一种物联网云组态开关柜智能监控系统

本发明涉及智能装备和物联网监控技术领域，特别是一种物联网云组态开关柜智能监控系统。

背景技术：

电力开关柜是电力系统中的作用是非常重要的。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对开关柜的可靠性、自动化程度也提出了更高的要求。开关柜是一个复杂的系统，内部有繁杂的部件。开关柜主要由断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。这么复杂的部件加上彼此之间的电气连接使得电力开关柜的有时会出现各种故障。

目前电力开关柜控制系统自动化程度较低，多为简单电气逻辑控制，需要现场手动操作，没有人机交互界面指示，不能远程网络操作，开关柜内故障信息，环境信息和安全信息等不能实时采集，没有科学的报警和运维机制，需要更多的体力劳动，存在不安全因素，且容易出现误操作事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种物联网云组态开关柜智能监控系统，能够实现中高压开关柜日常运维的方便操作和科学管理，实现自动化水平和智能化升级，最终实现变电站系统的无人值守。

为达到以上目的，提供以下技术方案：

一种物联网云组态开关柜智能监控系统，包括开关柜本地监控装置和物联网监控软件系统，所述开关柜本地监控装置包括核心控制器、触摸屏、物联网网关、公有云端(数据库)、监控平台，所述触摸屏与核心控制器通过以太网交互相连，所述物联网网关通过modbus总线与核心控制器通信，支持有线网络/wifi/4g/5g方式将信息上传公有云端(数据库)，实现云组态功能，所述监控平台包括手机、pc端，所述监控平台能够访问并读取公有云端(数据库)，并发布web网页监控画面和app监控界面，所述物联网监控软件系统为开关柜本地监控装置提供能够分析管理、远程运行维护和物联网远程运行监控功能的软件支持，所述核心控制器集成无线温湿度测量模块、人体感应模块、信号输入端、信号输出端，开关柜内温湿度通过温度传感器与湿度传感器采用有线方式采集，关键部位导电介质及接触点温度采用433m无线通信方式采集，所述人体感应模块外接红外传感器检测人体接近信号。

优选地，所述信号输入端与信号输入部分相连，所述信号输入部分包括高压接地端、a相高压传感器、b相高压传感器、c相高压传感器、断路器的辅助开闭触点、断路器手车的开/关到位的限位触点、接地刀闸的开/关到位的限位触点、回路电缆的电流互感器端子、电压互感器的中性点和a/b/c三相端点，所述核心控制器1端接高压接地端、2端接a相高压传感器、3端接b相高压传感器、4端接c相高压传感器，用于检测和指示柜内线路带电情况；6/7端接断路器的辅助开闭触点、8/9端接断路器手车的开/关到位的限位触点、10/11接接地刀闸的开/关到位的限位触点，以上输入用于检测柜内装置工作状态；(16/17)、(18/19)、(20/21)分别接回路电缆的电流互感器端子且ia*/ib*/ic*接输入、ia/ib/ic接输出，un(22)/ua(23)/ub(24)/uc(25)分别接电压互感器的中性点和a/b/c三相端点，以上输入信号用于检测回路电压和电流大小，用于显示、故障判断和用电量计算。

优选地，所述信号输出端与信号输出部分相连，所述信号输出部分包括报警翁鸣器的控制端、断路器合分操控继电器的线圈控制端、手车摇进摇出操控继电器线圈控制端、接地刀电机控制继电器线圈控制端、加热器1/加热器2/通风风机的控制继电器线圈控制端、照明灯的操控继电器线圈控制端，所述核心控制器27/28端接报警翁鸣器的控制端，用于故障报警；(29/30)、

(31/32)端分别接断路器合分操控继电器的线圈控制端，用于控制断路器合分操作；(33/34)、(35/36)端分别接手车摇进摇出操控继电器线圈控制端，用于控制手车的摇进摇出操作；(37/38)、(39/40)端分别接接地刀电机控制继电器线圈控制端，用于控制接地刀闸的分合操作；(41/42)、

(43/44)、(45/46)端分别接加热器1、加热器2、通风风机控制继电器线圈控制端，用于自动控制柜内温度与湿度调节；(47/48)端接照明灯的操控继电器线圈控制端，根据人体信号检测打开柜内照明灯。

优选地，所述核心控制器与物联网网关采用rs485通信方式。

优选地，所述核心控制器的(53/54)、(55/56)端分别接柜内湿度传感器、温度传感器，进而实现开关柜内温湿度通过温度传感器与湿度传感器采用有线方式的采集。

本发明的有益效果为：

1.本发明的开关柜本地监控装置实时采集柜内运行信息包括：高压带电指示、柜内环境温湿度、导电介质及接触点温度、回路电压、电流、电能计量、人体感应等信息采集；事件报警分析和提示；同时对开关柜逻辑控制输出包括：断路器和分闸、手车摇进摇出、接地刀的关合控制，实现“五防”逻辑控制；通过加热器和通风机实现柜内温湿度自动调节控制；通过人体信号感知实现照明控制，通过触摸屏就地显示和操作，使得高压开关柜日常运维更加方便操作和科学管理。

