電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)方案
一、方案背景
在電能的傳輸過(guò)程中，有許許多多的連接點(diǎn)，也就是我們俗稱的接頭，接頭發(fā)熱一直是影響電力系統(tǒng)**供電的一個(gè)重要難題。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明90%以上的電力設(shè)備故障都是由于接頭故障引發(fā)的。分析表明，金屬腐蝕、被覆層失效、接頭壓力失當(dāng)、金屬磨損、接觸電阻、過(guò)負(fù)荷等因素引起的接頭溫度過(guò)高，是造成接頭處接觸**，發(fā)熱的主要原因。因此，如果能夠在線有效自動(dòng)監(jiān)測(cè)各連接點(diǎn)的溫度，一旦出現(xiàn)溫度異常情況，立刻上傳報(bào)警，通知維護(hù)人員及時(shí)排除隱患，把故障消除在萌芽狀態(tài)，就能達(dá)到防患于未然的目的。
發(fā)電廠、變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜中眾多高壓電氣設(shè)備連接點(diǎn)是電力輸送*薄弱環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的實(shí)質(zhì)問(wèn)題就是連接點(diǎn)發(fā)熱。隨著負(fù)荷的增大，連接點(diǎn)發(fā)熱已形成惡性循環(huán)：溫升、膨脹、收縮、氧化，如此循環(huán)使接觸電阻增大*終導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸**而發(fā)熱。這些發(fā)熱部件的溫度無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，*終釀成了火災(zāi)事故。
近年來(lái)，在電廠和變電站時(shí)常???生因開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱造成火災(zāi)和大面積的停電事故。通過(guò)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)溫度的運(yùn)行情況，可有效防止開(kāi)關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生，但由于開(kāi)關(guān)柜特有結(jié)構(gòu)，無(wú)法進(jìn)行人工巡查和測(cè)溫。如何解決開(kāi)關(guān)柜等電氣設(shè)備發(fā)熱的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。為此我們提出了建立電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)機(jī)制的觀念，利用小巧的測(cè)溫終端和無(wú)線射頻技術(shù)對(duì)易發(fā)熱部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證電力設(shè)備的**穩(wěn)定運(yùn)行。
二、電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)介紹
2.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介
深圳拓普瑞電子有限公司率先將無(wú)線射頻模塊和溫度傳感器相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一套基于無(wú)線通訊的電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)。它由無(wú)線溫度傳感器，測(cè)溫終端，數(shù)據(jù)終端和監(jiān)測(cè)管理中心等部分組成。集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、溫度傳感技術(shù)等于一體，克服了高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，可以全天候監(jiān)測(cè)高壓電力設(shè)備溫度，具有溫度越限報(bào)警，溫度變化趨勢(shì)分析顯示，實(shí)時(shí)查詢測(cè)溫點(diǎn)溫度、歷史報(bào)警分析等功能。真正做到了溫度遠(yuǎn)距離遙測(cè)，為電力設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)，對(duì)保證電力設(shè)備**運(yùn)行有重大的意義。
圖1 測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2系統(tǒng)適用范圍
1、電力電纜接頭測(cè)溫
圖2 電纜測(cè)溫圖
可監(jiān)測(cè)電纜接頭的溫度，地下電纜溫度、電廠電纜溝熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)，電纜分支箱內(nèi)接頭開(kāi)關(guān)等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。
2、高壓開(kāi)關(guān)柜系統(tǒng)測(cè)溫
圖3 開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫圖
可監(jiān)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、母排接頭、電纜接頭等設(shè)備的溫度。
3、變電站測(cè)溫
圖4 變電站刀閘測(cè)溫圖
變電站內(nèi)變壓器及其連接件設(shè)備的溫度
變壓器套管線夾溫度監(jiān)測(cè)
變電站母排接頭溫度監(jiān)測(cè)
變電站高壓互感器等連接點(diǎn)測(cè)溫
4、箱式變電站測(cè)溫
圖5 箱式變測(cè)溫圖
箱式變電站母排接頭，電纜接頭等。
2.3硬件組成
該系統(tǒng)由無(wú)線測(cè)溫終端、測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端、監(jiān)測(cè)管理中心等組成。
1、無(wú)線溫度終端：
圖6 測(cè)溫終端
無(wú)線溫度終端由溫度測(cè)量單元、控制單元、無(wú)線傳輸模塊構(gòu)成。采用低功耗CPU技術(shù)，每個(gè)傳感器終端有一個(gè)固定編號(hào)。相互間不會(huì)產(chǎn)生干擾，不受高壓電場(chǎng)干擾，可以準(zhǔn)確將信息發(fā)送給數(shù)據(jù)終端。外殼是絕緣塑料，并由絕緣材料密封。體積小、重量輕。
2、無(wú)線測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端：
圖7 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端
無(wú)線測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端自動(dòng)接收測(cè)溫終端所發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)終端可以顯示報(bào)警點(diǎn)和溫度數(shù)據(jù)。并可以通過(guò)GSM/GPRS上傳到監(jiān)測(cè)管理中心。
測(cè)溫終端可以安裝在開(kāi)關(guān)柜、箱變、分支箱里，或放置在變電站里。
3、監(jiān)測(cè)管理中心：
圖8 測(cè)溫系統(tǒng)主站
監(jiān)測(cè)管理中心由通信交換機(jī)、工控機(jī)、管理軟件組成。
? 無(wú)線測(cè)溫終端可以把溫度數(shù)據(jù)通過(guò)GSM/GPRS發(fā)送到交換機(jī)上，交換機(jī)通過(guò)串口線將數(shù)據(jù)發(fā)給工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)設(shè)備上顯示、報(bào)警。
? 每個(gè)管理中心可以監(jiān)測(cè)6萬(wàn)個(gè)測(cè)溫終端。
? 管理軟件可以顯示上傳監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度，用曲線顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化過(guò)程，查詢記錄。
2.4報(bào)警方式實(shí)現(xiàn)
1、溫差變化率過(guò)大報(bào)警：即前10s和后10s檢測(cè)的溫度值如果大于5℃（這個(gè)值可按具體情況設(shè)置），立刻報(bào)警。
2、 溫度越限報(bào)警：在測(cè)溫終端中設(shè)定一個(gè)值，一旦設(shè)備超過(guò)設(shè)定溫度，立刻報(bào)警。
2.5系統(tǒng)軟件
