淺談?dòng)糜谂潆娛业膬炔凯h(huán)境監控系統設計與產(chǎn)品選型

摘要：配電室是配電系統的重要組成部分，影響著(zhù)電力用戶(hù)的用電需求，需要保障其安全、可靠運行。針對配電室內部環(huán)境進(jìn)行了深入分析，設計了一種內部環(huán)境監控系統。通過(guò)該系統可以采集配電室內部的溫度、濕度、液位、SF6氣體和煙霧，根據采集來(lái)的數據及時(shí)對風(fēng)機、除濕機、空調、排水泵等輔助設備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制；此外系統采集得到的數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控中心供工作人員查詢(xún)和控制。通過(guò)實(shí)地測試發(fā)現，該系統可以為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

關(guān)鍵詞：配電室；內部環(huán)境；監控系統

0、引言

配電室是指帶有低壓負荷的室內配電場(chǎng)所，主要為低壓用戶(hù)配送電能，設有中壓進(jìn)線(xiàn)（可有少 量出線(xiàn)）、配電變壓器和低壓配電裝置。它是配電系統的重要組成部分，影響著(zhù)電力用戶(hù)的用電需求，因此保障它安全、可靠運行顯得十分重要。影響配電室安全、可靠運行的因素很多，比如配電室內部的溫度、濕度、浸水、氣體和煙霧等 ?？紤]到上述因素對配電室的影響，本文設計了一種內部環(huán)境監控系統，用于配電室日常管理，以盡可能降低內部環(huán)境異常對配電室工作的影響，為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

1、系統設計思路

傳統方式下配電室內部環(huán)境的監控多以人工方式進(jìn)行，存在漏檢、問(wèn)題發(fā)現不及時(shí)等現象，工作效率低，不能保障配電室內部環(huán)境處于良好狀況 。因此本文摒棄傳統方式，采用智能化系統進(jìn)行日常內部環(huán)境監控。通過(guò)分析配電室內部環(huán)境，本文設計的系統應該具備溫濕度監測、液位監測、SF6氣體監測、煙霧監測等功能。監測得到的數據匯總到一臺主機上面，主機根據設置的安全閾值進(jìn)行綜合分析，根據分析的結果及時(shí)對風(fēng)機、除濕機、空調、排水 泵等輔助設備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制；此外，監測得到的數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控中心供工作人員查詢(xún)和分析，工作人員可以遠程控制輔助設備。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

2、系統硬件設計

系統硬件主要由主機模塊、內部環(huán)境監測模塊、輔助設備控制模塊、電源模塊等組成。

2.1 主機模塊設計

主機模塊由CC2530*小化電路和GPRS通信電路組成。其中CC2530*小化電路采用TI公司 的CC2530芯片，配以相應的外圍電路，如圖 2 所示。CC2530*小化電路一方面把內部環(huán)境監測 模塊采集來(lái)的數據通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接收進(jìn)來(lái)并和安全閾值進(jìn)行比對分析，根據比對分析的結果再去控制輔助設備控制模塊；另一方面把內部環(huán)境數據通過(guò)GPRS通信電路中的USR-GM3，如圖3所示發(fā)送到監控中心服務(wù)器上，接收監控中心回傳的控制指令數據，再去控制輔助設備控制模塊。

2.2 內部環(huán)境監測模塊設計

內部環(huán)境監測模塊由CC2530*小化電路、485轉換電路和變送器電路組成。

圖2 CC2530*小化電路

圖3 GPRS通信電路

其中CC2530*小化電路用于加入到主機模塊創(chuàng )建的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中去，通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )把變送器采集來(lái)的數據傳輸到主機模塊。變送器電路用于采集內部環(huán)境相關(guān)數據，有溫濕度變送器、液位變送器、SF6氣體變送器、煙霧變送器。這些變送器都是RS485型的，4芯輸出，每一芯的顏色和對應的接線(xiàn)如圖 4 所示。485轉換電路用于變送器和 CC2530之間進(jìn)行串口通訊，如圖5所示。

圖4 變送器電路

圖5 485轉換電路

2.3 輔助設備控制模塊設計

輔助設備控制模塊由CC2530*小化電路、空調控制電路、風(fēng)機控制電路、除濕機控制電路和排 水泵控制電路組成。其中CC2530*小化電路用于加入到主機模塊創(chuàng )建的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中去，通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接收主機模塊發(fā)送的控制指令數據?？照{控制電路用于控制空調工作和停止，它由學(xué)習空調遙控器指令的紅外接收電路和控制空調工作的紅外發(fā)送電路組成。風(fēng)機控制電路、除濕機控制電路和排水泵控制電路用于控制相應設備（風(fēng)機、除濕機和排水泵）的工作和停止，它們由驅動(dòng)固態(tài)繼電器電路、固態(tài)繼電器、交流接觸器和相應設備組成。

