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黃琴

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)大多存在設(shè)備離線造成實時性變差羽傻，容易早接線復(fù)雜壮焰、易出故障、維護麻煩等問題法厢，設(shè)計一種易于接線和維護的統(tǒng)一接口十分必要费武。本文以STC12C5A60S2單片機為核心研制了一種配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機，以I/O和RS485通信等形式采集配電房各種開關(guān)量模擬量輸入怎猜，控制各種對象耽翁，同時采用標準RJ45接口設(shè)計了統(tǒng)一接口。應(yīng)用結(jié)果表明怔接，采用單片機進行主機設(shè)計并采用RJ45接口解決了上述配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題搪泳，具有很好的推廣價值。

關(guān)鍵詞:配電房扼脐；環(huán)境監(jiān)控岸军；主機

1引言

各行各業(yè)的配電房安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到用戶用電可靠性和穩(wěn)定性。配電房分布面廣瓦侮、設(shè)備量大艰赞、運行環(huán)境復(fù)雜、運維管理困難脏榆，人工巡檢耗時且存在監(jiān)控盲區(qū)容易漏巡和誤巡猖毫。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展台谍，信息化技術(shù)在電力配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用须喂。通過IEC104規(guī)約遠程實時監(jiān)控配電房各種環(huán)境參數(shù)，高效排查解決隱患并形成記錄趁蕊，無需人工定期巡檢坞生，運維效率高[3]。

目前許多環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用工控機或者觸摸屏作為上位機。其RS485通信口通過485隔離器與帶有通信功能的開關(guān)量輸入輸出模塊通信翁写，采集開關(guān)量輸入惠所、控制開關(guān)量輸出。同時汰检，通過RS485通信線與帶有通信功能的六氟化硫氧氣模塊更掺、溫濕度模塊通信采集相關(guān)環(huán)境參數(shù)。所有采集數(shù)據(jù)在本地顯示或者通過聯(lián)網(wǎng)上傳到平臺供運維人員使用何杈。此類系統(tǒng)存在兩個主要問題：（1）當(dāng)相關(guān)485設(shè)備模塊離線時拴挫，上位機輪詢會造成采集實時性變差。（2）接口未規(guī)范統(tǒng)一：采用接線端子外接各種開關(guān)量輸入輸出以及485外設(shè)剿液，安裝調(diào)試也較容易造成線路接錯揩榴，容易出故障，并且維護麻煩寨支。

為解決上述問題柱爵，本文提出一種采用單片機的環(huán)境監(jiān)控主機，通過單片機采集外部設(shè)備數(shù)據(jù)惭舒，工控機與單片機通信進行監(jiān)控晒来，同時，主機采用統(tǒng)一的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口郑现，解決了因外設(shè)掉線引起采集延遲潜索，接線復(fù)雜易錯、維護困難等問題懂酱。

2環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)組成

配電房環(huán)境監(jiān)控主要完成如表1所示的環(huán)境參數(shù)采集（模擬量和開關(guān)量）及輸出控制竹习。

表1配電房常見環(huán)境監(jiān)控參數(shù)及控制對象

圖1 配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)框圖

配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示。根據(jù)表1所示的采集參數(shù)和控制對象列牺，結(jié)合實際配電房環(huán)境監(jiān)控需求整陌，采用單片機設(shè)計配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機，通過I/O口采集煙霧瞎领、水浸泌辫、紅外入侵等開關(guān)量輸入并控制風(fēng)機、照明九默、水泵震放、空調(diào)等對象，通過485通信采集六氟化硫氧氣驼修、溫濕度等模擬量輸入殿遂，并將參數(shù)通過485通信傳給LED屏顯示，通過485通信實現(xiàn)觸摸屏上參數(shù)顯示敌夜、對象控制和報警記錄盔锦。同時塞这，通過485通信與工控機連接，工控機與遠程平臺聯(lián)網(wǎng)奖冻，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的上傳窜鳍，以及控制命令的下發(fā)。工控機可實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)癞糙、門禁系統(tǒng)的遠程監(jiān)控稻嘱。

