基于視頻監控統一平臺的變電站室內溫度監控功能

朱 健，侯林海

（1.揚州供電公司，江蘇揚州 210000；2.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京 211102）

隨著越來越多的變電站實現無人值守，使得運行人員對變電站室內環境溫度缺少實時的了解，人員手動啟動空調的時機隨意性比較大，空調啟動早了，浪費大量能源，空調啟動晚了室內環境溫度過高將不利于室內設備運行。如果設備長時間運行在超高溫狀態下，容易發生的事故，且加速設備的老化，縮短設備的使用壽命。因此，為了保證變電站室內設備的安全穩定運行，必須確保室內溫度處在正常范圍內。以前變電站室內的空調必須運行人員到現場啟/停，這項工作簡單卻很重要，為了使有限的人員精力投入到更重要的生產過程中，使他們從這項簡單而煩瑣的工作中脫離，有必要開發一個環境溫度監測控制器，利用視頻監控統一平臺軟硬件資源，構建一套環境溫度在線監測及控制系統。主要介紹基于統一平臺的變電站室內溫度監控的技術手段和實現的功能，為其他變電站進行環境溫度控制改造提供參考。

1 研究思路

研制環境溫度監測與控制設備(簡稱溫度監控器)，通過溫度監控器遠程監視環境溫度，同時通過溫度監控器遠程控制現場空調設備，實現對空調的啟/停、運行模式、設定溫度等操作，最終使得環境達到一個適宜的溫度。

溫度監控器接入變電站視頻監控系統(RVU)，監控中心通過現有的視頻監控統一平臺軟件實現遠程監控重要場所的環境溫度，同時遠程手動或者自動控制現場空調設備。溫度監控器的控制方式遵循《電力遠程視頻監控技術規范》。

變電站室所使用的空調品牌和型號上有所區別，甚至在同一所變電站內的空調也有所差異。造成同功能的指令各不相同，如果將不同廠家及不同型號的所有控制指令通過后臺軟件寫入到數據庫顯然繁瑣，而且不利于日后便捷管理，因此本系統控制設備具有紅外指令學習，可學習不同廠家的紅外指令，環境溫度監控器通過紅外接口實現對空調遙控器的指令學習，學習完成后可以模擬空調遙控器完成所有功能。環境溫度監控器通過串口并提供開放的協議實現與變電站江蘇省電力公司視頻監控統一平臺的互聯。

2 系統設計

2.1 系統結構

采用集中控制空調的方式。集中控制空調的方法是首先對各空調的紅外遙控信號進行識別并存儲（自學習），然后在需要時進行還原。圖1中由站端主控制器發送設備號及控制命令號至紅外遙控信號自學習及還原電路，再由自學習及還原電路恢復對應的紅外遙控信號，并發射出去控制指定的紅外遙控空調動作。

圖1 集中控制紅外遙控空調示意

溫度監控器接通過串口接入變電站江蘇省電力公司視頻監控統一平臺(RVU)，監控中心通過視頻監控統一平臺軟件實現遠程監控重要場所的環境溫度，同時遠程控制現場空調設備。

溫度監控系統變電站前端主要由一個主控機（RVU/7188）監控和溫度監控器組成。主控機負責命令發送、數據接收與處理、訪問接口等操作。溫度監控器負責訪問命令接收、數據采集和發送、訪問接口等操作。同時編寫服務器端與客戶機端程序，實現主控機與溫度監控器的傳輸及其控制或監控等功能。

2.2 溫度監控器原理

通常，紅外遙控器是將遙控信號 （二進制脈沖碼）調制在38 kHz的載波上，經緩沖放大后送至紅外發光二極管，轉化為紅外信號發射出去的。二進制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼（脈沖寬度調制碼）和PPM碼（脈沖位置調制碼）。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0，如圖2所示。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0，見圖3。

