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電力載波在路燈電纜防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：電力載波 電纜防盜 路燈監(jiān)控 載波通訊載波技術(shù)
近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，遍布城鄉(xiāng)各地的各種電力農(nóng)用電纜、路燈電纜、高速公路電纜等逐步鋪設(shè)到位，為人民群眾的生產(chǎn)生活帶來(lái)極大的方便，促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)更快更好的發(fā)展。但與此同時(shí)，由于監(jiān)管手段等原因，各種電纜的被盜情況日益嚴(yán)重，電纜被盜割現(xiàn)像時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了人民群眾了生產(chǎn)生活，危害了國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全，如何有效地對(duì)電纜的安全進(jìn)行監(jiān)控，預(yù)防或者減少危害的發(fā)生，已經(jīng)成為管理層必須面臨的嚴(yán)峻課題。
對(duì)于路燈線路而言，電纜的盜割已經(jīng)嚴(yán)重影響了城市的形象，危害了交通行駛安全，增加了行人夜路的不安全感，所以如何有效地對(duì)路燈線路進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危害路燈線路安全的盜割行為，及時(shí)對(duì)盜割行為進(jìn)行阻嚇及報(bào)警，從而減少危害的發(fā)生與擴(kuò)大，是本方案需要解決的問(wèn)題。
本應(yīng)用方案僅針對(duì)路燈線路的情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，內(nèi)容涉及了組網(wǎng)方案、監(jiān)控技術(shù)手段、施工方案、維護(hù)方案等方面，是一個(gè)針對(duì)路燈電纜防盜的全面的技術(shù)實(shí)施方案。本方案對(duì)其它的斷纜監(jiān)控、路燈單燈控制、架空線路的防盜監(jiān)控等都有一定的借鑒與參考作用。
一、路燈電纜防盜原理
本路燈電纜防盜的基本原理是采用電力載波通訊技術(shù)，在電纜的首未兩端分別設(shè)置載波發(fā)送與接收裝置，首端的設(shè)備向未端的載波設(shè)備定時(shí)發(fā)送詢問(wèn)數(shù)據(jù)包，未端的載波設(shè)備收到詢問(wèn)數(shù)據(jù)后，立即回應(yīng)首端的載波設(shè)備，這樣形成了一來(lái)一回的數(shù)據(jù)應(yīng)答，如果載波通訊成功，那么證明電纜處于正常狀態(tài)，如果通訊失敗，則發(fā)生了斷纜警情，首端設(shè)備立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電纜防盜基本原理示意圖如下所示。
（圖一：路燈電纜防盜原理示意圖）
由上圖可見(jiàn)，當(dāng)電纜正常時(shí)，載波通訊亦處于正常狀態(tài)，此時(shí)不會(huì)發(fā)生報(bào)警，當(dāng)電纜被斷開(kāi)時(shí)，載波通訊中斷，此時(shí)即可判斷電纜發(fā)生被盜警情，立即發(fā)出電纜被盜報(bào)警信號(hào)。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有時(shí)因?yàn)檩d波設(shè)備本身的故障或者載波設(shè)備被破壞造成載波通訊中斷，使系統(tǒng)誤判為電纜被盜，所以為了排除此類故障，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增加對(duì)回路電流、電壓的采集，綜合判斷電纜被盜故障的發(fā)生。路燈的工作狀態(tài)為晚上工作，白天不工作，所以，當(dāng)檢測(cè)到電壓為零時(shí)，則僅根據(jù)載波通訊的正常與否判斷電纜是否正常，當(dāng)晚間路燈處于工作狀態(tài)時(shí)，如果發(fā)生斷纜故障，則必然引起回路的負(fù)載狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起回路電流或者功率發(fā)生變化，所以當(dāng)路燈回路的電流發(fā)生下跌，且瞬間跌落的幅度大于跌落前負(fù)載電流平均值，同時(shí)載波通訊中斷，那么我們由此判斷電纜發(fā)生斷纜警情，通過(guò)這種綜合判斷，可以排除由于載波設(shè)備本身的故障引起的系統(tǒng)誤報(bào)，提高系統(tǒng)工作的可靠性。（跌落前平均值是指：所在相線的電流值，除以安裝路燈的盞數(shù)，所得值即為平均值。根據(jù)此值，可以判斷負(fù)載是否產(chǎn)生突變，間接判斷斷纜故障）
（圖二：根據(jù)線路電流的變化并結(jié)合載波通斷判斷故障類型原理示意圖）
