小區配電房環境監測系統(站房環境監控系統——福州某小區實施方案)

　根據國家電網相關文件要求，新建住宅小區配電站房內需安裝站房環境監控系統，依托多年根植于電力需求側的智能化研發和實踐經驗，我司迅速做出響應，根據相關技術文件要求，結合我司的技術沉淀，根據住宅小區配電站房的特點，開發了一套居配站房環境監控系統，以下是我司近期在福州某小區的實施案例。

　　一、 項目總述

　　1. 背景需求

　　配電房是電力系統末端配電網中分配、傳輸電能的主要電氣設備的場所，是城市配電網系統中重要的組成部分。其具有分布廣、數量多、管理復雜等特點，一直都是配電網運行管理工作中的薄弱環節。我國社會的快速發展，促使社會對電能的需求量不斷增加，對電網運行的可靠性要求越來越高，而配電房則是保證城市配電網運行可靠的最后保障。因此，配電房的智能化建設迫在眉睫，伴隨著我國配電網智能化建設的發展，諸多的在線監測設備和技術逐漸應用到配電網的運行過程中，配電房在線監控系統的建設，實現了配電房各種監測數據的動態顯示，進一步提升了配電房運行的能力，提高了配電網運行的可靠性。

　　根據配電房的特點，迫切需要建設集成度很高的一體化智慧型配電房監控系統，實現實時監測、事前預警、事中報警、事后控制、存儲取證，具有遙信、遙測、遙調、遙控和遙視的功能。

　　2. 項目概況

　　配電房位于福州某小區內，面積大概50 多平方米，有配電機柜36臺，直流屏柜1臺，風機4臺，水泵及集水坑1個。

　　本次主要監控對象包括：開關狀態、直流屏、漏水、溫濕度、煙霧探測器、防盜報警、照明等設備。系統把變壓器、配電、環境、火災消防、門禁等所有監控量在監控系統主界面上進行一體化顯示和控制。

　　為保證設備在斷電情況下能夠繼續使用，設置一臺5KVA的UPS電源，后備時間為10小時。

　　3. 設計依據

　　(1) 機房環境集中監控用戶要求

　　(2)《計算廣播機房環境安全要求》

　　(3)《計算機站場地技術條件》GB2887-89

　　(4)《工業企業通信接地設計規范》(GBJ79-85)

　　(5)《安全防范工程程序與要求》(GA/T75-94)

　　(6)《智能建筑設計規范》(GB/T 50314-2000)

　　(7)《低壓配電設計規范》(GB 50054-95)

　　(8)《中華人民共和國公共安全行業標準》(GA 247-2000)

　　4. 設計原則

　　(1)先進性：系統軟件與硬件均采用成熟的最新技術手段自主研發，并保持一定前瞻性，能適應整個行業未來的科技發展需要;

　　(2)可靠性：系統的設計以及硬件研發，選用較成熟的最新成熟技術;

　　(3)運行管理方便：軟件采用全中文B/S 設計，操作方便簡潔;

　　(4)可擴展性強: 采集設備采用分布式系統架構，增加監控設備，不干擾其它設備的正常運行;

　　(5)接口豐富：系統提供基于RS485 的MODBUS 協議、SNMP 協議、RS232 串口等智能設備監控開發接口;同時系統還提供第三方接口，便于第三方軟件兼容;

　　(6)施工簡化：設備提供標準的通訊接口，采用統一的標準系統接線，以及分布式網絡連接，現場施工操作簡單;

　　(7)技術支持能力強：承建單位技術實力強，服務完善;

