開閉所、環網柜環境監控系統研究

郝玉東

摘要：開閉所、環網柜的工作環境要求滿足一定的條件，其中溫、濕度水平要達到一定的條件，否則將導致各種電力事故發生。針對現有監測手段單一，開閉所、環網柜煙霧、溫濕度24小時監測困難等問題，利用遠程無線傳輸技術，設計了一種基于GPRS（通用分組無線服務）通信技術的開閉所、環網柜煙霧、溫濕度環境參數監測系統，可以實時監測開閉所、環網柜煙霧、溫濕度變化。經實際驗證該系統采集數據精度高、運行可靠穩定、使用方便。

關鍵詞：開閉所;環網柜;煙霧溫濕度監測;GPRS通信

中圖分類號：TP31

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）04-0289-02

收稿日期：2019-11-21

隨著我國經濟快速發展，社會化生產生活用電量逐步擴大，對各類開閉所、環網柜設備運行情況進行監測與控制對保證供電穩定性具有重要作用。近些年開閉所、環網柜應用較多，各類電氣設備布設密度更加緊湊，容易導致諸多安全事故發生，所以當前對開閉所、環網柜運行環境的監控系統進行設計與應用。

1 需求分析

最近幾年，因為開閉所、環網柜內設備環境差（發生受潮、產生凝露）而導致的電力事故經常出現，隨著新技術的應用，開閉所、環網柜等電力設備應用越來越廣泛，柜體內設備間距越來越小，這樣對柜內的環境要求也越來越高。針對某省殼體需求情況，先將需求分析結果列表如下：

1.1 針對地下室（開閉所、環網柜）潮濕度比較嚴重，如何處理和監控？

1.2 監控用的傳感器要求

溫濕度、煙感傳感器具體需求如下：

1）外觀設計，現場便于安裝，最好溫濕度、煙感傳感器是一個整體，電池為自備。

2）設備與主站傳輸方案宜采用窄帶物聯網（NarrowBandInternet of Things，NB-IoT），此方案低功耗，傳輸數據穩定。主站采集的數據2-3個小時主動上報，這樣可以降低電池電量的過快的損耗。采集的數據要顯示時間。

3）主站功能模塊有：

（1）設備列表：包含設備具體數據、設備-周數據曲線圖、設備一月數據曲線圖。

（2）設備位置：以地圖形式展示設備的具體位置，方便當地維護人員及時找到設備。

（3）天氣預報：展示當地天氣情況。

（4）權限設置：以市縣為單位，按輸電線路劃分權限。縣局主任可以查看整個縣城的整體設備運行數據，線路維護人員只能查看本線路的設備運行數據。

4）手機、電腦同時可以查看數據，手機最好以微信公眾賬號或小程序實現，可以實現預警短信通知。

1.3 現場加裝控制器

控制除濕設備和消防滅火設備，除濕設備可以實現智能控制（在一定的數值范圍內設備運行，范圍外設備停止運行）;消防滅火設備可以在設備發生危險時啟動以確保安全。此項為附加項，如果能夠實現不僅可以作為單獨的一項業務開展工作，而且為公司的殼體業務增加更大的附加值。

2 設備選型

根據上面的需求分析，要求煙霧溫度濕度一體傳感器，傳感器分為煙霧傳感器、煙霧溫濕度傳感器、煙霧紅外入侵傳感器。在此選擇了無線一體化煙霧溫濕度傳感器，該傳感器可以進行煙霧、溫濕度、入侵信號的采集，采集數據通過無線LoRa模式傳輸到接收主機或傳送到上位機進行實時監控，其中Lo-Ra設備具有功耗低、容量大、傳輸距離遠、抗干擾能力強的優點。

無線一體化煙霧溫濕度傳感器的技術參數：煙霧測量：0（正常），1（報警）、輸出方式：聲光報警/485/無線（可選）、溫度測量：-40～150C（可選）、濕度測量：0～99%RH（可選）、紅外入侵：0（無），1（有）（可選）、供電電壓：DC 12V～24V或2.5V～3.6V、最大功率：0.3W、傳輸距離：5KM、工作溫度：-40～1259、工作濕度：《95%RH、檢測面積：20ni、外殼尺寸：φ 105mm* 50mm和安裝方式：吸頂式。

