基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统.doc

基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统研究摘要：牵张设备是用于220kV以上电压输电线路施工中必不可少的工程机械，采用牵张设备进行张力放线，能大大减少输电线、电晕的损耗和损失，满足无线电干扰要求，保证分裂导线的莱线驰度基本一致。而目前使用的牵张设备在架线施工过程中牵张设备工作状态（停止、牵引）主要由张牵两边现场指挥人员通过对讲机交流，一旦对讲机沟通不畅，如人员语言表述不清晰、语言不通、他人干扰、信号干扰、存在2套以上牵张设备在运转等，都会对放线施工带来极大的施工风险。机械设备的安全运行直接关系到施工企业的经济效益，关系到每个劳动者的生命和国家的安全，而牵张设备是输电线路施工中最为核心的机械设备，因此我们迫切需要一种基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统，从而确保牵张机各操作人员在架空输电线路的放线施工过程中保持动作的一致准确，以保证牵张设备架线施工中连续可靠的运行，由此，本文以牵张设备为研究对象研究与开发了一种基于无线通讯网的牵张设备状态监测系统。该系统由牵张设备状态控制端、中继端、接收端三部分组成，将工作信号数字化研制张牵设备状态指示灯系统来代替语言来说明张牵机状态，使张力场（牵引场）指挥能够知道牵引车（张力车）状态，并发出张力车（牵引车）工作状态信号（信号使用现场电台传导）。其现场试验证明，基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统在架线施工过程中性能佳、使用效果显著，对保护劳动者生命财产安全和促进生产可持续发展的，有重要社会效益和间接经济效益。关键词：牵张设备；故障分析；数字化信息传输技术；状态监测技术The Tension Equipment Condition Monitoring System Based on Wireless Network ResearchAbstract：Tension device is used for construction of 220 kv voltage transmission line indispensable engineering machinery, adopting tension pay-off tension equipment, greatly reduce the wastage of the transmission line, the corona and losses, meet the requirement of radio interference, and ensure the split conductor line of lai chi degrees are basically identical.And equipments in the use of tension in the process of stringing construction with this equipment working status (stop, traction) is mainly composed of a lead on both sides of field commanders through radio communication, there are a lot of risk, the safe operation of mechanical equipment is directly related to the economic benefits of construction enterprise, in relation to each workers life and national security,and tension device is the most core of the transmission line construction machinery and equipment, so we urgently need a kind of tension equipment condition monitoring system based on wireless network, to ensure that the tension machine various operators in the process of the steel construction of overhead transmission lines maintain the same action accurate, to ensure the tension stringing equipment during the construction of the continuous and reliable operation.Thus, based on the tension equipment research and