浅谈基于GSM的配电室环境监测系统的设计与产品选型

程瑜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：利用GSM无线通信网络覆盖广泛、使用可靠等优点，本文研究了采用短信消息(SMS)对配电室湿度、漏水及烟气等指标的异常进行报警的智能监控系统。该系统能及时通过SMS技术将异常现象传到中控室的计算机及值班人员手机上，并能作出显示异常发生地点、时间及语音提示等动作，从而实现无人监控。相比传统监控方式，该系统具有成本低、可扩展性好的优点，具有良好的应用前景。

关键词：GSM短信消息SMS配电

1系统总体设计

如图1所示为配电室环境传感器布局图。该配电室分布了湿度传感器、漏水传感器、烟气传感器和温度传

图1配电室环境传感器布局图

感器，主要是考虑到影响配电室正常工作的主要因素有：(1)湿度，冬天暖气跑水产生大量的水蒸气，会使配电柜内部器件出现短路问题。(2)漏水，房顶漏水从配电柜顶部流入到配电柜里，使配电柜内部器件短路损坏。(3)烟气，配电柜内电路设备可能会因老化问题出现短路甚至火灾问题，该现象可能会伴有火花、气体等现象发生。

本监控系统主要由环境传感器(湿度传感器、漏水传感器、烟雾传感器及温度传感器)、总线控制器监控分站、SMS报警模块及中控计算机组成。如图2所示。系统主要实现如下功能有：

(1)实时监测配电室湿度、漏水、烟气、温度等环境指标。

(2)当出现异常状态时，能及时将信息发送给中控计算机及指定手机号码。

(3)进行语音报警。

图2监控系统原理图

2软硬件设计

2.1硬件设计

湿度监测主要是为监测冬天暖气跑出水蒸气引起配电柜内部电路短路的问题。湿度情况采集系统选用Honeywell公司的HH3610相对湿度湿度传感器，该传感器是线性的频率输出湿度检测模块，且可以实现一总线通信，使用十分便捷。

漏水检测主要是针对房顶是否存在漏水从配电柜顶部流入配电柜的问题，可采用漏水绳作为采集传感器，在实际检测中设定一个*低报警值，用户可以根据实际情况自行设定。

烟气传感器是火灾报警监控系统中的传感器，也是火灾发生的重要信息。系统选用DS250TH传感器，该传感器采用红外光电衰减式监测原理且为差分输出信号，能有效消除外界杂散光的干扰。

温度传感器主要要实现配电室现场的温度与温度变化速率的采集。该系统选用了DALLAS公司的数字式集成温度传感器DS18B20，该芯片具有硬件结构简单，无需外接电路即可实现据准确可靠测量。

监控分站由MCUat89c52控制模块[3]、GSM通信模块及RS-232接口电路及手动脱扣构成，利用串口转换器，将串口转换成RS-485电平与各个传感器模块进行通信，将湿度传感器模块、漏水传感器模块、气体传感器模块、烟雾传感器模块和温度传感器模块的信号进行处理，将采集来的数据与预定阀值对比判断，若超过则通过SMS短信平台将报信息传送给中控计算机及监控人员手机中，同时可通过系统反馈信息控制脱扣电路切断电路，从而保证现场安全。下图4为脱扣控制电路框图。

图3脱扣控制电路

系统GSM通信模块采用Siemens公司的新一代无线通信模块TC35i[4]，该模块可以提供稳定可靠的短消息服务(shortMessageService)。GSM模块正常工作频段为900MHz和1800MHz两个频段，对应频段功耗分别为2W和1W。模块有AT命令集接口，支持文本短消息。通过40引脚的ZIF连接器与外界连接，另有50Ω天线连接器连接天线。GSM通信模块的组成框图如图4所示。

图4GSM通信模块组成框图

中控计算机主要用于接收监控分站发送来的异常状况，并根据事前对各个配电室分配的编号，能准确判断出异常的来源地，然后将相关的信息进行报警显示和语音提示，同时将该异常的发生时间地点等信息进行存储。

