王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:為解決現(xiàn)有配電室監(jiān)控系統(tǒng)在實際應用中存在配電室各監(jiān)控參數(shù)采集結(jié)果誤差較大問題,設計一種新的監(jiān)控系統(tǒng),實驗證明能夠有效減小配電室各監(jiān)控參數(shù)采集誤差,提高系統(tǒng)監(jiān)控精度。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);分布式;配電室;遠程;監(jiān)控;系統(tǒng)
0 引言
以往電力企業(yè)在對配電室進行管理時,通常依賴于人工定時的方式對各類電力設備儀器進行檢測,并手動繪制成表格的形式上報。但這種管理模式在實際應用中工作效率很低,并已無法適應當前大部分智能配電網(wǎng)的規(guī)模及用電用戶的需求。同時,由于當前配電室建設較為適宜的地區(qū)逐漸減少,已有相當一部分配電室被建設在相對偏僻的區(qū)域,在各個地區(qū)分布十分分散,也對配電室的管理造成了一定影響,進而影響到整個電力系統(tǒng)的正常運行。
1系統(tǒng)硬件設計
1.1多種功能傳感器選型
在本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠程監(jiān)控系統(tǒng)在實際應用中的需求下,綜合系統(tǒng)設計成本、功耗以及應用性能,選擇系統(tǒng)硬件設備。根據(jù)配電室的日常運行特點,對用于測量和采集各種參數(shù)的傳感器設備進行了初步選型,需選擇能實時監(jiān)測煙霧、紅外入侵、水浸、溫濕度等的傳感器。選用YD5543-230型號煙霧傳感器,用于對配電室內(nèi)煙霧參數(shù)進行采集。該型號溫煙感傳感器是一種能夠集成光電煙霧和溫度的傳感器,當配電室環(huán)境中出現(xiàn)煙霧濃度或溫度超過了事先設定的安全范圍時,立即產(chǎn)生相應的報警開關量信號,并將信號通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)较到y(tǒng)上位機當中,由其控制相應的設備斷電,以此避免出現(xiàn)更嚴重的安全事故發(fā)生[1]。
針對紅外入侵進行監(jiān)測的傳感器采用DB546-06型號以紅外線作為介質(zhì)的傳感器結(jié)構(gòu),當該傳感器檢測到配電室內(nèi)有未經(jīng)允許進入的人時,該型號傳感器也會自動被觸發(fā)并發(fā)出報警信號。水浸傳感器選用SI59-32型號傳感器,該型號傳感器在實際應用中是基于液體導電的原理。首先利用電極對配電室內(nèi)是否有水存在進行探測,當探測到有水存在時,再自動轉(zhuǎn)換為干接點,產(chǎn)生相應的開關量報警信號。選用DH456-20型號溫濕度傳感器,對配電室中環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)進行采集,同時在對檢測到的信號進行處理時,能夠?qū)崿F(xiàn)對其校準,并將準確的數(shù)字溫濕度通過物聯(lián)網(wǎng)進行傳輸。四種不同功能傳感器的相關技術(shù)參數(shù)如下。
煙霧傳感器YD5543-230:供電2.5V~5.5,煙霧量程0~10mg/m3,響應時間0.5s,模擬量4路0~15mA輸入;紅外入侵傳感器DB546-062:供電1.5V~4.5,探測距離15m,響應時間0.2s,模擬6路0~12mA輸入;水浸傳感器SI59-320:工作溫度-10~45℃,信號類型Zigbee,供電方式CR2160電池,工作電壓2.5V;溫濕度傳感器DH456-20:輸出類型Digital,供電1.5~2.5V,準確性+/-1Cto+/-3C,響應時間0.5s。四種不同功能和型號傳感器的報警指示燈均能常亮5s及以上,無線傳輸頻率均能夠足本文系統(tǒng)的傳輸要求,在發(fā)出報警的同時能自動生成警情報告、電池電量報告以及防拆報告等數(shù)據(jù)信息,以此為發(fā)生安全事故提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
1.2單片機選型
在本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中引入STC12W18S5型號單片機,利用硬件SPI接口將其與網(wǎng)絡通信芯片進行連接,該型號單片機主要以SPI模式為主,在實際應用中該型號單片機具備速度快、功耗低等優(yōu)勢。在STC12W18S5型號單片機中引入高精度R/C時鐘,以此節(jié)省原本系統(tǒng)內(nèi)核心芯片的外部晶振和復位電路,使系統(tǒng)在研發(fā)階段更加簡單方便。同時,在STC12W18S5型號單片機中引入兩個16位可重裝載定時器T1和T2。在單片機內(nèi)部集成多組異步和同步串行通信端口,確保上述選擇的各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)能通過STC12W18S5型號單片機在物聯(lián)網(wǎng)當中實現(xiàn)快速傳輸[2]。
將STC12W18S5型號單片機上的P1.5、P1.4和P1.3作為配置復用輸入輸出接口,由單片機通過對網(wǎng)絡傳輸芯片進行讀寫操作,以此實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)的通信功能。將STC12W18S5型號單片機P0.0~P0.8接口依次與各個傳感器開關量的信號輸入和輸出端口進行連接,并通過物聯(lián)網(wǎng)直接獲取各個傳感器的開關量信號。由STC12W18S5型號單片機發(fā)出控制信號,并驅(qū)動繼電裝置控制各個電力設備連接線路的通斷,依次實現(xiàn)對各個配電室多路風扇和照明設備的開關控制,進而達到遠程控制配電室目的。