development as the research object a tension equipment state monitoring system based on wireless network. The system is controlled by the tension device status end, relay end and the receiving end of three parts, the work signal digital zhang led device status indicator system to replace the language to illustrate a state machine, the tension field (traction) command to know state of tractor (tension), and issue a tension car (tractor) working status signal (signal using the radio transmission). The field test proves that the tension equipment condition monitoring system based on wireless network performance in the process of stringing construction, use effect is remarkable, to protect the laborer to life and property safety and promoting the sustainable development of production, has important social benefit and indirect economic benefits.Key words:With this device;Failure analysis；Communication technology；Condition monitoring technology0、 引言近年，伴随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的提高，居民用电水平增长突出，城市电力负荷密度不断增加，采用高压、超高压输电线等工程建设日益增多。因此用于施工建设的牵引设备的需求数量也随之迅速增加，而牵引设备是保证完成电力建设过程中最为重要的机械，但在目前张力放线过程中，牵张设备工作状态（停止、牵引）主要由张牵两场现场指挥人员通过对讲机交流。一旦对讲机沟通不畅，如人员语言表述不清晰、语言不通、他人干扰、信号干扰、存在2套以上牵张设备在运转等，都会对放线施工带来极大的施工风险。故对于如何保证牵引设备的正常运行，减少由于沟通不畅等问题造成的生命财产损失和其他故障，是我们急需解决的问题。同时目前我国关于牵张设备的研究，主要集中在牵张设备系统故障的预防和排除，对于无线通讯网的牵张设备状态监控系统研究比较少，也没有比较成熟的产品。因此,建立和应用无线通讯网的牵张设备状态监控系统对保障牵张设备的安全运行,避免巨额的经济损失和灾难性事故的发生，提高工作效率和提高企业的经济效益等都具有重大意义。而随着状态监测、信号处理、网络、状态维修等技术和理论的不断成熟和完善,特别是无线通讯和嵌入式技术的发展,为该系统的建立和推广应用提供了广阔的技术平台。1，张力架线过程中，工作人员用对讲机沟通存在的故障分析 在目前张力放线过程中，牵张设备工作状态（停止、牵引）主要由张牵两场现场指挥人员通过对讲机交流，容易受到内外界的干扰与限制。 对讲机沟通故障分析故障编号故障原因原因分析 1语言表达不清楚每个人的知识水平、语言表达习惯、语言接收能力存在差异，这就有可能造成施工两端人员对信息的接收存在误差，从而造成故障，影响工作人员的生命安全和工程进度。2信号干扰由于牵张设备的施工特点是大都野外作业，工作环境恶劣，流动性大且作业分散，这就在一定程度对对讲机信号有一定的干扰，存在接收不到信号，信号短路等情况，从而影响施工两端人员对信息的接收。3语言不通我国是一个多民族、多语言、多文种的国家，有56个民族，共有80种以上语言，约30种文字，虽然汉语是我国使用人数最多的语言，但也存在一些工作人员不会说普通话或地方方言比较重的情况，这就易造成施工两端交流不顺畅。4周遭环境影响由于牵张设备的施工大多都在户外且环境比较恶劣，这就对施工两端人员信息的接收存在一定的影响，如森林、海边、工厂，下雨天，狂风天等周边环境比较嘈杂，工作人员由于对讲机的声音小等问题，听不清对方所讲的话，易造成失误。2、 基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统的关键技术 用基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统进行牵张机工作状态的监测和工作命令的传输，应该具备以下关键技术，才能使基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统进入实用化：数字化信息传输技术：由于牵张设备分散性大,流动性强,从而决定了必须采用数字化信息传递技术来实现牵张设备的远程信息传输，而不能像传统的语音传输实现指挥和接收命令的传达。