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工控智能未来，价适艾控（询问工控机配置立马报价）

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配电房环境监控系统主机研究与应用

配电房环境监控系统在实际应用中存在一些问题，例如设备离线导致实时性变差，容易早接线复杂、易出故障和维护麻烦等。为了设计一种易于接线和维护的统一接口，本文以STC12C5A60S2单片机为核心研制了一种配电房环境监控系统主机。该主机采用I/O和RS485通信等形式采集配电房各种开关量模拟量输入，控制各种对象，并采用标准RJ45接口进行统一接口设计。在应用结果方面，采用单片机作为主机设计并采用RJ45接口解决了配电房环境监控系统存在的问题。该系统具有很好的推广价值，可以为配电房环境监控系统的升级和改进提供有益的参考。配电房的环境监控主要是针对主机的。配电房是保障用户用电可靠性和稳定性的重要基础设施。在当前社会，配电房在各个行业的应用广泛，数量众多，且运行环境复杂多样，人工巡检工作量大，容易出现监控盲区，导致巡检不全面或准确。为了解决这一问题，许多专家开始研究利用物联网技术和信息化技术来提高配电房的管理水平。如今，基于物联网技术的电力配电房环境监控系统得到了越来越广泛的应用。这种系统采用IEC104规约，可以实现对配电房内各种环境参数的远程实时监控。通过实时监测环境参数，可以快速准确地发现并解决问题，避免因设备故障或环境变化而导致的用电不稳定情况。同时，系统还可以高效地记录下每次巡检的时间和内容，为后续的运维工作提供有力的支持。总的来说，配电房作为用户用电的重要保障措施，需要不断优化和改进。通过采用物联网技术和信息化技术，可以提高配电房的管理水平，确保用电的稳定性和可靠性，为用户带来更加安心和便捷的用电体验。目前，许多环境监控系统采用工业控制机或触摸屏作为上位机。这些系统使用RS485通信口连接485隔离器，以及带有通信功能的开关量输入输出模块，以采集开关量输入并控制开关量输出。此外，通过RS485通信线还可以与带有通信功能的六氟化硫氧气模块、温湿度模块进行通信，以采集相关环境参数。所有采集数据都能够在本地显示或者通过联网上传到平台，供运维人员使用。尽管这些系统在数据采集和传输方面已经迈出了重要的一步，但仍然存在一些主要问题:(1)当相关的485设备模块离线时，上位机轮询会造成采集实时性变差;(2)接口未规范统一:采用接线端子外接各种开关量输入输出以及485外设，安装调试也较容易造成线路接错，容易出故障，并且维护麻烦。针对这些问题，可以考虑采取以下措施:1. 设备备份和自动切换:在环境监控系统中，可以设置多个485设备模块，当一个设备模块离线时，其他设备模块可以自动接管其工作，确保数据的连续采集。2. 接口标准化:在系统设计时，应充分考虑各种接口的标准化，采用统一的接口规范，以减少接口接错的可能性。3. 安装调试便捷:可以通过简化485外设的安装方式，或者提供详细的安装指导，以降低安装调试的难度，减少故障发生的可能性。4. 数据传输及时:可以采用更加高效的数据传输方式，如使用实时通信协议(TCP/IP)，以保证数据的及时传输。5. 故障检测和维护:应定期对系统进行故障检测，及时发现和处理可能出现的问题，以保证系统的稳定运行。为了解决上述问题，本文提出了一种单片机环境监控主机的设计方法，该主机通过单片机采集外部设备数据，并通过工控机与单片机进行通信监控。同时，主机采用统一的RJ45网络接口，避免了因外设掉线引起的数据采集延迟、接线复杂易错和维护困难等问题。在单片机环境监控主机的设计中，我们采用了高可靠性、易于维护的硬件和软件设计原则，以确保监控数据的准确性和可靠性。我们选用了可靠的单片机硬件，并采用了嵌入式软件开发技术，对程序进行了全面的测试和验证，确保了其高效性和稳定性。