以往電力企業(yè)在對配電室進(jìn)行管理時，通常依賴于人工定時的方式對各類電力設(shè)備儀器進(jìn)行檢測，并手動繪制成表格的形式上報。但這種管理模式在實(shí)際應(yīng)用中工作效率很低，并已無法適應(yīng)當(dāng)前大部分智能配電網(wǎng)的規(guī)模及用電用戶的需求。同時，由于當(dāng)前配電室建設(shè)較為適宜的地區(qū)逐漸減少，已有相當(dāng)一部分配電室被建設(shè)在相對偏僻的區(qū)域，在各個地區(qū)分布十分分散，也對配電室的管理造成了一定影響，進(jìn)而影響到整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠(yuǎn)程系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的需求下，綜合系統(tǒng)設(shè)計成本、功耗以及應(yīng)用性能，選擇系統(tǒng)硬件設(shè)備。根據(jù)配電室的日常運(yùn)行特點(diǎn)，對用于測量和采集各種參數(shù)的傳感器設(shè)備進(jìn)行了初步選型，需選擇能實(shí)時監(jiān)測煙霧、紅外入侵、水浸、溫濕度等的傳感器。選用YD5543-230型號煙霧傳感器，用于對配電室內(nèi)煙霧參數(shù)進(jìn)行采集。該型號溫?zé)煾袀鞲衅魇且环N能夠集成光電煙霧和溫度的傳感器，當(dāng)配電室環(huán)境中出現(xiàn)煙霧濃度或溫度超過了事先設(shè)定的安全范圍時，立即產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)量信號，并將信號通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)较到y(tǒng)上位機(jī)當(dāng)中，由其控制相應(yīng)的設(shè)備斷電，以此避免出現(xiàn)更嚴(yán)重的安全事故發(fā)生[1]。

針對紅外入侵進(jìn)行監(jiān)測的傳感器采用DB546-06型號以紅外線作為介質(zhì)的傳感器結(jié)構(gòu)，當(dāng)該傳感器檢測到配電室內(nèi)有未經(jīng)允許進(jìn)入的人時，該型號傳感器也會自動被觸發(fā)并發(fā)出信號。水浸傳感器選用SI59-32型號傳感器，該型號傳感器在實(shí)際應(yīng)用中是基于液體導(dǎo)電的原理。首先利用電極對配電室內(nèi)是否有水存在進(jìn)行探測，當(dāng)探測到有水存在時，再自動轉(zhuǎn)換為干接點(diǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)量信號。選用DH456-20型號溫濕度傳感器，對配電室中環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時在對檢測到的信號進(jìn)行處理時，能夠?qū)崿F(xiàn)對其校準(zhǔn)，并將準(zhǔn)確的數(shù)字溫濕度通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。四種不同功能傳感器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下。

煙霧傳感器YD5543-230：供電2.5V~5.5，煙霧量程0~10mg/m3，響應(yīng)時間0.5s，模擬量4路0~15mA輸入；紅外入侵傳感器DB546-062：供電1.5V~4.5，探測距離15m，響應(yīng)時間0.2s，模擬6路0~12mA輸入；水浸傳感器SI59-320：工作溫度-10~45℃，信號類型Zigbee，供電方式CR2160電池，工作電壓2.5V；溫濕度傳感器DH456-20：輸出類型Digital，供電1.5~2.5V，準(zhǔn)確性+/-1Cto+/-3C，響應(yīng)時間0.5s。四種不同功能和型號傳感器的指示燈均能常亮5s及以上，無線傳輸頻率均能夠足本文系統(tǒng)的傳輸要求，在發(fā)出的同時能自動生成警情報告、電池電量報告以及防拆報告等數(shù)據(jù)信息，以此為發(fā)生安全事故提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

