一、 项目总述

1. 背景需求

配电房是电力系统末端配电网中分配、传输电能的主要电气设备的场所，是城市配电网系统中重要的组成部分。其具有分布广、数量多、管理复杂等特点，一直都是配电网运行管理工作中的薄弱环节。我国社会的快速发展，促使社会对电能的需求量不断增加，对电网运行的可靠性要求越来越高，而配电房则是保证城市配电网运行可靠的最后保障。因此，配电房的智能化建设迫在眉睫，伴随着我国配电网智能化建设的发展，诸多的在线监测设备和技术逐渐应用到配电网的运行过程中，配电房在线监控系统的建设，实现了配电房各种监测数据的动态显示，进一步提升了配电房运行的能力，提高了配电网运行的可靠性。

根据配电房的特点，迫切需要建设集成度很高的一体化智慧型配电房监控系统，实现实时监测、事前预警、事中报警、事后控制、存储取证，具有遥信、遥测、遥调、遥控和遥视的功能。

2. 项目概况

配电房位于某小区内，有配电机柜，直流屏柜，风机，水泵及集水坑。

本次主要监控对象包括：开关状态、直流屏、漏水、温湿度、烟雾探测器、防盗报警、照明等设备。系统把变压器、配电、环境、火灾消防、门禁等所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制。

为保证设备在断电情况下能够继续使用，设置一台5KVA的UPS电源，后备时间为10小时。

3. 设计依据

（1） 机房环境集中监控用户要求

（2）《计算广播机房环境安全要求》

（3）《计算机站场地技术条件》GB2887-89

（4）《工业企业通信接地设计规范》（GBJ79-85）

（5）《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

（6）《智能建筑设计规范》(GB/T 50314－2000)

（7）《低压配电设计规范》(GB 50054－95)

（8）《中华人民共和国公共安全行业标准》(GA 247-2000)

4. 设计原则

（1）先进性：系统软件与硬件均采用成熟的最新技术手段自主研发，并保持一定前瞻性，能适应整个行业未来的科技发展需要；

（2）可靠性：系统的设计以及硬件研发，选用较成熟的最新成熟技术； 

（3）运行管理方便：软件采用全中文B/S 设计，操作方便简洁；

（4）可扩展性强: 采集设备采用分布式系统架构，增加监控设备，不干扰其它设备的正常运行；

（5）接口丰富：系统提供基于RS485 的MODBUS 协议、SNMP 协议、RS232 串口等智能设备监控开发接口；同时系统还提供第三方接口，便于第三方软件兼容；

（6）施工简化：设备提供标准的通讯接口，采用统一的标准系统接线，以及分布式网络连接，现场施工操作简单；

（7）技术支持能力强：承建单位技术实力强，服务完善；

（8）建设时间短：在较短的时间内完成系统的安装调试。

5. 系统性能

（1）先进性

整个系统技术保持一定前瞻性，采用的设备和技术能适应将来科技发展。

（2）可靠性

所选设备具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，系统安全可靠性高，有足够的抗干扰能力，不影响被监控设备正常工作。

（3）稳定性

系统成熟稳定，支持各种第三方主流厂家智能设备的接口通讯协议。

（4）实时性

系统图像、数据能通过网络实时传输与保存，用于日后的查询与分析。

（5）实用性

系统性能价格比高，整个系统施工简化、易维护、易使用、运行费用低。

（6）扩展性

系统采用分布式架构设计，能够适应不断增加的扩展需求，当系统扩容时，只需简单增加相关设备即可。

（7）兼容性

整个系统能监控不同的操作平台和语言环境，并能与不同厂商的产品兼容。

（8）灵活性

系统构成方式简单，功能配置灵活，充分利用现有的计算机资源，能满足不同业务部门的需要。

（9）维护性

系统运行可在线运行诊断和检测，能及时发现系统各功能单元故障情况，便于系统故障的维护处理。

二、 系统设计

1. 系统概述

智慧站房环境监控系统以有线或者无线通信为核心，完成站端变压器、配电、一次设备、环境监测、门禁控制、防盗报警、采暖通风、灯光控制等数据的采集和监控，并将以上信息远传到监控中心。系统采用分层、分区的分布式结构，分为站端控制主机和软件系统两部分。系统把变压器、配电、环境、火灾消防、防盗报警、门禁等所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制。终端设备能够脱机运行，在网络断线、服务器故障等情况下站端设备依然能够实现正常运行、刷卡开门、联动报警、设备联动控制以及记录存储等。

