變電站溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)

周凱鋒　張志峰　周妙秀

摘 要：文章介紹了變電站溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)，包括總體構(gòu)架、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容，最后總結(jié)了監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫濕度；監(jiān)控；系統(tǒng)

溫度和濕度是影響變電站電力設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)。因此，精確測(cè)量電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的溫濕度真實(shí)值十分重要。變電站電力設(shè)備很多是精密儀器，對(duì)環(huán)境要求很嚴(yán)格，溫濕度值必須符合規(guī)定，所以從設(shè)計(jì)上必須考慮多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并達(dá)到在線實(shí)時(shí)傳輸。本文研發(fā)的變電站溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)克服了目前變電站溫濕度測(cè)控方式的缺陷，包括人工采集數(shù)據(jù)浪費(fèi)時(shí)間，布線成本高且傳輸距離短等問題。新型監(jiān)控系統(tǒng)由三大部分組成：若干個(gè)檢測(cè)單元、系統(tǒng)集成單元、綜合控制單元。監(jiān)控系統(tǒng)工作過程分為3個(gè)步驟：（1）當(dāng)檢測(cè)單元測(cè)量值超過設(shè)定閥值時(shí)，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警，且傳輸當(dāng)前溫濕度值到系統(tǒng)集成單元。（2）系統(tǒng)集成單元處理接收到的數(shù)據(jù)，處理后的數(shù)據(jù)通過RS-485串口后，進(jìn)入綜合控制單元。（3）綜合控制單元的數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存接收到的數(shù)據(jù)信息，方便供用戶隨時(shí)調(diào)用查看，可以形成圖形和報(bào)表，給技術(shù)人員提供技術(shù)分析。

1 變電站溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成介紹

本文研究開發(fā)的變電站溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)具有多點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的方式，兼有一對(duì)多傳輸數(shù)據(jù)和一對(duì)一傳輸數(shù)據(jù)的特征。即多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)綜合控制單元和一個(gè)系統(tǒng)集成單元。綜合考慮變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境和用戶需求，多點(diǎn)位布置溫濕度傳感器。數(shù)據(jù)通信方式多樣化，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用無線數(shù)據(jù)通信或RS-485通信或綜合采用兩種通信模式。在無線數(shù)據(jù)通信模式下，變電站布置相近的溫濕度傳感器通過網(wǎng)絡(luò)組成局域網(wǎng)，利用RS485總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，再由同一個(gè)系統(tǒng)集成模塊與綜合控制單元進(jìn)行通信。

由綜合控制單元按輪詢方式向現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元發(fā)送指令，讀取變電站布置各個(gè)點(diǎn)位的溫濕度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)傳輸采用Modbus協(xié)議，有效地避免了傳輸過程中數(shù)據(jù)失真，且能保證數(shù)據(jù)的兼容性。

在變電站匯控箱安裝模塊化的智能溫濕度測(cè)控器，實(shí)施監(jiān)測(cè)、顯示、記錄每臺(tái)抽濕機(jī)的工作狀態(tài)，并可通過終端監(jiān)控軟件平臺(tái)手動(dòng)對(duì)抽濕機(jī)的啟停進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，將濕度參數(shù)與抽濕機(jī)啟停進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)濕度超高時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)抽濕機(jī)，消除濕氣對(duì)設(shè)備的腐蝕危害，提高了電氣絕緣性能，保障設(shè)備的運(yùn)行安全。本監(jiān)控系統(tǒng)采用SQL網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫，可以儲(chǔ)存變電站各溫濕度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)值，用戶可以查詢記錄任意時(shí)間段的數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的異常數(shù)據(jù)能進(jìn)行聲光報(bào)警。

在變電站匯控箱安裝模塊化的智能溫濕度測(cè)控器，實(shí)施監(jiān)測(cè)、顯示、記錄每臺(tái)抽濕機(jī)的工作狀態(tài)，并可通過終端監(jiān)控軟件平臺(tái)手動(dòng)對(duì)抽濕機(jī)的啟停進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，將濕度參數(shù)與抽濕機(jī)啟停進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)濕度超高時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)抽濕機(jī)，消除濕氣對(duì)設(shè)備的腐蝕危害，提高了電氣絕緣性能，保障設(shè)備的運(yùn)行安全[1]。

2 硬件設(shè)計(jì)

變電站溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件由兩大部分構(gòu)成，即檢測(cè)單元和系統(tǒng)集成單元設(shè)計(jì)。

2.1 檢測(cè)單元設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元各部分組成如圖2所示，包括微控制器、電力通信模塊、復(fù)位電路模塊、溫濕度傳感器、報(bào)警模塊、顯示模塊、鍵盤模塊等。其中為控制器選用STC89C52芯片，它的I/O接口與溫濕度傳感器的2線串行接口連接，不需要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取功能。通常將SHT10芯片作為溫濕度傳感器。優(yōu)于傳統(tǒng)檢測(cè)電路，具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠等特點(diǎn)。變電站環(huán)境溫濕度通過布置在變電站的各個(gè)溫濕度傳感器檢測(cè)參數(shù)值。