2.2软件设计

2.2.1软件流程

监控分站上电自检、初始化以后，程序首先开始采集湿度传感器、漏水传感器、烟气传感器及温度传感器数据，经过信号处理以后，将所获取的参数与预设阀值进行比较判断。如果能判断出现异常状况，则驱动GSM模块向中控计算机和指定联系人发出SMS信息，并等待中控计算机反馈，如获得指示信息，则驱动脱扣控制电路切断配电室电源；如果未获得动作信息则继续监控环境参数，并间隔预设时间发送SMS信息直到异常状况消失或工作人员复位。

2.2.2SMS短信处理策略

当系统监测到异常状况时，将自动根据预设定联系信息，向指定联系人和中控计算机发送相应SMS信息，以便及时解决异常状况。

strMsgH.Format(_S(“当前湿度传感器报警”),s);

}

elseif(l>l_max)

{bNormalL=FALSE;

strMsgL.Format(_S(“当前漏水传感器报警”),s);

}

elseif(s>s_max)

{bNormalS=FALSE;

strMsgS.Format(_S(“当前烟雾传感器报警”),s);

}

elseif(t>t_max)

{bNormalT=FALSE;

strMsgT.Format(_S(“当前温度传感器报警”),s);

}

if(CtestApp::Messagenum1==0)

{//调用sendSMS()函数发送报警信息

For(i=0,i<1000,i++);

Intret=sendSMS(CTestApp,CTestApp::ListNums,buf2);

CTestApp::Messagenum1++;}

3安科瑞配电室环境监控系统

3.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除湿机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

3.2应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

3.3系统结构

3.4系统功能

3.4.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，实时显示有关故障、告警等信息。

3.4.2数据查询

在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

3.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

3.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

3.4.5实时告警

具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

3.4.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。 

3.4.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

3.4.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

3.4.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

3.5系统硬件配置

 

名称	型号	图片	功能
系统	ACREL-2000E

	Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。
智能通信管理机	Anet-2E4SM		通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。
主机	Acrel-2000E/A

	数据采集、状态监测、设备控制、报警事件记录查询，可以根据采集到的设备数据或状态联动启动风机、声光报警器、空调、水泵等设备。
Acrel-2000E/B

	参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。
Acrel-2000E/M

	参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装。
Acrel-2000E/G

	参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装
环境监测硬件	RS-WS-NO1-8		用于配电房温度和湿度。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40。0℃～99。9℃工作湿度：0%RH～99%RH
BRJ-307		光电式烟雾传感;电源正极（DC12V）：+12V，继电器输出：常开触点
RS-SJ-N01R01-2		接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC10-30V工作温度：-20℃~+60℃工作湿度：0%RH~80%RH响应时间：1s继电器输出：常开触点
环境监测硬件	T35-II-5。6

	风量4800，带温控器，带消声段，电机变频
AT8002		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出
DS-2DC6120BY-A

	视频监控
ARTU-KJ8		8路开关量输入，8路继电器输出

 

4结语

经实际测试，该配电室环境监测系统达到预定的功能要求，能够实时的监测并及时的发送报警信息，能够可靠稳定地实现远程智能监测，大大节省了配电室运营成本，为提高企业配电系统的管理水平起到积极作用。由于该系统采用嵌入式模块化设计模式，具有可扩展性强，智能化程度高，因此非常具有实用意义。

参考文献：

[1]孟飞,罗爱斌.多点温湿度测量仪的设计改性粉煤灰吸附性能的研究[J].电子技术,2008(1):47-49.

[2]韩小斌,朱永文.数字式温度传感器DS18B20及其应用[J].电子技术,2002(1):47-48.

[3]余永权.ATMEL89系列Flash单片机原理及应用[J].电子工业出版社,1997,6(1):21-27.

[4]胡修林,李喜林,唐祖平.基于嵌入式多任务系统的串口通信[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,2(1):

[5]贾雪正.浅谈基于GSM的配电室环境监测系统的设计[J].

[6]企业微电网设计与应用手册2022.05版

审核编辑 黄宇