二、防盜系統(tǒng)組網(wǎng)方案 路燈防盜監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、集中控制器、斷纜監(jiān)控器三部分組成，其中監(jiān)控中心至集中監(jiān)控器采用GPRS連接方式，由于GPRS信號(hào)無(wú)處不在，可以實(shí)時(shí)在線，按流量計(jì)費(fèi)，可以成為可靠而廉價(jià)通訊鏈路媒介。集中控制器與斷纜監(jiān)控器之間通過(guò)電力載波通訊進(jìn)行連接，由于電力載波信號(hào)是利用既有的電力線作為通訊媒介，所以無(wú)須布線，系統(tǒng)實(shí)施快速。集中控制器同時(shí)采集監(jiān)控回路的電流電壓信號(hào)，用于輔助判斷斷纜警情的發(fā)生，防止誤報(bào)。電流電壓采集采用獨(dú)立模塊，模塊與控制器之間采用RS485進(jìn)行通訊。
（圖三：電纜監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖）
監(jiān)控中心
監(jiān)控中心完成系統(tǒng)參數(shù)的輸入，集中控制器的遠(yuǎn)程調(diào)試，集中控制報(bào)警信息的收集與顯示，報(bào)警信息的派障與記錄等功能，軟件采用圖形化界面，直觀而簡(jiǎn)潔，可以方便地進(jìn)行操作維護(hù)，并對(duì)發(fā)生警情的臺(tái)變名稱、時(shí)間地點(diǎn)、線路名稱等信息進(jìn)行直觀顯示。
集中監(jiān)控器
集中監(jiān)控器負(fù)責(zé)對(duì)臺(tái)變下的所有監(jiān)控回路進(jìn)行定時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)護(hù)中心下發(fā)的監(jiān)控，自動(dòng)進(jìn)行中通繼通訊，并實(shí)時(shí)采集監(jiān)控回路的電流電壓信息，與載波訊的結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，從而正確地生成電纜被盜警情信號(hào)，并將報(bào)警信息實(shí)時(shí)上報(bào)。
斷纜監(jiān)控器
斷纜監(jiān)控器實(shí)時(shí)接收集中監(jiān)控器的詢問(wèn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回應(yīng)，斷纜監(jiān)控器集成了電力載波通訊技術(shù)，以及寬電壓輸入的開(kāi)關(guān)電源。在白天時(shí)，斷纜監(jiān)控器的工作電源由集中監(jiān)控器統(tǒng)一饋送48V直流電源，這樣斷纜監(jiān)控器就避免采用蓄電池作為后備電源，以此降低系統(tǒng)日后維護(hù)成本。
（圖四：路燈電纜防盜監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖）
（圖五：電纜監(jiān)控器原理示意圖）
（圖六：集中監(jiān)控器原理示意圖）
三、 防盜系統(tǒng)實(shí)施方案
為了保證系統(tǒng)的實(shí)施效果，我們總結(jié)了系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在問(wèn)題及注意事項(xiàng)，并進(jìn)行了歸納整理，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施中，必須注意以下幾點(diǎn)
1、 斷纜監(jiān)控器在出廠前最好統(tǒng)一編址，并將地址信息標(biāo)識(shí)于產(chǎn)品外殼上，這樣在安裝的時(shí)候，安裝人員只要記錄下地址與所對(duì)應(yīng)的回路信息及燈桿信息，就可以保證安裝過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤，降低對(duì)安裝人員專業(yè)知識(shí)的要求，提高系統(tǒng)調(diào)試效率。
2、 對(duì)于某些比較長(zhǎng)的路燈線路，要求具有一定的通訊冗余，以應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化對(duì)載波通訊的影響，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。在回路中間位置增加一級(jí)信號(hào)中繼，此信號(hào)中繼節(jié)點(diǎn)的硬件與未端的斷纜監(jiān)控器是一樣的，由監(jiān)控中心將路由信息下發(fā)至集中監(jiān)控器中，避免在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工操作。
3、 集中控制器根據(jù)電壓的有無(wú)判斷路燈的工作狀態(tài)，在電壓為零（白天）時(shí)，根據(jù)載波通訊的狀態(tài)判斷電纜的狀況，當(dāng)電壓為220V時(shí)，根據(jù)回路電流的跌落情況與載波通訊情況，綜合判斷斷纜故障。當(dāng)載波通訊故障時(shí)，判斷兩次載波通訊期間，線路電流是否存在一個(gè)超過(guò)當(dāng)前平均值的電流跌落，如果存在，則判斷線路發(fā)生斷纜故障，否則判斷載波通訊設(shè)備發(fā)生故障。
