淺談基于PLC和Modbus的配電室現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型

摘要：為實(shí)現(xiàn)對配電室現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，研究設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC和Modbus的配電室現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC處理數(shù)字量輸入/輸出，采用Modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對配電室現(xiàn)場各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測報(bào)警，采集存儲視頻圖像和語音，通過以太網(wǎng)與上一級監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。作者首先給出系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，接著闡述系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)思想．通過測試表明，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,具有良好的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：PLC;ModbusRTU;ModbusTCP;配電室;環(huán)境監(jiān)控

??配電室現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需要對配電室現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和異常報(bào)警處理，監(jiān)控范圍包括門禁管理、煙霧探測、明火探測、門窗開閉探測、水浸探測、防盜入侵探測、溫濕度監(jiān)測、SF6氣體泄漏監(jiān)測、排風(fēng)控制、視頻和語音監(jiān)控、手機(jī)短信報(bào)警等，需要處理數(shù)字量輸入/輸出、串口通信、視頻、語音、網(wǎng)絡(luò)等多種交互數(shù)據(jù)格式，對數(shù)據(jù)采集和控制操作的實(shí)時(shí)性和可靠性有較高要求。        監(jiān)控系統(tǒng)以系統(tǒng)主控部分現(xiàn)場控制/采集/通信/遠(yuǎn)動單元)為核心，外圍配置電控鎖、讀卡器、煙霧傳感器、明火傳感器、門磁窗磁傳感器、水浸傳感器、紅外防盜入侵傳感器、溫濕度傳感器、SF6傳感器、排風(fēng)扇、攝像頭、短信報(bào)警模塊等監(jiān)測和控制設(shè)備．如果需要與上一級監(jiān)控中心進(jìn)行通信，還需要配置專門的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。

??系統(tǒng)主控部分負(fù)責(zé)管理調(diào)度整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)動控制等功能．在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，外圍監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)主控部分循環(huán)采集各個(gè)外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)并顯示．如果監(jiān)控到異常數(shù)據(jù)則啟動3種報(bào)警方式［3］，包括現(xiàn)場聲音報(bào)警、手機(jī)短信報(bào)警和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警，根據(jù)需要系統(tǒng)主控部分可以向控制設(shè)備發(fā)送控制命令［4］以對報(bào)警進(jìn)行響應(yīng)．?dāng)z像機(jī)的視頻信號直接通過視頻線接入到系統(tǒng)主控部分進(jìn)行錄像存儲，拾音器的音頻信號同步傳入系統(tǒng)主控部分進(jìn)行錄音存儲，根據(jù)需要系統(tǒng)主控部分也可以向攝像機(jī)云臺發(fā)送控制命令，調(diào)節(jié)攝像機(jī)鏡頭遠(yuǎn)近和角度。

2.概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機(jī)、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機(jī)、槍機(jī)）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

 

 

4.系統(tǒng)功能

4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

??能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.2數(shù)據(jù)查詢

??在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4.3曲線查詢

??可以直接查看各電參量曲線。

4.4運(yùn)行報(bào)表

??查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表。

4.5實(shí)時(shí)告警

??具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.6歷史事件查詢

??能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。 

4.7用戶權(quán)限管理

??設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

4.8網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

??支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4.9遙控功能

??可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

5.系統(tǒng)硬件配置

 

 

 

??本文基于PLC和Modbus設(shè)計(jì)了一個(gè)配電室現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對配電室運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定可靠，響應(yīng)及時(shí)。除監(jiān)控中心調(diào)取配電室現(xiàn)場音視頻監(jiān)控錄像時(shí)占用較大帶寬之外，每個(gè)配電室監(jiān)控系統(tǒng)的主控部分每次需要向監(jiān)控中心上傳的數(shù)據(jù)量很小，只有幾十Byte，數(shù)據(jù)上傳速度較快。因此，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)監(jiān)控中心對上百個(gè)配電室現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理。系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某供電局運(yùn)行維護(hù)的多個(gè)配電室中，有效地實(shí)現(xiàn)了對配電室運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，提高了運(yùn)行維護(hù)效率，取得了良好的應(yīng)用效果。下一步研究方向?yàn)樵黾优潆娛遗潆娫O(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)控，采集和上傳配電設(shè)備的電參量，將環(huán)境監(jiān)控和配電監(jiān)控集成為配電室現(xiàn)場配電與環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)。并引入云計(jì)算的思想和方法，建立城市級配電室群分布式監(jiān)控云計(jì)算模型，在云計(jì)算平臺［6］上運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，增加信息接入和共享能力，為配電室的安全運(yùn)行提供更大的技術(shù)支撐。