傳感器監測技術在鐵塔組立施工中的應用

胡成城 劉 波 閆 彬 李 凱

（安徽送變電工程公司 安徽合肥 230022）

傳感器監測技術在鐵塔組立施工中的應用

胡成城 劉 波 閆 彬 李 凱

（安徽送變電工程公司 安徽合肥 230022）

本文介紹了利用傳感器技術開發的《輸電線路鐵塔抱桿組立動態測系統》在鐵塔組立過程中應用的情況，重點講述了系統的架構、技術原理和主要功能。

傳感器；監測技術；鐵塔；組立

隨著國家電網建設的不斷發展，電力工程建設施工任務越來越繁重，輸電線路的鐵塔向多回路、大荷載方向發展，鐵塔越來越高、塔材越來越重，特別是在地理環境復雜，氣候惡劣的施工環境下，傳統的桿塔組立施工關鍵數據現場指揮難以掌控，鐵塔組立安全風險極大。

伴隨著電子技術、單片微型計算機技術的飛速發展使傳感器技術得到全面發展和應用，借助于傳感器監測技術，開發一套適用于架空輸電線路鐵塔組立施工的鐵塔抱桿組立動態測系統具有十分重要意義。《輸電線路鐵塔抱桿組立動態測系統》就是基于傳感器監測技術開發的架空輸電線路鐵塔組立施工動態測系統，該系統的成功開發與應用有效降低了鐵塔施工作業的安全風險，使鐵塔組立施工過程中的關鍵數據處于可控、在控、能控狀態，做到科學指揮，大大提高組塔施工效率。

本文將圍繞該系統的架構、技術原理和功能進行詳細闡述。

1 系統簡介

輸電線路鐵塔抱桿組立動態測系統，是利用傳感器監測技術開發研制的動態監測系統。系統根據送電線路工程施工特點，對鐵塔吊裝施工過程中主要受力點受力狀況、抱桿姿態、作業環境風速、作業環境溫度、位置信息、進行動態監測。監測數據全部采用無線傳輸，便攜數據監測終端通過數據無線傳輸網絡對各測量點數據進行實時動態采集，便攜數據監測終端將采集的數據后進行自動計算分析、顯示并記錄。便攜數據監測終端具有到限預警、超限報警、通信故障報警等功能，在發出聲音報警的同時便攜數據監測終端屏幕閃爍顯示相應的報警點。系統數據響應延遲時間均控制在ms級以內，完全可以滿足工程施工需要。

本系統主要由便攜數據監測終端、受力數據無線監測終端、抱桿傾斜狀況傳感器、風速監測終端組成，在便攜數據監測終端內部嵌入有GPS定位和溫度監測模塊。

2 系統實施方案

2.1 便攜數據監測終端的設計

便攜數據監測終端是本系統數據采集的核心單元，該終端主要由顯示單元、無線數傳電臺、數據中央處理器、數據存儲器等單元組成。本終端采用可充電電池供電，充滿電可持續工作24h以上。數據采集終端上電開機完成程序初始化后，自動搜索當前在線數據監測設備終端，搜索到設備后直接在液晶顯示屏上顯示測量數據及狀態是否安全，如未搜索到設備或出現通信中斷則在相應位置顯示“--.--”，當數據監測終端有報警數據反饋時，該終端自動發出報警音，并在相應單元狀態欄顯示“過載”。

數據顯示內容主要包括：工程名名稱顯示單元、實時時鐘、系統運行時間顯示單元、抱桿拉線受力監測系統、抱桿傾斜及方向動態模擬子窗口、風速監測、環境溫度共計7組數據顯示單元，7個報警顯示標識，1個動態模擬顯示窗口，1個參考坐標顯示窗口，系統監測數據每秒自動記錄一次。

2.1.1 系統軟件構架設計

由于系統涉及的數據測量點較多，為保證系統數據采集的實時性，減小監測數據采集延時，系統數據采集采用點對點自動巡檢采集模式，在軟件構架設計過程中，根據傳感器種類及數據采集理論響應時間，對系統數據巡檢等待時間進行精準控制。

2.1.2 工作模式設計

接入數據監測系統采集網絡的每個傳感器均有自己唯一的通信地址，每一種類型的傳感器均有自己的唯一的通信協議。每個共享端口子系統的各子單元數據的采集方式均以巡檢應答模式進行采集。每個子單元收發等待時間設為10ms，以四子單元子系統為例最大數據延遲時間（即采集周期）為80ms。

