而将地理数据库与数据库管理系统相结合是地理信息系统开发的重要内容。由于目前关系型数据库管理系统相当普及，因此建立在关系型数据库管理系统之上的地理数据库称之为地理关系数据库。地理关系数据库可简单地分为三种类型：混合型矢量关系数据库、集成型矢量关系数据库和栅格关系数据库。本系统采用混合型矢量关系数据库。

地理信息系统主要有空间和属性两种类型的数据。其中多数软件采用文件的方式来存储和管理空间数据。属性数据则采用常规的关系型数据库来进行管理。

本系统中除使用了一些标准工具以外，还创建了大量的自定义工具，如测点目标对象的添加工具就是一个最典型的自定义工具。

3串口数据采集与传输

监测主控模块采用计算机的串口通过485总线与外部的无线温度控制器进行连接。监测主控程序对采集到的温度数据进行处理，实现系统的温度显示、温度报警等功能。

在本系统中的监测主控模块数据采集协议如下。

3.1 应答模式

命令由主控机（上位机）发出，由通信控制器（下位机）应答，具体过程如下：

◆上位机发送命令给下位机；

◆下位机接到命令后应答；

◆上位机收到应答后认为连接建立；

◆下位机执行命令的操作；

◆命令完成。

3.2 超时重发机制

请求回应超时：

◆在一个握手命令发出后在规定的时间内未收到回应，认为超时。

◆超时后重发，重发规定次数后仍未收到回应认为通信控制器不可用，通信结束。

2007届优秀毕业设计（论文）摘要3

◆超时时间为100毫秒，超时重发次数为5次，也可根据具体的应用进行调整。

执行超时：

◆上位机在收到回应后规定时间内未收到返回数据，认为超时，命令执行失败并结束。

在Visual C++ 编程中，由于是面向对象进行编程，所以主要是对类进行编程，通过类来实例化一个对象，然后通过类所拥有的属性和方法对串口进行管理和操作。在本项目中，串口通信的实现分为三部分：一是串口类，二是通信线程的建立与撤销，三是自定义通信协议的实现。4短信报警的实现

该部分主要实现对异常的温度进行报警，当测点的温度超过规定值时通过与串口相接的手机报警模块进行短信报警。在监测主控模块中，要实现了以下功能：

◆温升预警：当测点温升≥65℃时，发出预警信号。

◆温升报警：当测点温升≥75℃时，发出报警信号，并将相关数据发送到目标用户手机。

◆温升过快报警：若测点温升≥5℃/分钟，发出报警信号，并将相关数据发送到目标用户手机。◆温度过高报警：若测点温度≥110℃，发出报警信号。

目前，对短消息的控制有三种模式： Block模式、PDU模式及Text模式。其中Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持，目前还没有发现哪个厂家公布支持这种短信发送模式；使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但只能发送ASCII码，不支持中文Unicode码；PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式可同时支持ASCII码和中文Unicode码。本系统采用PDU模式。

在PDU模式中，有三种方式可用于短信内容的编码：7-bit编码、8-bit编码和UCS2编码。本系统采用了UCS2编码，该编码原理简单，只需将要发送的字符转换为Unicode码，程序设计时用系统函数MutiByteToWideChar（）即可实现。

5图表显示的设计与实现

该部分主要是实现温度数据的图表显示。对测点的温度实现柱状图显示和历史曲线图显示，使显示更加直观。

由于GIS中的图表显示功能受到限制，不能做到图表的实时显示。所以编写了图表显示的功能程序，达到想要的图表显示效果。

源程序采用对话框的模式，当点击图表显示按钮时，就弹出测点的柱状图和历史曲线，并对数据进行实时显示。本系统中主要是通过HMXChart和HMXDataset这两个类来实现的。6数据库设计

该部分主要是实现数据的接收、存储、调用、更新、温度报警信息设置、用户信息设置等。同时与GIS系统数据库结合起来使用，实现各种数据的操作。

数据库采用SOL Server 2000 作为后台数据库管理系统。同时网络服务系统的数据库也是建立在该系统之上。系统采用PowerDesign建立数据库的物理模型，共采用了9张数据库表。7总结与展望