　　(8)建設時間短：在較短的時間內完成系統的安裝調試。

　　5. 系統性能

　　(1)先進性

　　整個系統技術保持一定前瞻性，采用的設備和技術能適應將來科技發展。

　　(2)可靠性

　　所選設備具有良好的電磁兼容性和電氣隔離性能，系統安全可靠性高，有足夠的抗干擾能力，不影響被監控設備正常工作。

　　(3)穩定性

　　系統成熟穩定，支持各種第三方主流廠家智能設備的接口通訊協議。

　　(4)實時性

　　系統圖像、數據能通過網絡實時傳輸與保存，用于日后的查詢與分析。

　　(5)實用性

　　系統性能價格比高，整個系統施工簡化、易維護、易使用、運行費用低。

　　(6)擴展性

　　系統采用分布式架構設計，能夠適應不斷增加的擴展需求，當系統擴容時，只需簡單增加相關設備即可。

　　(7)兼容性

　　整個系統能監控不同的操作平臺和語言環境，并能與不同廠商的產品兼容。

　　(8)靈活性

　　系統構成方式簡單，功能配置靈活，充分利用現有的計算機資源，能滿足不同業務部門的需要。

　　(9)維護性

　　系統運行可在線運行診斷和檢測，能及時發現系統各功能單元故障情況，便于系統故障的維護處理。

　　二、 系統設計

　　1. 系統概述

　　智慧站房環境監控系統以有線或者無線通信為核心，完成站端變壓器、配電、一次設備、環境監測、門禁控制、防盜報警、采暖通風、燈光控制等數據的采集和監控，并將以上信息遠傳到監控中心。系統采用分層、分區的分布式結構，分為站端控制主機和軟件系統兩部分。系統把變壓器、配電、環境、火災消防、防盜報警、門禁等所有監控量在監控系統主界面上進行一體化顯示和控制。終端設備能夠脫機運行，在網絡斷線、服務器故障等情況下站端設備依然能夠實現正常運行、刷卡開門、聯動報警、設備聯動控制以及記錄存儲等。

　　系統可以設置系統內的各子系統之間進行聯動;還可以通過硬件和軟件的方式和變電站綜合自動化系統進行聯動，能實現用戶自定義的設備聯動。并可以根據配電房現場需求，完成自動的閉環控制和告警。系統所有操作以及報警確認，都保留詳細的日志并生成相應報表。

　　2. 系統架構

　　系統整體架構如下所示：

　　環境監控系統主要由監控裝置、網絡設備、計算機設備等互聯布局而成。按照我國規定的配電網智能化設計規則，本次項目中的監控系統采用分層、分布式的原則進行設計。分層設計更符合現階段我國實行的通訊系統的設計標準，每一層均可獨立的完成監視控制功能，同時也可以實現遠端控制，還可以確保在上下層之間發生通訊故障的時候本層、上層的功能不會受到故障的影響。本項目主要分為主站層、通訊間隔層以及遠端設備層。

　　(一)主站層(管理層)

　　主站是在線監控系統的核心，主要是由安裝站端監控軟件的監控主機和服務器構成，負責將通訊層上傳的數據進行解包，對通訊層上傳的數據進行分析、管理，根據站端的實際情況執行相應的操作，從而負責對配電房的智能化管理。主站通過外網服務器實現與站端的通信，主站層主要配置方式有單監控主機、單通訊機、雙通訊機、雙主機或者功能的組合等。

　　(二)通訊間隔層(傳輸層)

　　通訊層主要負責站端設備和主站之間的通信，是在線監控系統的主要連接樞紐，是保證在線監控系統正常運行的關鍵。監控系統之間的信息傳遞主要是通過通訊層的通訊總線傳輸到各個通訊子站，各個通訊子站通過對本站的監控信號、運行參數等進行上傳至主站層進行分析處理，主站的遠程控制指令由通訊總線下行傳輸至各個配電房的遠端控制主機，進行相應的控制操作。現階段我國常用的通訊間隔層上行網絡主要是以太網和PROFIBUS等形式進行傳輸，下行網絡之間的傳輸則主要是現場總線常用的主要有RS232、RS485、以及CANBUS等，總線的類型則是由項目所選用的設備進行確定。在本項目中采用4G網絡和Internet協議的數據傳輸，即遠端與主站采用4G網絡進行數據的傳輸，遠端控制中心和監測設備之間采用RS485 總線進行通訊。