本系统采用数字化信息传递技术通过把信息数字化可以实时准确、传输速度快，不受环境限制的传输控制端发送的指令和接收接收端反馈的信息。状态监测技术：本系统在牵张设备两端分别有两台牵张机显示器，它们可以实时监测牵张设备的工作状态，并通过接收端把信息反馈给控制端，控制端在根据信号指示向工作人员发送工作指令，从而使牵张设备两端的工作人员保持动作的一致，减少人为操作失误情况的出现。3、 基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统的总体结构及施工流程3.1牵张设备状态监测系统总体结构 牵张设备状态监控系统由7部分组成，分别是：本场指挥主控制器、本场牵张机显示器1、本场牵张机显示器2、对场指挥主接收器、对场牵张机显示器1、对场牵张机显示器2、信号中继器。3.2牵张设备状态监测系统施工流程基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统在施工过程中由本场牵张设备状态控制端向本场接收端下发工作指令，本场接收端工作人员根据控制端下发的工作指令完成相应的动作，本场牵张设备状态控制端在向本场接收端下发工作指令的同时也通过中继端向对场控制端发送本场的工作状态信号，对场控制端根据本场控制端发送的工作状态信号在向对场接收端下发工作指令，最后，对场控制端还要通过中继端向本场控制端发送对场牵张设备的工作状态信号。从而使牵张设备两端的工作人员保持动作的一致，减少人为操作失误情况的出现。4、基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统优势在架线施工过程中利用基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统进行信息的传递与沟通，与传统张牵两场现场指挥人员通过对讲机交流相比较具有以下优势：（1） 实时传输，传输速度快 该系统采用全新的数字化信息传输技术和状态监测技术为一体，无需人工语音传送信息。控制端可以随时随地的向接收端下发指令和向对场控制端传输或反馈工作状态信号，打破了语音传输信号的局限，保证了信息传输的畅通准确。同时控制端通讯模块小于等于5ms的发射起动时间都保证了信息的实时传送。（2）可视状态显示，无误报该系统分别在接收端和控制端安装有两个牵张机显示器，它可实时，可状态检测架线施工过程中牵张设备两端的工作状态，从而确保控制端下发命令的准确无误，同时接收端和控制端小于等于2的音频失真率也在一定程度上确保了信息的无误报。 （3）也可进行语音对讲，语音和指示灯双重保障该系统采用语音和指示灯两种传送信息方式，相比传统单一的语音传送，具有双重保证，从而确保信息传送的更加准确无误，及时。5、基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统技术指标5.1牵张设备状态控制端主要技术指标如下： 1）射频输出功率：110W（5级可编程设置） 2）杂波发射：70dB 3）最大调制频偏：5KHz 4）音频谐波失真：2% 5）调制灵敏度：3.514mV 6）数据输入调制频偏：(输入信号：1KHz、250mV)4KHz 7）频率稳定度：1.5ppm（-30+70） 8）发射限时：30-1200s可设置（步长30s） 9）发射电流：1.0A(13.8V、5W时)1.6A(13.8V、10W时) 10）噪音和交流声:45dB 11）发射起动时间：5ms 12)电池:12v 2400mA13)通讯距离:5km5.2牵张设备状态中继端主要技术指标如下： 1）通讯接口：RS232C或TTL或RS485可设置 2）通讯接口定义：CD、RXD、TXD、RTS、GND(其中CD及RTS选用) 3）传输速率：001200bps自适应或1200/2400/4800/9600/19200bps可编程设置（视所配MODEM） 4）调制方式：FSK/FFSK/MSK/GMSK/CPFSK等 5）地址码：自身地址码及公共地址码可编程设置 6）误码率：10-7 -105dBm 2400bps 7）电池：12v 12AH 8）太阳能电池板：20W 5.3牵张设备状态接收端技术指标 1）接收方式：双超外差式 2）第一中频：45.1MHz 3）第二中频：455KHz 4）灵敏度：0.18uV（12dB SINAD） 5）杂散及镜象抗拒：75dB 6）邻道选择性：70dB 7）互调抗拒：70dB 8）杂噪音率：50dB 9）音频输出功率：500mW（8、10%失真） 10）失真率:2%（音频输出功率为200mW时） 11）守侯电流：50mA 12)电池:12v 100AH 13)通讯距离:5km6、基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统现场测试 2015年10月我们在安徽省宣城市泾县灵绍线800KV直流输变电榔桥镇标段对产品进行了测试，测试地点位于安徽省宣城市泾县灵绍线800KV直流输变电榔桥镇标段，地处山区，测试地段海拔最高645米，最低208米。