3監(jiān)控主機硬件設(shè)計

配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機以單片機為核心，根據(jù)采集參數(shù)和控制對象伦朵，設(shè)計了12路光耦隔離輸入噪设，8路光耦隔離繼電輸出，2個RS485通信電路伍毙。

圖2 配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機

3.1開關(guān)量輸入輸出電路

主機采用STC12C5A60S2單片機作為處理器乔墙。該單片機共有32個I/O口∝ぶ兀基于STC12C5A60S2單片機的主機集成光耦隔離輸入腔召、光耦隔離繼電器輸出電路，無另行購買扮惦，節(jié)約成本臀蛛，采集和控制的實時性更好。主機共設(shè)計了12路開關(guān)量光耦隔離輸入崖蜜，8路開關(guān)量隔離繼電器輸出（其中4路采用RJ45接口用于直接控制空調(diào)控制器浊仆，4路通過接線端子外接接觸器控制照明、水泵豫领、風(fēng)機等）抡柿。

開關(guān)量隔離輸入電路及對應(yīng)RJ45接口如圖3所示。煙霧等恐、水浸洲劣、入侵等開關(guān)量輸入傳感器的共同點是有四根線：供電12VDC的正極、供電12VDC的負極课蔬、公共端（一般接12VDC正極）囱稽、常閉觸點，統(tǒng)一采用RJ45的568B線序二跋。兩兩雙絞的作為一個功能卡围，預(yù)防其中一根斷路造成故障，具體功能分配如圖3左側(cè)所示哭练。

圖3 開關(guān)量隔離輸入電路及對應(yīng)RJ45接口

4路采用RJ45輸出的繼電器隔離輸出的電路圖如圖4所示.采用RJ45的568B線序與空調(diào)控制器連接外秋，用于控制空調(diào)開關(guān)；另外4路采用接線端子卜伟，方便外接接觸器别孵，用于控制照明声碴、水泵米原、風(fēng)機等葛窜。

圖4 開關(guān)量隔離繼電輸出電路及對應(yīng)RJ45接口

3.2RS485通信電路

監(jiān)控系統(tǒng)主機共有兩個485通信電路，一個與上位機（工控機）通信虹悄，另一個通過八路485隔離中繼器與從機通信珊侍。STC12C5A60S2單片機共有2個串口，符合系統(tǒng)兩個485的通信需求场魏。圖5為監(jiān)控系統(tǒng)主機的485通信電路1電路圖豹谎。該通信電路采用STC12C5A60S2單片機的串口1（RXD、TXD）筝闹，隔離中繼器的485通信電路2電路圖類似媳叨，不同點在于采用單片機的串口2（RXD2、TXD2）关顷。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)主機485通信電路1電路圖3.3RS485通信接口

六氟化硫氧氣模塊糊秆、溫濕度模塊、上位機USB轉(zhuǎn)485轉(zhuǎn)換器议双、觸摸屏痘番、LED屏等均采用RS485通信。為了統(tǒng)一采用RS45接口平痰，線序采用568B標準汞舱。具體功能對應(yīng)的線序定義如下：供電12VDC的正極采用藍白/藍、12VDC的負極采用棕白/棕宗雇、通信線A采用橙白/綠白昂芜、通信線B采用橙/綠，共形成橙白/橙赔蒲、綠白/綠2對A说铃、B雙絞線，抗干擾能力有效提升栗柴。

4監(jiān)控主機軟件設(shè)計

4.1軟件設(shè)計總體思路

配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路碟荐，主要分為：開關(guān)量輸入采集任務(wù)、開關(guān)量輸出控制任務(wù)憎材、環(huán)境監(jiān)控聯(lián)動控制任務(wù)和基于Modbus-RTU協(xié)議的四個通信任務(wù)：模擬量輸入采集未蚕、LED屏顯示、觸摸屏從機通信投墩、工控機主機通信辛啰。多任務(wù)各自獨立又相互協(xié)同，確保輸入采集的正確性和輸出控制的可靠性彰畅。