1、軟件主界面（詳見(jiàn)下圖）。
圖9 電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)軟件主界面
2、軟件功能
? 設(shè)置是否發(fā)送報(bào)警信息，是否帶參數(shù)
? 設(shè)置圖形報(bào)警、聲音報(bào)警
? 定時(shí)短信配置
? 圖形分析：
u 生成曲線圖
u 生成分布圖
u 生成比例圖
u 生成參數(shù)表格
? 報(bào)警查詢
u 查詢以往所有線路的報(bào)警日志，可使用多種查詢條件，如按日期查詢、按線路查詢、按相序查詢、按報(bào)警值查詢、按故障類型查詢等，并可實(shí)現(xiàn)多種查詢條件組合查詢
u 報(bào)警日志可以導(dǎo)出以Excel表格形式保存
u **報(bào)警日志，默認(rèn)按線路**，可以全部**，也可以按條件**
u 直接打印報(bào)警日志
u 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，報(bào)警日志記錄數(shù)據(jù)較多時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)，轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可通過(guò)歷史查詢功能進(jìn)行查詢
3、 軟件的融合性
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)軟件可以與我公司的智能化配網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的融合，可與線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變壓器防盜系統(tǒng)、線路狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)一套完整的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)解決方案。
三、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
1、從數(shù)據(jù)處理的角度比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)具有專家系統(tǒng)的功能，軟件可以對(duì)每個(gè)被檢測(cè)設(shè)備（例如母排，變壓器等）建立檔案，通過(guò)收集大量的歷史數(shù)據(jù)，建立設(shè)備正常運(yùn)行的溫度范圍，一旦溫度超出正常范圍即發(fā)出預(yù)警報(bào)告。
專家系統(tǒng)不僅可以縱向比較歷史數(shù)據(jù)，還可以橫向比較不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，根據(jù)對(duì)比及時(shí)對(duì)異常的設(shè)備發(fā)出預(yù)警。專家系統(tǒng)的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測(cè)的預(yù)警功能，而不是簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量。
紅外測(cè)溫儀只是簡(jiǎn)單的測(cè)溫，對(duì)于溫度值必須要有經(jīng)驗(yàn)的人員作分析工作，才能發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否存在問(wèn)題。
2、從功能方面比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)可以定時(shí)上傳溫度值，還能及時(shí)對(duì)溫升過(guò)大和溫度越界進(jìn)行報(bào)警。用戶通過(guò)溫度預(yù)警系統(tǒng)可以調(diào)取每個(gè)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度值。
紅外測(cè)溫儀，只是測(cè)量溫度的工具，需手動(dòng)測(cè)量，人工記錄。
3、從適用范圍比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)任何隱蔽角落、人力監(jiān)測(cè)不到的溫度點(diǎn)，做到全方位的監(jiān)測(cè)。例如可以檢測(cè)某些有高壓、人無(wú)法接近的節(jié)點(diǎn)；還有某些存在有害氣體的設(shè)備的測(cè)溫等。
紅外測(cè)溫儀需要人為測(cè)量，許多狹窄、密閉的空間，人員無(wú)法進(jìn)入，不能做到溫度點(diǎn)的**監(jiān)測(cè)，留下了測(cè)溫死角。
4、從自動(dòng)化程度比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)可以24小時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)被測(cè)點(diǎn)溫度，實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化，節(jié)省了人力查詢，可以根據(jù)設(shè)備溫度變化及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障隱患。
使用紅外測(cè)溫儀需要人工巡視檢測(cè)大量設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度大、受測(cè)量距離影響比較大。如果測(cè)溫時(shí)間不定期，則不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，不能做到科學(xué)有效的預(yù)警和管理，效率較低。
5、從系統(tǒng)角度比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)是一套自動(dòng)化的溫度管理系統(tǒng)，按照電力行業(yè)的軟件習(xí)慣分層設(shè)計(jì)，可以與配電管理系統(tǒng)等軟件融合，大大提升現(xiàn)代化管理程度。
紅外測(cè)溫儀只是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)溫工具，沒(méi)有配套的管理軟件。在指導(dǎo)紅外作業(yè)及整理數(shù)據(jù)時(shí)不規(guī)范，容易流于形式，起不到應(yīng)有的效果。
6、從傳輸方式上比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收終端，無(wú)需重新安裝光纖，增加連接線，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾，安裝方便，絕緣**，造價(jià)低。
光纖測(cè)溫采用光纖傳遞信號(hào)，安裝不方便，增加了連接線，造價(jià)高，光纖還有易折、不耐高溫等特點(diǎn)。
四、系統(tǒng)特點(diǎn)
電廠和變電站頻繁發(fā)生接頭過(guò)熱事故，造成火災(zāi)和大面積的停電事故，解決接點(diǎn)溫度在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。通過(guò)監(jiān)測(cè)各接點(diǎn)溫度的變化情況，可有效防止設(shè)備因發(fā)熱引起的火災(zāi)發(fā)生，這種方法可以有效的解決開(kāi)關(guān)柜等特定的高壓密閉結(jié)構(gòu)溫度檢測(cè)的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中電力設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，保證高壓開(kāi)關(guān)柜**運(yùn)行。
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、溫度傳感技術(shù)等于一體，解決了高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)干擾，可以全天候監(jiān)測(cè)電力高壓設(shè)備溫度，在溫度越限可以報(bào)警，具有溫度變化分析顯示功能。真正做到了溫度遠(yuǎn)距離遙測(cè)，把故障消除在萌芽狀態(tài)，使供電系統(tǒng)達(dá)到**供電的目的。
其主要特點(diǎn)如下：
1、實(shí)時(shí)性：可以在線監(jiān)測(cè)溫度變化，不用到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
2、功耗低：終端采用低功耗設(shè)計(jì)，可以穩(wěn)定使用8年
3、**性：溫度測(cè)量精度可以達(dá)到0.5℃
