由于輸電線路本身存在一定的電流抗阻，在電流通過的時候，不可避免的會由于電能轉(zhuǎn)換為熱能而導(dǎo)致輸電線路產(chǎn)生一定的熱量。如果熱量過高，則很有可能導(dǎo)致輸電線路由于過熱而損壞。

同時，由于在輸電線路之中存在大量的電纜接頭，由于存在電纜頭接觸不良、壓接頭不緊、絕緣強(qiáng)度損壞等問題都可能導(dǎo)致溫度的異常升高。因此，電纜接頭相較于電纜的其他部位更容易損壞，不僅僅可能導(dǎo)致電纜損毀，同時還必然導(dǎo)致大面積的停電，甚至可能引發(fā)火災(zāi)事故。

然而，在當(dāng)前的技術(shù)條件之下，我們還無法避免電纜接頭的發(fā)熱問題，只能夠針對這一現(xiàn)象研發(fā)電纜溫度實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，從而及時的發(fā)現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，并且有針對性的采取相應(yīng)的措施，將危險(xiǎn)消滅在萌芽狀態(tài)。因此，從這個角度來看，對10KV電纜中間接頭溫度的在線監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

電纜中間接頭溫度在線監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

針對電纜中間接頭的溫度過熱現(xiàn)象的物理特征，文章擬采取以溫度檢測為主要檢測手段，同時輔以煙霧檢測作為溫度檢測失靈條件下的補(bǔ)救措施，并且整合電話報(bào)警系統(tǒng)。

除此之外，為了防止傳感器由于電纜接頭爆燃或者炸裂過程中受損，導(dǎo)致無法向上位機(jī)傳輸信號，本文設(shè)計(jì)的是多主機(jī)系統(tǒng)，即每一個傳感器對應(yīng)的都是一個主機(jī)，主機(jī)之間可以相互通信，并且通過RS485現(xiàn)場總線向上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 基于單片機(jī)的多主機(jī)通信系統(tǒng)方案

如圖1所示，基于RS485現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)多主機(jī)通信系統(tǒng)的各個傳感器終端都是主機(jī)，在通常狀態(tài)之下都處于信息接收狀態(tài)，只有在某個終端需要向上位機(jī)以及其他主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，才轉(zhuǎn)換成發(fā)送狀態(tài)，向RS485現(xiàn)場總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢在于改變了過去的主機(jī)輪流循環(huán)詢問各個從機(jī)的操作流程，各個終端設(shè)備之間的通信變成了按需發(fā)布信息或者接收信息，從而減少了單個主機(jī)的負(fù)荷，提升了系統(tǒng)的實(shí)時性。在終端設(shè)備需要報(bào)警的時候，能夠及時的報(bào)警，并產(chǎn)生其他的一系列的連鎖動作。但是，在該方案之下，需要解決一個重要的問題就是通信協(xié)議的解決問題。

2 硬件選型

本方案的關(guān)鍵硬件為PLC，文章選擇西門子PLC SP300以及三菱PLC FX2N。上位機(jī)采用的是西門子PLC SP300，西門子PLC SP300用于對過程處理能力和響應(yīng)時間要求很高的應(yīng)用。

通過其工作存儲器，該P(yáng)LC也適用于中等規(guī)模的應(yīng)用。該P(yáng)LC的微處理器每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時間約100ns，每條浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)行指令約3μs，具有96 KB 高速 RAM（相當(dāng)于大約 32 K 的指令）用于執(zhí)行相關(guān)的程序部分，為用戶程序提供充分的空間；微存儲卡（最大8 MB）作為程序的裝載存儲器，也允許在 CPU 中保存項(xiàng)目；擁有多達(dá)4排結(jié)構(gòu)的32個模塊；內(nèi)置 MPI 接口可以最多同時建立 12 個與 S7-300/400 或與 PG、PC、OP 的連接。

在這些連接中，始終分別為 PG 和 OP 各保留一個連接。通過“全局?jǐn)?shù)據(jù)通信”，MPI可以用來建立最多16個CPU組成的簡單網(wǎng)絡(luò)。各個設(shè)備終端主機(jī)采取用的是三菱PLC FX2N，其具有小型化、高速度以及高性能等特點(diǎn)，編程簡單，除輸入出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等。

在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。除此之外，還可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇程序容量。因此，該P(yáng)LC組合能夠完全滿足系統(tǒng)功能的需求。