4、 采集電流時(shí)，應(yīng)該選擇最未端安裝了路燈的回路進(jìn)行采集，只有這樣，當(dāng)最后兩個(gè)燈桿之間的線路被盜時(shí)，才會(huì)引起回路電流的變化，提高系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度及可靠性。
5、 斷纜監(jiān)控器中采用寬電壓輸入范圍的開(kāi)關(guān)電源模塊，輸入電源范圍為40V-300VDC，所以在路燈工作時(shí)，不管線路的電壓如何變化，未端都能得到可靠的工作電壓，在白天時(shí)，在首端饋入48V直流電源，未端也可以取得可靠的工作電源，避免在未端增加蓄電池，降低了系統(tǒng)維護(hù)成本。
6、 目前在路燈線路中，普遍將零線與地線并接在一起提高安全性，所以造成相鄰臺(tái)變會(huì)發(fā)生載波信號(hào)串?dāng)_，產(chǎn)生了載波沖突，為避免串?dāng)_的信號(hào)干擾系統(tǒng)正常工作，可以采取載波偵聽(tīng)的方法，監(jiān)控集中器在發(fā)起詢問(wèn)之前，先偵聽(tīng)線線路上是否有載波信號(hào)，如有，則自動(dòng)延時(shí)再偵聽(tīng)，如沒(méi)有，則立即啟動(dòng)查詢。
7、 根據(jù)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)，路燈線路中普遍安裝了節(jié)能裝置，導(dǎo)致路燈回路的電流會(huì)上下調(diào)整，有些沒(méi)有安裝節(jié)能裝置的路燈回路，由于受外界電網(wǎng)電壓的影響，路燈線路的工作電流亦會(huì)產(chǎn)生變化；尤其在某些線路中，由于電網(wǎng)電壓過(guò)低，或者高壓鈉燈的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量原因，導(dǎo)致路燈莫名其妙地熄滅，過(guò)一段時(shí)間后又會(huì)恢復(fù)，同樣會(huì)導(dǎo)致路燈回路的電流變化，這些額外情況，都必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行整體考慮，否則會(huì)產(chǎn)生斷纜誤報(bào)，影響系統(tǒng)整體性能。
四、電力載波通訊技術(shù)簡(jiǎn)介
電力載波通訊（PLC）技術(shù)作為無(wú)線、有線之外的另外一項(xiàng)通訊技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。電力載波通訊技術(shù)（PLC）利用既有的電力線作為通訊介質(zhì)，具有免布線，工程實(shí)施速度快等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外有多種載波技術(shù)可供選擇，本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)廣泛實(shí)驗(yàn)對(duì)比，采用了目前比較成熟的電力載波通訊模塊BWP10，該系列載波模塊市場(chǎng)應(yīng)用比較廣泛，性能穩(wěn)定，體積小巧，集成度高，用戶基本無(wú)需要了解載波底層實(shí)現(xiàn)，即可快速組建載波應(yīng)用系統(tǒng)，模塊集成了所有的載波外圍器件，實(shí)現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)的透明傳輸，極大地降低了用戶使用難度。模塊采用FSK+DSSS調(diào)制及編碼技術(shù)，載波中心頻率為115KHZ，串口通訊速率最高為9600bps，載波速率最高為300bps，工作參數(shù)可以通過(guò)軟件進(jìn)行配置更新。
五、系統(tǒng)總結(jié)
本系統(tǒng)的核心是采用電力載波通訊技術(shù)，并結(jié)合對(duì)線路電流電壓的采集判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜防盜監(jiān)控的目的。目前系統(tǒng)已經(jīng)在北京某區(qū)的電纜防盜系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用實(shí)施，發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定快速發(fā)展，為保證初會(huì)長(zhǎng)治久安貢獻(xiàn)了一份綿薄之力。
參考文獻(xiàn)
1、《BWP10電力載波模塊用戶手冊(cè)》 SHENZHEN BITWELL SCIENCE&TECHNOLAGE CO.,LTD
2、《路燈》中國(guó)電力出版社 郗書堂 2008－10－01
3、《單片機(jī)應(yīng)用編程技術(shù)》北京航空航天大學(xué)出版社
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