4、**性：沒(méi)有導(dǎo)線連接、絕緣安裝，不用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，安裝方便
5、高效益：可以節(jié)約購(gòu)買(mǎi)昂貴的測(cè)溫儀器費(fèi)用，可以節(jié)約人力，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)行遙測(cè)自動(dòng)化。
五、組網(wǎng)方案
5.1終端與主站通訊方式選擇
GPRS通信方式
圖10 GPRS通信簡(jiǎn)圖
測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端可以通過(guò)GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入Internet，并和系統(tǒng)主站服務(wù)器之間建立點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接，如上圖所示。
GPRS通信方式只要將SIM卡開(kāi)通GPRS業(yè)務(wù)即可，它可在GPRS通道無(wú)法建立時(shí)使用SMS將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳，可靠性較高。但此通信方式必須在有GPRS基站覆蓋范圍內(nèi)才可使用，且必須在局端為系統(tǒng)主站申請(qǐng)固定IP以便建立路由。
光纖通信方式
圖11光纖通信簡(jiǎn)圖
測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端可以通過(guò)RS232/RS485串口或者協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入光端機(jī)，通過(guò)光纖與遠(yuǎn)端的系統(tǒng)主站服務(wù)器之間建立數(shù)據(jù)連接，如上圖所示：
光纖通信不依賴移動(dòng)網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高、實(shí)時(shí)性好、**性好，但由于RS232/RS485串口通信距離的限制，只適合測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端與光端機(jī)距離較近的系統(tǒng)。
如果光端機(jī)不提供RS232/RS485接口，需要額外安裝轉(zhuǎn)換適配器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和速率適配，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了穩(wěn)定性。
六、安裝實(shí)施方案
6.1系統(tǒng)配置選型
根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況及需求，在本方案中進(jìn)行如下配置選型：
表6-1系統(tǒng)配置表
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序號(hào)
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型號(hào)
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名稱
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說(shuō)明
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配置
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單位
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數(shù)量
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1
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TP系列
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測(cè)溫終端
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銅排型
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標(biāo)配
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個(gè)
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電纜線
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2
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TP系列
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測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端
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GPRS
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標(biāo)配
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個(gè)
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RS-485
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RS-232
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3
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TP系列
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附件（485電纜、電源線等）
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標(biāo)配
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套
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視用戶現(xiàn)場(chǎng)情況而定
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4
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TP系列
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濕度傳感器
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可選
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個(gè)
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5
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TP系列
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凝露傳感器
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可選
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個(gè)
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6
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TP系列
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防雨機(jī)箱
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可選
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個(gè)
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7
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TP系列
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PT取電裝置