在该主机的设计中，我们采用了标准的RJ45网络接口，使得主机可以方便地与其他设备进行通信，并避免了由于外设类型或驱动程序不一致而导致的通信问题。同时，主机还具备自动检测连接状态和断开连接状态的功能，避免了由于连接问题而导致的监控数据丢失和延迟。为了保证监控数据的准确性和可靠性，我们采用了一系列的校准和修正措施。首先，我们对主机进行了严格的测试和校准，确保了其测量结果的准确性和可靠性。其次，我们对监控数据进行了统计和分析，对数据采集和传输过程中的误差和延迟进行了全面的检测和修正。基于以上设计原则和方法，我们成功地开发出了单片机环境监控主机，并进行了实际应用测试。测试结果表明，该主机具有高效、稳定、可靠的特点，能够准确、及时地监测和采集监控数据，为工业控制和自动化领域提供了有力的支持。2. 系统架构概述。配电房环境监控主要负责收集如表1中所示的环境参数（模拟量和开关量）并实现输出控制。表1列出了配电房常见环境监控参数及其相应的控制对象。图1展示了配电房环境监控系统的框图。配电房环境监控系统组成如图1所示。根据表1所示的采集参数和控制对象，结合实际配电房环境监控需求，采用单片机设计配电房环境监控系统主机，通过I/O口采集烟雾、水浸、红外入侵等开关量输入并控制风机、照明、水泵、空调等对象，通过485通信采集六氟化硫氧气、温湿度等模拟量输入，并将参数通过485通信传给LED屏显示，通过485通信实现触摸屏上参数显示、对象控制和报警记录。同时，通过485通信与工控机连接，工控机与远程平台联网，实现环境参数数据的上传，以及控制命令的下发。工控机可实现视频监控系统、门禁系统的远程监控。配电房环境监控系统主机采用单片机设计，可实时监测环境变化并控制相关设备。通过I/O口采集开关量输入，实现对烟雾、水浸、红外入侵等环境参数的实时监测。通过485通信采集模拟量输入，实现对六氟化硫氧气、温湿度等环境参数的实时监测。配电房环境监控系统主机还具备控制功能，通过485通信控制风机、照明、水泵、空调等环境设备，以保证环境舒适性和安全性。通过触摸屏上参数显示、对象控制和报警记录，可以方便地查看环境参数和控制设备的状态，及时发现并处理环境问题。配电房环境监控系统主机通过485通信与工控机连接，可以实现与远程平台的联网，方便地实现环境参数数据的上传和控制命令的下发。工控机还可以实现视频监控系统、门禁系统的远程监控，提高安全性。3. 监督主机硬件构造。该配电房环境监控系统主机以单片机为核心，根据采集参数和控制对象，设计了12路光耦隔离输入、8路光耦隔离继电输出以及2个RS485通信电路。图2展示了配电房环境监控系统的主机。3.1 开关量输入/输出电路。该主机采用STC12C5A60S2单片机作为处理器，具有32个I/O口。此外，该单片机还集成了光耦隔离输入和光耦隔离继电器输出电路，可以实现实时性更好的数据采集和控制。为了满足数据采集和控制的需求，该主机共设计了12路开关量光耦隔离输入和8路开关量隔离继电器输出。其中4路采用RJ45接口，可以直接控制空调控制器。另外4路通过接线端子外接接触器控制照明、水泵、风机等设备。采用了光耦隔离技术，可以有效减少电气干扰和数据传输延迟，提高系统的稳定性和可靠性。而采用开关量输入和隔离输出方式，可以更好地保护硬件和系统免受干扰和损坏，提高系统的可靠性和稳定性。该主机的硬件设计简单明了，易于理解和维护。同时，由于集成了多种功能接口和电路，可以方便地与其他设备和系统进行连接和集成。图3展示了开关量隔离输入电路及其对应的RJ45接口。烟雾、水浸和入侵等开关量输入传感器具有共同的特点，它们都有四根线：供电12VDC的正极、供电12VDC的负极、公共端（通常接12VDC正极）和常闭触点。为了实现可靠的数据传输，这些传感器都采用RJ45的568B线序。这些开关量输入传感器具有双重功能：一是提高系统的可靠性，二是防止其中一根线缆断开导致数据传输中断。具体功能分配如图3左侧所示。在实际应用中，这些开关量输入传感器可以被广泛应用于各种场景，如智能家居、楼宇自动化、安防系统等。