2.4 電源模塊設計

電源模塊用于輸出電能為主機模塊、內部環(huán)境監測模塊、輔助設備控制模塊提供電能。提供的電源有+3.3VDC、+3.6VDC、+5VDC、+12VDC和220VAC。其中直流穩壓電源由橋式整流 電路、濾波電路和穩壓電路組成。

3、系統軟件設計

為了實(shí)現模塊之間順利通信，需要在前面硬件設計的基礎上進(jìn)行軟件設計。

3.1 主機模塊軟件設計

主機模塊開(kāi)始工作后，需要進(jìn)行初始化，然后建立ZigBee 網(wǎng)絡(luò )并為自己確定一個(gè)網(wǎng)絡(luò )ID，接著(zhù)廣播自己的網(wǎng)絡(luò )ID和信道，等待內部環(huán)境監測模塊、輔助設備控制模塊的入網(wǎng)請求，并根據收到的入網(wǎng)請求做出應答。當主機模塊同意了它們的入網(wǎng)請求后，會(huì )自動(dòng)為它們分配網(wǎng)絡(luò )短地址。成功組網(wǎng)后，主機模塊接收內部環(huán)境監測模 塊發(fā)送來(lái)的數據信息，并和安全閾值進(jìn)行比對，根據比對的結果發(fā)送控制指令數據給輔助設備控制模塊；除此之外主機模塊還通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )將數據上傳到監控中心服務(wù)器，接收監控中心的控制指令數據并發(fā)送到輔助設備控制模塊進(jìn)行控制。其流程如圖6所示。

圖6 主機模塊的軟件流程

3.2 內部環(huán)境監測模塊軟件設計

內部環(huán)境監測模塊開(kāi)始工作后，需要進(jìn)行初始化，自動(dòng)掃描信道并向主機模塊發(fā)送入網(wǎng)申請， 直至成功加入主機模塊創(chuàng )建的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為止。成功加入ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )后，內部環(huán)境監測模塊按照事先設置好的時(shí)間周期把變送器采集來(lái)的數據發(fā)送給主機模塊，直至發(fā)送數據成功為止，其他時(shí)間段處于休眠狀態(tài)。其流程如圖7所示

圖7 內部環(huán)境監測模塊的軟件流程

3.3 輔助設備控制模塊軟件設計

輔助設備控制模塊軟件設計和內部環(huán)境監測模塊軟件設計很相似，不同之處在于成功加入主機模塊創(chuàng )建的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )后，輔助設備控制模塊只接收主機模塊發(fā)送的控制指令數據，根據指令數據再去控制具體的輔助設備工作或者停止。其流程如圖8所示。

3.4 監控中心相關(guān)界面軟件設計

監控中心相關(guān)的界面有登錄界面和管理界面。其中登錄界面需要工作人員輸入正確的賬號 和密碼，點(diǎn)擊確定才能進(jìn)入到管理界面；管理界面一方面可以查詢(xún)到配電室內部的溫濕度、液位、SF6氣體和煙霧的相關(guān)數據，另一方面工作人員可以根據需要控制空調、風(fēng)機、除濕機和排水泵工作或者停止。

圖8 輔助設備控制模塊的軟件流程

打開(kāi)監控中心登錄界面，登錄界面如圖 9 所示，輸入賬號和密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕進(jìn)入管理界面，管理界面如圖10 所示。從圖10中可以看到當前溫度是25.79℃，濕度是57.65%RH，SF6 氣體、煙霧和液位為 0，相關(guān)輔助設備不需要控制、處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖9 監控中心登錄頁(yè)面

圖10 監控中心管理頁(yè)面

4、安科瑞配電室環(huán)境監控系統

4.1概述

配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環(huán)境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風(fēng)機、水泵）、門(mén)禁監控子系統（讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。

4.2應用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實(shí)時(shí)監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測配電室環(huán)境參數信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.4.2數據查詢(xún)

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設備的運行數據。

4.4.3曲線(xiàn)查詢(xún)

可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

4.4.4運行報表

查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表。

4.4.5實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.4.6歷史事件查詢(xún)

能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析。

4.4.7用戶(hù)權限管理

設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

4.4.8網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

4.4.9遙控功能

可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

4.5系統硬件配置

5、結論

本文設計的系統緊貼配電室內部環(huán)境實(shí)際，從硬件和軟件2個(gè)方面著(zhù)手進(jìn)行設計。經(jīng)過(guò)實(shí)地測試發(fā)現，系統能較好地為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

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