一、系統總述
1. 背景需求
配電房是電力系統末端配電網中分配、傳輸電能的重要場所，是城市配電網系統中不可或缺的組成部分。配電房具有分布廣、數量多、管理復雜等特點，一直是配電網運行管理工作中的薄弱環節。隨著社會經濟的快速發展，對電能的需求量不斷增加，對電網運行的可靠性要求也越來越高。因此，配電房的智能化建設迫在眉睫。通過建設配電房環境監控系統，可以實現對配電房內各種環境參數和設備狀態的實時監測，提升配電房的運行效率和安全性，確保電力系統的穩定運行。
2. 項目概況
本項目位于**區內，配電房面積約60平方米，配備有30多臺配電機柜、1臺直流屏柜、4臺風機及1個水泵和集水坑。項目的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。系統將變壓器、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。為確保在停電情況下系統仍能正常運行，特別配備了一臺5KVA的UPS電源，保證至少10小時的后備時間。
3. 設計依據
- 機房環境集中監控用戶要求
- 《計算廣播機房環境安全要求》
- 《計算機站場地技術條件》（GB2887-89）
- 《工業企業通信接地設計規范》（GBJ79-85）
- 《安全防范工程程序與要求》（GA/T75-94）
- 《智能建筑設計規范》（GB/T 50314-2000）
- 《低壓配電設計規范》（GB 50054-95）
- 《中華人民共和國公共安全行業標準》（GA 247-2000）
4. 設計原則
- 先進性：系統軟件與硬件均采用最新的成熟技術，保持一定的前瞻性，能夠適應未來科技發展的需求。
- 可靠性：選用成熟的技術和設備，確保系統的高可靠性和長壽命。
- 運行管理方便：采用全中文B/S架構設計，操作簡便直觀。
- 可擴展性強：支持分布式系統架構，易于添加新的監控設備而不影響現有設備的運行。
- 接口豐富：提供多種智能設備監控接口，支持第三方軟件的兼容性。
- 施工簡化：采用標準化的通訊接口和網絡連接方案，簡化現場施工過程。
- 技術支持能力強：選擇技術實力雄厚的服務提供商，確保項目順利實施。
- 建設時間短：能夠在較短時間內完成系統的安裝與調試。
5. 系統性能
- 先進性：系統設計和技術選型具有前瞻性，能夠適應未來的科技進步。
- 可靠性：設備具有優秀的電磁兼容性和電氣隔離特性，確保系統的安全性和抗干擾能力。
- 穩定性：系統支持多種第三方智能設備的接口協議，確保長期穩定運行。
- 實時性：能夠實時傳輸和保存圖像及數據，便于后續的查詢與分析。
- 實用性：系統性價比高，施工簡便，易于維護和使用，運行成本低。
- 擴展性：采用分布式架構設計，支持系統未來的擴展需求。
- 兼容性：能夠適應不同的操作平臺和語言環境，與不同供應商的產品兼容。
- 靈活性：系統構成簡單，功能配置靈活，利用現有計算機資源滿足不同業務部門的需求。
- 維護性：支持在線診斷和檢測，快速定位并處理系統故障。
二、系統設計
1. 系統概述
智慧站房環境監控系統基于有線或無線通信技術，實現對站內變壓器、配電設備、環境條件、門禁控制、防盜報警、暖通空調、照明等要素的全面監控，并將這些信息遠程傳輸至監控中心。系統采用分層、分區的分布式結構，主要包括站端控制主機和軟件系統兩大部分。監控系統將所有監控數據在主界面上進行一體化展示和控制，即使在網絡中斷或服務器故障的情況下，站端設備也能獨立運行，實現正常的刷卡開門、聯動報警、設備控制及數據記錄等功能。
2. 系統架構
智慧站房環境監控系統的整體架構包括三個層次：主站層（管理層）、通訊間隔層（傳輸層）和遠端設備層（執行層）。這種分層設計不僅符合當前通信系統的設計標準，還能確保每層都能獨立完成監控任務，即便在上下層間出現通信故障時也不受影響。
- 主站層：作為在線監控系統的指揮中樞，主要由安裝有站端監控軟件的主機和服務器組成，負責數據的接收、分析、管理和決策執行。
- 通訊間隔層：負責站端設備與主站之間的數據交換，是系統正常運行的關鍵。本項目中采用了4G網絡和Internet協議進行數據傳輸，遠端控制中心與監測設備間的通信則通過RS485總線實現。
- 遠端設備層：包含各種監控設備，如溫濕度傳感器、視頻監控攝像頭等，負責采集站房內的環境參數和運行狀態，并向通訊層發送數據或接收來自主站的控制指令。
3. 子系統設計
針對本配電房的具體需求，環境監控系統劃分為以下幾個子系統：
- 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。
- 直流配電屏監測：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。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。系統可對監測到的各項參數設定越限閥值，一旦發生越限報警，系統將發出報警，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。
- 風機監控：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。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。系統支持定時開關機設置，使風機自動工作不需人為干預，延長設備使用壽命，達到節能降耗、無人值守的目標。
- 燈光照明控制：對站房內燈光照明回路進行遠程的開關燈控制。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。系統支持定時開關燈設置，使燈光照明自動工作不需人為干預，延長設備使用壽命，達到節能降耗、無人值守的目標。
- 水位監測：通過設置水位檢測傳感器來監測水位情況。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。系統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，第一時間發出電話撥號、手機短信、E-Mail等對外報警。
- 煙感監測：在配電柜前后側及變壓器上端共設置3個煙感探測器，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。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。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。
- 溫濕度監測：在站房的各個重要部位安裝溫濕度傳感器，對環境溫濕度進行實時監測。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。系統可對溫度和濕度參數設定越限閥值，一旦溫濕度發生越限報警，系統將發出報警，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。系統支持與空調等其他子系統的聯動控制，如當溫度過高時自動聯動啟動空調進行制冷。
- 門禁監控：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。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。系統支持人員進出記錄、權限管理、遠程設置操作、集中發卡功能及與其他子系統的聯動功能，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。
三、系統特點
- 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，并具備良好的擴展性，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實時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，包括現場聲光報警、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：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。
四、總結
配電站房環境監控系統通過集成多種先進的監控技術和設備，實現了對配電房內環境參數和設備狀態的全面、實時監控。系統不僅提高了配電房的運行效率和安全性，還大大降低了維護成本，為電力系統的穩定運行提供了有力保障。隨著技術的不斷進步，配電站房環境監控系統將在未來的智能電網建設中發揮越來越重要的作用。
