淺談基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道配電房智能監控管理系統設計

摘要：針對高速公路隧道配電房管理現狀，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設計了一套無(wú)人值守的配電房智能監控管理系統。該系統可實(shí)時(shí)監控配電房的運行狀態(tài)，遇到異常情況能及時(shí)向監控員發(fā)出報警,保證了隧道內交通的安全運行。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)人值守配電房；智能監控管理系統

0 引言

高速公路隧道配電房通常分布零散，相隔距離較遠，所處地理環(huán)境比較復雜，不利于人工對其進(jìn)行管理維護，而配電房?jì)炔吭O備都非常重要，是隧道機電系統的核心設備。因此，人們對配電房的運行環(huán)境、安防等管理提出了新的要求，需要對煙霧、溫濕度、供配電設施、門(mén)禁狀態(tài)、室內照明、通風(fēng)、人員入侵以及視頻信息等進(jìn)行集中監控管理和分析，以便人員及時(shí)準確地掌握設備運行信息，實(shí)現故障準確定位，為配電房的安全、可靠運行提供有力保障。為此，在現有的高速公路隧道配電房?jì)仍O置智能化監控系統，可以減輕監控員和外勤人員的勞動(dòng)強度，降低設備運行維護成本，保證隧道內交通的安全運行。

1 隧道配電房管理現狀

本文以某高速公路隧道管理所為例，該管理所管轄了3座隧道，一共有5座配電房，這些配電房已投入運行15年。當時(shí)配電房設計標準較低，沒(méi)有配置智能管理系統，無(wú)法實(shí)現對供配電設備的監控和配電房環(huán)境的監控，現有監控設施只能讓監控員通過(guò)安裝在配電房?jì)鹊臄z像機進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，通過(guò)控制軟件實(shí)現抽屜柜的開(kāi)合閘。每天外勤人員只進(jìn)行一次配電房巡檢，并沒(méi)有實(shí)現對配電房的實(shí)時(shí)監控。隧道配電房均設置在山區，植被茂盛，動(dòng)物較多，在天氣炎熱、潮濕、梅雨等環(huán)境中，設備運行在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下，嚴重威脅設備的安全運行，成為影響隧道正常運行的安全隱患。

2 物聯(lián)網(wǎng)結構及關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，包含了兩層意思：二，其用戶(hù)端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。

物聯(lián)網(wǎng)主要由3部分構成：感知互動(dòng)層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層和應用服務(wù)層。感知互動(dòng)層，主要由傳感系統、識別系統和相關(guān)外圍設備構成，具體包括各種配電房溫濕度傳感器、電力儀表、防盜傳感器、煙霧傳感器、攝像頭等設備，主要負責信息采集、信息轉換和信息收集。傳感器是觀(guān)察和測量的裝置，類(lèi)似于人類(lèi)的感官系統，傳感器技術(shù)涉及學(xué)科眾多,包括光學(xué)、聲學(xué)、半導體技術(shù)、測量技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)等。

網(wǎng)絡(luò )傳輸層,包含移動(dòng)數據、藍牙、光纖和電纜等,主要負責信息的提取和傳輸，是連接應用層和感知層的數據通道。其關(guān)鍵技術(shù)包括無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、Web技術(shù)、數據管理技術(shù)、ZigBee技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現多種不同設備的網(wǎng)絡(luò )接入，感知層中的感知設備與網(wǎng)絡(luò )傳輸層的連接是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現的。應用服務(wù)層,包含本地主機和控制器、物聯(lián)網(wǎng)中間件和物聯(lián)網(wǎng)應用平臺。

應用層主要是基于計算機和軟件技術(shù)進(jìn)行各種數據處理。作為海量數據的存儲和分析平臺的云計算技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)應用層的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)中間件可以將計算機管理、設備控制和定位進(jìn)行統一封裝,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的服務(wù)系統相連，對互聯(lián)網(wǎng)傳送來(lái)的數據進(jìn)行處理、過(guò)濾、整合后,提供給所需的后端應用系統。