圖2 PWM碼

圖3 PPM碼

遙控編碼脈沖信號（以PPM碼為例）通常由引導碼、系統碼、系統反碼、功能碼、功能反碼等信號組成，如圖4所示。引導碼也叫起始碼，由寬度為9 ms的高電平和寬度為4.5 ms的低電平組成（不同的遙控系統在高低電平的寬度上有一定區別），用來標志遙控編碼脈沖信號的開始。

系統碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統的種類，以區別其它遙控系統，防止各遙控系統的誤動作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應的控制功能，接收機中的微控制器可根據功能碼的數值去完成各種功能操作。系統反碼與功能反碼分別是系統碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產生差錯。

為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為38 kHz（周期為26.3 μs）的載波信號進行脈幅調制（PAM），再經緩沖放大后送到紅外發光管，將遙控信號發射出去。

圖4 遙控編碼脈沖信號的組成

2.3 硬件組成

根據遙控信號編碼和發射過程，遙控信號的識別——即解碼過程應是去除38 kHz載波信號后識別出二進制脈沖碼中的0和1。遙控信號識別、存儲、還原的硬件電路如圖5所示。由MCS-51系列單片機AT89C51、一體化紅外接收頭、存儲器、還原調制與紅外發光管驅動電路組成。

一體化紅外接收頭采用SIEMENS SFH 506-38，它負責紅外遙控信號的解調。將調制在38 kHz上的紅外脈沖信號解調并反向后再輸入到AT89C51的INT0（P3.2）引腳，由單片機進行高電平與低電平寬度的測量。

圖5 紅外遙控信號自學習及還原原理框圖

通常遙控信號的二進制脈沖碼長為32位，每位由一個高電平與一個低電平組成，應保存的信號寬度數據為64個，再加上引導碼2個數據，共計66個數據，每個數據用一個字節來表示，一個遙控信號命令就需要66個字節來保存。

考慮到不同的遙控系統有一定的區別，有些遙控信號命令長度較長，所以存儲空間應適當留有余量。目前溫度監控器可存儲50條指令。

遙控信號的還原和發射是通過P0口 （如圖中為P0.1）輸出二進制脈沖碼（高電平與低電平的維持時間為識別時保存的一組寬度數據）與38 kHz調制脈沖相與，即P0口輸出高電平允許38 kHz調制脈沖通過，P0口輸出低電平關斷38 kHz調制脈沖。調制后的信號經驅動后通過紅外發光管，發射紅外遙控信號去控制紅外遙控設備。圖中LED發光管用來指示紅外遙控信號，同時用來指示自學習中的各狀態。

溫度監控器同時通過串行口連接站端主控制器接收控制命令，站端主控制器通過電力MIS網絡與江蘇省電力公司視頻監控統一平臺服務器通信，從而實現了紅外遙控設備的遠程控制。

2.4 軟件設計

溫度監控器上電復位后，首先對其內部定時器、串行口進行初始化。當進入自學習狀態（P2口有一引腳輸入為低電平并維持1S以上）時，采用定時器定時、軟件計數的方法，測量INT0引腳上輸入脈沖的高、低電平的寬度。

INT0引腳平時為高電平，當接收到紅外遙控信號時，由于一體化紅外接收頭的反向作用，INT0引腳下跳至低電平，此為引導碼。

將測得的高低電平的寬度保存在存儲器中，并將每次測得的低電平的寬度與引導碼低電平寬度比較，若相等則表示一遙控命令碼識別、存儲（自學習）結束。再次監測P2口該引腳，若為低電平并維持1 s以上，則退出自學習狀態。否則，進一步自學習下一紅外遙控命令碼。

串行口中斷服務程序主要是根據接收到的設備號及命令號查表得到一組事先存儲的高、低電平寬度數據，然后在P0口還原出紅外遙控信號去控制紅外遙控設備按指定的命令動作，即紅外遙控信號的還原。

