基于GSM短信息的变电站自动报警排水系统.pdf

动控制系统与装置 皇 竺 竺 ! ： 兰竺 ! Au t o ma t ic C o n t r o l S y s t e ms E qu ip me n 基 于 GS M 短信息 的变 电站 自动报警排水 系统 杜洪涛 。胡 昌伦 ( 国网山东省电力公司莱芜供电公司。 山东 莱芜2 7 1 1 0 0) 摘要 ：针对无人值守变电站防汛需由运行管理人员现场检查， 反应慢、 费时费力、 存在安全隐患这一实际问题， 研制了基于 G S M短信 息的变电站 自动报警排水系统。系统主要由以P L C为核心的中央处理模块、 G S M数据传输模块 、 信号采集模块、 继电器控制 模块、 上位机组成。可以实现当前水位检测、 水位指示、 自动排水、 自动报警功能 ， 自动报警包括短信报警和上位机报警两种形 式。实际工程应用证明， 具有实用性强、 反应灵敏、 动作可靠、 操作方便等特点， 完全能够满足无人值守变电站防汛的需求。 关键词：P L C； G S M短信息； 变电站； 自动排水； 自动报警 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0- 3 8 8 6 2 0 1 5 0 4 0 3 3 中图分类号T P 2 7 2 2 7 8 文献标志码A 文章编号1 0 0 0 3 8 8 6 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 9 90 3 De v e l o p me n t O f a n Au t o ma t i c AI a r m Dr a i n a g e Sy s t e m f o r Su b s t a t i o n s Ba s e d O n GSM Sh o r t Me s s a g e DU Ho n g t a oHU Ch a n g 1 u n ( S t a t e G r i d S h a n d o n g E l e c t r i c P o w e r C o r p L a i w u P o w e r S u p p l y C o ， L a i w u S h a n d o n g 2 7 1 1 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t： An a u t o ma t i c a l a r m d r a i n a g e s y s t e m f o r s u b s t a t i o n s b a s e d o n GS M s h o r t me s s a g e i s d e v e l o p e d ，s i n c e fi e l d i n s p e c t i o n wo r k i s r e q u i r e d for t h e fl o o d p r e v e n t i o n o f u n ma n n e d s u b s t a t i o n s ，w h i c h i s s l o w i n r e s p o n s e ，t i me c o n s u mi n g a n d l a b o ri o u s ，a n d h a s h i d d e n s a f e t y p r o b l e ms T h e s y s t e m i s c o mp o s e d o f a C P U w i t h P L C a s t h e c o r e ，a GS M d a t a t r a n s mi s s i o n mo d u l e ，a s i g n a l a c q u i s i t i o n mo d u l e ，a r e l a y c o n t r o l mo d u l e ，a n d a h o s t c o mp u t e r T h e s y s t e m h a s s u c h f u n c t i o n s a s c u r r e n t wa t e r l e v e l me a s u r e me n t 。 