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

一、系統(tǒng)總述

1. 背景需求

配電房是電力系統(tǒng)末端配電網(wǎng)中分配、傳輸電能的重要場所，是城市配電網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。配電房具有分布廣、數(shù)量多、管理復(fù)雜等特點(diǎn)，一直是配電網(wǎng)運(yùn)行管理工作中的薄弱環(huán)節(jié)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電能的需求量不斷增加，對電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性要求也越來越高。因此，配電房的智能化建設(shè)迫在眉睫。通過建設(shè)配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對配電房內(nèi)各種環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，提升配電房的運(yùn)行效率和安全性，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于**區(qū)內(nèi)，配電房面積約60平方米，配備有30多臺配電機(jī)柜、1臺直流屏柜、4臺風(fēng)機(jī)及1個水泵和集水坑。項(xiàng)目的主要監(jiān)控對象包括開關(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(shè)備。系統(tǒng)將變壓器、配電、環(huán)境、火災(zāi)消防、門禁等所有監(jiān)控量在監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)仍能正常運(yùn)行，特別配備了一臺5KVA的UPS電源，保證至少10小時的后備時間。

3. 設(shè)計(jì)依據(jù)

• 機(jī)房環(huán)境集中監(jiān)控用戶要求
• 《計(jì)算廣播機(jī)房環(huán)境安全要求》
• 《計(jì)算機(jī)站場地技術(shù)條件》（GB2887-89）
• 《工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ79-85）
• 《安全防范工程程序與要求》（GA/T75-94）
• 《智能建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50314-2000）
• 《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50054-95）
• 《中華人民共和國公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（GA 247-2000）

4. 設(shè)計(jì)原則

• 先進(jìn)性：系統(tǒng)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(yīng)未來科技發(fā)展的需求。
• 可靠性：選用成熟的技術(shù)和設(shè)備，確保系統(tǒng)的高可靠性和長壽命。
• 運(yùn)行管理方便：采用全中文B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，操作簡便直觀。
• 可擴(kuò)展性強(qiáng)：支持分布式系統(tǒng)架構(gòu)，易于添加新的監(jiān)控設(shè)備而不影響現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行。
• 接口豐富：提供多種智能設(shè)備監(jiān)控接口，支持第三方軟件的兼容性。
• 施工簡化：采用標(biāo)準(zhǔn)化的通訊接口和網(wǎng)絡(luò)連接方案，簡化現(xiàn)場施工過程。
• 技術(shù)支持能力強(qiáng)：選擇技術(shù)實(shí)力雄厚的服務(wù)提供商，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。
• 建設(shè)時間短：能夠在較短時間內(nèi)完成系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。

5. 系統(tǒng)性能

• 先進(jìn)性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)選型具有前瞻性，能夠適應(yīng)未來的科技進(jìn)步。
• 可靠性：設(shè)備具有優(yōu)秀的電磁兼容性和電氣隔離特性，確保系統(tǒng)的安全性和抗干擾能力。
• 穩(wěn)定性：系統(tǒng)支持多種第三方智能設(shè)備的接口協(xié)議，確保長期穩(wěn)定運(yùn)行。
• 實(shí)時性：能夠?qū)崟r傳輸和保存圖像及數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的查詢與分析。
• 實(shí)用性：系統(tǒng)性價比高，施工簡便，易于維護(hù)和使用，運(yùn)行成本低。
• 擴(kuò)展性：采用分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持系統(tǒng)未來的擴(kuò)展需求。
• 兼容性：能夠適應(yīng)不同的操作平臺和語言環(huán)境，與不同供應(yīng)商的產(chǎn)品兼容。
• 靈活性：系統(tǒng)構(gòu)成簡單，功能配置靈活，利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源滿足不同業(yè)務(wù)部門的需求。
• 維護(hù)性：支持在線診斷和檢測，快速定位并處理系統(tǒng)故障。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)概述

智慧站房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)基于有線或無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)變壓器、配電設(shè)備、環(huán)境條件、門禁控制、防盜報警、暖通空調(diào)、照明等要素的全面監(jiān)控，并將這些信息遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控中心。系統(tǒng)采用分層、分區(qū)的分布式結(jié)構(gòu)，主要包括站端控制主機(jī)和軟件系統(tǒng)兩大部分。監(jiān)控系統(tǒng)將所有監(jiān)控數(shù)據(jù)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(shè)備也能獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)正常的刷卡開門、聯(lián)動報警、設(shè)備控制及數(shù)據(jù)記錄等功能。