　　(三)遠端設備層

　　遠端設備層是在線監控系統的主要執行部分，也是執行監測的主要部分。該層主要是由各種監控設備，如濕度、溫度、視頻監控設備、主控設備等，負責對配電房的運行狀態進行監控。并及時的將監測信息上傳到通訊層或者接受主站發出的遠端控制指令。遠端設備層主要負責對配電房的視頻監控、安全防范、智能控制、環境監測、門禁系統、火災報警及保障系統。實現對配電房的智能控制和監測，以方便主站系統對配電房的所有設備的管理和信息的查看。

　　3. 子系統設計

　　本配電房的環境監控系統按照需求可以分為以下子系統：

　　3.1 視頻監控子系統

　　在配電房的入口處及設備機柜通道前后設置監控攝像頭，共6個，能夠采集、存儲、發布視頻圖像，監控系統能夠動態查詢到實時視頻圖像。

　　3.2 直流配電屏監測

　　? 監控內容

　　設計對配電房內直流配電屏的運行參數及狀態進行實時監測，一旦發生故障及報警通過監控平臺發出對外報警。

　　? 實現方式

　　通過直流/交流配電屏設備提供的RS485(或RS232)智能接口及通訊協議，采用總線的方式將直流/交流配電屏的監控信號直接接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進行直流/交流配電屏的實時監測。

　　? 實現功能

　　實時監測直流/交流配電屏輸出的電壓、電流等參數，以及各支路開關、熔斷絲的狀態(能監測到的具體內容由廠家的協議決定，不同品牌、型號的直流/交流配電屏所監控到的內容不同)。

　　系統可對監測到的各項參數設定越限閥值(包括上下限、恢復上下限)，一旦發生越限報警，系統將發生報警，同時產生報警事件進行記錄存儲并有相應的處理提示，第一時間發出電話撥號、手機短信、E-Mail、聲光等對外報警。

　　提供記錄查詢，可查詢報警數據及具體報警時間的參數值，并可導出為EXCEL格式，方便管理員全面了解機房內的直流/交流配電屏的供電狀況。

　　3.3 風機監控

　　本項目站房共四臺風機。

　　? 監控內容

　　設計對機房內風機的運行狀態進行實時監測，同時可對風機實現遠程的開關機控制。

　　? 實現方式

　　由于風機不具有智能接口，通過單相導軌電表(帶控制)或中間繼電器來實現風機的開關機電源控制，單相導軌電表(帶控制)模塊通過RS485智能接口及通訊協議采用總線的方式(或中間繼電器的開關量信號接入主機DO接口)將信號接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進行風機開關機控制和運行狀態的實時監測。

　　? 實現功能

　　實時監測風機的開關機運行狀態、過濾網堵塞狀態，并可通過監控平臺軟件實現遠程的開關機控制，同時可對風機進行定時開關機設置，使風機自動工作不需人為干預，大大延長了設備使用壽命，達到節能降耗、無人值守的目標。

　　3.4 燈光照明控制

　　? 監控內容

　　設計對站房內燈光照明回路進行遠程的開關燈控制。

　　? 實現方式

　　通過單相導軌電表(帶控制)或中間繼電器來控制燈光照明回路220V電源的通斷電，從而實現燈光照明的開關燈控制，并通過相導軌電表(帶控制)模塊通過RS485智能接口及通訊協議采用總線的方式(或中間繼電器的開關量信號接入監控主機DO接口)將信號接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進行燈光照明的開關燈控制。

　　? 實現功能

　　通過監控平臺軟件實現遠程的開關燈控制，同時可對燈光照明回路進行定時開關燈設置，使燈光照明自動工作不需人為干預，大大延長了設備使用壽命，達到節能降耗、無人值守的目標。

