安科瑞簡析基于GSM的配電室環境監測系統的設計與產品選型
發布時間：2023-07-17瀏覽次數：814返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：利用GSM無線通信網絡覆蓋廣泛、使用可靠等優點，本文研究了采用短信消息(SMS)對配電室濕度、漏水及煙氣等指標的異常進行報警的智能監控系統。該系統能及時通過SMS技術將異常現象傳到中控室的計算機及值班人員上，并能作出顯示異常發生地點、時間及語音提示等動作，從而實現無人監控。相比傳統監控方式，該系統具有成本低、可擴展性好的優點，具有良好的應用前景。
關鍵詞：GSM短信消息SMS配電
1系統總體設計
如圖1所示為配電室環境傳感器布局圖。該配電室分布了濕度傳感器、漏水傳感器、煙氣傳感器和溫度傳
圖1配電室環境傳感器布局圖
感器，主要是考慮到影響配電室正常工作的主要因素有：(1)濕度，冬天暖氣跑水產生大量的水蒸氣，會使配電柜內部器件出現短路問題。(2)漏水，房頂漏水從配電柜頂部流入到配電柜里，使配電柜內部器件短路損壞。(3)煙氣，配電柜內電路設備可能會因老化問題出現短路甚至火災問題，該現象可能會伴有火花、氣體等現象發生。
本監控系統主要由環境傳感器(濕度傳感器、漏水傳感器、煙霧傳感器及溫度傳感器)、總線控制器監控分站、SMS報警模塊及中控計算機組成。如圖2所示。系統主要實現如下功能有：
(1)實時監測配電室濕度、漏水、煙氣、溫度等環境指標。
(2)當出現異常狀態時，能及時將信息發送給中控計算機及號碼。
(3)進行語音報警。
圖2監控系統原理圖
2軟硬件設計
2.1硬件設計
濕度監測主要是為監測冬天暖氣跑出水蒸氣引起配電柜內部電路短路的問題。濕度情況采集系統選用Honeywell公司的HH3610相對濕度濕度傳感器，該傳感器是線性的頻率輸出濕度檢測模塊，且可以實現一總線通信，使用十分便捷。
漏水檢測主要是針對房頂是否存在漏水從配電柜頂部流入配電柜的問題，可采用漏水繩作為采集傳感器，在實際檢測中設定一個*低報警值，用戶可以根據實際情況自行設定。
煙氣傳感器是火災報警監控系統中的傳感器，也是火災發生的重要信息。系統選用DS250TH傳感器，該傳感器采用紅外光電衰減式監測原理且為差分輸出信號，能有效消除外界雜散光的干擾。
溫度傳感器主要要實現配電室現場的溫度與溫度變化速率的采集。該系統選用了DALLAS公司的數字式集成溫度傳感器DS18B20，該芯片具有硬件結構簡單，無需外接電路即可實現據準確可靠測量。
監控分站由MCUat89c52控制模塊[3]、GSM通信模塊及RS-232接口電路及手動脫扣構成，利用串口轉換器，將串口轉換成RS-485電平與各個傳感器模塊進行通信，將濕度傳感器模塊、漏水傳感器模塊、氣體傳感器模塊、煙霧傳感器模塊和溫度傳感器模塊的信號進行處理，將采集來的數據與預定閥值對比判斷，若超過則通過SMS短信平臺將報信息傳送給中控計算機及監控人員中，同時可通過系統反饋信息控制脫扣電路切斷電路，從而保證現場安全。下圖4為脫扣控制電路框圖。
圖3脫扣控制電路
系統GSM通信模塊采用Siemens公司的新一代無線通信模塊TC35i[4]，該模塊可以提供穩定可靠的短消息服務(shortMessageService)。GSM模塊正常工作頻段為900MHz和1800MHz兩個頻段，對應頻段功耗分別為2W和1W。模塊有AT命令集接口，支持文本短消息。通過40引腳的ZIF連接器與外界連接，另有50Ω天線連接器連接天線。GSM通信模塊的組成框圖如圖4所示。
圖4GSM通信模塊組成框圖
中控計算機主要用于接收監控分站發送來的異常狀況，并根據事前對各個配電室分配的編號，能準確判斷出異常的來源地，然后將相關的信息進行報警顯示和語音提示，同時將該異常的發生時間地點等信息進行存儲。
2.2軟件設計
2.2.1軟件流程
監控分站上電自檢、初始化以后，程序首先開始采集濕度傳感器、漏水傳感器、煙氣傳感器及溫度傳感器數據，經過信號處理以后，將所獲取的參數與預設閥值進行比較判斷。如果能判斷出現異常狀況，則驅動GSM模塊向中控計算機和發出SMS信息，并等待中控計算機反饋，如獲得指示信息，則驅動脫扣控制電路切斷配電室電源；如果未獲得動作信息則繼續監控環境參數，并間隔預設時間發送SMS信息直到異常狀況消失或工作人員復位。
2.2.2SMS短信處理策略
當系統監測到異常狀況時，將自動根據預設定聯系信息，向和中控計算機發送相應SMS信息，以便及時解決異常狀況。
strMsgH.Format(_S(“當前濕度傳感器報警”),s);
}
elseif(l>l_max)
{bNormalL=FALSE;
strMsgL.Format(_S(“當前漏水傳感器報警”),s);
}
elseif(s>s_max)
{bNormalS=FALSE;
strMsgS.Format(_S(“當前煙霧傳感器報警”),s);
}
elseif(t>t_max)
{bNormalT=FALSE;
strMsgT.Format(_S(“當前溫度傳感器報警”),s);
}
if(CtestApp::Messagenum1==0)
{//調用sendSMS()函數發送報警信息
For(i=0,i<1000,i++);
Intret=sendSMS(CTestApp,CTestApp::ListNums,buf2);
CTestApp::Messagenum1++;}
3安科瑞配電室環境監控系統
3.1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、風機、水泵）、門禁監控子系統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。