2.2 系統(tǒng)集成單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成單元的原理如圖3所示，總體構(gòu)架包括微控制器模塊、電源調(diào)理模塊、人機(jī)接口模塊、通信通道隔離電路等。其中通信通道隔離電路與綜合控制單元、檢測(cè)單元通信接口相連接。

如果把系統(tǒng)集成單元各模塊與人器官做比較的話，微控制器模塊相當(dāng)于人的大腦，向電源調(diào)理模塊、人機(jī)接口模塊、通信通道隔離電路發(fā)送指令，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和分配其他模塊的工作內(nèi)容；電源調(diào)理模塊向其他各模塊提供動(dòng)力，就像人的心臟為人提供動(dòng)力；通信通道隔離電路向綜合控制單元、檢測(cè)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，人機(jī)接口模塊顯示微控制器模塊的數(shù)據(jù)。集成單元與變電站現(xiàn)場(chǎng)布置的各溫濕度傳感器通過不同的地址碼進(jìn)行一對(duì)多通信，接收到溫濕度數(shù)據(jù)后，先將參數(shù)打包處理，然后再傳輸給綜合控制單元[2]。

3 軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)單元、系統(tǒng)集成單元和綜合控制單元都有自己的工作軟件界面，其各自的功能可以在軟件中實(shí)現(xiàn)。其中檢測(cè)單元軟件負(fù)責(zé)顯示現(xiàn)場(chǎng)各溫濕度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)，接收系統(tǒng)集成單元軟件發(fā)送過來的指令和數(shù)據(jù)等信息。系統(tǒng)集成單元軟件負(fù)責(zé)查詢各檢測(cè)單位通信地址碼，分辨各溫濕度傳感器數(shù)據(jù)真實(shí)性，匯總溫濕度參數(shù)值，打包處理及傳輸?shù)裙ぷ鲀?nèi)容。綜合控制單元功能軟件由VC++編程實(shí)現(xiàn)工作界面，建立SQL數(shù)據(jù)庫，以串行接口實(shí)現(xiàn)與各檢測(cè)單元一對(duì)多通信，和系統(tǒng)集成單位一對(duì)一通信。具有數(shù)據(jù)設(shè)定、控制、報(bào)警、顯示等多種功能。綜合控制單元的界面可以給用戶提供圖形、報(bào)表的方式供他們查看，而形成這些圖形、報(bào)表的數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元測(cè)量所得，并經(jīng)過系統(tǒng)集成單元打包處理后發(fā)送過來的。使用者可以通過軟件的菜單功能調(diào)出數(shù)據(jù)庫，并以圖形或報(bào)表形式再現(xiàn)顯示，數(shù)據(jù)庫具有按檢測(cè)位號(hào)查詢、按月度查詢、按自定義時(shí)間段查詢等3種方式，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站環(huán)境溫濕度的監(jiān)控與管理。

不僅可對(duì)本項(xiàng)目的端子箱內(nèi)部溫濕度和抽濕機(jī)進(jìn)行監(jiān)控管理，還可以對(duì)站內(nèi)機(jī)房環(huán)境等其他設(shè)備進(jìn)行集中的監(jiān)控管理。如：站內(nèi)機(jī)房溫濕度、空調(diào)、消防、水浸、視頻等，滿足用戶未來大數(shù)據(jù)整合管理的需求。本系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)無布線要求，施工簡(jiǎn)易，可操作性強(qiáng)，推廣簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。使維護(hù)管理人員及時(shí)掌握端子箱運(yùn)行環(huán)境的溫濕度值以及抽濕機(jī)設(shè)備的工作狀態(tài)，從而顯著提高端子箱運(yùn)行的安全性和可靠性。

4 結(jié)語

監(jiān)控系統(tǒng)采用SQL網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫并提供了設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的第三方接口，提供手機(jī)APP應(yīng)用，可以與用戶實(shí)際管理體制進(jìn)行配合管理，真正做到無人值守并融入用戶的管理方式。將以前不注重但卻對(duì)電力安全運(yùn)營擁有相當(dāng)影響的端子箱，納入管理系統(tǒng)中來，進(jìn)一步提高電力運(yùn)維的安全性。監(jiān)控平臺(tái)界面顯示采用全中文界面，圖形化設(shè)計(jì)，支持電子地圖功能。界面的結(jié)構(gòu)、層次清晰明了，能夠?qū)崟r(shí)直觀地顯示設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，場(chǎng)景仿真。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳永利，張自賓，李曉銀.糧食倉庫溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2003（4）：305-306.

[2]薛小鈴.單片機(jī)接口模塊應(yīng)用與開發(fā)實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.