系统可以设置系统内的各子系统之间进行联动；还可以通过硬件和软件的方式和变电站综合自动化系统进行联动，能实现用户自定义的设备联动。并可以根据配电房现场需求，完成自动的闭环控制和告警。系统所有操作以及报警确认，都保留详细的日志并生成相应报表。

2. 系统架构

系统整体架构如下所示：

环境监控系统主要由监控装置、网络设备、计算机设备等互联布局而成。按照我国规定的配电网智能化设计规则，本次项目中的监控系统采用分层、分布式的原则进行设计。分层设计更符合现阶段我国实行的通讯系统的设计标准，每一层均可独立的完成监视控制功能，同时也可以实现远端控制，还可以确保在上下层之间发生通讯故障的时候本层、上层的功能不会受到故障的影响。本项目主要分为主站层、通讯间隔层以及远端设备层。

（一）主站层（管理层）

主站是在线监控系统的核心，主要是由安装站端监控软件的监控主机和服务器构成，负责将通讯层上传的数据进行解包，对通讯层上传的数据进行分析、管理，根据站端的实际情况执行相应的操作，从而负责对配电房的智能化管理。主站通过外网服务器实现与站端的通信，主站层主要配置方式有单监控主机、单通讯机、双通讯机、双主机或者功能的组合等。

（二）通讯间隔层（传输层）

通讯层主要负责站端设备和主站之间的通信，是在线监控系统的主要连接枢纽，是保证在线监控系统正常运行的关键。监控系统之间的信息传递主要是通过通讯层的通讯总线传输到各个通讯子站，各个通讯子站通过对本站的监控信号、运行参数等进行上传至主站层进行分析处理，主站的远程控制指令由通讯总线下行传输至各个配电房的远端控制主机，进行相应的控制操作。现阶段我国常用的通讯间隔层上行网络主要是以太网和PROFIBUS等形式进行传输，下行网络之间的传输则主要是现场总线常用的主要有RS232、RS485、以及CANBUS等，总线的类型则是由项目所选用的设备进行确定。在本项目中采用4G网络和Internet协议的数据传输，即远端与主站采用4G网络进行数据的传输，远端控制中心和监测设备之间采用RS485 总线进行通讯。

（三）远端设备层

远端设备层是在线监控系统的主要执行部分，也是执行监测的主要部分。该层主要是由各种监控设备，如湿度、温度、视频监控设备、主控设备等，负责对配电房的运行状态进行监控。并及时的将监测信息上传到通讯层或者接受主站发出的远端控制指令。远端设备层主要负责对配电房的视频监控、安全防范、智能控制、环境监测、门禁系统、火灾报警及保障系统。实现对配电房的智能控制和监测，以方便主站系统对配电房的所有设备的管理和信息的查看。

 

3. 子系统设计

本配电房的环境监控系统按照需求可以分为以下子系统：

 

3.1 视频监控子系统

在配电房的入口处及设备机柜通道前后设置监控摄像头，共6个，能够采集、存储、发布视频图像，监控系统能够动态查询到实时视频图像。

 

3.2 直流配电屏监测

Ø 监控内容

设计对配电房内直流配电屏的运行参数及状态进行实时监测，一旦发生故障及报警通过监控平台发出对外报警。

Ø 实现方式

通过直流/交流配电屏设备提供的RS485（或RS232）智能接口及通讯协议，采用总线的方式将直流/交流配电屏的监控信号直接接入监控主机的串口，由监控平台软件进行直流/交流配电屏的实时监测。

Ø 实现功能

实时监测直流/交流配电屏输出的电压、电流等参数，以及各支路开关、熔断丝的状态（能监测到的具体内容由厂家的协议决定，不同品牌、型号的直流/交流配电屏所监控到的内容不同）。

系统可对监测到的各项参数设定越限阀值（包括上下限、恢复上下限），一旦发生越限报警，系统将发生报警，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail、声光等对外报警。