输电线路总长10.07Km，呈东西走向，线路西5Km山区较多，线路东5Km相对山区较少。张力机测试现场位于线路东边3400#杆塔（纬度： 30324.92北；经度：1183247.28东）海拔214米，牵力机测试现场位于线路西边3381#杆塔（纬度： 303253.05北；经度：1182630.35东）海拔276米。线路共计19座杆塔（3381#杆塔至3400#杆塔）。 测试环境卫星图(1)中继器选点位置A、首先我们根据现场情况首先选择将中继器安装3391号杆塔横担上。3391#杆塔（纬度： 303244.46北；经度：118301.98东）海拔354米。 中继器现场安装卫星图（2）测试过程 1）将控制端A0、B0都放置在3391号杆塔 控制端A0、B0安装卫星图 中继端GPS信息控制端A0GPS信息控制端B0GPS信息控制端A0信号强度控制端B0信号强度控制端通信是否正常对讲机信号强度对讲机是否清晰杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09满格满格是满格是 现场测试数据 A0控制器信号满格，B0控制器信号满格，对讲机信号强，3391#中继端-3391#杆塔顶端直线距离60m；中继器数据通信正常，对讲机语音清楚，A0、B0通信正常，A01、A02、B01、B02通信正常，所有设备正常工作。 2）张力场到中继器通信测试 控制端A0放置在3391杆塔下方，控制端B0放置在3400号杆塔下，测试通信质量 控制端A0、B0安装卫星图 中继端GPS信息控制端A0GPS信息控制端B0GPS信息控制端A0信号强度控制端B0信号强度控制端通信是否正常对讲机信号强度对讲机是否清晰杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09杆塔编号：3400 GPS位置：北纬30324.92东经：1183245.61满格满格是满格是 现场测试数据 控制端A0、B0都放置在3400号杆塔下，测试通信质量；若不通需重新选择中继器位置： 控制端A0、B0安装卫星图 中继端GPS信息控制端A0GPS信息控制端B0GPS信息控制端A0信号强度控制端B0信号强度控制端通信是否正常对讲机信号强度对讲机是否清晰杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09杆塔编号：3400 GPS位置：北纬30324.92东经：1183245.61杆塔编号：3400 GPS位置：北纬30324.92东经：1183245.61满格满格是满格是 现场测试数据 A0控制器信号满格，B0控制器信号满格，对讲机信号强，3391#中继端-3400#杆塔直线距离5.3Km；中继器数据通信正常，对讲机语音清楚，A0、B0通信正常，A01、A02、B01、B02通信正常，所有设备正常工作，则证明3391#到3400#杆塔可以正常通信 3）张力场到牵力场通信测试 B0放在张力场3400#，A0放在牵力场3381#，中继器架设在3391杆塔 放置卫星图中继端GPS信息控制端A0GPS信息控制端B0GPS信息控制端A0信号强度控制端B0信号强度控制端通信是否正常对讲机信号强度对讲机是否清晰杆塔编号：3391GPS位置：北纬303244.51东经：118302.09杆塔编号：3381GPS位置：北纬303253.05东经：1182630.35杆塔编号：3400 GPS位置：北纬30324.92东经：1183245.61弱弱否弱不通经过测试得出结论，由于山体遮挡严重，A0控制器信号弱，B0控制器信号弱，对讲机不通，3381#牵力场-3400#张力场距离10.07Km；中继器数据通信正常，A0、B0通信不正常，A01、A02、B01、B02通信正常，牵力场到张力场不能正常通信，3391至3381通信遮挡严重，根据实地情况，得改变测试方案，所以使用用第二种测试方案。 现场测试图（3）结论 1）系统可以在山脉平缓的的山区实现良好通信，对讲机通信距离可达10Km以上，A0、B0控制器通信距离也可以达到10Km以上。 2）测试现场，可以实现3383#杆塔到张力场3400#的通信。控制器A0、B0信号稳定，对讲机语音清楚。 3）系统在山脉陡峭的山区通信信号较弱，通信不稳定。 4）中继器可在雨天等交叉的环境下正常工作，太阳能供电正常，太阳板无光情况下，中继器可继续工作4天左右。 5）A01、A02、B01、B02接收端与A0、B0控制器之间通信正常。7、结语 传统的的牵张设备在架线施工过程中，牵张设备工作状态（停止、牵引）主要由张牵两边现场指挥人员通过对讲机交流，容易受到内在外在两方面因素影响，内在包括员工自身语言组织能力，普通话水平等，外在因素包括他人干扰、信号干扰、存在2套以上牵张设备在运转等，这都会对放线施工带来极大的施工风险，基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统利用信号数字化代替语音传递信息，确保了信息传递的准确无误，降低了牵张设备在施工过程中存在的风险。同时通过现场测试进一步证明了产品性能的稳定性和实