通过采用568B线序，可以保证传感器之间的兼容性，简化系统的设计，降低系统的成本。图3展示了开关量隔离输入电路及其与RJ45接口的对应关系。如图4所示，4路继电器通过RJ45输出的电路图。其中，568B线序的RJ45连接器用于连接空调控制器，实现空调开关的控制;而另外4路则采用接线端子，方便与外接接触器进行连接，用于控制照明、水泵、风机等设备的运行。图4展示了开关量隔离继电器的输出电路及其对应的RJ45接口。3.2. RS485 通信电路。监控系统主机具备两个485通信电路，其中一个与上位机(工控机)进行通信，另一个则通过八个485隔离中继器与从机相连。STC12C5A60S2单片机具备两个串口，满足系统两个485通信的需求。图5展示了监控系统主机中485通信电路1的电路图。该通信电路采用STC12C5A60S2单片机的串口1(RXD、TXD)，而隔离中继器的485通信电路2则类似，但有一点不同，即采用单片机的串口2(RXD2、TXD2)。图5展示了主机485通信电路的1电路图3.3，它是一种RS485通信接口。六氟化硫氧气模块、温湿度模块、上位机USB转485转换器、触摸屏、LED屏等设备都采用RS485通信。为了实现这些设备之间的统一通信，我们采用568B标准来定义线序。具体来说，我们定义了以下线序:- 供电12VDC的正极采用蓝白/蓝线，12VDC的负极采用棕白/棕线;- 通信线A采用橙白/绿白线，通信线B采用橙/绿线。这些线序形成了一对A、B双绞线，具有橙白/橙和绿白/绿2对A、B双绞线。由于采用了568B标准，这些线序可以有效地减少干扰和信号损失，提高设备的通信质量和稳定性。经过实验验证，我们发现这些设备之间的通信距离和传输速率都得到了显著提升，特别是在远距离通信和传输大量数据时，效果尤为明显。因此，我们可以确认这些设备之间的通信已经实现了良好的统一性和兼容性，可以更好地满足用户的需要。主机监控软件的设计与实现。在软件设计方面，我们的总体思路是遵循一系列原则和方法来确保软件系统的可扩展性、易维护性和高效性。配电房环境监控系统主机软件设计采用了模块化设计思路，主要包括以下四个模块:开关量输入采集任务、开关量输出控制任务、环境监控联动控制任务和基于Modbus-RTU协议的通信任务，具体包括模拟量输入采集、LED屏显示、触摸屏从机通信和工控机主机通信。这些模块各自独立，但相互协同工作，以确保输入采集的正确性和输出控制的可靠性。在开关量输入采集模块中，我们采用了现代化的传感器技术，可以实时监测环境中的各种参数，如温度、湿度、气体浓度等等。这些传感器数据通过高速的数字化信号传输到主机系统，经过数据采集和处理，最终生成环境变化的实时数据。在开关量输出控制模块中，我们采用了现代化的控制技术，可以实现对环境设备的自动控制，如通风、加热、降温等。这些控制指令通过高速的数字化信号传输到主机系统，经过数据处理和控制逻辑，最终实现环境设备的自动控制。在环境监控联动控制模块中，我们采用了现代化的通信技术，可以实现多个监控系统的数据协同，确保环境变化的一致性和及时性。这些监控系统通过高速的数字化信号传输到主机系统，经过数据处理和通信逻辑，最终实现环境变化的实时监控和反馈。在基于Modbus-RTU协议的通信模块中，我们采用了现代化的通信技术，可以实现对远距离设备的通信和控制，提高系统的可靠性和稳定性。这些通信任务通过高速的数字化信号传输到主机系统，经过数据处理和通信逻辑，最终实现环境变化的远程监控和控制。配电房环境监控系统主机软件设计采用了模块化设计思路，主要包括四个模块，每个模块都采用现代化的技术，可以实现各自独立又相互协同的工作，确保输入采集的正确性和输出控制的可靠性。所有开关量输入输出和模拟量输入等都是由单片机进行采集或控制的。而上位机与单片机直接通信，因此即使六氟化硫氧气模块等485设备离线或损坏，也不会导致采集参数的实时性下降。4.2. 开关量输入任务。在硬件方面，采用了基于光耦隔离抗干扰的设计原则，开关量输入采集任务在软件方面则采用了软件防抖、滤波等技术。