在本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠(yuǎn)程系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中引入STC12W18S5型號單片機(jī)，利用硬件SPI接口將其與網(wǎng)絡(luò)通信芯片進(jìn)行連接，該型號單片機(jī)主要以SPI模式為主，在實(shí)際應(yīng)用中該型號單片機(jī)具備速度快、功耗低等優(yōu)勢。在STC12W18S5型號單片機(jī)中引入高精度R/C時鐘，以此節(jié)省原本系統(tǒng)內(nèi)核心芯片的外部晶振和復(fù)位電路，使系統(tǒng)在階段更加簡單方便。同時，在STC12W18S5型號單片機(jī)中引入兩個16位可重裝載定時器T1和T2。在單片機(jī)內(nèi)部集成多組異步和同步串行通信端口，確保上述選擇的各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)能通過STC12W18S5型號單片機(jī)在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)快速傳輸[2]。

將STC12W18S5型號單片機(jī)上的P1.5、P1.4和P1.3作為配置復(fù)用輸入輸出接口，由單片機(jī)通過對網(wǎng)絡(luò)傳輸芯片進(jìn)行讀寫操作，以此實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)的通信功能。將STC12W18S5型號單片機(jī)P0.0~P0.8接口依次與各個傳感器開關(guān)量的信號輸入和輸出端口進(jìn)行連接，并通過物聯(lián)網(wǎng)直接獲取各個傳感器的開關(guān)量信號。由STC12W18S5型號單片機(jī)發(fā)出控制信號，并驅(qū)動繼電裝置控制各個電力設(shè)備連接線路的通斷，依次實(shí)現(xiàn)對各個配電室多路風(fēng)扇和照明設(shè)備的開關(guān)控制，進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程控制配電室目的。

在對配電室進(jìn)行遠(yuǎn)程時，首先需針對上述選擇的多種傳感器獲取到的參數(shù)進(jìn)行采集，完成對開關(guān)量數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)等采集工作。根據(jù)本文上述傳感器選型，定義開關(guān)量輸入端口信號，8個信號名稱、端口信號及其定義分別為：YD1/P0.0/煙霧傳感器1狀態(tài)信號；YD2/P0.2/煙霧傳感器0狀態(tài)信號；DB1/P0.4/紅外傳感器1狀態(tài)信號；DB2/P0.6/紅外傳感器0狀態(tài)信號；SI1/P0.8/水浸傳感器1狀態(tài)信號；SI2/P1.0/水浸傳感器0狀態(tài)信號；DH1/P1.2/溫濕度傳感器1狀態(tài)信號；DH2/P1.4/溫濕度傳感器0狀態(tài)信號。

以上8路開關(guān)量均可通過DI開關(guān)接口的端口信號對其進(jìn)行直接獲取，由于開關(guān)量的狀態(tài)只有開和關(guān)，因此只給出兩種狀態(tài)1和0，其中1表示為開，0表示為關(guān)[3]。在本文系統(tǒng)運(yùn)行過程中，利用定時器完成各項(xiàng)調(diào)度任務(wù)，并分別設(shè)置對應(yīng)的采集時間，按照圖1所示流程實(shí)現(xiàn)對配電室內(nèi)各個參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。每次從各個傳感器上獲取到的數(shù)據(jù)均為32位，以溫濕度數(shù)據(jù)為例，得出的數(shù)據(jù)為濕度高7位、低7位、溫度高7位、低7位和末4位組成。

在本文上述軟硬件開發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)上述操作完成對配電室內(nèi)各個參數(shù)的采集后，利用物聯(lián)網(wǎng)云平臺對各類信息進(jìn)行遠(yuǎn)程[4]。通過對物聯(lián)網(wǎng)云平臺互聯(lián)協(xié)議進(jìn)行分析，本文采用JSON作為各類配電室環(huán)境信息的傳輸格式。首先在物聯(lián)網(wǎng)云平臺中創(chuàng)建個人賬號并申請相應(yīng)的密鑰，根據(jù)配電室的運(yùn)行情況，按照數(shù)據(jù)采集和開關(guān)添加各個數(shù)據(jù)采集傳感器及開關(guān)，并在添加完畢后獲取各個傳感器的ID。在對傳感器采集到的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳時，由分布式Web負(fù)責(zé)將各類數(shù)據(jù)及獲取到的開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行統(tǒng)一處理，并構(gòu)建一個格式規(guī)范的JSON數(shù)據(jù)串，再建立一個TCP連接，并利用HTTP傳輸協(xié)議將各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)云平臺當(dāng)中。