所有開關(guān)量輸入輸出和模擬量輸入等均由單片機進行采集或者控制迂奋。上位機是與單片機直接通信级轰，因此，即使六氟化硫氧氣模塊等485設(shè)備離線或損壞嘱垛，也不會造成采集參數(shù)實時性下降琢喷。

4.2開關(guān)量輸入任務(wù)

在硬件上采用光耦隔離抗干擾的設(shè)計基礎(chǔ)上，開關(guān)量輸入采集任務(wù)在軟件上設(shè)計采用軟件防抖那惜、濾波等技術(shù)算行，能夠有效防止線路干擾引起煙霧、水浸苫耸、紅外入侵等輸入的誤報警和輸出控制的誤動作州邢，提高系統(tǒng)工作的可靠性。

4.3開關(guān)量輸出控制任務(wù)

開關(guān)量輸出控制任務(wù)是單片機根據(jù)工控機接收的遠程控制命令或觸摸屏下發(fā)的本地控制命令褪子，進行照明量淌、風(fēng)機、水泵等開關(guān)輸出控制嫌褪。為了保證遠程控制的安全性呀枢，在單片機控制輸出任務(wù)加入約定的加密校驗碼（“控制密鑰”），確保不因網(wǎng)絡(luò)入侵而造成配電房的誤動作渔扎。

4.4Modbus-RTU通信任務(wù)

模擬量輸入采集硫狞、LED屏顯示、觸摸屏從機通信晃痴、工控機主機通信均采用標準Modbus-RTU通信協(xié)議残吩。程序設(shè)計時糜俗，分為四個通信任務(wù)憾汛。

模擬量輸入采集任務(wù)通過與六氟化硫氧氣模塊、溫濕度模塊的485通信募型，根據(jù)傳感器通信協(xié)議侧缔，讀取相應(yīng)寄存器內(nèi)的SF6鹏闭、O2、溫度寒淌、濕度等配電房模擬量環(huán)境參數(shù)峭签。為了采集數(shù)據(jù)的可靠性，采用軟件濾波方式進行抗干擾軟件設(shè)計：每次采集15個數(shù)據(jù)蚜遥，冒泡排序后取中間三個數(shù)據(jù)的平均值辱闺。此外，六氟化硫氧氣模塊需要定期進行校正由饵。因此狈榛，需要在該任務(wù)添加校正程序，根據(jù)上位機發(fā)送的校正命令故咽，根據(jù)六氟化硫氧氣模塊的校正協(xié)議進行通信校正纽他。

LED屏顯示任務(wù)是采用單片機將采集的SF6橄文、O2、溫度像捶、濕度等參數(shù)通過Modbus-RTU協(xié)議上陕，寫入LED顯示屏。為了提高通信效率作岖，采用批量寫入LED顯示屏對應(yīng)寄存器唆垃，從而實現(xiàn)在LED顯示屏上滾動顯示相關(guān)環(huán)境監(jiān)控參數(shù)五芝，正常數(shù)據(jù)采用綠色顯示痘儡，異常數(shù)據(jù)采用紅色顯示。

觸摸屏從機通信任務(wù)中枢步，單片機作為主機沉删，觸摸屏作為從機，單片機通過Modbus-RTU協(xié)議批量將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給觸摸屏顯示醉途。同時定期讀取觸摸屏上照明矾瑰、風(fēng)機、水泵等控制按鈕的狀態(tài)隘擎，控制相關(guān)輸出的標志位殴穴，從而在開關(guān)量輸出控制任務(wù)中執(zhí)行相關(guān)控制。