　　3.5 水位監測

　　本項目有一個蓄水池，通過設置水位檢測傳感器來監測水位情況。

　　? 監控內容

　　水位檢測傳感器主要是用來檢測水池內水的深度，當水池水位超過上限時，就會觸發警報給管理員，讓管理員第一時間掌握水位情況，才不會導致水池水的泄露。

　　? 實現方式

　　水位傳感器的RS485接口與監控主機的RS485接口連接，由監控主機對實時監測采集的現場信號進行數據實時分析處理及數據存儲。

　　? 實現功能

　　實時監控水池水位的實時狀態，對其工作狀態正常與否進行實時監測和顯示。可對監測到的各項參數設定上下限閥值，一旦參數發生超限報警，在相應位置發生報警的參數會變紅色顯示，同時產生報警事件進行記錄存儲并有相應的處理提示，系統一旦監測到有報警或參數越限(可設置)，第一時間發出電話撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。

　　3.6 煙感監測

　　本項目在配電柜前后側及變壓器上端共設置3個煙感探測器。

　　? 監控內容

　　設計在站房內安裝煙感探測器進行實時火警監測，一旦發生報警通過監控平臺發出對外報警。

　　? 實現方式

　　將煙感探測器提供的干接點信號直接接入監控主機的DI口，由監控平臺軟件進行消防的實時監測。

　　? 實現功能

　　實時監測站房內的消防火警信號，一旦發生報警，系統產生報警事件進行記錄存儲及有相應的處理提示，第一時間發出電話撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。

　　3.7 溫濕度監測

　　本項目設置一個溫濕度感應器，監控配電房整體的環境溫濕度。

　　? 監控內容

　　環境溫濕度對于配電設備的可靠運行至關重要，因此設計在站房的各個重要部位，安裝溫濕度傳感器(帶液晶顯示)，一旦發現異常立即啟動報警。

　　? 實現方式

　　通過在站房重要部位安裝帶液晶顯示的溫濕度傳感器對環境溫濕度實現監測，既可在溫濕度傳感器表面實時看到當前的溫度和濕度數值，亦可通過溫濕度傳感器的RS485智能接口和通訊協議采用總線的方式將信號接入監控主機的串口，由監控平臺軟件進行溫濕度的實時監測。

　　? 實現功能

　　實時監測機房區域內的溫度和濕度值，同時支持與其它子系統的聯動控制，如當溫度過高時自動聯動啟動空調進行制冷。

　　系統可對溫度和濕度參數設定越限閥值(包括上下限、恢復上下限)，一旦溫濕度發生越限報警，系統將發生報警，同時產生報警事件進行記錄存儲并有相應的處理提示，第一時間發出電話撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。