2. 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧站房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)包括三個層次：主站層（管理層）、通訊間隔層（傳輸層）和遠(yuǎn)端設(shè)備層（執(zhí)行層）。這種分層設(shè)計(jì)不僅符合當(dāng)前通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還能確保每層都能獨(dú)立完成監(jiān)控任務(wù)，即便在上下層間出現(xiàn)通信故障時也不受影響。

• 主站層：作為在線監(jiān)控系統(tǒng)的指揮中樞，主要由安裝有站端監(jiān)控軟件的主機(jī)和服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、分析、管理和決策執(zhí)行。
• 通訊間隔層：負(fù)責(zé)站端設(shè)備與主站之間的數(shù)據(jù)交換，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。本項(xiàng)目中采用了4G網(wǎng)絡(luò)和Internet協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)端控制中心與監(jiān)測設(shè)備間的通信則通過RS485總線實(shí)現(xiàn)。
• 遠(yuǎn)端設(shè)備層：包含各種監(jiān)控設(shè)備，如溫濕度傳感器、視頻監(jiān)控攝像頭等，負(fù)責(zé)采集站房內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，并向通訊層發(fā)送數(shù)據(jù)或接收來自主站的控制指令。

3. 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

• 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)：在配電房的入口處及設(shè)備機(jī)柜通道前后設(shè)置監(jiān)控攝像頭，共6個，能夠采集、存儲、發(fā)布視頻圖像，監(jiān)控系統(tǒng)能夠動態(tài)查詢到實(shí)時視頻圖像。
• 直流配電屏監(jiān)測：對配電房內(nèi)直流配電屏的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦發(fā)生故障及報警通過監(jiān)控平臺發(fā)出對外報警。通過直流/交流配電屏設(shè)備提供的RS485（或RS232）智能接口及通訊協(xié)議，采用總線的方式將直流/交流配電屏的監(jiān)控信號直接接入監(jiān)控主機(jī)的串口，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行直流/交流配電屏的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)可對監(jiān)測到的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定越限閥值，一旦發(fā)生越限報警，系統(tǒng)將發(fā)出報警，同時產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲并有相應(yīng)的處理提示，第一時間發(fā)出電話撥號、手機(jī)短信、E-Mail等對外報警。
• 風(fēng)機(jī)監(jiān)控：對機(jī)房內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時可對風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的開關(guān)機(jī)控制。由于風(fēng)機(jī)不具有智能接口，通過單相導(dǎo)軌電表（帶控制）或中間繼電器來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的開關(guān)機(jī)電源控制，單相導(dǎo)軌電表（帶控制）模塊通過RS485智能接口及通訊協(xié)議采用總線的方式將信號接入監(jiān)控主機(jī)的串口，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行風(fēng)機(jī)開關(guān)機(jī)控制和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)支持定時開關(guān)機(jī)設(shè)置，使風(fēng)機(jī)自動工作不需人為干預(yù)，延長設(shè)備使用壽命，達(dá)到節(jié)能降耗、無人值守的目標(biāo)。
• 燈光照明控制：對站房內(nèi)燈光照明回路進(jìn)行遠(yuǎn)程的開關(guān)燈控制。通過單相導(dǎo)軌電表（帶控制）或中間繼電器來控制燈光照明回路220V電源的通斷電，從而實(shí)現(xiàn)燈光照明的開關(guān)燈控制，并通過相導(dǎo)軌電表（帶控制）模塊通過RS485智能接口及通訊協(xié)議采用總線的方式將信號接入監(jiān)控主機(jī)的串口，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行燈光照明的開關(guān)燈控制。系統(tǒng)支持定時開關(guān)燈設(shè)置，使燈光照明自動工作不需人為干預(yù)，延長設(shè)備使用壽命，達(dá)到節(jié)能降耗、無人值守的目標(biāo)。
• 水位監(jiān)測：通過設(shè)置水位檢測傳感器來監(jiān)測水位情況。水位傳感器的RS485接口與監(jiān)控主機(jī)的RS485接口連接，由監(jiān)控主機(jī)對實(shí)時監(jiān)測采集的現(xiàn)場信號進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時分析處理及數(shù)據(jù)存儲。系統(tǒng)可對監(jiān)測到的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定上下限閥值，一旦參數(shù)發(fā)生超限報警，在相應(yīng)位置發(fā)生報警的參數(shù)會變紅色顯示，同時產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲并有相應(yīng)的處理提示，系統(tǒng)一旦監(jiān)測到有報警或參數(shù)越限，第一時間發(fā)出電話撥號、手機(jī)短信、E-Mail等對外報警。
• 煙感監(jiān)測：在配電柜前后側(cè)及變壓器上端共設(shè)置3個煙感探測器，進(jìn)行實(shí)時火警監(jiān)測，一旦發(fā)生報警通過監(jiān)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(jiān)控主機(jī)的DI口，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行消防的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲及有相應(yīng)的處理提示，第一時間發(fā)出電話撥號、手機(jī)短信、E-Mail等對外報警。
• 溫濕度監(jiān)測：在站房的各個重要部位安裝溫濕度傳感器，對環(huán)境溫濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過溫濕度傳感器的RS485智能接口和通訊協(xié)議采用總線的方式將信號接入監(jiān)控主機(jī)的串口，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行溫濕度的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)可對溫度和濕度參數(shù)設(shè)定越限閥值，一旦溫濕度發(fā)生越限報警，系統(tǒng)將發(fā)出報警，同時產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄存儲并有相應(yīng)的處理提示，第一時間發(fā)出電話撥號、手機(jī)短信、E-Mail等對外報警。系統(tǒng)支持與空調(diào)等其他子系統(tǒng)的聯(lián)動控制，如當(dāng)溫度過高時自動聯(lián)動啟動空調(diào)進(jìn)行制冷。
• 門禁監(jiān)控：對站房門進(jìn)行門禁管理，采用進(jìn)門刷卡（刷卡方式可選IC卡、指紋、密碼）、出門按按鈕的進(jìn)出驗(yàn)證方式，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行機(jī)房出入的門禁管理。使用網(wǎng)絡(luò)門禁控制器，通過網(wǎng)絡(luò)門禁控制器設(shè)備提供的TCP/IP接口及通訊協(xié)議，采用網(wǎng)絡(luò)的方式將門禁信號接入監(jiān)控主機(jī)，由監(jiān)控平臺軟件進(jìn)行門禁的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)支持人員進(jìn)出記錄、權(quán)限管理、遠(yuǎn)程設(shè)置操作、集中發(fā)卡功能及與其他子系統(tǒng)的聯(lián)動功能，如發(fā)生火警時聯(lián)動門禁控制器自動打開各道門的電鎖以便逃生等。