3 平臺軟件主要功能

3.1 溫濕度實時顯示

主機實時采樣溫濕度傳感器后，得到一個模擬信號，再把模擬信號經A/D轉換為數字信號，在視頻監控統一平臺軟件上顯示輸出，直觀、清晰。

3.2 溫度上、下限報警點設定

為了控制室內溫濕度，允許用戶任意設定溫濕度的上、下限，也就是溫濕度的報警點。有4個檔位供用戶設定：有溫度的上限和下限，有濕度的上限和下限。

3.3 溫度控制權限

對于空調控制在統一平臺軟件上劃分獨立的管理權限，僅授權用戶可以對變電站的空調進行控制。

3.4 溫度設定智能提醒

當用戶對空調模式、溫度進行操作時，系統根據當前季節給予智能判斷，分析用戶的操作是否合理。例如：冬季對空調設定溫度為19℃時，系統給予提醒并可拒絕執行。

3.5 操作記憶及日志

系統顯示對空調的當前操作，即表示空調的當前的運行狀態。對于用戶的操作日志進行記錄，事后可查詢。

3.6 操作成效智能檢驗

系統將對空調模式的操作成功或失敗進行智能判斷，檢查指令是否成功發出，或空調是否按用戶的要求正常運行。

系統根據指令發出后2 min判斷，現時溫濕度與2 min前的溫濕度有沒有明顯變化，以及和用戶要求的溫度或濕度是否接近，正常情況下系統給予提示，異常情況下系統應該給予警報。

3.7 控制指令發送反饋

溫度監控器收到系統發出的指令并執行后，系統提示控制成功。

3.8 高、低溫報警節點輸出

設定了溫度的上限和下限后，當室內溫度高于設定上限時，主控機立刻發出溫度過高的報警信號，同時啟動空調降溫模式，達到降低室內溫度的目的；當室內溫度低于設定下限時，主控機發出溫度過低的報警信號，同時啟動空調制熱模式，達到提升室內溫度的目的。

3.9 預案功能

空調根據最終設定溫度（默認初始設定值24℃）與當前室溫的差別,自動進入制冷或制熱模式,以維持設定溫度。當冬季時，空調的溫度平衡在26℃。夏季時，空調的溫度平衡在23℃。

4 主要成效和特點

4.1 項目實施的主要成效

通過在揚州市區8個變電站安裝溫度監控器，遠方遙控了12臺空調的運行，經過用戶5個多月的操作使用，證明基于江蘇省電力公司視頻監控統一平臺的變電站室內溫度監控功能開發已經達到設計技術指標及功能要求。項目成果在變電站應用預計可以通過自動監測并控制室內環境溫度，達到減少空調運行周期，減少能源消耗的目的。以一個變電站2臺3匹空調少運行八天計算（比人員手工操作晚啟動一天早停止2天，夏季冬季各減少3天），每個變電站能減少用電1 152 kW·h/年。

4.2 項目的主要特點

（1）本功能基于江蘇省電力公司視頻監控統一平臺開發，具有較強的技術支撐。（2）系統采用紅外方式控制，對其它設備無干擾，且布線方便，無需對空調進行主板更改。（3）溫度監控器采用指令自學習，只要有遙控器就能完成指令學習與儲存工作，無需掌握繁多空調的控制指令和協議，配置簡單、方便。（4）設備采用RS485接口，且有地址碼設定開關，擴展性強，與不同廠家的視頻監控系統前端可無縫鏈接。（5）紅外發射部分與主機異位安裝，解決了紅外指令發射受角度、距離影響的系列問題。

5 結束語

分析了采用紅外方式實現基于江蘇省電力公司視頻監控統一平臺的變電站室內溫度監控功能,介紹了江蘇省電力公司視頻監控統一平臺溫度控制軟件的主要功能。

該技術方案具有投資小，改造方便，實現功能較全面，是目前實現變電站環境溫度控制較成功的技術方案，對在類似變電站進行環境溫度控制改造具有很好的借鑒作用。

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