淺談基於物聯網技術的隧道配電房智能監控管理係統設計

摘要：針對高速公路隧道配電房管理現狀，利用物聯網技術，設計了一套無人值守的配電房智能監控管理係統。該係統可實時監控配電房的運行狀態，遇到異常情況能及時向監控員發出報警,保證了隧道內(nei) 交通的安全運行。

關(guan) 鍵詞：物聯網；無人值守配電房；智能監控管理係統

0 引言

高速公路隧道配電房通常分布零散，相隔距離較遠，所處地理環境比較複雜，不利於(yu) 人工對其進行管理維護，而配電房內(nei) 部設備都非常重要，是隧道機電係統的核心設備。因此，人們(men) 對配電房的運行環境、安防等管理提出了新的要求，需要對煙霧、溫濕度、供配電設施、門禁狀態、室內(nei) 照明、通風、人員入侵以及視頻信息等進行集中監控管理和分析，以便人員及時準確地掌握設備運行信息，實現故障精確定位，為(wei) 配電房的安全、可靠運行提供有力保障。為(wei) 此，在現有的高速公路隧道配電房內(nei) 設置智能化監控係統，可以減輕監控員和外勤人員的勞動強度，降低設備運行維護成本，保證隧道內(nei) 交通的安全運行。

1 隧道配電房管理現狀

本文以某高速公路隧道管理所為(wei) 例，該管理所管轄了3座隧道，一共有5座配電房，這些配電房已投入運行15年。當時配電房設計標準較低，沒有配置智能管理係統，無法實現對供配電設備的監控和配電房環境的監控，現有監控設施隻能讓監控員通過安裝在配電房內(nei) 的攝像機進行實時監控，通過控製軟件實現抽屜櫃的開合閘。每天外勤人員隻進行一次配電房巡檢，並沒有實現對配電房的實時監控。隧道配電房均設置在山區，植被茂盛，動物較多，在天氣炎熱、潮濕、梅雨等環境中，設備運行在高溫、潮濕等惡劣環境下，嚴(yan) 重威脅設備的安全運行，成為(wei) 影響隧道正常運行的安全隱患。

2 物聯網結構及關(guan) 鍵技術

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義(yi) ，物聯網就是物物相連的互聯網，包含了兩(liang) 層意思：第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與(yu) 物品之間，進行信息交換和通信。

物聯網主要由3部分構成：感知互動層、網絡傳(chuan) 輸層和應用服務層。感知互動層，主要由傳(chuan) 感係統、識別係統和相關(guan) 外圍設備構成，具體(ti) 包括各種配電房溫濕度傳(chuan) 感器、電力儀(yi) 表、防盜傳(chuan) 感器、煙霧傳(chuan) 感器、攝像頭等設備，主要負責信息采集、信息轉換和信息收集。傳(chuan) 感器是觀察和測量的裝置，類似於(yu) 人類的感官係統，傳(chuan) 感器技術涉及學科眾(zhong) 多,包括光學、聲學、半導體(ti) 技術、測量技術、信息技術、微電子技術等。

網絡傳(chuan) 輸層,包含移動數據、藍牙、光纖和電纜等,主要負責信息的提取和傳(chuan) 輸，是連接應用層和感知層的數據通道。其關(guan) 鍵技術包括無線通信技術、Web技術、數據管理技術、ZigBee技術等。物聯網網關(guan) 可以實現多種不同設備的網絡接入，感知層中的感知設備與(yu) 網絡傳(chuan) 輸層的連接是通過物聯網網關(guan) 實現的。應用服務層,包含本地主機和控製器、物聯網中間件和物聯網應用平台。

應用層主要是基於(yu) 計算機和軟件技術進行各種數據處理。作為(wei) 海量數據的存儲(chu) 和分析平台的雲(yun) 計算技術是物聯網應用層的重要組成部分。物聯網中間件可以將計算機管理、設備控製和定位進行統一封裝,將物聯網技術與(yu) 各個(ge) 行業(ye) 的服務係統相連，對互聯網傳(chuan) 送來的數據進行處理、過濾、整合後,提供給所需的後端應用係統。