提供记录查询，可查询报警数据及具体报警时间的参数值，并可导出为EXCEL格式，方便管理员全面了解机房内的直流/交流配电屏的供电状况。

 

3.3 风机监控

本项目站房共四台风机。

Ø 监控内容

设计对机房内风机的运行状态进行实时监测，同时可对风机实现远程的开关机控制。

Ø 实现方式

由于风机不具有智能接口，通过单相导轨电表（带控制）或中间继电器来实现风机的开关机电源控制，单相导轨电表（带控制）模块通过RS485智能接口及通讯协议采用总线的方式（或中间继电器的开关量信号接入主机DO接口）将信号接入监控主机的串口，由监控平台软件进行风机开关机控制和运行状态的实时监测。

Ø 实现功能

实时监测风机的开关机运行状态、过滤网堵塞状态，并可通过监控平台软件实现远程的开关机控制，同时可对风机进行定时开关机设置，使风机自动工作不需人为干预，大大延长了设备使用寿命，达到节能降耗、无人值守的目标。

3.4 灯光照明控制

Ø 监控内容

       设计对站房内灯光照明回路进行远程的开关灯控制。

Ø 实现方式

      通过单相导轨电表（带控制）或中间继电器来控制灯光照明回路220V电源的通断电，从而实现灯光照明的开关灯控制，并通过相导轨电表（带控制）模块通过RS485智能接口及通讯协议采用总线的方式（或中间继电器的开关量信号接入监控主机DO接口）将信号接入监控主机的串口，由监控平台软件进行灯光照明的开关灯控制。

Ø 实现功能

通过监控平台软件实现远程的开关灯控制，同时可对灯光照明回路进行定时开关灯设置，使灯光照明自动工作不需人为干预，大大延长了设备使用寿命，达到节能降耗、无人值守的目标。

3.5 水位监测

本项目有一个蓄水池，通过设置水位检测传感器来监测水位情况。

Ø 监控内容

水位检测传感器主要是用来检测水池内水的深度，当水池水位超过上限时，就会触发警报给管理员，让管理员第一时间掌握水位情况，才不会导致水池水的泄露。

Ø 实现方式

水位传感器的RS485接口与监控主机的RS485接口连接，由监控主机对实时监测采集的现场信号进行数据实时分析处理及数据存储。

Ø 实现功能

实时监控水池水位的实时状态，对其工作状态正常与否进行实时监测和显示。可对监测到的各项参数设定上下限阀值，一旦参数发生超限报警，在相应位置发生报警的参数会变红色显示，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，系统一旦监测到有报警或参数越限（可设置），第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。

3.6 烟感监测

        本项目在配电柜前后侧及变压器上端共设置3个烟感探测器。

 Ø 监控内容

设计在站房内安装烟感探测器进行实时火警监测，一旦发生报警通过监控平台发出对外报警。

Ø 实现方式

将烟感探测器提供的干接点信号直接接入监控主机的DI口，由监控平台软件进行消防的实时监测。

Ø 实现功能

实时监测站房内的消防火警信号，一旦发生报警，系统产生报警事件进行记录存储及有相应的处理提示，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。

3.7 温湿度监测

本项目设置一个温湿度感应器，监控配电房整体的环境温湿度。

Ø 监控内容

环境温湿度对于配电设备的可靠运行至关重要，因此设计在站房的各个重要部位，安装温湿度传感器（带液晶显示），一旦发现异常立即启动报警。

Ø 实现方式

通过在站房重要部位安装带液晶显示的温湿度传感器对环境温湿度实现监测，既可在温湿度传感器表面实时看到当前的温度和湿度数值，亦可通过温湿度传感器的RS485智能接口和通讯协议采用总线的方式将信号接入监控主机的串口，由监控平台软件进行温湿度的实时监测。

Ø 实现功能

  实时监测机房区域内的温度和湿度值，同时支持与其它子系统的联动控制，如当温度过高时自动联动启动空调进行制冷。

  系统可对温度和湿度参数设定越限阀值（包括上下限、恢复上下限），一旦温湿度发生越限报警，系统将发生报警，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。