在工控機主機通信中货葬，單片機作為從機掷膛，工控機作為主機通過Modbus-RTU協(xié)議采集單片機中已經(jīng)采集的各種開關(guān)量、模擬量環(huán)境參數(shù)共撰，通過IEC104電力規(guī)約上報電力公司物聯(lián)網(wǎng)平臺服移。同時，電力運維人員在APP或者PC端控制命令通過物聯(lián)網(wǎng)平臺下發(fā)到工控機鞋夹，工控機通過Modbus-RTU協(xié)議向單片機下發(fā)控制命令驶恨，單片機根據(jù)命令控制相關(guān)輸出的標志位，執(zhí)行相關(guān)控制任務(wù)孕炒。

4.5聯(lián)動控制任務(wù)

為了實現(xiàn)配電房環(huán)境參數(shù)和輸出控制對象的聯(lián)動道婚，編寫聯(lián)動程序。聯(lián)動程序可以與上位機或者觸摸屏進行閾值等參數(shù)設(shè)置的交互仪但，從而在原有遠程測控的基礎(chǔ)上潦博，實現(xiàn)配電房環(huán)境參數(shù)的本地智能化聯(lián)動控制。

當(dāng)六氟化硫濃度到達某個閾值自畔，自動開啟風(fēng)機排出六氟化硫氣體淘客；當(dāng)溫度濕度達到某個閾值，空調(diào)自動打開調(diào)節(jié)溫度濕度杨匕；當(dāng)水浸傳感器監(jiān)測到有淹水時着饥，自動打開水泵進行排水犀农。

以上相關(guān)報警信息也可以在配電室門上LED屏上實現(xiàn)實時報警顯示，以防配電運維人員進入造成六氟化硫中毒等宰掉。

5安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏呵哨、通訊管理機、UPS電源轨奄、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機孟害、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度挪拟、濕度挨务、水浸、煙感）玉组、控制子系統(tǒng)（燈光谎柄、空調(diào)、除濕機惯雳、風(fēng)機朝巫、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器曾罕、開門按鈕蒙亦、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）礼文。

5.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通离饺，工業(yè)，建筑皿完，學(xué)校夫蚜，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(shè)計、施工和運行維護狈馏。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設(shè)備的運行狀態(tài)功刽，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實時顯示有關(guān)故障缘说、告警等信息显午。

5.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)劣零。

5.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線钟助。

5.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表。

5.4.5實時告警

具有實時告警功能掏秩，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟然蛭琛穸取⒂泻怏w、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警映凳。

5.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理胆筒，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計诈豌、事故分析仆救。

5.4.7用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名矫渔、密碼及操作權(quán)限彤蔽。

5.4.8網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)庙洼。

5.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作顿痪。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6應(yīng)用與總結(jié)

配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機采用STC12C5A60S2單片機進行設(shè)計，接口統(tǒng)一送膳，采用1U機柜员魏，接線美觀整齊斤间，如圖6中間所示穆烹。

圖6 配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機應(yīng)用實物圖

本文所設(shè)計的配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機共有12路開關(guān)量隔離輸入RJ45接口（可任意接入煙霧、水浸稿棚、紅外入侵等傳感器）败何，8路開關(guān)量輸出控制（其中4路為空調(diào)控制RJ45接口，另外4路為風(fēng)機采缎、照明诺骏、水泵等控制接線端子接口），6路485通信RJ45接口（六氟化硫氧氣模塊敌菩、溫濕度模塊基恩、LED模塊各2個），1路觸摸屏從機485通信RJ45接口疏拱，以及1個工控機主機485通信RJ45接口斤杏。主機真正實現(xiàn)了電路和接口的模塊化、標準化設(shè)計榕每，可靠性大大提升腹呀，故障率大大降低，接線整齊美觀容易維護栏尚。

此外起愈，工控機作為上位機與監(jiān)控主機通信，通過網(wǎng)絡(luò)或者4G數(shù)據(jù)流量译仗，采用IEC104電力規(guī)約與物聯(lián)網(wǎng)平臺通信抬虽，實現(xiàn)遠程測控。

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作者簡介

黃琴，女阐污，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司缰猴，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。