3 監控系統主要功能實現

本監控系統有數據采集模塊、一體傳感器與上位機通信模塊、上位機管理程序模塊、上位機與GPRS通信模塊、上位機控制溫濕度設備模塊、GPRS與監控中心通信模塊、監控中心管理程序模塊、手機APP程序模塊、微信公眾號或小程序模塊。開閉所、環網柜環境監控系統集顯示、處理、報警等多功能于一身，可以采集、分析和保存各種重要數據，顯示各種報表。下面主要介紹一下幾個重要模塊：

3.1 一體傳感器與上位機通信模塊

通過485總線實時上傳煙霧溫濕度數據到上位機，上位主機根據現場采集的煙霧溫濕度數據，根據設置的閾值進行對溫度濕度控制設備進行開關和關停。上位機并將報警數據和一些重要數據通過GPRS模塊傳給監控中心主機，客戶也可以通過監控中心客戶端設置各種控制參數閾值;上位機和一體傳感器通信采用標準Modbus協議，可以開放給用戶連接至自有設備或客戶端。

3.2 上位機與GPRS通信模塊

使用GPRS模塊組建無線網絡時，用戶無須關心GPRS無線通信與互聯網交換技術，只需擁有以前所熟悉的串口通信知識就足夠了。GPRS模塊組成的無線網絡系統，上位機可以是①串口設備終端（如PLC）、②計算機（不能上網的也行），當監控到煙霧或溫濕度異常時，可以主動向管理人員通過短信發送異常情況和具體位置。開閉所、環網柜環境監控系統的上位機與監控中心通信，采用GPRS分組交換技術，這種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。廣泛用在電力等領域，用于監測和記錄環境的煙霧溫濕度數據，配套監控中心客戶機軟件，手機APP，能夠直接清晰的查看和統計數據，并可實現數據的存儲與導出功能。

3.3 上位機控制溫濕度設備模塊

上位機檢測到溫濕度越過閾值時，就要通過串口向溫濕度控制器發送啟動或關停指令，溫濕度控制器采用PID控制方法來控制調節溫濕度，PID控制應該算是應用非常廣泛的控制算法了。它可應用到一個元件的溫度調節控制，直至調節控制無人機的飛行姿態和飛行速度等等，都可以使用PID控制。有關軟件的開發在這里略。

這里的各功能模塊的實現就不再贅述了。

手機APP軟件的開發可以使用JAVA或Python，上位機的軟件可以采用目前比較流行的Python或者C Sharp開發工具，集中監控中心軟件可以使用。

4 結論

由于開閉所、環網柜環境監控系統采用煙霧溫濕度一體的傳感器精度高.工業級。運用PID算法控制調節溫度，可以實現準確實現控制溫濕，省電，延長產品壽命。實現本系統成本較低，系統速度快，工作穩定，可靠性高，真正解決了開閉所、環網柜內的濕氣問題。同時安裝簡單、快捷，改善供電設備運行環境，提高供電可靠性。通過實踐驗證，此系統具有良好的性能指標，降低人工費用成本，實現規范化管理目標。可以廣泛應用于對煙霧、溫度和濕度要求嚴格的地方，主要用于電力系統中的開閉所、環網柜環境監測控制。

參考文獻：

[1]歐陽麗娜.智能家居的物聯網技術及其應用[J].電腦編程技巧與維護，2016，8（22）：36-37.

[2]陳歡，秦懷宇，李旋.基于ZigBee技術的溫濕度采集系統[J].電子測試，2018，10（20）：9-11.

[3]孟上九，李想，孫義強，王淼.凍土路基溫濕度無線監測系統[J].哈爾濱理工大學學報，2018，5（3）：66-71.

[通聯編輯：梁書]