wa t e r l e v e l d i s p l a y a ut o ma t i c d r a i n a g e a s we l l a s a u t o ma t i c a l a r m i n for ms o f s h o rt me s s a ge o r h o s t c o mpu t e r Pr a c t i c a l e n gi n e e ring a p pl i c a t i o ns v e rif y t ha t t h e s y s t e m i s c h a r a c t e ri z e d t h r o u g h h i g h p r a c t i c a b i l i t y ， s e n s i t i v e r e s p o n s e ， r e l i ab l e a n d e a s y o p e r a t i o n，a n d c a n f u l l y me e t t h e r e q u i r e me n t s for t h e fl o o d p r e v e n t i o n a t u n ma n n e d s u b s t a t i o n s Ke y wo r d s ： P L C；G S M s h o r t me s s a g e；s u b s t a t i o n；a u t o ma t i c d r a i n a g e；a u t o ma t i c a l a rm O 引 言 夏季雨水较多， 对于地势低洼无人值守的变电站， 防汛、 防洪 工作尤为重要。变电站内电缆层 、 电缆沟地势较低 ， 容易产生积 水。电缆长时间浸泡于积水中， 可能导致绝缘下降、 爆炸等严重 后果， 危及电力设备安全运行。若变电站进水较多， 可能导致变 电站全停 ， 造 成恶劣的社会影响 。 目前 ， 变电站的站 内排水 一般采 用水泵 和排 水管 ， 工作 人员 在 日常巡视时， 如发现站内有积水， 便开启水泵排水， 以保证电力 设备安全运行 ， 其不足之 处在 于： 由于需要 人工观 测 ， 费时 费力 ， 同时不能做到及时发现及时处理 ， 降低了工作效率， 有时会危及 电力设备安 全运行 。因此 ， 客观上 需要一种 智 能装置 ， 在 变 电站 出现汛情时， 它能及时启动水泵排水并通知变电站值班人员。 1 系统 功能原理 图 变电站自动报警排水装置实时检测变电站的水位信息， 当变 电站内水位达到警戒值时， 装置通过 G S M短信息向值班人员报 告 ， 并将信息传输至报警 控制 中心 ； 当变 电站内水位 达到 或超过 临界值， 危及站内设 备安全 时， 装置 自动启动排水功能， 通过 G S M短信息向值班人员报告险情， 并将水位信息传输至报警控 制中心。报警控制中心实时显示报警信息的时间、 地点、 类型， 以 定稿 日期 ：2 0 1 5 0 4 0 7 便于值班人员检查， 并将报警信息存人数据库以备查询 。变电 站 自动报警排水装置功能原理图如图 1 所示。 图 1 自动报警排水系统功能原理 图 2 系统整体设计 图2给出了系统整体结构框图。该系统主要由水位探头开 关量输入、 P L C控制单元、 G S M模块、 继电器控制模块 、 水位指示 模块组成。当集水池内水位上升至警戒水位时， 警戒水位探头开 关触点接通， 信号上传至 P L C控制器 ， P L C控制器通过 G S M无线 通信模块 Z WG一 0 3 B ， 向变电站值班员发送短信告警 ； 集水池 内 水位上升至排水水位时， 排水水位探头开关触点接通， 信号上传 至 P L C控制器 ， P L C控制器通过第一中间继 电器启动交流接触 器， 开启水泵排水 ， 并通过 Z WG一 0 3 B ， 向变电站值班员发送短信 告警； 当警戒水位和排水水位探头失灵， 信号无法及时上传， 集水 池内水位上升至紧急水位时， 系统不通过 P L C控制器直接启动 第二中间继电器 ， 开启水泵排水 ， 并 向变电站值班员发送短信 告警。 E l e c t ri c a l A u t o ma t io n 9 9 电气自动化) 2 o 1 5年第3 7 卷 第4 期 自 动控制 系统与装 Au t o ma t ic Co n t r o I S y s t e ms E q u ip me n 图2 系统整体硬件结构框 图 3系统硬件设计 3 1 信号采集模块 如图3所示 ， 系统的信号采集模块包括三个水位探头 ， 水位 探头安装在变电站集水池内壁的下部和中部 ， 从下到上依次为警 戒水位探头、 排水水位探头、 紧急水位探头。集水池通常设备在 变电站室 内的低洼 处 ， 如 电缆夹层、 电 缆沟等。信号 采集 模块 中的三个水位 探头均选用侧装式 浮球开关， 型号为上 海云欧 自动化仪表 公 司 R F小 型 浮 球 液位开关中的 Y 0一 图3 水位探头安装示意图 S S 2 一 A 1 ， 材质是3 0 4 。浮球开关由弹簧开关和浮子组成， 浮球可 以随着液位的变化而上下移动， 在移动过程中触动浮球内的磁簧 开关吸合和分开， 输出开关量信号 。三路开关量信号分别直接 送人 P L C 1 0 0 、 1 0 1 、 1 0 2输入端口检测。 