淺談基于物聯(lián)網技術的隧道配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)設計

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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

關鍵詞：物聯(lián)網；無人值守配電房；智能監(jiān)控管理系統(tǒng)

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，不利于人工對其進行管理維護，而配電房內部設備都非常重要，是隧道機電系統(tǒng)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、門禁狀態(tài)、室內照明、通風、人員入侵以及視頻信息等進行集中監(jiān)控管理和分析，以便人員及時準確地掌握設備運行信息，實現(xiàn)故障精確定位，為配電房的安全、可靠運行提供有力保障。為此，在現(xiàn)有的高速公路隧道配電房內設置智能化監(jiān)控系統(tǒng)，可以減輕監(jiān)控員和外勤人員的勞動強度，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(xiàn)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。當時配電房設計標準較低，沒有配置智能管理系統(tǒng)，無法實現(xiàn)對供配電設備的監(jiān)控和配電房環(huán)境的監(jiān)控，現(xiàn)有監(jiān)控設施只能讓監(jiān)控員通過安裝在配電房內的攝像機進行實時監(jiān)控，通過控制軟件實現(xiàn)抽屜柜的開合閘。每天外勤人員只進行一次配電房巡檢，并沒有實現(xiàn)對配電房的實時監(jiān)控。隧道配電房均設置在山區(qū)，植被茂盛，動物較多，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)網結構及關鍵技術

物聯(lián)網是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網就是物物相連的互聯(lián)網，包含了兩層意思：第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。

物聯(lián)網主要由3部分構成：感知互動層、網絡傳輸層和應用服務層。感知互動層，主要由傳感系統(tǒng)、識別系統(tǒng)和相關外圍設備構成，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。傳感器是觀察和測量的裝置，類似于人類的感官系統(tǒng)，傳感器技術涉及學科眾多,包括光學、聲學、半導體技術、測量技術、信息技術、微電子技術等。

網絡傳輸層,包含移動數(shù)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(shù)據通道。其關鍵技術包括無線通信技術、Web技術、數(shù)據管理技術、ZigBee技術等。物聯(lián)網網關可以實現(xiàn)多種不同設備的網絡接入，感知層中的感知設備與網絡傳輸層的連接是通過物聯(lián)網網關實現(xiàn)的。應用服務層,包含本地主機和控制器、物聯(lián)網中間件和物聯(lián)網應用平臺。

應用層主要是基于計算機和軟件技術進行各種數(shù)據處理。作為海量數(shù)據的存儲和分析平臺的云計算技術是物聯(lián)網應用層的重要組成部分。物聯(lián)網中間件可以將計算機管理、設備控制和定位進行統(tǒng)一封裝,將物聯(lián)網技術與各個行業(yè)的服務系統(tǒng)相連，對互聯(lián)網傳送來的數(shù)據進行處理、過濾、整合后,提供給所需的后端應用系統(tǒng)。

3 隧道配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)設計

基于物聯(lián)網技術,本文提出了隧道配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的集成技術解決方案。本文以某配電房為例,通過在配電房內設置環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),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(shù)據實時監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控各個設備運行狀態(tài)，并上傳至中控室,實現(xiàn)對設備的集中監(jiān)控、統(tǒng)計分析，能夠實現(xiàn)及時記錄、查詢和自動報警等功能,讓監(jiān)控員和外勤人員及時接收到告警信息,以便及時處理異常事故。

隧道配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)由智能設備、傳輸線路和集成監(jiān)控主機組成。配電房內所有設備通過以太網、串口服務器接入到網絡內;集成監(jiān)控主機直接接入監(jiān)控以太網,與中控室網絡相連,從而實現(xiàn)數(shù)據交互,系統(tǒng)構架如圖1所示。該系統(tǒng)采用集中管理、分散控制的方式，不但滿足了對分散監(jiān)控點集中統(tǒng)一管理的需要,更滿足了數(shù)據安全等方面的要求。

4 配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)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(jiān)控主機、三層交換機等。

(1)集成監(jiān)控主機帶有串口通信、AI/DI、以太網接口，可以對配電房運行環(huán)境進行數(shù)據采集和控制,現(xiàn)場通過以太網接口接入到監(jiān)控環(huán)網，將數(shù)據傳輸至隧道管理所中控室的服務器進行處理,現(xiàn)場采用機架式無風扇工控機，保證系統(tǒng)安全可靠、維護方便。

(2)低壓配電柜監(jiān)控設施,采用遠程電源管理控制器，不僅可以顯示每個抽屜柜、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、門禁等信息。當門禁被打開、煙霧產生時會觸發(fā)報警。遠程電源管理控制器與各個抽屜柜的儀表使用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(shù)據。遠程電源管理控制器使用以太網接口接入到監(jiān)控環(huán)網，中控室服務器直接讀取配電柜的運行狀態(tài)和相關數(shù)據。