本课题在调研、设计和编程过程中，涉及到大量的行业知识、通信知识和计算机编程知识，然而从特点来看主要体现在以下几个方面。

一是地理信息系统在小范围电厂设备监测领域的应用。

4电厂开关柜触点温度监测系统图形化程序设计

二是短信报警功能的灵活控制。

三是当前温度和历史温度的实时显示。

作为一个最后可交付使用的产品，还需要做大量的工作，今后会进一步完善软件功能，并完成系统集成和整体测试。

参考文献

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OpenGIS Simple Features Specification.[8] David J Maguire, Michael F Goodchild,David w Rhind.1991.Geographical Information Systems.Longman Group UK

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第二篇：锅炉炉膛多点温度监测系统设计实习报告

700℃~1000℃温区多点温度监测系统设计

前言

温度的精确测量是工业生产领域中的一个经典课题，在温度检测系统中，特别是智能仪表中，测量变换电路起着非常重要的作用。

在很多的工厂如炼钢厂、炼铝厂等车间有很多锅炉。如果锅炉的控制设备简陋，控制技术落后就会造成燃料的大量浪费，而且严重污染空气，也不利于安全生产。于是就需要实时采集到不同区域的温度值，实现动态监测，从而有效地控制炉膛温度以减少安全事故的发生。

多路温度检测系统以8051单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时控制巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地储存，显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到主控机，进行进一步的分析，存档，处理和研究。

在2个星期的实习设计中，我们从画电路开始一直到最后的答辩都是自己动手完成的，涉及到很多的知识。无论是在课本的学习中所学到的还是在其他的资料中所参考得到，都要把它变成自己的知识加以巩固和学习，从而达到实习的初衷。

一、实习目的

1、本次实习主要是设计《700℃~1000℃温区多点温度监测系统》。

2、从设计课题入手巩固我们对Protel，STC，keiluvision等软件的使用

3、将强我们自学的能力，遇到不会的问题要善于询问或者自己上网查找资料。

4、了解课题的原理，学会看芯片说明书，弄清所要用到的芯片的特性和使用方法。

5、培养我们的合作精神，要分配好每个人的任务，小组成员要齐心协力才能更好地完成课题设计。

6、进一步了解电气行业的发展前景。

二、实习时间：

2012.09.08—2012.09.21

三、实习地点：

淮南师范学院泉山校区机电实训中心

四、实习单位：

五、实习内容：

设计《700℃~1000℃温区多点温度监测系统》。1、485多点温度监测系统的设计要求

（1）、系统采集端对测点温度进行采集，并将采集到的温度电压信号转换为数字信号，传送给数据处理端。

（2）、处理端将处理后的信号传输到主机端（3）、主机的大数码管对温度进行实时显示，用户可根据需求选择显示模式查看各测点温度。

2、系统结构介绍

图一系统设计框图

3、设计步骤 主机模块

图二 主机实物图

1、主机模块主要是对信号进行集成处理，起到总控制作用，同时显示实时监控的数据

2、该模块主要部件有单片机，max232芯片，max485芯片，lcd12864和警报系统。

3、MAX485接口芯片是一种RS－485芯片，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器，可以用于数据的接受和传输。本系统的处理端和主机模块均含有该芯片，这两个模块就在RS-485通信协议下进行数据传输。

4、MAX232芯片主要应用于串行通信电路模块中，该芯片主要功能是实现电平之间转换，它可以将RS232电平转化为TTL电平（5V）。因为传输数据时电脑的输出电压很高（12V），如果直接与单片机相连会烧毁单片机，所以需要MAX232实现电平转换，保证单片机正常通信。

5、本系统使用的RS－485协议是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。

图三 主机模块原理图

采集端模块

图四A/D转换器1、485多点端温度检测系统的从机系统是由模数图五 数据处理器

转换器和数据处理模块构成。

2、采集端主要用于各测试点的温度采集

3、数据处理模块用于与主机间的数据传输

4、从机系统主要部件有单片机，max232，max485、max6675和K型热电偶

5、本系统采用K型热电偶作为传感器，它可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

6、max6675是温度采集端的核心，它是K型热电偶串行模数转换器，能独立完成信号放大、A/D转换等功能，大大简化了热电偶测量智能装置的软硬件设计。本系统中，max6675将热电偶采集到的温度电压信号转换为数字信号，处理后通过max485芯片在RS-485通信协议下传送给主机。

