一種智能多功能防護(hù)系統(tǒng)的研制

張湧峰 鄭海良 魯強(qiáng)宇

（余姚市宏宇輸變電工程有限公司，浙江寧波315400）

0 引言

人體與帶高電壓設(shè)備部分的距離小于安全距離時(shí)，極有可能發(fā)生人身傷亡事故，所以，高壓試驗(yàn)現(xiàn)場常布置安全防護(hù)設(shè)施對工作人員及行人進(jìn)行警示，并派安全監(jiān)護(hù)人員對試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行專責(zé)警戒。實(shí)際操作中，現(xiàn)有安全防護(hù)措施存在以下重要問題：（1）安全防護(hù)設(shè)施一般為安全圍網(wǎng)、安全警示帶甚至簡易的繩子，一旦有人擅自移動或越過安全隔離設(shè)施后，就可能發(fā)生觸電事故；（2）對于復(fù)雜、監(jiān)護(hù)難度大的試驗(yàn)現(xiàn)場，由于受試驗(yàn)設(shè)備的遮擋，很容易出現(xiàn)監(jiān)護(hù)盲區(qū)，非高壓試驗(yàn)人員仍可能誤入加壓區(qū)域；（3）試驗(yàn)加壓前由于呼唱不到位，加壓人員在接線人員未撤退到安全設(shè)施以外便開始加壓，導(dǎo)致工作人員出現(xiàn)人身傷亡。可見，現(xiàn)有的物防配合人防的安全隔離方式，高度依賴現(xiàn)場工作人員的安全意識，防護(hù)較被動且效果不夠明顯。

因此，對傳統(tǒng)圍欄進(jìn)行功能升級，研制出一種變被動保護(hù)為主動保護(hù)，當(dāng)有人員侵入或工作人員未撤離危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)既能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，又能切斷電源，從根本上消除潛在危險(xiǎn)的智能防護(hù)系統(tǒng)有重要意義。另外，考慮到現(xiàn)場高壓設(shè)備的電壓、電流，環(huán)境的溫濕度均需要攜帶單獨(dú)的儀表分別測量，自動化程度低，若在防護(hù)系統(tǒng)單一隔離功能的基礎(chǔ)上集成其他參數(shù)測量功能，將大大提升試驗(yàn)效率。

1 系統(tǒng)防護(hù)原理

針對現(xiàn)有安全防護(hù)措施主動性差的缺點(diǎn)，系統(tǒng)采用了主動紅外入侵探測技術(shù)及無線射頻識別技術(shù)。前者用來防護(hù)侵入高壓危險(xiǎn)區(qū)域人員，后者用來探測滯留在高壓危險(xiǎn)區(qū)的接線人員。

1.1 主動紅外入侵探測原理

主動式紅外入侵探測器又叫紅外對射，其原理是利用紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外射線，經(jīng)過光學(xué)透鏡做聚焦處理，使光線傳至很遠(yuǎn)的距離，最后光線由接收端的光敏晶體管接收。紅外對射裝置總是成對使用，分別用來發(fā)射和接收紅外線，對射裝置間形成一道隱形的防護(hù)界限，當(dāng)有物體通過界限，紅外光束被遮斷時(shí)，會產(chǎn)生電信號驅(qū)動警戒裝置發(fā)出警報(bào)（圖1）。該探測技術(shù)不僅可以應(yīng)用在室內(nèi)，也可應(yīng)用在露天場合，因此特別適用于各種高壓試驗(yàn)場合。

圖1 主動式紅外探測原理

紅外對射采用的紅外線為不可見光，為了讓警示效果更加明顯，紅外對射裝置被設(shè)置在普通安全圍欄柱上，構(gòu)成紅外柵欄。本系統(tǒng)中所采用的紅外對射裝置警戒距離為3級可調(diào)，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況靈活增減紅外柵欄數(shù)目。

1.2 無線射頻識別原理

無線射頻識別技術(shù)（RFID）是一種基于無線電通信的非接觸式的自動識別技術(shù)，RFID系統(tǒng)可以在不接觸、非視距的條件下快速識別一個或多個待識別目標(biāo)。由于其具有眾多優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活的方方面面。