这些技术能够有效防止线路干扰引起的烟雾、水浸、红外入侵等输入误报警和输出控制的误动作，从而提高系统的可靠性。4.3. 开关量输出控制任务。开关量输出控制任务是单片机根据工控机接收的远程控制命令或触摸屏下发的本地控制命令，进行照明、风机、水泵等开关输出控制。为了保证远程控制的安全性，在单片机控制输出任务加入约定的加密校验码(“控制密钥”)，确保不因网络入侵而造成配电房的误动作。该任务的关键在于保证远程控制命令的安全传输和正确解析。由于单片机控制输出存在被网络入侵的风险，因此需要加入控制密钥以保障安全性。控制密钥可以用来加密远程控制命令，使得即使命令被拦截，也无法被直接解析或执行。这样可以有效避免因网络入侵而造成的误动作，提高系统的安全性和可靠性。在实际应用中，控制密钥的设置需要根据具体的应用场景和要求进行选择和设定。如果控制密钥过于简单或容易被猜测，则可能会导致安全性降低。因此，在设计控制密钥时需要进行充分的考虑和测试，以确保系统的安全性得到充分保障。Modbus-RTU通信任务是指在工业自动化领域中，Modbus协议与远程传输单元（RTU）之间的通信任务。在程序设计时，模拟量输入采集、LED屏显示、触摸屏从机通信以及工控机主机通信都采用标准的Modbus-RTU通信协议。这些通信任务可以划分为四个。模拟量输入采集任务旨在获取配电房环境中的模拟量数据，以便进行环境监测和控制。为了确保数据的准确性和可靠性，该任务采用软件滤波方式进行抗干扰设计。具体来说，每次采集15个数据，并使用冒泡排序方式对数据进行排序。然后，取排序后的中间三个数据的平均值作为采集到的模拟量数据。在采集数据的过程中，六氟化硫氧气模块需要定期进行校正，以确保其准确性和稳定性。因此，在该任务中需要添加校正程序，以便根据上位机发送的校正命令，对六氟化硫氧气模块进行通信校正。通过这种设计，可以有效地提高数据的准确性和可靠性，为环境监测和控制提供更准确的支持。LED屏显示任务采用单片机，通过Modbus-RTU协议将采集的SF6、O2、温度、湿度等参数写入LED显示屏。为了提高通信效率，采用批量写入LED显示屏对应寄存器的方式，从而实现在LED显示屏上滚动显示相关环境监控参数。正常数据采用绿色显示，异常数据采用红色显示。这种LED屏显示任务具有以下优点:1. 高效性:通过批量写入LED显示屏对应寄存器的方式，可以大大提高通信效率，减少数据传输的时间和错误率。2. 可扩展性:LED屏显示任务可以根据需要灵活扩展或修改，以适应不同的环境监测需求。3. 实时性:Modbus-RTU协议可以实现实时数据的传输和处理，使得LED屏显示任务能够实时监测和显示环境参数。4. 可靠性:通过采用Modbus-RTU协议，可以保证数据的可靠传输，减少数据传输的丢失或错误。5. 可视化:LED屏显示任务可以将采集到的环境参数以图形化的方式显示在LED显示屏上，便于用户直观地了解环境状况。LED屏显示任务具有高效性、可扩展性、实时性、可靠性和可视化等优点，可以满足环境监测和控制的需求。触摸屏从机通信任务中，单片机作为主机，触摸屏作为从机，单片机通过Modbus-RTU协议批量将数据转发给触摸屏显示。同时，单片机还定期读取触摸屏上照明、风机、水泵等控制按钮的状态，并控制相关输出的标志位，从而在开关量输出控制任务中执行相关控制。具体来说，单片机通过Modbus-RTU协议将数据传输到触摸屏，触摸屏则通过串口将数据接收过来。单片机收到触摸屏返回的数据后，会控制触摸屏上相应控制按钮的状态，并将状态信息通过Modbus-RTU协议发送回触摸屏，以便触摸屏能够及时地了解控制状态。此外，为了确保触摸屏控制的有效性，单片机还会定期对触摸屏上的控制按钮进行状态检测，如果检测到按钮状态发生改变，则及时更新控制逻辑，并重新发送数据给触摸屏。这样，就可以保证触摸屏上控制按钮状态的及时性和准确性，从而确保整个系统的稳定性和可靠性。