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淺談基于GSM的配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與產(chǎn)品選型

更新時間：2023-06-26

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吳柯霓

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(wǎng)絡(luò)覆蓋廣泛、使用可靠等優(yōu)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(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能及時通過SMS技術(shù)將異�，F(xiàn)象傳到中控室的計算機及值班人員手機上，并能作出顯示異常發(fā)生地點、時間及語音提示等動作，從而實現(xiàn)無人監(jiān)控。相比傳統(tǒng)監(jiān)控方式，該系統(tǒng)具有成本低、可擴展性好的優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：GSM短信消息SMS配電

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

如圖1所示為配電室環(huán)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

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圖1 配電室環(huán)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(chǎn)生大量的水蒸氣，會使配電柜內(nèi)部器件出現(xiàn)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(nèi)部器件短路損壞。(3)煙氣，配電柜內(nèi)電路設(shè)備可能會因老化問題出現(xiàn)短路甚至火災(zāi)問題，該現(xiàn)象可能會伴有火花、氣體等現(xiàn)象發(fā)生。

本監(jiān)控系統(tǒng)主要由環(huán)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(jiān)控分站、SMS報警模塊及中控計算機組成。如圖2所示。系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能有：

(1)實時監(jiān)測配電室濕度、漏水、煙氣、溫度等環(huán)境指標。

(2)當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時，能及時將信息發(fā)送給中控計算機等。

(3)進行語音報警。

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圖2 監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

2 軟硬件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

濕度監(jiān)測主要是為監(jiān)測冬天暖氣跑出水蒸氣引起配電柜內(nèi)部電路短路的問題。濕度情況采集系統(tǒng)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(xiàn)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(shè)定一個*低報警值，用戶可以根據(jù)實際情況自行設(shè)定。

煙氣傳感器是火災(zāi)報警監(jiān)控系統(tǒng)中的傳感器，也是火災(zāi)發(fā)生的重要信息。系統(tǒng)選用DS250TH傳感器，該傳感器采用紅外光電衰減式監(jiān)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(xiàn)配電室現(xiàn)場的溫度與溫度變化速率的采集。該系統(tǒng)選用了DALLAS公司的數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20，該芯片具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，無需外接電路即可實現(xiàn)據(jù)準確可靠測量。

監(jiān)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(gòu)成，利用串口轉(zhuǎn)換器，將串口轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)與預(yù)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(jiān)控人員手機中，同時可通過系統(tǒng)反饋信息控制脫扣電路切斷電路，從而保證現(xiàn)場安全。下圖4為脫扣控制電路框圖。

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圖3 脫扣控制電路

系統(tǒng)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(wěn)定可靠的短消息服務(wù)(shortMessageService)。GSM模塊正常工作頻段為900MHz和1800MHz兩個頻段，對應(yīng)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。

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圖4 GSM通信模塊組成框圖

中控計算機主要用于接收監(jiān)控分站發(fā)送來的異常狀況，并根據(jù)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(guān)的信息進行報警顯示和語音提示，同時將該異常的發(fā)生時間地點等信息進行存儲。

2.2軟件設(shè)計

2.2.1軟件流程

監(jiān)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(shù)據(jù)，經(jīng)過信號處理以后，將所獲取的參數(shù)與預(yù)設(shè)閥值進行比較判斷。如果能判斷出現(xiàn)異常狀況，則驅(qū)動GSM模塊向中控計算機和對應(yīng)人員發(fā)出SMS信息，并等待中控計算機反饋，如獲得指示信息，則驅(qū)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(xù)監(jiān)控環(huán)境參數(shù)，并間隔預(yù)設(shè)時間發(fā)送SMS信息直到異常狀況消失或工作人員復(fù)位。

2.2.2 SMS短信處理策略

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到異常狀況時，將自動根據(jù)預(yù)設(shè)定聯(lián)系信息，向?qū)?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">應(yīng)人員和中控計算機發(fā)送相應(yīng)SMS信息，以便及時解決異常狀況。

strMsgH.Format(_S(“當(dāng)前濕度傳感器報警"),s);

}

elseif(l>l_max)

{bNormalL=FALSE;

strMsgL.Format(_S(“當(dāng)前漏水傳感器報警"),s);

}

elseif(s>s_max)

{bNormalS=FALSE;

strMsgS.Format(_S(“當(dāng)前煙霧傳感器報警"),s);

}

elseif(t>t_max)

{bNormalT=FALSE;

strMsgT.Format(_S(“當(dāng)前溫度傳感器報警"),s);

}

if(CtestApp::Messagenum1==0)

{//調(diào)用sendSMS()函數(shù)發(fā)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(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 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(diào)、除濕機、風(fēng)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）。

3.2 應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)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(shè)計、施工和運行維護。

3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4 系統(tǒng)功能

3.4.1 實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設(shè)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(guān)故障、告警等信息。

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3.4.2 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)。

3.4.3 曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

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3.4.4 運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表。

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3.4.5 實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟�、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

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3.4.6 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，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。

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3.4.7 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、密碼及操作權(quán)限。

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3.4.8 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)。

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3.4.9 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。

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3.5 系統(tǒng)硬件配置

4 結(jié)語

經(jīng)實際測試，該配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)達到預(yù)定的功能要求，能夠?qū)崟r的監(jiān)測并及時的發(fā)送報警信息，能夠可靠穩(wěn)定地實現(xiàn)遠程智能監(jiān)測，大大節(jié)省了配電室運營成本，為提高企業(yè)配電系統(tǒng)的管理水平起到積極作用。由于該系統(tǒng)采用嵌入式模塊化設(shè)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(shè)計改性粉煤灰吸附性能的研究[J].電子技術(shù),2008(1):47-49.

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[3]余永權(quán).ATMEL89系列Flash單片機原理及應(yīng)用[J].電子工業(yè)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(wù)系統(tǒng)的串口通信[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2006,2(1):

[5]賈雪正.淺談基于GSM的配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].

[6]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介：

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。