3 隧道配電房智能監控管理系統設計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),本文提出了隧道配電房智能監控管理系統的集成技術(shù)解決方案。本文以某配電房為例,通過(guò)在配電房?jì)仍O置環(huán)境監控系統,檢測漏水、煙霧、溫濕度、人員入侵等信息，設置供配電設備的數據實(shí)時(shí)監控系統,監控各個(gè)設備運行狀態(tài)，并上傳至中控室,實(shí)現對設備的集中監控、統計分析，能夠實(shí)現及時(shí)記錄、查詢(xún)和自動(dòng)報警等功能,讓監控員和外勤人員及時(shí)接收到告警信息,以便及時(shí)處理異常事故。

隧道配電房智能監控管理系統由智能設備、傳輸線(xiàn)路和集成監控主機組成。配電房?jì)人性O備通過(guò)以太網(wǎng)、串口服務(wù)器接入到網(wǎng)絡(luò )內;集成監控主機直接接入監控以太網(wǎng),與中控室網(wǎng)絡(luò )相連,從而實(shí)現數據交互,系統構架如圖1所示。該系統采用集中管理、分散控制的方式，不但滿(mǎn)足了對分散監控點(diǎn)集中統一管理的需要,更滿(mǎn)足了數據安全等方面的要求。

4 配電房智能監控管理系統的硬件設計

配電房需安裝的采集設備有煙霧傳感器、溫濕度傳感器漏水傳感器、紅外防盜傳感器、集成監控主機、三層交換機等。

(1)集成監控主機帶有串口通信、AI/DI、以太網(wǎng)接口，可以對配電房運行環(huán)境進(jìn)行數據采集和控制,現場(chǎng)通過(guò)以太網(wǎng)接口接入到監控環(huán)網(wǎng)，將數據傳輸至隧道管理所中控室的服務(wù)器進(jìn)行處理,現場(chǎng)采用機架式無(wú)風(fēng)扇工控機，保證系統安全可靠、維護方便。

(2)低壓配電柜監控設施,采用遠程電源管理控制器，不僅可以顯示每個(gè)抽屜柜、智能斷路器的電流、電壓、負載等，還能顯示雙電源工作狀態(tài)以及配電柜內的溫濕度、煙霧、門(mén)禁等信息。當門(mén)禁被打開(kāi)、煙霧產(chǎn)生時(shí)會(huì )觸發(fā)報警。遠程電源管理控制器與各個(gè)抽屜柜的儀表使用485接口連接，采用國際通用的SNMP、Modbus協(xié)議等通信，讀取儀表數據。遠程電源管理控制器使用以太網(wǎng)接口接入到監控環(huán)網(wǎng)，中控室服務(wù)器直接讀取配電柜的運行狀態(tài)和相關(guān)數據。

(3)溫濕度傳感器:配電房?jì)鹊碾娮釉O備對環(huán)境溫濕度有較高的要求，保障機房環(huán)境條件，對充分發(fā)揮系統性能，延長(cháng)設備使用壽命，確保數據安全性以及準確性具有重要意義。本文設計的智能監控管理系統內的溫濕度傳感器將檢測到的數據傳輸給集成監控主機，道過(guò)監控主機發(fā)送給中控室的服務(wù)器，就可以在監挖室監控電腦上進(jìn)行直觀(guān)顯示。一旦溫濕度超過(guò)臨界值,系統會(huì )提醒監控人員并自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇,記錄下相關(guān)數據，監控員可以根據各季節的溫濕度狀況進(jìn)行調整，防止溫濕度變化對設備造成不必要的損害。

(4)煙霧探測器:由光電煙感發(fā)出的報警信號(開(kāi)關(guān)量信號),傳送至監控主機,實(shí)時(shí)監測現場(chǎng)是否發(fā)生火災，如果遇到火災，系統自動(dòng)在中控室監控電腦上發(fā)出告警,提醒監控員。