3 2 中央处理模块 中央处理模块可以实现水位探头开关量的采集与处理、 当前 水位状态电气指示， 同时可以控制 G S M模块发送报警短信。 P L C是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物， 具有 适应工业环境、 可靠性高、 抗干扰能力强、 编程简单等优点， 在工 业控制领域已得到了广泛应用。C P U选用西门子 s 72 0 0系列 的2 2 2 C N A C D C R E L A Y， 本机共有 8 路数字输人、 6路继电器输 出， 具有 1个 R S 4 8 5通信端 口， 通信端口支持 P P I ， MP I ， 自由口等 通信协议。本系统中负载电源接 P L C直流输出 D C 2 4 V电源， 电 源最大负载能力 5 0 0 m A 。 3 3 Z WG一 0 3 B( GS M ) 数据传输模块 Z WG一 0 3 B是广州致远电子公司开发的智能短信模块， 采用 R S 4 8 5总线接口， +5 2 6 V宽范围电压供电。Z WG一0 3 B通过 串口电缆与电脑连接后， 可以配置模块的波特率、 短信接收号码 、 工作模式。模块支持命令和透明两种工作模式， 命令模式为“ 一 对一” 发送短信 ， 透明模式为“ 群发” 短信功能。文 中报警系统采 用透明模式 ， 可预设最多五位变电站值班人员的手机号码， 当排 1 0 0 E le c t r ic a I A u t o ma ri o n 水系统检测到报警信号时 ， P L C启动短信发送程序通过 R S 4 8 5 总 线控制 Z WG一 0 3 B向值班人员发送报警短信。 Z WG一0 3 B发送短信命令格式为： A T+S E N D S M S=P h o ， “ Me s s a g e ” Z， P h o为发送短信 目标号码； Me s s a g e为发送短信内 容， 支持中英文短信， 每条短信最多支持 1 6 0个英文字符； 中文短 信为国际码( G B 2 3 1 2 ) ， 每条短信最多支持 7 O个字符。排水系统 采用 G B 2 3 1 2编码形式编辑待发送汉字， G B 2 3 1 2编码即汉字的内 码 。 Z WG一 0 3 B支持通过发送短信方式， 更改预设变电站值班人 员的手机号码功能。例如， 发送短信格式为“ 系统密码， S E N D N U M 3 ， 目标手机号码 ， R C V N U M3 ， 目标手机号码” ， 系统密码表示 短信模块的密码， S E N D N U M3 、 R C V N U M 3表示第三位值班员人 员的手机号码， 目标手机号码表示需要更改的目标手机号码。 3 4 水位指示模块 水位指示模块用于实时显示当前的水位状态， 由6个 L E D 指示信号灯组成， 水位指示模块原理图如图4所示。 警戒水位 指示 排水水位 指示 紧急水位 指示 敝障指 示 上 L _ _ Q 0 0 LI ( A C) 上2_ Q 0 1 N 王 _ Q 0 2 P 上4 Q 0 ，5 M 寸 。 一 L + 图4 水位指示模块原理图 L l L 4依次为警戒水位指示灯、 排水水位指示灯、 紧急水位 指示灯、 故障指示灯， 型号为江苏双科电气 A D 5 62 2 D S系列 D C 2 4 V L E D信号指示灯。L 5为 P L C工作电源指示灯 ， L 6为排水 指示灯， 安装于水泵交流接触器输 出端 ， 型号为江苏双科 电气 A D 5 6 2 2 D S系列 A C 2 2 0 V L E D信号指示灯。故障水位指示灯用 于检测警戒、 排水、 紧急水位传感器工作状态的逻辑关系， 若输出 逻辑错误 ， 则可以判断水位传感器失灵。水位指示灯逻辑关系表 如表 1所示。 表 1 水位指示灯逻辑关 系表 警戒水位 1 1 1 1 0 0 0 0 排水水位0 0 1 0 0 1 1 紧急水位0 1 0 1 0 1 0 1 故障指示0 1 0 0 0 1 1 1 1 ：表示 泳幻兜起 O ：表示：I扦示仃烈 火 3 5 继电器输出控制模块 水泵启动、 运行电流较大， 达到 2 0 A左右， C P U直接带负载 能力远远不够， 故水泵采用交流接触器开关。2 2 2 C N A C D C R E L A Y为继电器输出端口， 输出电压 D C 2 4 V， 无法直接驱动水 自动控制系统与装置 皇 皇 兰 竺 ： 兰翌 ! Au t o ma t ic Co n t r o I Sy s t e ms E q u ip me n t s 泵的 2 2 0 V或 3 8 0 V交流 接触 器 J f 火， 此需 要加 入 t 继 电 器。本系统中 中问继 I 乜器选川 A B B公 川的 C R M X 0 2 4 D C 2 1 ， 触 点容 为 7 A 2 5 0 V A C和 7 A 3 0 V D C， 交流接触 器选用施 耐德公 的 L C 1 I ) 1 2 1 0 。