2系統(tǒng)軟件設計
2.1配電室各監(jiān)控參數(shù)采集
在對配電室進行遠程監(jiān)控時,首先需針對上述選擇的多種傳感器獲取到的參數(shù)進行采集,完成對開關量數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)等采集工作。根據(jù)本文上述傳感器選型,定義開關量輸入端口信號,8個信號名稱、端口信號及其定義分別為:YD1/P0.0/煙霧傳感器1狀態(tài)信號;YD2/P0.2/煙霧傳感器0狀態(tài)信號;DB1/P0.4/紅外傳感器1狀態(tài)信號;DB2/P0.6/紅外傳感器0狀態(tài)信號;SI1/P0.8/水浸傳感器1狀態(tài)信號;SI2/P1.0/水浸傳感器0狀態(tài)信號;DH1/P1.2/溫濕度傳感器1狀態(tài)信號;DH2/P1.4/溫濕度傳感器0狀態(tài)信號。
以上8路開關量均可通過DI開關接口的端口信號對其進行直接獲取,由于開關量的狀態(tài)只有開和關,因此只給出兩種狀態(tài)1和0,其中1表示為開,0表示為關[3]。在本文系統(tǒng)運行過程中,利用定時器完成各項調(diào)度任務,并分別設置對應的采集時間,按照圖1所示流程實現(xiàn)對配電室內(nèi)各個參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。每次從各個傳感器上獲取到的數(shù)據(jù)均為32位,以溫濕度數(shù)據(jù)為例,得出的數(shù)據(jù)為濕度高7位、低7位、溫度高7位、低7位和末4位組成。
圖1參數(shù)采集流程圖
2.2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室環(huán)境信息遠程監(jiān)控
在本文上述軟硬件開發(fā)環(huán)境的基礎上,在系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),根據(jù)上述操作完成對配電室內(nèi)各個監(jiān)控參數(shù)的采集后,利用物聯(lián)網(wǎng)云平臺對各類信息進行遠程監(jiān)控[4]。通過對物聯(lián)網(wǎng)云平臺互聯(lián)協(xié)議進行分析,本文采用JSON作為各類配電室環(huán)境信息的傳輸格式。首先在物聯(lián)網(wǎng)云平臺中創(chuàng)建個人賬號并申請相應的密鑰,根據(jù)配電室的運行情況,按照數(shù)據(jù)采集和開關添加各個數(shù)據(jù)采集傳感器及開關,并在添加完畢后獲取各個傳感器的ID。在對傳感器采集到的各類數(shù)據(jù)信息進行上傳時,由分布式Web負責將各類數(shù)據(jù)及獲取到的開關狀態(tài)信號進行統(tǒng)一處理,并構(gòu)建一個格式規(guī)范的JSON數(shù)據(jù)串,再建立一個TCP連接,并利用HTTP傳輸協(xié)議將各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)云平臺當中。
根據(jù)互聯(lián)協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容,從物聯(lián)網(wǎng)云平臺中一次只能獲取一個開關的開關狀態(tài),并依次將需進行數(shù)據(jù)獲取的設備和開關的ID進行填充,一次構(gòu)成一個GET報文并在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中完成對數(shù)據(jù)的傳輸,實現(xiàn)系統(tǒng)用戶對分布式配電室環(huán)境信息的查詢。
2.3報警聯(lián)動處理
根據(jù)本文上述對系統(tǒng)的設計,可實現(xiàn)各個傳感器分布式配合聯(lián)運處理和控制,根據(jù)配電室需要,采用多個運動報警與多個設備聯(lián)動的處理策略。在根據(jù)不同配電室的參數(shù)安全范圍設定后,可利用報警聯(lián)動功能實現(xiàn)對配電室運行保護控制。以配電室內(nèi)部環(huán)境溫濕度為例,當傳感器監(jiān)測到溫濕度數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時,通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)傳感器到系統(tǒng)上位機的遠程傳輸。此時由報警聯(lián)動實現(xiàn)對空調(diào)和通風設備的開關控制,開啟后實現(xiàn)對溫度和濕度的調(diào)整。此外按照下述方式設置本文系統(tǒng)中的報警聯(lián)動處理邏輯:
當有未經(jīng)允許人員進入到配電室時,系統(tǒng)自動聯(lián)動視頻監(jiān)控,以此實現(xiàn)對人員視頻圖像的獲取,并在完成對人員畫面的記錄后將其上傳到系統(tǒng)上位機中并報警;當配電室開關柜溫度超過事先設定的范圍時,系統(tǒng)自動聯(lián)動開啟空調(diào)、風機等設備進行降溫并將這一過程中數(shù)據(jù)的變化情況進行記錄,并將其上傳到系統(tǒng)上位機中;當配電室風機、空調(diào)設備出現(xiàn)不工作的問題,由系統(tǒng)自動聯(lián)動判斷出其相關狀態(tài)并驅(qū)動視頻設備實現(xiàn)對其拍照記錄,并將結(jié)果傳輸?shù)较到y(tǒng)上位機中,通過上述制定的聯(lián)動處理方案實現(xiàn)對配電室的遠程監(jiān)督和控制。
3 對比實驗