  提供记录查询，可查询报警数据及具体报警时间的参数值，并可导出为EXCEL格式，方便管理员全面了解机房内的温湿度状况。

3.8  门禁监控

Ø 监控内容

出于对站房安全的考虑，设计对站房门进行门禁管理，采用进门刷卡（刷卡方式可选IC卡、指纹、密码）、出门按按钮的进出验证方式，由监控平台软件进行机房出入的门禁管理。

Ø 实现方式

使用网络门禁控制器，通过网络门禁控制器设备提供的TCP/IP接口及通讯协议，采用网络的方式将门禁信号接入监控主机，由监控平台软件进行门禁的实时监测。

Ø 实现功能

        实时监控各道门人员进出的情况，并进行记录。

        可对人员的进出区域、有效日期、进出时段等进行授权，并可对人员进行权限组划分。

        可对门控器进行远程设置操作。

       支持集中发卡功能。

       支持与其它子系统的联动功能，如：发生火警时联动门禁控制器自动打开各道门的电锁以便逃生等。

4. 产品参数

4.1  监控主机

技术参数：

系统架构	Linux系统，Freescale 工业级低功耗芯片ARM
网口	2路10M/100M自适应接口，物理接口：RJ-45接口
RS485串口	8路接口，物理接口：RJ-45接口，带12V供电
RS232串口	4路接口，1个物理接口： RJ-45接口，带12V供电；3个标准DB9接口
DI输入	8路光耦隔离开关量输入（支持干接点信号）接口，物理接口： RJ-45接口，带12V供电
DO输出	1路湿接点（12VDC）接口，2路继电器常开常闭输出（干接点）接口
AI输入	4路模拟量输入接口，支持0~20mA或0~3V，0-5V量程可选
USB接口	1路USB接口
指示灯	3个指示灯，分别为电源指示、系统运行指示、系统故障指示
输出电源	1路12VDC/1A 标准电源输出接口
供电电源	AC 220V，最大功耗50W，同时内置72W/30min可选后备锂电池电源，可在停电延时工作约24小时
物理尺寸	433mm×260mm×43mm
工作环境	温度：-10至70℃ ；湿度：10%至95%（无凝结）
重量	2.0Kg

Ø 特点：

集中监控

系统对站房内各种动力设备,环境设备及系统状态信息,报警信息等进行完整集中监控，并有良好的扩充性，实现跨区域集中监控管理。

来电自启动功能

监控主机采用低功耗ARM芯片和嵌入式操作系统，内置硬件看门狗，具有故障自动恢复功能，当主机重新启动后，整个监控系统也随着在运行。

WEB显示功能

监控主机内置WEB服务器，支持B/S架构，管理人员可直接通过浏览器和相应权限就可以实时的查看站房内所有动力环境监控设备的运行状态，可以远程管理、调整相关设备的工作参数。

