一种新型智能化电力施工安全围栏设计

于春辉，吴昊，李焴强，张峰

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

·班组创新·

一种新型智能化电力施工安全围栏设计

于春辉，吴昊，李焴强，张峰

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

安全围栏作为电力企业常用的安全器具之一，其性能优劣将直接影响设备和人员安全。但其非智能的防护与智能电网和“三集五大”体系建设不相适应，因此需要迫切研究一种新型智能安全围栏。提出了一种新型智能化安全围栏，以进行有效的安全管理。新围栏以原有围栏为基础，每栏安装两对红外线传感器，用以识别人员移动或越过围栏内部并以电信号的形式传递给单片机。通过编写相应的控制程序，快速响应，以红色报警信号灯和蜂鸣器双重警报误入人员，警告其远离设备或施工区域，有效保障人员安全。智能安全围栏具有智能红外警报功能，满足智能电网的智能化、信息化的发展要求，可有效提高安全防护效率，经济效益和社会效益显著，具有良好的应用前景。

智能电网；安全围栏；红外报警；电力施工

0 引言

电力安全围栏是变电站施工、检修等现场工作中必须使用的安全工器具之一，正确使用安全围栏可以确保电气作业人员与带电设备保持足够的安全距离，防止作业人员走错间隔而发生事故。安全围栏设置要求完整牢固、横平竖直，要有防止安全围栏倾倒的措施，围栏强度以及围栏的间隔均要满足规定的要求。

现有安全围栏在电力施工、维护和检修等方面发挥了一定的警示作用，但也存在一定的问题。

1）警示作用有限。现有安全围栏仅以安全警示带或标示牌进行警示，而不能以强烈的视觉、听觉等多重感官以强烈警示工作人员或行人，取得的防护

效果不够明显。

2）人员可擅自移动或越过安全围栏。在实际使用中，常有作业人员、施工人员等擅自移动和越过安全围栏，造成触电等人员伤害。很多人员伤害的典型案例也都是人员擅自移动或越过围栏造成的。

3）部分现场仍需派专人监护。在部分工作现场，例如电气试验中，试验电压高、安全距离大，试验现场的工作范围大，现场除装设安全围栏外，还需派监护人员进行看护。专设监护人员也极大地限制了人员的工作效率。

现有安全围栏结构简单，功能单一，虽有一定的警示作用但效果并不明显。在电网智能化的发展要求下，现有的安全围栏无法对人员进行有效的警示和防护，因此有必要研究一种新型智能化的安全防护围栏。

1 智能安全围栏电路设计

1.1 总体概况

所谓互助外语导游，即，依托互联网平台，使具备良好的外语能力且获得相关导游资质的中国大学生可以凭借自身知识和语言等优势为想要在中国旅行的外国友人提供外语导游服务。由此，既为来华外国留学生构造了新颖独特的旅行，又为本地大学生提供发展自我、丰富阅历的机会，由此形成双方的共享经济模式，所谓互助。

安全围栏应保证人员擅自移动或越过围栏、围栏倾倒等情况发生时立即报警，起到保护作用，因此选择主动式红外探测器。其由收发装置构成，发射装置主动发射红外线并被接收器接收，当信号中断即发出报警［1-3］。智能安全围栏在原有围栏基础上增设红外收发装置，在相邻两围栏上互设红外收发装置，并且均位于安全警示带下方5 cm处，如图1所示。

图1 智能安全围栏

1.2 电路设计思路

电路以单片机AT89C51为核心，包括硬件电路和软件编程两个部分。硬件电路采用红外线发射和接收管为发射和接收装置，由反相器芯片反相后传递给CPU，以CPU程序控制蜂鸣器和发光二极管组成的声光报警电路，驱动声光报警，系统原理如图2所示。

图2 电路设计

工作过程为：红外发射装置发射红外线并被接收装置接收，若正常接收则单片机不动作；若有人误入电力现场，越过或移动围栏，红外线接收装置因接收不到信号而动作，并由单片机驱动声光报警，高分贝报警声每隔1 s间隔警报，直至工作人员手动按键解除。

1.3 供电电源设计

电源模块是系统的核心组成之一，安全可靠的供电电源是系统正常工作的基础。为保证系统具有持续的电力供应，安全、高效、可靠的工作，系统的电源模块选用可充电电池和开关电源双保障的方案。在具备220 V交流接入的场合，选择开关电源供电，在无外接电源的情况时选择可充电电池供电，其中开关电源电路如图3所示。