三、系統(tǒng)特點(diǎn)

• 集中監(jiān)控：系統(tǒng)對站房內(nèi)各種動力設(shè)備、環(huán)境設(shè)備及系統(tǒng)狀態(tài)信息、報警信息等進(jìn)行完整集中監(jiān)控，并具備良好的擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域集中監(jiān)控管理。
• 來電自啟動功能：監(jiān)控主機(jī)采用低功耗ARM芯片和嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)置硬件看門狗，具有故障自動恢復(fù)功能，當(dāng)主機(jī)重新啟動后，整個監(jiān)控系統(tǒng)也隨著在運(yùn)行。
• WEB顯示功能：監(jiān)控主機(jī)內(nèi)置WEB服務(wù)器，支持B/S架構(gòu)，管理人員可直接通過瀏覽器和相應(yīng)權(quán)限實(shí)時查看站房內(nèi)所有動力環(huán)境監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以遠(yuǎn)程管理、調(diào)整相關(guān)設(shè)備的工作參數(shù)。
• 日志管理功能：整套機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對各種報警信息、系統(tǒng)事件、設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行詳細(xì)的記錄，能夠以報表形式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出、備份。
• 完善報警機(jī)制：監(jiān)控主機(jī)支持多種報警方式，包括現(xiàn)場聲光報警、電話撥號報警、手機(jī)短信報警、郵件報警等多種報警方式。
• 用戶權(quán)限功能：系統(tǒng)具有多級用戶管理，可設(shè)定用戶管理權(quán)限，來賓用戶只能對系統(tǒng)進(jìn)行瀏覽，普通用戶除了對系統(tǒng)具有瀏覽權(quán)，還可以對系統(tǒng)進(jìn)行部分的控制，管理人員可以配置、管理整個系統(tǒng)。
• 布防撤防功能：系統(tǒng)從人性化設(shè)計(jì)出發(fā)，可設(shè)置布防撤防功能，可臨時設(shè)置撤防多少時間來限制設(shè)備報警，方便靈活管理臨時性的工作安排。
• 短信遙測遙控功能：系統(tǒng)支持管理人員通過短信實(shí)時查詢當(dāng)前站房的運(yùn)行情況和監(jiān)控主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并可通過短信對傳感器進(jìn)行布防和撤防。
• 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能：站房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測站房環(huán)境參數(shù)，提供兩種監(jiān)測方式，TCP端口探測和PING探測方式。

四、總結(jié)

配電站房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通過集成多種先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對配電房內(nèi)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的全面、實(shí)時監(jiān)控。系統(tǒng)不僅提高了配電房的運(yùn)行效率和安全性，還大大降低了維護(hù)成本，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電站房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)將在未來的智能電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。