3 隧道配電房智能監控管理係統設計

基於(yu) 物聯網技術,本文提出了隧道配電房智能監控管理係統的集成技術解決(jue) 方案。本文以某配電房為(wei) 例,通過在配電房內(nei) 設置環境監控係統,檢測漏水、煙霧、溫濕度、人員入侵等信息，設置供配電設備的數據實時監控係統,監控各個(ge) 設備運行狀態，並上傳(chuan) 至中控室,實現對設備的集中監控、統計分析，能夠實現及時記錄、查詢和自動報警等功能,讓監控員和外勤人員及時接收到告警信息,以便及時處理異常事故。

隧道配電房智能監控管理係統由智能設備、傳(chuan) 輸線路和集成監控主機組成。配電房內(nei) 所有設備通過以太網、串口服務器接入到網絡內(nei) ;集成監控主機直接接入監控以太網,與(yu) 中控室網絡相連,從(cong) 而實現數據交互,係統構架如圖1所示。該係統采用集中管理、分散控製的方式，不但滿足了對分散監控點集中統一管理的需要,更滿足了數據安全等方麵的要求。

4 配電房智能監控管理係統的硬件設計

配電房需安裝的采集設備有煙霧傳(chuan) 感器、溫濕度傳(chuan) 感器漏水傳(chuan) 感器、紅外防盜傳(chuan) 感器、集成監控主機、三層交換機等。

(1)集成監控主機帶有串口通信、AI/DI、以太網接口，可以對配電房運行環境進行數據采集和控製,現場通過以太網接口接入到監控環網，將數據傳(chuan) 輸至隧道管理所中控室的服務器進行處理,現場采用機架式無風扇工控機，保證係統安全可靠、維護方便。

(2)低壓配電櫃監控設施,采用遠程電源管理控製器，不僅(jin) 可以顯示每個(ge) 抽屜櫃、智能斷路器的電流、電壓、負載等，還能顯示雙電源工作狀態以及配電櫃內(nei) 的溫濕度、煙霧、門禁等信息。當門禁被打開、煙霧產(chan) 生時會(hui) 觸發報警。遠程電源管理控製器與(yu) 各個(ge) 抽屜櫃的儀(yi) 表使用485接口連接，采用國際通用的SNMP、Modbus協議等通信，讀取儀(yi) 表數據。遠程電源管理控製器使用以太網接口接入到監控環網，中控室服務器直接讀取配電櫃的運行狀態和相關(guan) 數據。

(3)溫濕度傳(chuan) 感器:配電房內(nei) 的電子設備對環境溫濕度有較高的要求，保障機房環境條件，對充分發揮係統性能，延長設備使用壽命，確保數據安全性以及準確性具有重要意義(yi) 。本文設計的智能監控管理係統內(nei) 的溫濕度傳(chuan) 感器將檢測到的數據傳(chuan) 輸給集成監控主機，道過監控主機發送給中控室的服務器，就可以在監挖室監控電腦上進行直觀顯示。一旦溫濕度超過臨(lin) 界值,係統會(hui) 提醒監控人員並自動啟動風扇,記錄下相關(guan) 數據，監控員可以根據各季節的溫濕度狀況進行調整，防止溫濕度變化對設備造成不必要的損害。

(4)煙霧探測器:由光電煙感發出的報警信號(開關(guan) 量信號),傳(chuan) 送至監控主機,實時監測現場是否發生火災，如果遇到火災，係統自動在中控室監控電腦上發出告警,提醒監控員。

(5)漏水檢測器:配電房內(nei) 強電、弱電光纜、信號線縱橫交錯，配電房一旦漏水，後果不堪設想。配電房漏水不容易被發現，需要對配電房內(nei) 的漏水狀態進行實時檢測。本係統采用漏水檢測器，通過檢測電阻，實現開關(guan) 量輸出，采用直流12V共電，應用簡單可靠。