選擇某電力企業(yè)的配電室作為實驗環(huán)境和實驗對象,分別利用本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠程監(jiān)控系統(tǒng),以及該電力企業(yè)現(xiàn)行基于串行通信技術(shù)配電室監(jiān)控系統(tǒng)應用于該配電室運行管理當中,并實現(xiàn)對其監(jiān)控。在實驗過程中設置兩種運行系統(tǒng)的條件均相同,選用Windows8作為兩種系統(tǒng)的操作平臺,選用Internet200MB作為網(wǎng)絡運行環(huán)境。為驗證兩種監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控精度,選擇將其得到的配電室各項相關參數(shù)監(jiān)測精度作為實驗評價指標。在已知該配電室溫度為26℃、濕度為39%的情況下,分別利用兩種系統(tǒng)對其進行監(jiān)控,并將系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)與已知數(shù)據(jù)進行對比,得出其監(jiān)控誤差,利用Excel軟件對實驗結(jié)果進行記錄并分析,得到如表1所示實驗結(jié)果。
表1兩種監(jiān)控系統(tǒng)實驗結(jié)果對比表
從表1得到的數(shù)據(jù)可看出,本文系統(tǒng)無論是在對配電室溫度進行監(jiān)控還是對濕度進行監(jiān)控,得到的結(jié)果精度誤差均明顯小于該電力企業(yè)現(xiàn)行基于串行通信技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)。因此,通過對比實驗證明,本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠程監(jiān)控系統(tǒng)在實際應用中具有更高的監(jiān)控精度,獲取到的數(shù)據(jù)可靠性更強。
4 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型
4.1概述
AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺,滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設備或環(huán)境視頻場景等需求,實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中,集中存儲、統(tǒng)一管理,方便使用,支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警,并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
4.2應用場所
適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。
5 系統(tǒng)功能
5.1用能月報
用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量,查詢跨度可設置為月。
5.2站點監(jiān)測
站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。
5.3變壓器狀態(tài)
變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù),支持按負荷率、功率等升、降序排名。
5.4運維
運維展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。
5.5配電圖
配電圖展示被選中的變電所的配電信息,配電圖顯示各回路的開關狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息,支持電壓、電流、功率等詳細運行參數(shù)查詢。
5.6視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面(視頻直播),選中某一個變配電站,即可查看該變配站內(nèi)視頻信息。
5.7電力運行報表
電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路指/定采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計。
5.8報警信息
對平臺所有報警信息進行分析。
5.9任務管理
任務管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務,查看巡檢或消缺任務的狀態(tài)和完成情況,可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。
5.10用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù),對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析,并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。
5.11 APP監(jiān)測
電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊,支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢,設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。
6 系統(tǒng)硬件配置
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