RFID系統(tǒng)主要包括電子標(biāo)簽、閱讀器、應(yīng)用管理系統(tǒng)，其中電子標(biāo)簽上存儲了待識別目標(biāo)的身份信息。系統(tǒng)工作時(shí)，閱讀器通過無線網(wǎng)絡(luò)向電子標(biāo)簽發(fā)射詢問信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的識別范圍后，通過內(nèi)部電源或是感應(yīng)信號能量驅(qū)動內(nèi)部電路，使其通過無線電波向閱讀器發(fā)送所存儲的目標(biāo)信息，閱讀器可通過通信接口將信息發(fā)送給應(yīng)用管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（圖2）。電子標(biāo)簽和閱讀器內(nèi)均設(shè)置了天線，天線是兩者實(shí)現(xiàn)通信的橋梁。

圖2 無線射頻識別原理

本智能多功能防護(hù)系統(tǒng)中，根據(jù)不同電壓等級下實(shí)際的安全距離，為閱讀器設(shè)定不同的工作頻率，保證閱讀器的識別范圍與高壓危險(xiǎn)區(qū)域相匹配。將閱讀器放置在高壓設(shè)備上，當(dāng)佩戴電子標(biāo)簽的接線人員進(jìn)入高壓區(qū)域或未撤離到安全距離以外時(shí)，閱讀器將收到電子標(biāo)簽存儲的身份信息發(fā)送給控制模塊，使其控制接觸器實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)電源斷電或是不能合閘，并在顯示器上給出“工作人員在危險(xiǎn)區(qū)域！”的提示，警告加壓人員，保證接線人員的生命安全。

2 智能多功能防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能多功能防護(hù)系統(tǒng)由控制模塊、紅外柵欄、RFID組件、聲光報(bào)警器、接觸器、電壓電流采集單元、溫濕度采集單元、顯示器、電源模塊組成（圖3）?？刂颇K是整個防護(hù)系統(tǒng)的控制核心，其信號輸入端與紅外柵欄、RFID組件、電壓電流采集單元、溫濕度采集單元連接，信號輸出端與接觸器、聲光報(bào)警器、顯示器相連。

紅外入侵探測信號及無線射頻識別信號以邏輯或的關(guān)系輸入到控制模塊。當(dāng)有人員越過安全圍欄時(shí)，紅外柵欄上的紅外光束被阻斷，這一變化經(jīng)分析處理后傳送至控制模塊，控制模塊發(fā)出指令控制聲光報(bào)警器，使其在視覺與聽覺上給侵入人員提醒發(fā)出警報(bào)，并使接觸器動作，切斷試驗(yàn)電源。當(dāng)佩戴電子標(biāo)簽的接線人員在加壓人員未斷電的情況下進(jìn)入高壓危險(xiǎn)區(qū)變更接線，或是接線完成后未及時(shí)退出到安全距離以外時(shí)，閱讀器能探測到電子標(biāo)簽的信息，并將信息傳給控制模塊，控制模塊發(fā)出指令使接觸器斷電，并通過顯示器通知加壓人員。

圖3 智能多功能防護(hù)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖

電壓電流采集單元、溫濕度采集單元用來實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)線路電壓和電流參數(shù)及環(huán)境溫濕度參數(shù)的采集，采集結(jié)果通過顯示器呈現(xiàn)給現(xiàn)場工作人員。

電源模塊為系統(tǒng)中各部分的能量來源，其采用大容量鋰電池供電，功率達(dá)500 Wh，有交直流兩種輸出可供選擇，現(xiàn)場找不到合適的電源時(shí)，其還可為其他設(shè)備供電。

3 結(jié)語

本文提出的智能多功能防護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)有人員侵入或工作人員在高壓危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，可以主動發(fā)出警報(bào)并及時(shí)斷電，變被動保護(hù)為主動保護(hù)，從根本上消除潛在危險(xiǎn)；可省去專責(zé)監(jiān)護(hù)任務(wù)，不僅能提高工作人員的試驗(yàn)效率，還可減少工作人員數(shù)量，間接降低試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本；將電壓、電流、溫濕度、時(shí)間及高壓電源的通斷顯示等與高壓隔離防護(hù)系統(tǒng)集成到一起，省去攜帶多種儀器的不便，避免了某種儀器忘帶造成的不便，并節(jié)省了執(zhí)行多種測量的時(shí)間，提高了工作效率。系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中口碑良好，具有很好的市場推廣價(jià)值。