配電站房環(huán)境監控系統(一種基于物聯(lián)網(wǎng)的配電室綜合環(huán)境監控系統)

一、系統總述

1. 背景需求

配電房是電力系統末端配電網(wǎng)中分配、傳輸電能的重要場(chǎng)所，是城市配電網(wǎng)系統中不可或缺的組成部分。配電房具有分布廣、數量多、管理復雜等特點(diǎn)，一直是配電網(wǎng)運行管理工作中的薄弱環(huán)節。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電能的需求量不斷增加，對電網(wǎng)運行的可靠性要求也越來(lái)越高。因此，配電房的智能化建設迫在眉睫。通過(guò)建設配電房環(huán)境監控系統，可以實(shí)現對配電房?jì)雀鞣N環(huán)境參數和設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測，提升配電房的運行效率和安全性，確保電力系統的穩定運行。

2. 項目概況

本項目位于**區內，配電房面積約60平方米，配備有30多臺配電機柜、1臺直流屏柜、4臺風(fēng)機及1個(gè)水泵和集水坑。項目的主要監控對象包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)、直流屏、漏水、溫濕度、煙霧探測器、防盜報警、照明等設備。系統將變壓器、配電、環(huán)境、火災消防、門(mén)禁等所有監控量在監控系統主界面上進(jìn)行一體化顯示和控制。為確保在停電情況下系統仍能正常運行，特別配備了一臺5KVA的UPS電源，保證至少10小時(shí)的后備時(shí)間。

3. 設計依據

• 機房環(huán)境集中監控用戶(hù)要求
• 《計算廣播機房環(huán)境安全要求》
• 《計算機站場(chǎng)地技術(shù)條件》（GB2887-89）
• 《工業(yè)企業(yè)通信接地設計規范》（GBJ79-85）
• 《安全防范工程程序與要求》（GA/T75-94）
• 《智能建筑設計規范》（GB/T 50314-2000）
• 《低壓配電設計規范》（GB 50054-95）
• 《中華人民共和國公共安全行業(yè)標準》（GA 247-2000）

4. 設計原則

• 先進(jìn)性：系統軟件與硬件均采用最新的成熟技術(shù)，保持一定的前瞻性，能夠適應未來(lái)科技發(fā)展的需求。
• 可靠性：選用成熟的技術(shù)和設備，確保系統的高可靠性和長(cháng)壽命。
• 運行管理方便：采用全中文B/S架構設計，操作簡(jiǎn)便直觀(guān)。
• 可擴展性強：支持分布式系統架構，易于添加新的監控設備而不影響現有設備的運行。
• 接口豐富：提供多種智能設備監控接口，支持第三方軟件的兼容性。
• 施工簡(jiǎn)化：采用標準化的通訊接口和網(wǎng)絡(luò )連接方案，簡(jiǎn)化現場(chǎng)施工過(guò)程。
• 技術(shù)支持能力強：選擇技術(shù)實(shí)力雄厚的服務(wù)提供商，確保項目順利實(shí)施。
• 建設時(shí)間短：能夠在較短時(shí)間內完成系統的安裝與調試。

5. 系統性能

• 先進(jìn)性：系統設計和技術(shù)選型具有前瞻性，能夠適應未來(lái)的科技進(jìn)步。
• 可靠性：設備具有優(yōu)秀的電磁兼容性和電氣隔離特性，確保系統的安全性和抗干擾能力。
• 穩定性：系統支持多種第三方智能設備的接口協(xié)議，確保長(cháng)期穩定運行。
• 實(shí)時(shí)性：能夠實(shí)時(shí)傳輸和保存圖像及數據，便于后續的查詢(xún)與分析。
• 實(shí)用性：系統性?xún)r(jià)比高，施工簡(jiǎn)便，易于維護和使用，運行成本低。
• 擴展性：采用分布式架構設計，支持系統未來(lái)的擴展需求。
• 兼容性：能夠適應不同的操作平臺和語(yǔ)言環(huán)境，與不同供應商的產(chǎn)品兼容。
• 靈活性：系統構成簡(jiǎn)單，功能配置靈活，利用現有計算機資源滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)部門(mén)的需求。
• 維護性：支持在線(xiàn)診斷和檢測，快速定位并處理系統故障。

二、系統設計

1. 系統概述

智慧站房環(huán)境監控系統基于有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，實(shí)現對站內變壓器、配電設備、環(huán)境條件、門(mén)禁控制、防盜報警、暖通空調、照明等要素的全面監控，并將這些信息遠程傳輸至監控中心。系統采用分層、分區的分布式結構，主要包括站端控制主機和軟件系統兩大部分。監控系統將所有監控數據在主界面上進(jìn)行一體化展示和控制，即使在網(wǎng)絡(luò )中斷或服務(wù)器故障的情況下，站端設備也能獨立運行，實(shí)現正常的刷卡開(kāi)門(mén)、聯(lián)動(dòng)報警、設備控制及數據記錄等功能。