根據(jù)互聯(lián)協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容，從物聯(lián)網(wǎng)云平臺中一次只能獲取一個開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，并依次將需進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取的設(shè)備和開關(guān)的ID進(jìn)行填充，一次構(gòu)成一個GET報文并在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中完成對數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用戶對分布式配電室環(huán)境信息的查詢。

根據(jù)本文上述對系統(tǒng)的設(shè)計，可實(shí)現(xiàn)各個傳感器分布式配合聯(lián)運(yùn)處理和控制，根據(jù)配電室需要，采用多個運(yùn)動與多個設(shè)備聯(lián)動的處理策略。在根據(jù)不同配電室的參數(shù)安全范圍設(shè)定后，可利用聯(lián)動功能實(shí)現(xiàn)對配電室運(yùn)行保護(hù)控制。以配電室內(nèi)部環(huán)境溫濕度為例，當(dāng)傳感器監(jiān)測到溫濕度數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)傳感器到系統(tǒng)上位機(jī)的遠(yuǎn)程傳輸。此時由聯(lián)動實(shí)現(xiàn)對空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備的開關(guān)控制，開啟后實(shí)現(xiàn)對溫度和濕度的調(diào)整。此外按照下述方式設(shè)置本文系統(tǒng)中的聯(lián)動處理邏輯：

當(dāng)有未經(jīng)允許人員進(jìn)入到配電室時，系統(tǒng)自動聯(lián)動視頻，以此實(shí)現(xiàn)對人員視頻圖像的獲取，并在完成對人員畫面的記錄后將其上傳到系統(tǒng)上位機(jī)中并；當(dāng)配電室開關(guān)柜溫度超過事先設(shè)定的范圍時，系統(tǒng)自動聯(lián)動開啟空調(diào)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行降溫并將這一過程中數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行記錄，并將其上傳到系統(tǒng)上位機(jī)中；當(dāng)配電室風(fēng)機(jī)、空調(diào)設(shè)備出現(xiàn)不工作的問題，由系統(tǒng)自動聯(lián)動判斷出其相關(guān)狀態(tài)并驅(qū)動視頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)對其拍照記錄，并將結(jié)果傳輸?shù)较到y(tǒng)上位機(jī)中，通過上述制定的聯(lián)動處理方案實(shí)現(xiàn)對配電室的遠(yuǎn)程監(jiān)督和控制。

選擇某電力企業(yè)的配電室作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，分別利用本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠(yuǎn)程系統(tǒng)，以及該電力企業(yè)現(xiàn)行基于串行通信技術(shù)配電室系統(tǒng)應(yīng)用于該配電室運(yùn)行管理當(dāng)中，并實(shí)現(xiàn)對其。在實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置兩種運(yùn)行系統(tǒng)的條件均相同，選用Windows8作為兩種系統(tǒng)的操作平臺，選用Internet200MB作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境。為驗(yàn)證兩種系統(tǒng)的精度，選擇將其得到的配電室各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)監(jiān)測精度作為實(shí)驗(yàn)評價指標(biāo)。在已知該配電室溫度為26℃、濕度為39%的情況下，分別利用兩種系統(tǒng)對其進(jìn)行，并將系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)與已知數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得出其誤差，利用Excel軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄并分析，得到如表1所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1兩種系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

從表1得到的數(shù)據(jù)可看出，本文系統(tǒng)無論是在對配電室溫度進(jìn)行還是對濕度進(jìn)行，得到的結(jié)果精度誤差均明顯小于該電力企業(yè)現(xiàn)行基于串行通信技術(shù)的系統(tǒng)。因此，通過對比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式配電室遠(yuǎn)程系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有更高的精度，獲取到的數(shù)據(jù)可靠性更強(qiáng)。

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