3.2應用場所
適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。
3.3系統結構
3.4系統功能
3.4.1實時監測
能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。
3.4.2數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
3.4.3曲線查詢
可以直接查看各電參量曲線。
3.4.4運行報表
查詢配電室內設備的運行數據報表。
3.4.5實時告警
具有實時告警功能，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出告警。
3.4.6歷史事件查詢
能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。
3.4.7用戶權限管理
設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
3.4.8網絡拓撲圖
支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
3.4.9遙控功能
可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
3.5系統硬件配置
|
名稱 |
型號 |
圖片 |
功能 |
|
系統 |
ACREL-2000E |
|
Acrel-2000E配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環境的分布式遠程管理。 |
|
智能通信管理機 |
Anet-2E4SM |
|
通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
|
主機 |
Acrel-2000E/A |
|
數據采集、狀態監測、設備控制、報警事件記錄查詢，可以根據采集到的設備數據或狀態聯動啟動風機、聲光報警器、空調、水泵等設備。 |
|
Acrel-2000E/B |
|
參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態監測、設備控制、視頻監控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。 |
|
|
Acrel-2000E/M |
|
參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態監測、設備控制、視頻監控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。 |
|
|
Acrel-2000E/G |
|
參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態監測、設備控制、視頻監控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝 |
|
|
環境監測硬件 |
RS-WS-NO1-8 |
|
用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40。0℃～99。9℃工作濕度：0%RH～99%RH |
|
BRJ-307 |
|
光電式煙霧傳感;電源正極（DC12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 |
|
|
RS-SJ-N01R01-2 |
|
接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：-20℃~+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點 |
|
|
環境監測硬件 |
T35-II-5。6 |
|
風量4800，帶溫控器，帶消聲段，電機變頻 |
|
AT8002 |
|
常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 |
|
|
DS-2DC6120BY-A |
|
視頻監控 |
|
|
ARTU-KJ8 |
|
8路開關量輸入，8路繼電器輸出 |
4結語
經實際測試，該配電室環境監測系統達到預定的功能要求，能夠實時的監測并及時的發送報警信息，能夠可靠穩定地實現遠程智能監測，大大節省了配電室運營成本，為提高企業配電系統的管理水平起到積極作用。由于該系統采用嵌入式模塊化設計模式，具有可擴展性強，智能化程度高，因此非常具有實用意義。
參考文獻：
[1]孟飛,羅愛斌.多點溫濕度測量儀的設計改性粉煤灰吸附性能的研究[J].電子技術,2008(1):47-49.
[2]韓小斌,朱永文.數字式溫度傳感器DS18B20及其應用[J].電子技術,2002(1):47-48.
[3]余永權.ATMEL89系列Flash單片機原理及應用[J].電子工業出版社,1997,6(1):21-27.
[4]胡修林,李喜林,唐祖平.基于嵌入式多任務系統的串口通信[J].單片機與嵌入式系統應用,2006,2(1):
[5]賈雪正.淺談基于GSM的配電室環境監測系統的設計[J].
[6]企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