图六 max6675芯片原理图

图七 采集端原理图 系统外设 1、485多点端采集系统的外设有：大数码管和语音报警系统。

2、数码管显示的内容有各测点的温度值、最高温度值和最低温度值，用户可根据各自需求通过按键单独显示各锅炉的温度。

3、警报器外接语音系统，当温度超出系统可测范围时，系统就会发出报警声

算法流程图

图八 算法流程 系统测试

表1 系统测试

成果展示

图九 系统实物图

六、实习总结

系统的设计是从画原理图开始，俗话说“万事开头难”，没想到开头了以后更难……整个实习过程出现了很多问题，比如说画PCB板的时候经常将器件放错位置，焊电路板时居然还有人会把芯片直接焊在电路板上，虽然错误很低级，但是老师还是很耐心地给我们指导，最终我们艰难地完成了课题的设计，并对所用芯片功能有了一定的了解。

经过两个星期的实习我学到了很多专业知识，同时也发现了自己的很多不足之处。实习的心得体会有以下几点：

(1)通过这次设计使我把平时所学的理论知识在得到了应用，使我对这些知识得到了巩固。

(2)通过查资料也学会了很多在课堂上没学到的很多东西，使我的自学能力得到了提高。

(3)在即将进入工作岗位前通过这次实习让我先熟悉了以后工作中将会遇到的一些东西，这使我在以后的工作中遇到这些东西时能够得心应手而不会感觉到无从下手。能使我更有竞争力，不会在以后工作中被淘汰.提高了我的思维设计能力，深刻的是我对电子设计更进一步的美好印象。

(4)通过这次毕实习增长了知识面，学会了怎样把很多独立的东西结合起来用，结合起来设计成一个系统。更好的是学会了全面的思考问题，总结问题，解决问题。

第三篇：对使用布拉格光纤光栅传感器的电力变压器的内部温度监测系统的研究

对使用布拉格光纤光栅传感器的电力变压器的内部温度监测系统的研究

摘要

温度的空间分布的精确信息对调查分析电力变压器和评估它的寿命是重要的，因为电力系统故障会导致巨大的有形资产的损失和社会损失。

已经被研究了近十年的布拉格光纤光栅传感器对于上述目的应用可以是非常有效的。因为它们不受电磁干扰，并且可以高度的多路复用，这使得有效的准分布式温度能传感到数万公里的范围。

我们提出了一种一组超过4个传感器光栅的光纤温度监测系统。温度引起的布拉格波长的变化是通过扫描可调波长的滤波器来准确的监控的。温度稳定的参考光栅和高斯曲线拟合算法的微分测量已经被用来提高计量精度，获得了~0.6℃的温度分辨率，线性误差小于0.4%。介绍

电力系统，如发电机，GIS，传输电缆等，就它们的绝缘类的特性而言，应当在操作时明显低于它们的极限温度。为了保护它们免受由于过热而引起的异常磨损故障，一个可靠的分布式温度监控是非常重要的，因为电力系统的故障将导致电力行业巨大的利润损失。然而，由于在正常操作下，高电压通常超过几万伏，直接测量的热点温度不可能与常规的传感器一样。此外，严格的物理尺度和严酷的安装环境使的操作庞大的常规传感器更加困难。光纤光栅传感器看上去则十分适合这样的应用。自从第一次观察到光敏性的纤维，FBGs的使用在通信和传感的应用在过去的20年中，得到了集中的研究，因为它有许多重要的优势。首先，FBG只反射了布拉格波长，转换感应到的物理量来移动反射的布拉格波长。由于波长编码的这一特点，感知的信息独立于源电力波动、总的发光水平、连接纤维和耦合器的损失以及其他环境的噪声来源。其次，FBGs可以很容易的在连续的方式下多路复用，允许它们中的许多使用单一纤维，这使得准分布式传感有效。此外，反射的布拉格波长的移动显示了对光纤光栅性质改变的线性响应，这意味着任何应用于光栅的外部物理量，如应变、压力、温度或振动，能够从测量的布拉格波长的移动中恢复。由于这些特点，FBGs作为对多种感应应用的光学传感器，一直在被集中的研究着，它可以用于民用建筑的健康监测、复合材料的无损检测，智能结构、传统的应变、压力和温度的传感。图1是FBG温度传感器系统构造的实验装置。一个光谱范围为1530nm~1610nm的ASE宽带元被用来照亮光纤光栅传感器阵列，它是由名义中心波长为152.09~1558.96nm的10个传感器光栅组成。一个拥有4GHz宽带，4000 nominal finesse 和 80nm的FSR 的MEMS FP滤波器被用作波长扫描的滤波器。反射的灯光从FBGs通过FP滤波器，这个滤波器的通频带是由一个坡道信号调制的。然后，经过了FP滤波器之后，灯光被检测到，把波长域配置文件转换为时间域配置的文件。现在，布拉格波长的变化是通过定位在PD信号的峰值来测量的。