(3)溫濕度傳感器:配電房內的電子設備對環(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(tǒng)性能，延長設備使用壽命，確保數(shù)據安全性以及準確性具有重要意義。本文設計的智能監(jiān)控管理系統(tǒng)內的溫濕度傳感器將檢測到的數(shù)據傳輸給集成監(jiān)控主機，道過監(jiān)控主機發(fā)送給中控室的服務器，就可以在監(jiān)挖室監(jiān)控電腦上進行直觀顯示。一旦溫濕度超過臨界值,系統(tǒng)會提醒監(jiān)控人員并自動啟動風扇,記錄下相關數(shù)據，監(jiān)控員可以根據各季節(jié)的溫濕度狀況進行調整，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(開關量信號),傳送至監(jiān)控主機,實時監(jiān)測現(xiàn)場是否發(fā)生火災，如果遇到火災，系統(tǒng)自動在中控室監(jiān)控電腦上發(fā)出告警,提醒監(jiān)控員。

(5)漏水檢測器:配電房內強電、弱電光纜、信號線縱橫交錯，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(xiàn)，需要對配電房內的漏水狀態(tài)進行實時檢測。本系統(tǒng)采用漏水檢測器，通過檢測電阻，實現(xiàn)開關量輸出，采用直流12V共電，應用簡單可靠。

(6)紅外探測器:隧道配電房是無人值守的配電房，為了防止非法入侵，在配電房內安裝紅外探測器，誤報率低，性價比高。如果發(fā)生入侵事件,報警器通過輸出模塊，將開關量信號抄送給控制主機。該探測器采用直流12V供電，吸頂安裝可全方位360“探測，探測直徑達8m，功耗小于1W。

(7)監(jiān)控攝像機:系統(tǒng)采用帶有移動報警功能的網絡攝像機，像素高，采用POE供電，實現(xiàn)對配電房的實時監(jiān)控。

現(xiàn)場采集設備對配電房內的溫濕度、門禁狀態(tài)、漏水狀態(tài)、炯霧、電力數(shù)據等進行實時監(jiān)控，并將采集的信息通過局域網實時傳送給中控室的監(jiān)控服務器，并直觀顯示在監(jiān)控電腦上。

5 配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的軟件設計

配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件對監(jiān)控服務器采集到的現(xiàn)場數(shù)據進行集中處理、記錄、統(tǒng)計等,將數(shù)據統(tǒng)計結果形象地顯示在界面上,使監(jiān)控員和外勤人員能夠直觀、輕松地掌握整個配電房的運行狀態(tài)。此外,該系統(tǒng)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(jiān)控軟件實現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)和隧道控制系統(tǒng)的數(shù)據交互。

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

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

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

(3)在監(jiān)控系統(tǒng)軟件上,可以隨意選擇聯(lián)動的設備。比如，當檢測到配電房溫度達到設定值時,打開排風扇,對配電房進行降溫，以保護設備。當煙霧傳感器檢測到有火災煙霧時，立即自動啟動排風扇并自動切斷智能斷路器、切斷電源等。這些功能使“無人值守”配電房的實現(xiàn)成為可能。

6安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

6.2應用場所

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

6.3系統(tǒng)結構

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

6.4.2數(shù)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(shù)據。

6.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

6.4.4運行報表

查詢配電室內設備的運行數(shù)據報表。

6.4.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)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

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(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.7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。

6.4.8網絡拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構。

6.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

6.5系統(tǒng)硬件配置

名稱	型號	圖片	功能
系統(tǒng)	ACREL-2000E		Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)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(xiàn)配電動力環(huán)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(shù)據采集、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、報警事件記錄查詢，可以根據采集到的設備數(shù)據或狀態(tài)聯(lián)動啟動風機、聲光報警器、空調、水泵等設備。
Acrel-2000E/B		參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)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(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)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(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)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(huán)境監(jiān)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(jiān)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(huán)境監(jiān)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(jiān)控
ARTU-KJ8		8路開關量輸入,8路繼電器輸出

7 結語

本文設計的基于物聯(lián)網技術的隧道配電房智能監(jiān)控管理系統(tǒng),實現(xiàn)了隧道配電房集中監(jiān)控、精確故障定位、及時報警的管理模式，提高了對隧道配電房的監(jiān)控能力以及對數(shù)據自動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(tǒng)應用提供了強有力的運維保障,延長了設備的使用壽命。

參考文獻

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審核編輯 黃宇