(5)漏水檢測器:配電房?jì)葟婋?、弱電光纜、信號線(xiàn)縱橫交錯，配電房一旦漏水，后果不堪設想。配電房漏水不容易被發(fā)現，需要對配電房?jì)鹊穆┧疇顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。本系統采用漏水檢測器，通過(guò)檢測電阻，實(shí)現開(kāi)關(guān)量輸出，采用直流12V共電，應用簡(jiǎn)單可靠。

(6)紅外探測器:隧道配電房是無(wú)人值守的配電房，為了防止非法入侵，在配電房?jì)劝惭b紅外探測器，誤報率低，性?xún)r(jià)比高。如果發(fā)生入侵事件,報警器通過(guò)輸出模塊，將開(kāi)關(guān)量信號抄送給控制主機。該探測器采用直流12V供電，吸頂安裝可360度“探測，探測直徑達8m，功耗小于1W。

(7)監控攝像機:系統采用帶有移動(dòng)報警功能的網(wǎng)絡(luò )攝像機，像素高，采用POE供電，實(shí)現對配電房的實(shí)時(shí)監控。

現場(chǎng)采集設備對配電房?jì)鹊臏貪穸?、門(mén)禁狀態(tài)、漏水狀態(tài)、炯霧、電力數據等進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并將采集的信息通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳送給中控室的監控服務(wù)器，并直觀(guān)顯示在監控電腦上。

5 配電房智能監控管理系統的軟件設計

配電房智能監控管理系統軟件對監控服務(wù)器采集到的現場(chǎng)數據進(jìn)行集中處理、記錄、統計等,將數據統計結果形象地顯示在界面上,使監控員和外勤人員能夠直觀(guān)、輕松地掌握整個(gè)配電房的運行狀態(tài)。此外,該系統還具備權限管理、報警管理、日志管理、報表輸出等功能,配電房監控軟件實(shí)現與視頻監控系統和隧道控制系統的數據交互。

該系統軟件需要支持TCP/IP、Modbus、SNMP等眾多協(xié)議,支持二次開(kāi)發(fā),具有以下功能:

(1)采用電子地圖模式,直觀(guān)顯示隧道配電房的位置和各個(gè)配電柜、抽屜柜的位置,通過(guò)全局地圖了解配電房是否有報警信息,在地圖中選中一個(gè)配電房后進(jìn)入該配電房進(jìn)行整體巡查,包括巡查溫濕度等信息,在布置圖上選中一個(gè)配電柜可以查看該配電柜的電壓、電流等信息。

(2)通過(guò)查看系統日志和報表，了解各個(gè)設備運行狀態(tài)并生成報表。

(3)在監控系統軟件上,可以隨意選擇聯(lián)動(dòng)的設備。比如，當檢測到配電房溫度達到設定值時(shí),打開(kāi)排風(fēng)扇,對配電房進(jìn)行降溫，以保護設備。當煙霧傳感器檢測到有火災煙霧時(shí)，立即自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇并自動(dòng)切斷智能斷路器、切斷電源等。這些功能使“無(wú)人值守"配電房的實(shí)現成為可能。

6 安科瑞配電室環(huán)境監控系統

6.1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）。

6.2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。

6.3系統結構

6.4系統功能

6.4.1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。

6.4.2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。

6.4.3曲線(xiàn)查詢(xún)

可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

6.4.4運行報表

查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表。

6.4.5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。

6.4.6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。 

6.4.7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。

6.4.8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。

6.4.9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。

6.5系統硬件配置

7 結語(yǔ)

本文設計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道配電房智能監控管理系統,實(shí)現了隧道配電房集中監控、準確故障定位、及時(shí)報警的管理模式，提高了對隧道配電房的監控能力以及對數據自動(dòng)化處理和分析的水平,為高速公路信息化應用和綜合管理系統應用提供了強有力的運維保障,延長(cháng)了設備的使用壽命。

參考文獻

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作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無(wú)線(xiàn)測溫系統的研發(fā)與應用。