　　提供記錄查詢，可查詢報警數據及具體報警時間的參數值，并可導出為EXCEL格式，方便管理員全面了解機房內的溫濕度狀況。

　　3.8 門禁監控

　　? 監控內容

　　出于對站房安全的考慮，設計對站房門進行門禁管理，采用進門刷卡(刷卡方式可選IC卡、指紋、密碼)、出門按按鈕的進出驗證方式，由監控平臺軟件進行機房出入的門禁管理。

　　? 實現方式

　　使用網絡門禁控制器，通過網絡門禁控制器設備提供的TCP/IP接口及通訊協議，采用網絡的方式將門禁信號接入監控主機，由監控平臺軟件進行門禁的實時監測。

　　? 實現功能

　　實時監控各道門人員進出的情況，并進行記錄。

　　可對人員的進出區域、有效日期、進出時段等進行授權，并可對人員進行權限組劃分。

　　可對門控器進行遠程設置操作。

　　支持集中發卡功能。

　　支持與其它子系統的聯動功能，如：發生火警時聯動門禁控制器自動打開各道門的電鎖以便逃生等。

　　4. 產品參數

　　4.1 監控主機

　　技術參數：

　　系統架構Linux系統，Freescale 工業級低功耗芯片ARM

　　網口2路10M/100M自適應接口，物理接口：RJ-45接口

　　RS485串口8路接口，物理接口：RJ-45接口，帶12V供電

　　RS232串口4路接口，1個物理接口： RJ-45接口，帶12V供電;3個標準DB9接口

　　DI輸入8路光耦隔離開關量輸入(支持干接點信號)接口，物理接口： RJ-45接口，帶12V供電

　　DO輸出1路濕接點(12VDC)接口，2路繼電器常開常閉輸出(干接點)接口

　　AI輸入4路模擬量輸入接口，支持0~20mA或0~3V，0-5V量程可選

　　USB接口1路USB接口

　　指示燈3個指示燈，分別為電源指示、系統運行指示、系統故障指示

　　輸出電源1路12VDC/1A 標準電源輸出接口

　　供電電源AC 220V，最大功耗50W，同時內置72W/30min可選后備鋰電池電源，可在停電延時工作約24小時

　　物理尺寸433mm×260mm×43mm

　　工作環境溫度：-10至70℃ ;濕度：10%至95%(無凝結)

　　重量2.0Kg

　　? 特點：

　　集中監控

　　系統對站房內各種動力設備,環境設備及系統狀態信息,報警信息等進行完整集中監控，并有良好的擴充性，實現跨區域集中監控管理。

　　來電自啟動功能

　　監控主機采用低功耗ARM芯片和嵌入式操作系統，內置硬件看門狗，具有故障自動恢復功能，當主機重新啟動后，整個監控系統也隨著在運行。

　　WEB顯示功能

　　監控主機內置WEB服務器，支持B/S架構，管理人員可直接通過瀏覽器和相應權限就可以實時的查看站房內所有動力環境監控設備的運行狀態，可以遠程管理、調整相關設備的工作參數。

　　日志管理功能

　　整套機房環境監控系統對各種報警信息、系統事件、設備參數等進行詳細的記錄，能夠以報表形式進行數據導出、備份。

　　完善報警機制

　　監控主機支持多種報警方式，現場聲光報警、電話撥號報警、手機短信報警、郵件報警等多種報警方式。

　　用戶權限功能

　　系統具有多級用戶管理，可設定用戶管理權限，來賓用戶只能對系統進行瀏覽，普通用戶除了對系統具有瀏覽權，還可以對系統進行部分的控制，管理人員可以配置、管理整個系統。

　　布防撤防功能

　　站房環境監控系統從人性化設計出發，可設置布防撤防功能，可臨時設置撤防多少時間來限制設備報警，方便靈活管理臨時性的工作安排。

　　短信遙測遙控功能

　　系統支持管理人員通過短信實時查詢當前站房的運行情況和監控主機的網絡參數，并可通過短信對傳感器進行布防和撤防。

　　網絡監測功能

　　站房環境監控系統監測站房環境參數，提供兩種監測方式，TCP端口探測和PING探測方式。

　　? 基本功能

　　能實時檢測市電、UPS、空調、漏水、溫濕度、圖像采集等設備的工作狀態和各運行參數;

　　獨立運行：在被盜、火災、斷電等異常狀況下，完成關鍵數據采集、現場圖像采集、報警信息發布、遠程控制等操作;

　　數圖融合：能夠長期存儲報警信息及現場圖像信息;

　　遠程監控：嵌入式WEB服務，支持移動終端遠程檢測和控制;

　　B/S架構的嵌入式綜合管理管理平臺，支持二次開發;

　　4.2 照明控制器

　　主要參數：

　　1、4路/6路/8路/12路可選輸出回路;

　　2、經緯度控制;

　　3、時間控制;

　　4、手自動控制;

　　5、遠程集中控制;

　　6、消防聯動;

　　7、光控;

　　8、天文時鐘;

　　9、LCD液晶顯示;

　　10、節假日模式;

　　11、無線控制;

　　12、RS485接口，標準Modbus協議;

　　13、供電電源：AC 220V 50Hz;

　　14、電源消耗：<2.5W;

　　15、安裝方式：導軌;

　　4.3 溫濕度傳感器

　　主要參數：

　　工作電壓12VDC(9V～36VDC)