溫度傳感器選用的是DS1820傳感器，該傳感器是美國達(dá)拉斯（DALLAS）公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)以及適配性好等特點(diǎn)，在多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)之中應(yīng)用較為廣泛，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，從而供PLC處理。

除此之外，在每一個傳感器之上都有唯一的產(chǎn)品序列號，并且能夠存儲在其Rom之中，這就使得在構(gòu)成大型溫度監(jiān)控系統(tǒng)的時候，在但線上掛接任意多的傳感器都是可行的。

由于DS1820傳感器自身的設(shè)計(jì)較為科學(xué)合理，從其中讀取或者寫入信息都只需要一根口線，其讀取溫度或者變換頻率都來源于數(shù)據(jù)總線，而且總線本身還兼有給芯片供電的功能，不需要額外的電源，因此能夠有效的減少布線的難度和工作量，而且該芯片能夠提供9位數(shù)的溫度讀數(shù)，不需要任何的其他外圍硬件的檢測就能夠方便的構(gòu)成溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

通信方案的設(shè)計(jì)

本方案的通信是基于西門子PLC以及三菱PLC自身的通信模塊，依據(jù)MODBUS協(xié)議，通過主站/主站的模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

該通信是通過現(xiàn)場總線RS485實(shí)現(xiàn)的。而各個設(shè)備終端主站之間的通信則是利用三菱PLC FX2N的串口通信模塊，并且在PLC之上增加一個CP340串口通信模塊，運(yùn)用主站廣播模式，向各個設(shè)備終端發(fā)布查詢命令通信程序包括了信息的發(fā)送、接受、驗(yàn)證以及校驗(yàn)計(jì)算等幾個部分，其基本結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 串口通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的方案包括了兩個PLC，因此進(jìn)行通信模塊的設(shè)置時也要在兩個通信模塊分別進(jìn)行設(shè)置。

首先，在西門子PLC S7-300中，設(shè)置工作模式為RS485，然后將串口設(shè)置為9600.8.1.None，將通信模式選擇為雙工通信，其余設(shè)置采用默認(rèn)設(shè)置，完成組態(tài)編輯之后，保存設(shè)置，并將其下載到PLC站點(diǎn)之中。

完成西門子PLC的通信模塊設(shè)置之后，繼續(xù)對三菱PLC FX2N進(jìn)行設(shè)置，由于三菱PLC FX2N的通信接口型號為FX2N-485-BD，該通信模塊實(shí)際上采用的是雙芯屏蔽電纜，屏蔽層接入SG，電纜的雙芯分別接入的是SDA以及SDB。可以依據(jù)三菱PLC FX2N隨機(jī)自帶的通信手冊采用無協(xié)議通信方式，利用MODBUS通信協(xié)議原理自行設(shè)計(jì)具體的通信規(guī)則。

結(jié)論

對電力電纜的中間接頭溫度進(jìn)行實(shí)施檢測，不僅僅能夠及時的發(fā)現(xiàn)電纜接頭部分局部過熱問題，及早處理安全隱患，同時也能夠?yàn)殡娏﹄娎|的符合調(diào)控或者動態(tài)增容提供依據(jù)。基于單片機(jī)的10KV電纜中間接頭溫度在線監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)具有低成本、高便捷性的特點(diǎn)。

但是，現(xiàn)有的單片機(jī)通信系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中存在較多的缺點(diǎn)，關(guān)鍵是在于其主站/從站的通信模式，使得各個設(shè)備終端之間無法實(shí)現(xiàn)直接通信，而設(shè)備終端與上位機(jī)之間的通信也只能夠完全遵循主機(jī)輪流循環(huán)詢問各個從機(jī)的操作流程，使得主機(jī)的負(fù)荷較高，處理效率得不到保障，一旦出現(xiàn)溫度異常無法及時報(bào)警處理。

本文研究了一種基于RS485現(xiàn)場總線以及串口通信的多主機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在上位機(jī)與各個溫度、煙霧傳感器之間通過RS485現(xiàn)場總線進(jìn)行通信，提升了通信效率，而各個設(shè)備終端之間則通過串口通信實(shí)現(xiàn)相互之間的直接通信，進(jìn)一步降低了上位機(jī)的工作負(fù)荷，同時也確保了通信的實(shí)時性，在功能性和效率性方面都得到了有效的保障，能夠及時的偵測電纜中間接頭溫度異常現(xiàn)象，因此具有很好的發(fā)展前景。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“10kV電纜中間接頭溫度在線監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)”，作者為阮浩潔、姚延軍。