(6)紅外探測器:隧道配電房是無人值守的配電房，為(wei) 了防止非法入侵，在配電房內(nei) 安裝紅外探測器，誤報率低，性價(jia) 比高。如果發生入侵事件,報警器通過輸出模塊，將開關(guan) 量信號抄送給控製主機。該探測器采用直流12V供電，吸頂安裝可360“探測，探測直徑達8m，功耗小於(yu) 1W。

(7)監控攝像機:係統采用帶有移動報警功能的網絡攝像機，像素高，采用POE供電，實現對配電房的實時監控。

現場采集設備對配電房內(nei) 的溫濕度、門禁狀態、漏水狀態、炯霧、電力數據等進行實時監控，並將采集的信息通過局域網實時傳(chuan) 送給中控室的監控服務器，並直觀顯示在監控電腦上。

5 配電房智能監控管理係統的軟件設計

配電房智能監控管理係統軟件對監控服務器采集到的現場數據進行集中處理、記錄、統計等,將數據統計結果形象地顯示在界麵上,使監控員和外勤人員能夠直觀、輕鬆地掌握整個(ge) 配電房的運行狀態。此外,該係統還具備權限管理、報警管理、日誌管理、報表輸出等功能,配電房監控軟件實現與(yu) 視頻監控係統和隧道控製係統的數據交互。

該係統軟件需要支持TCP/IP、Modbus、SNMP等眾(zhong) 多協議,支持二次開發,具有以下功能:

(1)采用電子地圖模式,直觀顯示隧道配電房的位置和各個(ge) 配電櫃、抽屜櫃的位置,通過全局地圖了解配電房是否有報警信息,在地圖中選中一個(ge) 配電房後進入該配電房進行整體(ti) 巡查,包括巡查溫濕度等信息,在布置圖上選中一個(ge) 配電櫃可以查看該配電櫃的電壓、電流等信息。

(2)通過查看係統日誌和報表，了解各個(ge) 設備運行狀態並生成報表。

(3)在監控係統軟件上,可以隨意選擇聯動的設備。比如，當檢測到配電房溫度達到設定值時,打開排風扇,對配電房進行降溫，以保護設備。當煙霧傳(chuan) 感器檢測到有火災煙霧時，立即自動啟動排風扇並自動切斷智能斷路器、切斷電源等。這些功能使“無人值守"配電房的實現成為(wei) 可能。

6安科瑞配電室環境監控係統

6.1概述

配電室綜合監控係統包括智能監控係統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子係統（雲(yun) 台球機、槍機）、環境監測子係統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控製子係統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子係統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子係統（雙鑒檢測器）。

6.2應用場所

適用於(yu) 軌道交通，工業(ye) ，建築，學校，商業(ye) 綜合體(ti) 等35kV及以下用戶端供配電自動化係統工程設計、施工和運行維護。

6.3係統結構

6.4係統功能

6.4.1實時監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，實時顯示有關(guan) 故障、告警等信息。

6.4.2數據查詢

在人機界麵中，可以直接查看配電室中各個(ge) 設備的運行數據。

6.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

6.4.4運行報表

查詢配電室內(nei) 設備的運行數據報表。

6.4.5實時告警

具有實時告警功能，係統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體(ti) 、設備故障或通信故障等事件發出告警。

6.4.6曆史事件查詢

能夠對產(chan) 生的所有事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和進行曆史追溯、查詢統計、事故分析。 

6.4.7用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能，可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

6.4.8網絡拓撲圖

支持實時監視並診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構。

6.4.9遙控功能

可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。

6.5係統硬件配置

7 結語

本文設計的基於(yu) 物聯網技術的隧道配電房智能監控管理係統,實現了隧道配電房集中監控、精確故障定位、及時報警的管理模式，提高了對隧道配電房的監控能力以及對數據自動化處理和分析的水平,為(wei) 高速公路信息化應用和綜合管理係統應用提供了強有力的運維保障,延長了設備的使用壽命。

安科瑞侯文莉