　　連接接口RJ45接口與接線端子可選，4線，最大通訊距離1200m

　　測量范圍溫度范圍-20℃～70℃

　　濕度范圍0～100%RH

　　測量精度溫度誤差±0.3℃，在25℃時測試。

　　濕度誤差±3%RH， 在25℃時測試。

　　通信接口物理接口RS485，RJ45接口、接線端子

　　傳輸距離1200m，屏蔽雙絞線。

　　地址范圍1-247, 通過按鍵設置。

　　通信協議MODBUS-RTU

　　波特率1200,2400,4800, 9600,115200可選擇，出廠默認設置9600bps。

　　數據格式N, 8, 1

　　聯動輸出1路干接點聯動輸出

　　報警輸出蜂鳴器報警輸出

　　報警閾值溫度范圍-20℃～100℃

　　濕度范圍1～100%RH

　　EMC指標EFT(脈沖群)差模±2KV

　　ESD(靜電)接觸放電±6KV ，空氣放電±8KV

　　外形尺寸86*86*34mm

　　質 量100g

　　材 料ABS塑料

　　4.4 煙霧探測器

　　主要參數：

　　1) 工作電壓：DC9V~35V

　　2) 待機電流：12mA (繼電器常閉)

　　500uA (繼電器常開)

　　3) 報警電流：10mA (繼電器常閉)

　　18mA (繼電器常開)

　　4) 報警指示：紅色LED常亮

　　5) 傳感器：紅外光電傳感器

　　6) 工作溫度：-10°C~ +50°C

　　7) 環境溫度：最大95%RH(無凝結現象)

　　8) 抗RF干擾：10MHz-1GHz 20V/m

　　9) 報警輸出：常開/常閉可選，接點容量DC28V 100MA

　　10) 復位方式：自動復位/斷電復位可選

　　11) 覆蓋區域：當空間高度為6m~12m，一個探測器的保護面積對一般保護現場而言為80平方米;空間高度為6m以下時，保護面積為60平方米。具體參數應以火災自動報警系統設計規范GB50116-98為準。

　　12) 執行標準：GB4715-2005 ,EN54-7

　　13) 靈敏度：0.5dB/m(±0.1 dB/m)

　　14) 外形尺寸：100mm(直徑)*46mm(高度)

　　4.5 單門門禁控制器

　　主要參數：

　　1) 單門(或雙門或四門)雙向控制

　　2) 2萬張卡管理權限(可擴充6萬)

　　3) 10萬條脫機存儲記錄

　　4) RS485/232通訊(半雙工通訊)

　　5) 可配置反潛回,多門互鎖,多卡開門等擴展功能

　　特點：

　　具有門禁管理、門狀態查看和、遠程開關門和非法開門告警等功能

　　防雷、防浪涌、光電隔離保護

　　具有防死機功能

　　支持大電流電鎖驅動

　　鑒別方式：卡，卡+密碼

　　支持防反潛功能

　　超大內存管理

　　方便的導軌式安裝

　　支持門禁控制器按鈕發卡

　　電源輸入范圍12-24VDC

　　工作環境溫濕度-10℃-50℃，10%-90%RH

　　接口方式TCP/IP

　　4.6 指紋密碼刷卡一體機

　　主要參數：

　　1) 指紋、密碼、刷卡(IC卡、ID卡均可)一體

　　2) 支持RS232、RS485、TCP/IP通訊，支持單機或聯網工作，單機可存儲達3萬條記錄

　　3) 支持不同時段開門、多人開門、拆機報警等功能

　　4) 專業門禁功能：50個時間段、5個分組、10種開門組合，支持脫機工作

　　電鎖控制：3A/12VDC繼電器輸出

　　指紋容量1500枚，記錄容量50000條

　　鍵盤和顯示：集成80個字符LCD顯示屏和數字鍵盤

　　電源：12VDC，待機電流 50mA，工作電流 400mA

　　9) 驗證速度：<=2s

　　10) 拒登率：<=1%

　　11) 誤判率：<=0.0001%

　　12) 語言選擇：簡體中文

　　13) 使用溫度：0~45℃

　　14) 使用濕度：20%~80% RH