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含蓄電池
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可選
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臺(tái)
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|
|
6
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TP系列
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通信交換機(jī)
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標(biāo)配
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臺(tái)
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|
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7
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工控機(jī)
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應(yīng)用服務(wù)器
|
|
標(biāo)配
|
臺(tái)
|
|
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8
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TP系列
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UPS電源
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臺(tái)
|
標(biāo)配
|
臺(tái)
|
|
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9
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TP系列
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系統(tǒng)軟件
|
套
|
標(biāo)配
|
臺(tái)
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表6?2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定表
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序號(hào)
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參數(shù)名稱
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單位
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參數(shù)值
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說(shuō)明
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1
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定時(shí)上傳周期
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分鐘
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120（默認(rèn)）
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2
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定時(shí)采集周期
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分鐘
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10（默認(rèn)）
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3
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溫度越限報(bào)警門(mén)限
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℃
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70（默認(rèn)）
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4
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溫度突變?cè)较揲T(mén)限
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℃/秒
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5℃/10秒(默認(rèn))
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表6-3終端取電方式選擇表
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序號(hào)
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設(shè)備名稱
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供電方式
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備注
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1
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測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端
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PT取電+蓄電池/市電供電
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說(shuō)明：
測(cè)溫終端按只進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；
一臺(tái)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端一般支持接收和上傳50個(gè)測(cè)溫終端數(shù)據(jù)；
測(cè)溫終端至測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端的直線可視距離一般不超過(guò)100米；
6.2系統(tǒng)安裝方案
本項(xiàng)目所涉及的現(xiàn)場(chǎng)概況：
系統(tǒng)的終端裝置的布點(diǎn)方案為：
終端裝置安裝分布如下圖所示：
測(cè)溫終端詳細(xì)安裝位置如下表所示：
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序號(hào)
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設(shè)備名稱
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安裝位置
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所屬數(shù)據(jù)終端號(hào)
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作用
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備注
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說(shuō)明：
測(cè)溫終端需在備注中說(shuō)明安裝的方式；
所屬數(shù)據(jù)終端號(hào)用來(lái)區(qū)分不同的數(shù)據(jù)終端。