可充电电池的选择范围较多，其中价格合理而且生活中较为常用的是铅酸蓄电池和锂电池。为尽量降低整个系统的质量和体积，选择锂电池作为电池模块。该系统的硬件电路部分功耗较低，综合功耗约0.7 W左右。为保证系统的工作时间，选用5 Ah容量的锂电池作为电池模块，最大功耗下可连续工作20 h以上。

图3 开关电源电路

当设备需连续工作时间较长且现场具备220 V电源情况下，接入220 V交流电源，开关电源工作。通过整流、降压和稳压电路的配合，最终输出5 V直流电源供给系统，其工作原理如图3所示。可充电电池和开关电源可自动切换，保证系统能够安全、可靠

工作。

图4 硬件电路设计

1.4 硬件电路设计

硬件电路的设计见图4，其中D1～D6为红外线发生管，D7～D12为红外线接收管，74LS14D为反相器芯片，S1键为电路复位键。电路包括红外线发射电路、红外线接收电路、时钟电路、复位电路、声光报警电路5个子电路。

红外线发射电路由D1～D6共6个红外线发射管组成，其负极依次接到单片机P1.2～P1.7口。当电源接通，单片机的P1口输出均为“0”时，各个二极管均成导通状态，发出红外线，发射电路工作。为防止红外线发射管电流过大，应设置串联限流电阻，本电路中选取470 Ω。

红外线接收电路由D7～D12共6个红外线接收二极管组成，其后串联74LS14D反相器并接入单片机P3.0～P3.5。当安全围栏无移动或人员越过时，P3.0～P3.5输出低电平，单片机不响应；当有人擅自越过或移动围栏时，中断红外线，P3.0～P3.5有引脚输出高电平，由单片机控制报警。

时钟电路是在单片机XTAL1和XTAL2的反相放大器的输入和输出引脚外接石英晶体振荡器，采用的振荡频率为12 MHz。复位电路采用的外部手动按键复位电路，采用按键开关操作的方式进行控制，如图4中的S1键。

声光报警电路与单片机P3.7口相连，由蜂鸣器Speaker、三极管、发光二极管等组成。当红外接收电路驱动单片机工作，单片机P3.7口输出一系列脉冲方波，开始驱动声光报警电路报警，此时发光二极管闪烁，蜂鸣器发出声响，声光并用，同时报警。

2 程序设计

根据系统的主要工作原理和硬件电路结构设计［4-6］，AT89C51的主程序工作流程如图5所示。主程序实现的功能是：判断红外线接收是否中断，并以此作为判断依据，若中断则控制P3.7口输出高低电平间隔为1 s的脉冲信号去驱动声光报警电路，直至手工按键停止声光报警。主程序中需要产生间隔1 s的周期性方波信号，其设计思路为：通过定时100 ms等待，并连续计时10次最终得到一个周期为1 s的方波信号，重复此过程，最终得到一列1 s周期的方波脉冲信号，驱动声光报警电路以1 s的周期闪动和蜂鸣器鸣叫，其工作流程如图6所示。

图5 主程序工作流程

图6 脉冲信号产生流程

3 结语

从电路设计和程序编程两个方面对智能安全围栏进行了设计研究，以红外线收发装置的是否接通为判断依据，控制单片机工作，启动声光报警电路报警。对电路的供电电路进行了系统研究，提出了以开关电源和可充电电池双重供能的工程设计方案。智能安全围栏具备红外声光报警功能，能够有效防止外来人员误入施工现场或带电设备，保障人员和设备安全，性能稳定，结构简单，具有较好的应用推广前景。

［1］宋文绪.传感器与检测技术［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］余锡存.单片机原理及接口技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2000.

［3］唐桃波，陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器［J］.电子设计应用，2003，5（6）：49-51.

［4］李全利.单片机原理及接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

［5］薛均义，张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用［M］.西安：西安交通大学出版社，2005.

［6］徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

A New Intelligent Security Fence Used in Power Construction

YU Chunhui，WU Hao，LI Yuqiang，ZHANG Feng
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The security fence is one of commonly used instrument for electric power company.Its performance directly affects the safety of users.It is necessary to design a new intelligent security fence because the previous one is not intelligent and does not fit the smart grid and“three intensifications five systems”.A new security fence is presented to effectively manage the field security.It takes the original fence as a template and installed two infrared sensors to identify the personnel movement or the fallen fence.The infrared signal is delivered to the single chip microcomputer which can be written some control programs to control the red warning light and buzzer alarm.It can realize the function of warning people away from the equipment and the construction field.Therefore，it meets the development of intelligentization and informatization in smart grid and has a good application prospect because of its good security，economic benefits and social benefits.

smart grid；security fence；infrared alarm；power construction

TP277.1

B

1007－9904（2016）09－0070－04

2016-04-11

于春辉（1988），男，从事高压试验等方面工作。