基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统论文.docx
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基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统论文
基于无线通讯网的牵张设备状态监控系统研究
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
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
TheTensionEquipmentConditionMonitoringSystemBasedonWirelessNetworkResearch
Abstract：
Tensiondeviceisusedforconstructionof220kvvoltagetransmissionlineindispensableengineeringmachinery,adoptingtensionpay-offtensionequipment,greatlyreducethewastageofthetransmissionline,thecoronaandlosses,meettherequirementofradiointerference,andensurethesplitconductorlineoflaichidegreesarebasicallyidentical.Andequipmentsintheuseoftensionintheprocessofstringingconstructionwiththisequipmentworkingstatus（stop,traction）ismainlycomposedofaleadonbothsidesoffieldcommandersthroughradiocommunication,therearealotofrisk,thesafeoperationofmechanicalequipmentisdirectlyrelatedtotheeconomicbenefitsofconstructionenterprise,inrelationtoeachworker'slifeandnationalsecurity,andtensiondeviceisthemostcoreofthetransmissionlineconstructionmachineryandequipment,soweurgentlyneedakindoftensionequipmentconditionmonitoringsystembasedonwirelessnetwork,toensurethatthetensionmachinevariousoperatorsintheprocessofthesteelconstructionofoverheadtransmissionlinesmaintainthesameactionaccurate,toensurethetensionstringingequipmentduringtheconstructionofthecontinuousandreliableoperation.Thus,basedonthetensionequipmentresearchanddevelopmentastheresearchobjectatensionequipmentstatemonitoringsystembasedonwirelessnetwork.Thesystemiscontrolledbythetensiondevicestatusend,relayendandthereceivingendofthreeparts,theworksignaldigitalzhangleddevicestatusindicatorsystemtoreplacethelanguagetoillustrateastatemachine,thetensionfield（traction）commandtoknowstateoftractor（tension）,andissueatensioncar（tractor）workingstatussignal（signalusingtheradiotransmission）.Thefieldtestprovesthatthetensionequipmentconditionmonitoringsystembasedonwirelessnetworkperformanceintheprocessofstringingconstruction,useeffectisremarkable,toprotectthelaborertolifeandpropertysafetyandpromotingthesustainabledevelopmentofproduction,hasimportantsocialbenefitandindirecteconomicbenefits.
Keywords:
Withthisdevice;Failureanalysis；Communicationtechnology；；Conditionmonitoringtechnology
1、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：
1～10W（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：
3.5～14mV
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:
12v2400mA
13）通讯距离:
5km
5.2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：
00～1200bps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@-105dBm2400bps
7）电池：
12v12AH
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（12dBSINAD）
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（8Ω、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:
12v100AH
13）通讯距离:
5km
6、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：
30°32'4.92"北；经度：
118°32'47.28"东）海拔214米，牵力机测试现场位于线路西边3381#杆塔（纬度：
30°32'53.05"北；经度：
118°26'30.35"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：
30°32'44.46"北；经度：
118°30'1.98"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A0
GPS信息
控制端B0
GPS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
30°32′44.51
东经：
118°30′2.09
杆塔编号：
3391GPS位置：
北纬
30°32′44.51
东经：
118°30′2.09
杆塔编号：
3391GPS位置：
北纬
30°32′44.51
东经：
118°30′2.09
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
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