2.本发明利用物联网云组态监控，采用云存储功能，减少了服务器系统建设投入，数据库系统的设计与开发，后期服务器系统的维护更新和升级等工作。可通过4g/5g网络通信和云数据存储，可实现电脑端、手机app和大屏幕访问和操作，只要有网络和wifi信号，就可以随时随地对开关柜运行监视和操作，具有运行状态分析、能源计量和分析、设备定位、远程维护、危险故障处理和微信、短息实时报警功能。

附图说明

图1为本发明系统整体结构图；

图2为本发明的硬件电路接线图；

图3为本发明的柜内温湿度采集结构图；

图4为本发明通信关系图；

图5为本发明核心控制器程序功能图；

图6为本发明物联网监控软件整体功能结构图；

图7为本发明的电源接线图。

具体实施方式

以下结合附图对本设计方案进行详细说明。

如图1～6所示，一种物联网云组态开关柜智能监控系统，包括开关柜本地监控装置和物联网监控软件系统，其中开关柜本地监控装置包括核心控制器、触摸屏、物联网网关、公有云端(数据库)、监控平台，触摸屏与核心控制器通过以太网交互相连，物联网网关通过modbus总线与核心控制器通信，支持有线网络/wifi/4g/5g方式将信息上传公有云端(数据库)，实现云组态功能，监控平台包括手机、pc端，且监控平台能够访问并读取公有云端(数据库)，并发布web网页监控画面和app监控界面，物联网监控软件系统为开关柜本地监控装置提供能够分析管理、远程运行维护和物联网远程运行监控功能的软件支持，核心控制器集成无线温湿度测量模块、人体感应模块、信号输入端、信号输出端，开关柜内温湿度通过温度传感器与湿度传感器采用有线方式采集，关键部位导电介质及接触点温度采用433m无线通信方式采集，人体感应模块外接红外传感器检测人体接近信号。

其中，信号输入端与信号输入部分相连，信号输入部分包括高压接地端、a相高压传感器、b相高压传感器、c相高压传感器、断路器的辅助开闭触点、断路器手车的开/关到位的限位触点、接地刀闸的开/关到位的限位触点、回路电缆的电流互感器端子、电压互感器的中性点和a/b/c三相端点，核心控制器1端接高压接地端、2端接a相高压传感器、3端接b相高压传感器、4端接c相高压传感器，用于检测和指示柜内线路带电情况；6/7端接断路器的辅助开闭触点、8/9端接断路器手车的开/关到位的限位触点、10/11接接地刀闸的开/关到位的限位触点，以上输入用于检测柜内装置工作状态；(16/17)、(18/19)、(20/21)分别接回路电缆的电流互感器端子且ia*/ib*/ic*接输入、ia/ib/ic接输出，un(22)/ua(23)/ub(24)/uc(25)分别接电压互感器的中性点和a/b/c三相端点，以上输入信号用于检测回路电压和电流大小，用于显示、故障判断和用电量计算。

其中，信号输出端与信号输出部分相连，信号输出部分包括报警翁鸣器的控制端、断路器合分操控继电器的线圈控制端、手车摇进摇出操控继电器线圈控制端、接地刀电机控制继电器线圈控制端、加热器1/加热器2/通风风机的控制继电器线圈控制端、照明灯的操控继电器线圈控制端，所述核心控制器27/28端接报警翁鸣器的控制端，用于故障报警；(29/30)、(31/32)端分别接断路器合分操控继电器的线圈控制端，用于控制断路器合分操作；

(33/34)、(35/36)端分别接手车摇进摇出操控继电器线圈控制端，用于控制手车的摇进摇出操作；(37/38)、(39/40)端分别接接地刀电机控制继电器线圈控制端，用于控制接地刀闸的分合操作；(41/42)、(43/44)、(45/46)端分别接加热器1、加热器2、通风风机控制继电器线圈控制端，用于自动控制柜内温度与湿度调节；(47/48)端接照明灯的操控继电器线圈控制端，根据人体信号检测打开柜内照明灯。

其中，核心控制器与物联网网关采用rs485通信方式。

其中，核心控制器的(53/54)、(55/56)端分别接柜内湿度传感器、温度传感器，进而实现开关柜内温湿度通过温度传感器与湿度传感器采用有线方式的采集。

其中，物联网监控软件系统从功能上包括物联网远程运行监控部分，能耗分析管理部分，远程运行维护部分。

a)物联网远程运行监控部分

数据库为公有云端订制空间，监控显示画面采用专业云组态软件编辑，通过云端发布到网络系统，可通过pc电脑端ie浏览器和手机app端随时随地访问。在计算机浏览器输入网页监控网址即可实现远程监控；在手机端安装app软件，通过输入项目名称和密码即可实现与pc端同样的功能。