圖1 數據巡檢周期理論計算方框圖

接入監測系統的傳感器，根據傳感器測量單元，通過便攜數據監測終端對各子系統的傳感器地址進行編組。便攜數據監測終端設置完成后，終端首先對系統數據端口進行檢測，對檢測到的數據端口成功初始化后，向各數據端口同時自動發送采集指令，發送采集指令后自動進入數據接收狀態，監聽等待各傳感器回傳的測量數據。便攜數據監測終端后，子系統的各子單元在均能同時接收該數據，數據接收成功后各子單元自動將接收到的數據地址與自身的地址進行比較，如果所接收的數據地址與自身的數據地址相同則該子單元發送器測量數據，否則不做任何處理。

便攜數據監測終端對各子單元回傳的監測數據成功接收后，由便攜數據監測終端自動對所接收回的數據進行解析處理，接收數據解析處理后，系統將根據系統設定的修正值及預編的運算處理公式進行修正、運算進而處理成所需要顯示的監測數據。同時系統對所顯示的數據與軟件預設的預、報警值進行比較，當測量數據未超出預先設定的超限預警值和超限報警值時，報警提示為“安全”，測量數據超出預先設定的超限預警值時，報警提示為“過載”，同時報警提示為“安全”發出“嘀、嘀”報警聲；測量數據超出預先設定的超限報警值時，報警提示為“危險”，同時由上位計算機發出急促“嘀、嘀”報警聲。

圖2 便攜數據監測終端數據收發原理框圖

系統軟件具有通信故障提示功能，當上位機監測軟件對同一子單元在連續3次發送采集指令后，均未成功接收到相對應的下位監測子單元發回的監測數據，則自動辨認為該下位監測子單元通信中斷，并在該子單元數據顯示端口顯示“通信中斷”文字提示。

2.2 系統監測終端的設計

2.2.1 受力監測終端的設計

受力監測終端主要對抱桿拉線系統受力大小的監測。使用時將拉力傳感器串聯至鋼絲繩與地錨之間，通過傳感器專用信號電纜線將拉力傳感器輸出的測量信號送入數據監測終端，經傳感器數據監測終端對測量信號解析處理，利用無線數傳模塊接入系統無線通信網絡將測量數據傳至數據監測終端。

圖3 S型拉力傳感器

2.2.2 抱桿傾斜狀況監測子單元的設計

抱桿傾斜狀況監測主要對抱桿發生傾斜時其傾斜方向及抱桿頂端橫、順線路前進方向相對底端偏移的距離及抱桿頂端相對抱桿底端偏移的投影距離（如圖4）。

圖4 抱桿傾斜狀況監測數據示意圖

在抱桿回轉體下方安裝一只型傾角傳感器為核心的抱桿傾斜狀況監測終端，安裝時使傾角傳感器內的兩坐標軸與水平面的內的參考平面直角坐標系的兩坐標中重合，傳感器的兩坐標軸X、Y與水平面的夾角發生變化，并可將其夾角數據通過程序讀取，則根據讀取的數據可由下列計算公式計算出抱桿頂端橫、順線路前進方向相對底端偏移的距離X1、Y1及抱桿頂端相對抱桿底端偏移的投影距離BJ（如圖5）。

圖5 組裝完成的傾角測量單元

2.2.3 風速監測子單元的設計

風速監測單元主要對施工現場抱桿頂端處瞬時風速進行實時動態監測。在抱桿頂端安裝一臺由風速傳感器為核心的風速監測終端，其風速傳感器測量范圍為0～30m/s，啟動風速為0.6m/s。

2.3 系統應用

本系統在皖電東送淮南-上海1000kV特高壓交流輸電線路一般線路工程（10標段）、±800kV錦蘇線皖4標段、500kV文都變輸電線路工程鐵塔組立施工中均成功應用，得到了兄弟單位的一致好評。該系統根據鐵塔組立施工工藝量身定做、具有自主知識產權，為智能監測技術在送電線路施工應用奠定了堅實的基礎。

[1][美]DavidTsePramodViswanath，著.無線通信基礎.人民郵電出版社，2007.

[2]曹衛彬.C/C++串口通信典型應用實例編程實踐.電子工業出版社，2009.

[3]張大明，彭旭昀，尚靜基.單片微機控制應用技術.機械工業出版社，2006.

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1004-7344（2016）03-0242-02

2016-1-12