2. 系統架構

智慧站房環(huán)境監控系統的整體架構包括三個(gè)層次：主站層（管理層）、通訊間隔層（傳輸層）和遠端設備層（執行層）。這種分層設計不僅符合當前通信系統的設計標準，還能確保每層都能獨立完成監控任務(wù)，即便在上下層間出現通信故障時(shí)也不受影響。

• 主站層：作為在線(xiàn)監控系統的指揮中樞，主要由安裝有站端監控軟件的主機和服務(wù)器組成，負責數據的接收、分析、管理和決策執行。
• 通訊間隔層：負責站端設備與主站之間的數據交換，是系統正常運行的關(guān)鍵。本項目中采用了4G網(wǎng)絡(luò )和Internet協(xié)議進(jìn)行數據傳輸，遠端控制中心與監測設備間的通信則通過(guò)RS485總線(xiàn)實(shí)現。
• 遠端設備層：包含各種監控設備，如溫濕度傳感器、視頻監控攝像頭等，負責采集站房?jì)鹊沫h(huán)境參數和運行狀態(tài)，并向通訊層發(fā)送數據或接收來(lái)自主站的控制指令。

3. 子系統設計

針對本配電房的具體需求，環(huán)境監控系統劃分為以下幾個(gè)子系統：

• 視頻監控子系統：在配電房的入口處及設備機柜通道前后設置監控攝像頭，共6個(gè)，能夠采集、存儲、發(fā)布視頻圖像，監控系統能夠動(dòng)態(tài)查詢(xún)到實(shí)時(shí)視頻圖像。
• 直流配電屏監測：對配電房?jì)戎绷髋潆娖恋倪\行參數及狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，一旦發(fā)生故障及報警通過(guò)監控平臺發(fā)出對外報警。通過(guò)直流/交流配電屏設備提供的RS485（或RS232）智能接口及通訊協(xié)議，采用總線(xiàn)的方式將直流/交流配電屏的監控信號直接接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進(jìn)行直流/交流配電屏的實(shí)時(shí)監測。系統可對監測到的各項參數設定越限閥值，一旦發(fā)生越限報警，系統將發(fā)出報警，同時(shí)產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲并有相應的處理提示，第一時(shí)間發(fā)出電話(huà)撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。
• 風(fēng)機監控：對機房?jì)蕊L(fēng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，同時(shí)可對風(fēng)機實(shí)現遠程的開(kāi)關(guān)機控制。由于風(fēng)機不具有智能接口，通過(guò)單相導軌電表（帶控制）或中間繼電器來(lái)實(shí)現風(fēng)機的開(kāi)關(guān)機電源控制，單相導軌電表（帶控制）模塊通過(guò)RS485智能接口及通訊協(xié)議采用總線(xiàn)的方式將信號接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進(jìn)行風(fēng)機開(kāi)關(guān)機控制和運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測。系統支持定時(shí)開(kāi)關(guān)機設置，使風(fēng)機自動(dòng)工作不需人為干預，延長(cháng)設備使用壽命，達到節能降耗、無(wú)人值守的目標。
• 燈光照明控制：對站房?jì)葻艄庹彰骰芈愤M(jìn)行遠程的開(kāi)關(guān)燈控制。通過(guò)單相導軌電表（帶控制）或中間繼電器來(lái)控制燈光照明回路220V電源的通斷電，從而實(shí)現燈光照明的開(kāi)關(guān)燈控制，并通過(guò)相導軌電表（帶控制）模塊通過(guò)RS485智能接口及通訊協(xié)議采用總線(xiàn)的方式將信號接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進(jìn)行燈光照明的開(kāi)關(guān)燈控制。系統支持定時(shí)開(kāi)關(guān)燈設置，使燈光照明自動(dòng)工作不需人為干預，延長(cháng)設備使用壽命，達到節能降耗、無(wú)人值守的目標。
• 水位監測：通過(guò)設置水位檢測傳感器來(lái)監測水位情況。水位傳感器的RS485接口與監控主機的RS485接口連接，由監控主機對實(shí)時(shí)監測采集的現場(chǎng)信號進(jìn)行數據實(shí)時(shí)分析處理及數據存儲。系統可對監測到的各項參數設定上下限閥值，一旦參數發(fā)生超限報警，在相應位置發(fā)生報警的參數會(huì )變紅色顯示，同時(shí)產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲并有相應的處理提示，系統一旦監測到有報警或參數越限，第一時(shí)間發(fā)出電話(huà)撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。
• 煙感監測：在配電柜前后側及變壓器上端共設置3個(gè)煙感探測器，進(jìn)行實(shí)時(shí)火警監測，一旦發(fā)生報警通過(guò)監控平臺發(fā)出對外報警。將煙感探測器提供的干接點(diǎn)信號直接接入監控主機的DI口，由監控平臺軟件進(jìn)行消防的實(shí)時(shí)監測。系統產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲及有相應的處理提示，第一時(shí)間發(fā)出電話(huà)撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。
• 溫濕度監測：在站房的各個(gè)重要部位安裝溫濕度傳感器，對環(huán)境溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。通過(guò)溫濕度傳感器的RS485智能接口和通訊協(xié)議采用總線(xiàn)的方式將信號接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進(jìn)行溫濕度的實(shí)時(shí)監測。系統可對溫度和濕度參數設定越限閥值，一旦溫濕度發(fā)生越限報警，系統將發(fā)出報警，同時(shí)產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲并有相應的處理提示，第一時(shí)間發(fā)出電話(huà)撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。系統支持與空調等其他子系統的聯(lián)動(dòng)控制，如當溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)空調進(jìn)行制冷。
• 門(mén)禁監控：對站房門(mén)進(jìn)行門(mén)禁管理，采用進(jìn)門(mén)刷卡（刷卡方式可選IC卡、指紋、密碼）、出門(mén)按按鈕的進(jìn)出驗證方式，由監控平臺軟件進(jìn)行機房出入的門(mén)禁管理。使用網(wǎng)絡(luò )門(mén)禁控制器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )門(mén)禁控制器設備提供的TCP/IP接口及通訊協(xié)議，采用網(wǎng)絡(luò )的方式將門(mén)禁信號接入監控主機，由監控平臺軟件進(jìn)行門(mén)禁的實(shí)時(shí)監測。系統支持人員進(jìn)出記錄、權限管理、遠程設置操作、集中發(fā)卡功能及與其他子系統的聯(lián)動(dòng)功能，如發(fā)生火警時(shí)聯(lián)動(dòng)門(mén)禁控制器自動(dòng)打開(kāi)各道門(mén)的電鎖以便逃生等。