具体功能：

显示功能：开关柜内断路器、手车、接地刀闸工作状态的实时显示；开关柜内温湿度和关键部位的温度显示；电压、电流、功率因数和用电量的显示；柜内供电线路带电显示。

操控功能：可通过画面实现断路器、手车、接地刀闸的动作控制；加热器、通风机和照明控制。

报警功能：能够对过压、欠压、过流、温湿度控制超标、误操作和机械故障等通过短信、微信或者邮件进行报警。

信息管理：操作人员管理包括添加，编辑，删除单位和操作人员；设备管理包括设备编号、设备名称、设备型号、设备启用时间、客户单位、安装地点等相关属性设置。

b)能耗分析管理部分

提供各类能耗报表查询功能，该功能包括：提供报表各个参数的设置，包括峰谷平时段、峰谷平电价，采集设备的参数设置等；提供实时用电查询功能中各功能的报表，包括：最新表值、基本电能数据、电能质量数据报表；

提供能耗统计功能报表包括：历史曲线、历史告警、用电数据表、历史数据报表、分时电量统计、班组数据统计等；

c)远程运行维护部分

提供远程加密与锁止功能：主要通过云端技术，实现对智能断路器的加密通信与动作控制。当设备处于故障工作状态时，通过设备生产方的加密操作实现实时远程切断工作状态的功能；

装备的远程定位功能：用于设备的远程定位与工作位置的实时监控，方便跟踪设备使用情况与调试等，并根据需要开展后续操作；

远程维护与初始化：当设备出现异常时，使用方和生产方都将第一时间获知异常提醒与异常信息，使用方和生产方都可以方便的进行初始化操作，一键回复到出厂设置；

掉电维护与记忆功能：确保即使设备发生意外断电等外因故障时系统本身仍能维持72小时远程的在线可维护或远程控制状态，具有不小于3个月的可远程跟踪功能和参数记忆功能；

远程诊断功能：产品在使用过程中通过远程监控功能、远端图像报送、文字信息与语音远端传递、远程指导、远程直接控制及控制切换等，通过与后台管理系统的配合，可以实现设备远程诊断和维护。

实施例

在柜内适当位置安装核心控制、物联网网关和电源模块，在柜面容易操作的位置开孔安装触摸屏。在需要温度测量的位置采用捆绑接触的方式安装无线温度传感器，在柜内适当位置安装有线温湿度传感器测量柜内温湿度，安装a/b/c相高压带电传感器；安装回路电压电流互感器；安装物联网网关的天线在柜外；在柜门适当位置安装人体感应传感器触头；安装加热器，通风风机和照明电灯。

接线：如图2和图7所示，在核心控制器的l、n端，电源模块l、n端接ac220电源；触摸屏和物联网网关的24v、0端接电源模块的输出dc24v/10a电源；加热器、通风风机和照明灯接电源模块输出端ac220/10a电源端子上；将物联网网关rs485的a/b端接核心控制器的50/51端，将触摸屏的以太网口接核心控制器的以太网口；核心控制器1端接高压接地端；2端接a相高压传感器；3端接b相高压传感器；4端接c相高压传感器；6/7端接断路器的辅助开闭触点；8/9接断路器手车的开/关到位的限位触点；10/11接接地刀闸的开/关到位的限位触点；(16/17)、(18/19)、(20/21)分别接回路电缆的电流互感器端子(ia*/ib*/ic*接输入、ia/ib/ic接输出)；un(22)/ua(23)/ub

(24)/uc(25)分别接电压互感器的中性点和a/b/c三相端点；27/28接报警翁鸣器的控制端；(29/30)、(31/32)分别接断路器合分操控继电器的线圈控制端；(33/34)、(35/36)分别接手车摇进摇出操控继电器线圈控制端；(37/38)、(39/40)分别接接地刀电机控制继电器线圈控制端；(41/42)、(43/44)、(45/46)、(47/48)分别加热器1、加热器2、通风风机和照明灯的操控继电器线圈控制端；(53/54)、(55/56)分别接柜内温度、湿度传感器。

参数设置和操作

上电后在触摸屏上可显示一次回路的工作状态显示，显示柜内带电信息、柜内温湿度信息、回路电压、电流和用电量累计值；需要在触摸屏上设置温湿度控制值，可实现柜内温度湿度的自动控制；点击画面可实现断路器合分控制、手车的摇进摇出和接地刀闸的分合控制。

网络远程控制操作

在计算机浏览器输入网页监控网址，可实现触摸屏中的所有功能，同时还能进行设备远程定位，远程程序上下载，故障微信和短信报警，设备的运行状态分析和用电量分析。

手机app操作

在手机上安装app终端软件，输入监控项目名称和密码，即可实现参数设置和网络远程控制的所有操作。