图2显示了PD信号峰值，对应了布拉格波长在12个时态的分布。在两个峰值的结尾是参考光栅信号（RG）和其他传感光栅信号（SG）。我们使用两个参考光栅信号（RGs）来抑制可能的非线性作用的FP滤波器产生的错误。光栅信号（SGs）波长变动的计算是相对于在每个扫描周期内，2个参考光栅信号的波长区间来衡量的。图3显示了在8个小时内，在一定的温度下，3个光栅传感器的测试结果。在测量期间，整体10个光栅的随机游走的测量值小于0.6℃

正如早起提到的，温度测量的准确性依赖于峰值位置的精度。由于一些原因，如作用于传感器光栅的应变梯度和不规则应力分布，光栅传感器的反射光谱可能会被扭曲，导致不准确的峰值位置。为了缓解这个问题，如图4所示，我们将高斯线性拟合的算法运用到时间响应的特性上。光纤光栅反射峰被认为是高斯形状，当高斯曲线与时态峰之间的均方差（MSE）最小时，最优拟合曲线就确定了。这也增强了测量的分辨率，因为与量化误差相比，高斯峰的中心位置可以在更小的规模上确定。根据温度变化在25℃~70摄氏度之间，我们测量了传感光栅信号的波长的改变，结果如图6所示。热电偶用作参考的温度传感器。光纤光栅传感器与参考的温度之间的线性误差计算小于0.4% 结果与讨论

在实验室，开发的光纤光栅传感器系统运用20kVA充油的极变压器来模拟电源变压器。极变压器的温度可以通过过载试验电源来控制。除了4个FBG传感器，相同号码的常规热电偶被安装在毗邻相应FBG传感器的点上。

图7 的（a）和（b）分别是通过FBG传感器和热电偶传感器的极变压器测量温度的例子。它表明来自FBG传感器的数据比来自热电偶传感器的随机噪声小，FBG传感器更不易受噪声的影响，如开关或功率半导体的操作。

图8显示了10个光纤光栅传感器善附着3000kVA模变压器，以及2个月的操作中连续监测的温度分布。在这期间，所有的传感器成功地测量了温度。表8（a）是10个监测和记录的结果之一。

在这一阶段，所有的传感器成功的测量了温度，表9（a）是10个监测和记录的结果之一。从5月到7月进行了测量。作为天的函数，温度曲线是上升。在监测期间，日常电力的消费是稳定，那么测量的温度的上升可能是由于环境温度的上升。图9是从韩国气象局获得在监测期间环境温度的平均值，它与监测的数据曲线显示了一致的趋势。结论

为了在电力变压器上可靠的监测温度，一个光纤光栅阵列被提出并得到开发。温度引起的布拉格波长的变化是通过波长扫描的FP滤波器检测的，两个参考光栅是用来弥补任何非线性作用的波长滤波器。通过实验可以看到，解调方案显示随机游走小于0.6℃，线性误差小于0.4% 在实验室，我们使用光纤光栅传感器和常规的热电偶传感器来监控20kVA充油的极变压器的温度。结果显示FBG传感器能够在更少的随机噪声和更少的由于切换或半导体操作而产生的电噪声的影响的情况下测量温度的。

开发的FBG传感器系统已经被运用到3000kVA的模变压器上，这一应用在实际分布网络中操作了两个月。FBG传感器的性能已经被证明在实际规模应用时是足够的稳定的。