三、系統特點(diǎn)

• 集中監控：系統對站房?jì)雀鞣N動(dòng)力設備、環(huán)境設備及系統狀態(tài)信息、報警信息等進(jìn)行完整集中監控，并具備良好的擴展性，實(shí)現跨區域集中監控管理。
• 來(lái)電自啟動(dòng)功能：監控主機采用低功耗ARM芯片和嵌入式操作系統，內置硬件看門(mén)狗，具有故障自動(dòng)恢復功能，當主機重新啟動(dòng)后，整個(gè)監控系統也隨著(zhù)在運行。
• WEB顯示功能：監控主機內置WEB服務(wù)器，支持B/S架構，管理人員可直接通過(guò)瀏覽器和相應權限實(shí)時(shí)查看站房?jì)人袆?dòng)力環(huán)境監控設備的運行狀態(tài)，可以遠程管理、調整相關(guān)設備的工作參數。
• 日志管理功能：整套機房環(huán)境監控系統對各種報警信息、系統事件、設備參數等進(jìn)行詳細的記錄，能夠以報表形式進(jìn)行數據導出、備份。
• 完善報警機制：監控主機支持多種報警方式，包括現場(chǎng)聲光報警、電話(huà)撥號報警、手機短信報警、郵件報警等多種報警方式。
• 用戶(hù)權限功能：系統具有多級用戶(hù)管理，可設定用戶(hù)管理權限，來(lái)賓用戶(hù)只能對系統進(jìn)行瀏覽，普通用戶(hù)除了對系統具有瀏覽權，還可以對系統進(jìn)行部分的控制，管理人員可以配置、管理整個(gè)系統。
• 布防撤防功能：系統從人性化設計出發(fā)，可設置布防撤防功能，可臨時(shí)設置撤防多少時(shí)間來(lái)限制設備報警，方便靈活管理臨時(shí)性的工作安排。
• 短信遙測遙控功能：系統支持管理人員通過(guò)短信實(shí)時(shí)查詢(xún)當前站房的運行情況和監控主機的網(wǎng)絡(luò )參數，并可通過(guò)短信對傳感器進(jìn)行布防和撤防。
• 網(wǎng)絡(luò )監測功能：站房環(huán)境監控系統監測站房環(huán)境參數，提供兩種監測方式，TCP端口探測和PING探測方式。

四、總結

配電站房環(huán)境監控系統通過(guò)集成多種先進(jìn)的監控技術(shù)和設備，實(shí)現了對配電房?jì)拳h(huán)境參數和設備狀態(tài)的全面、實(shí)時(shí)監控。系統不僅提高了配電房的運行效率和安全性，還大大降低了維護成本，為電力系統的穩定運行提供了有力保障。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電站房環(huán)境監控系統將在未來(lái)的智能電網(wǎng)建設中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。