日志管理功能

整套机房环境监控系统对各种报警信息、系统事件、设备参数等进行详细的记录，能够以报表形式进行数据导出、备份。

完善报警机制

监控主机支持多种报警方式，现场声光报警、电话拨号报警、手机短信报警、邮件报警等多种报警方式。

用户权限功能

系统具有多级用户管理，可设定用户管理权限，来宾用户只能对系统进行浏览，普通用户除了对系统具有浏览权，还可以对系统进行部分的控制，管理人员可以配置、管理整个系统。

布防撤防功能

站房环境监控系统从人性化设计出发，可设置布防撤防功能，可临时设置撤防多少时间来限制设备报警，方便灵活管理临时性的工作安排。

短信遥测遥控功能

系统支持管理人员通过短信实时查询当前站房的运行情况和监控主机的网络参数，并可通过短信对传感器进行布防和撤防。

网络监测功能

站房环境监控系统监测站房环境参数，提供两种监测方式，TCP端口探测和PING探测方式。

Ø 基本功能

能实时检测市电、UPS、空调、漏水、温湿度、图像采集等设备的工作状态和各运行参数；

独立运行：在被盗、火灾、断电等异常状况下，完成关键数据采集、现场图像采集、报警信息发布、远程控制等操作；

数图融合：能够长期存储报警信息及现场图像信息；

远程监控：嵌入式WEB服务，支持移动终端远程检测和控制；

B/S架构的嵌入式综合管理管理平台，支持二次开发；

4.2 照明控制器

主要参数：

1、4路/6路/8路/12路可选输出回路；

2、经纬度控制；

3、时间控制；

4、手自动控制；

5、远程集中控制； 

6、消防联动； 

7、光控；  

8、天文时钟； 

9、LCD液晶显示；  

10、节假日模式；

11、无线控制； 

12、RS485接口，标准Modbus协议； 

13、供电电源：AC 220V 50Hz；                                        

14、电源消耗：＜2.5W；

15、安装方式：导轨；

4.3  温湿度传感器

主要参数：

工作电压	12VDC（9V～36VDC）
连接接口	RJ45接口与接线端子可选，4线，最大通讯距离1200m
测量范围	温度范围	-20℃～70℃
	湿度范围	0～100%RH
测量精度	温度误差	±0.3℃，在25℃时测试。
	湿度误差	±3%RH， 在25℃时测试。
通信接口	物理接口	RS485，RJ45接口、接线端子
	传输距离	1200m，屏蔽双绞线。
	地址范围	1-247, 通过按键设置。
	通信协议	MODBUS-RTU
	波特率	1200,2400,4800, 9600,115200可选择，出厂默认设置9600bps。
	数据格式	N, 8, 1
联动输出	1路干接点联动输出
报警输出	蜂鸣器报警输出
报警阈值	温度范围	-20℃～100℃
	湿度范围	1～100%RH
EMC指标	EFT(脉冲群)	差模±2KV
	ESD(静电)	接触放电±6KV ，空气放电±8KV
外形尺寸	86*86*34mm
质  量	100g
材  料	ABS塑料

 

4.4 烟雾探测器

主要参数：

1) 工作电压：DC9V~35V

2) 待机电流：12mA （继电器常闭）

500uA （继电器常开）

3) 报警电流：10mA （继电器常闭）

18mA （继电器常开）

4) 报警指示：红色LED常亮

5) 传感器：红外光电传感器

6) 工作温度：-10°C~ +50°C

7) 环境温度：最大95%RH（无凝结现象）

8) 抗RF干扰：10MHz-1GHz 20V/m

9) 报警输出：常开/常闭可选，接点容量DC28V 100MA

10) 复位方式：自动复位/断电复位可选

11) 覆盖区域：当空间高度为6m~12m，一个探测器的保护面积对一般保护现场而言为80平方米；空间高度为6m以下时，保护面积为60平方米。具体参数应以火灾自动报警系统设计规范GB50116-98为准。

12) 执行标准：GB4715-2005 ,EN54-7

13) 灵敏度：0.5dB/m（±0.1 dB/m）

14) 外形尺寸：100mm（直径）*46mm（高度）

4.5  单门门禁控制器

主要参数：

1) 单门（或双门或四门）双向控制

2) 2万张卡管理权限（可扩充6万）

3) 10万条脱机存储记录          

4) RS485/232通讯（半双工通讯）         

5) 可配置反潜回,多门互锁,多卡开门等扩展功能                       

特点：

具有门禁管理、门状态查看和、远程开关门和非法开门告警等功能

防雷、防浪涌、光电隔离保护

具有防死机功能

支持大电流电锁驱动

鉴别方式：卡，卡+密码

支持防反潜功能

超大内存管理

方便的导轨式安装

支持门禁控制器按钮发卡

电源输入范围12-24VDC

工作环境温湿度-10℃-50℃，10%-90%RH

接口方式TCP/IP

4.6  指纹密码刷卡一体机

主要参数：

1) 指纹、密码、刷卡（IC卡、ID卡均可）一体

2) 支持RS232、RS485、TCP/IP通讯，支持单机或联网工作，单机可存储达3万条记录

3) 支持不同时段开门、多人开门、拆机报警等功能

4) 专业门禁功能：50个时间段、5个分组、10种开门组合，支持脱机工作

电锁控制：3A/12VDC继电器输出

指纹容量1500枚，记录容量50000条

键盘和显示：集成80个字符LCD显示屏和数字键盘

电源：12VDC，待机电流 50mA，工作电流 400mA

9) 验证速度：<=2s

10) 拒登率：<=1%

11) 误判率：<=0.0001%

12) 语言选择：简体中文

13) 使用温度：0~45℃

14) 使用湿度：20%~80% RH