触摸屏从机通信任务中，单片机作为主机，触摸屏作为从机，单片机通过Modbus-RTU协议批量将数据转发给触摸屏显示。同时定期读取触摸屏上照明、风机、水泵等控制按钮的状态，控制相关输出的标志位，从而在开关量输出控制任务中执行相关控制。这种智能化、自动化的系统设计，可以大大提高生产效率和管理水平，从而降低企业的生产成本。在工业控制中，单片机通常被用作从机，而工控机则被用作主机。它们之间通过Modbus-RTU协议进行通信，单片机从工控机中采集各种开关量和模拟量环境参数，并将这些数据通过IEC 104规约上报到电力公司物联网平台。同时，电力运维人员可以通过APP或PC端控制命令，通过物联网平台将指令下发到工控机。工控机收到命令后，通过Modbus-RTU协议向单片机下发控制命令，单片机根据命令设置相关输出的标志位，从而执行相应的控制任务。单片机和工控机之间的通信是实时的，因此可以快速地响应和处理数据。此外，Modbus-RTU协议提供了可靠的数据传输和错误处理功能，使得通信更加可靠。通过使用这种协议，可以实现对工业设备的高效控制和管理，提高生产效率和产品质量。4.5 联动控制任务。为了实现配电房环境参数和输出控制对象的联动，需要编写一个联动程序。这个程序可以与上位机或触摸屏进行阈值等参数设置的交互，从而在原有远程测控的基础上，实现配电房环境参数的本地智能化联动控制。在六氟化硫气体浓度达到预设阈值时，系统会自动开启风机以排出多余的六氟化硫气体;当温度和湿度达到预设阈值时，空调系统会自动打开以调节环境温度和湿度;此外，当水浸传感器检测到水分积聚时，系统会自动启动水泵进行排水处理。可以通过在配电室门上的LED屏幕实现实时报警信息的显示，以便配电运维人员及时了解情况，防止因误入而遭受六氟化硫中毒等风险。

5安科瑞配电室环境监控系统

5.1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）。

5.2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。

5.3系统结构

5.4系统功能

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

5.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

5.4.5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。

5.4.6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。

5.4.7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。

5.4.8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。

5.4.9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。

5.5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

6应用与总结

配电房环境监控系统主机采用STC12C5A60S2单片机进行设计，接口统一，采用1U机柜，接线美观整齐，如图6中间所示。

图6配电房环境监控系统主机应用实物图

本文所设计的配电房环境监控系统主机共有12路开关量隔离输入RJ45接口（可任意接入烟雾、水浸、红外入侵等传感器），8路开关量输出控制（其中4路为空调控制RJ45接口，另外4路为风机、照明、水泵等控制接线端子接口），6路485通信RJ45接口（六氟化硫氧气模块、温湿度模块、LED模块各2个），1路触摸屏从机485通信RJ45接口，以及1个工控机主机485通信RJ45接口。主机真正实现了电路和接口的模块化、标准化设计，可靠性大大提升，故障率大大降低，接线整齐美观容易维护。