继 乜器输 f 控 制模块 原理陶如 5所示 P L C 控制器检测传感器开父鞋 号， 达到排水水位时， 启动第一中间 继电器 K A1 ； 第 t t l 继电器 K A 2小受 P L C控制， 当水他达到紧 急水位时， 紧急水位探头H ： 火触点f= 钉 合， 同路 自动导通 启动水泵 排水 本系统 I 1 。 水 泵交流接 触 器的辅 助触 点接 人 P L C输入 J 1 0 7 ， ， 于榆测水泵的 作状念， 艾中 再详细叙述 、 水 接l I! L I (A C ) (3 0 3 廿 N I n2 P LC L + M L I ( A C ) N 图 5 继电器输出控制模块原理 图 4系统软件部分 软件部分 i 要包括 自动报警排水系统终端检测软件和上位 机人机交 软件 两个部 分 、 4 1 自动报警排水系统终端检测软件设计 系统终端榆测软什 j 系统 硬件 相配合 ， 主要完成水位 传感器 父 艟榆测 、 1 阿水化状态指， J 、 控制 中 继电器输 出及 G S M 数 据传输等功能 、它包括水何传感器检测程序、 水位指示及中 继 电 ； 控制 、 短 收 ，皮 f - 等 ， 【皋 l 6给 r系统 主程序 流 罔 4 2 上 位机 人机 交互软 件设 计 上f 讧 机人机炎f _ = 软件安装在变电站值班窄的监控微机上， 它 负责接收现场报警终端 发送的报警信息， 实时显示报警 内容， 并 将报警内容保仃以备A f 玎 、值班室 控微机通过串口 j G S M调 制调解器 z wG一 0 3 A连接 ， Z WG一0 3 A采 用 R S 2 3 2串 【 I 接线 ， 其 功能 L j Z WG一 0 3 B一敛 ， 奉系统 l 十 l j 于接收报警信息 。 本系统 人机交 软 件足- 个报臀信息接收 F 台 与管理软 件 ， 它 采用 V i s u a l S t u d i o 2 0 0 5 发环境 ， 支持 Mi c ros o ft n e t f r a me w o r k 2 0版本的J 、 川 程 序 ”发平 台 人机交 软 件采用模 块 化设 汁 法， 具 报警信息接收 、 川r I 数据 、 报警 永 、 即时打印报警 资料 等功能 ： 报警 价息接 收功能 ： 定时 泼入报警 信息 ， 包 括 变 电站名称 、 报警【 I 1f 、 报臀类 事件门动统计 、 打印功能： 自 动 求报警 息 、 操作人 求情况， 井 【 lI 1 以十 r l J t E 警资料 ， 方 便值班人 奈咖维护 报臀 尔： j 软件收到报警信息时 贞 面 动 ， J j 报臀信息 5 自动 报警 排水 系统现场应用 自动报警 排水 系统控 制箱 及浮 球 开 关实物 图 如 7所 = 系统上位机人机交 软件受 f 】 图8所爪 本项创新成 果 申请 家实 用新 利 专利 申请 号： 2 0 1 3 2 0 3 1 4 4 2 4 6 ， 授权 ： C N 2 0 3 3 0 7 9 1 3 U。截 至发稿 日期， 自动报 图 6系统主程序流程图 警排水系统 在莱芜供 电公司所辖 2 2 0 k V 下 、 鹏泉 、 1 1 0 k V人 桥三个变电站凋试成功并投入运行， 经过 2 0 1 4年夏季汛期的考 验， 该系统反心灵敏、 报警及动作i E 确， 变电站未发， t i 一 起进水事 件 H前 ， 莱芜供电公司 正逐步推广应用该创新成果 。 图 7 排水 装置 实物 图 样糸 图 8 系统上位机人机交互软件 6 结束语 本 文详 细介 绍了基于 G S M 网络 的智能 型变电站报警排 水系 统软硬件设计方案。现场实际运行情况表明， 该系统反应灵敏 、 ( 下转第 1 1 4页 ) E le c t r ic a l A u t o ma t io n 1 O 1 电 气自 动 化 2 O l 5 年第3 7 卷第4 期 测量与检测技术 Me a s u r e me n t De t e c t in q T e c h n i c s 图 5 R o u t e r 节点程序流程图 图 6 C o o r d i n a t o r 节点程序流程图 l _ 一 。 = 】 一 【 a )检测前端 ( b )检测终端 图 7 基于 Z i g B e e的电缆在线监测 系统 该新型 电缆局部放 电监测 系统在多 个变 电站安装运行 ， 对 数 十条 电缆线路局放进行 _r 连续 在线监 测。系统运行 的 主界面 如 图 8所示 。 蕊 融 端 二 0 I 一 蜡 辎 啉 蔫 熏 囊 鼷 氛慕靠 羲燕毒 氛爨 蔫 纛赢毒 攀 蕊 繁 氛 糍蕊 m 1 呲 ： ： ： _ 紫 种 睁 辫 图 8监测系统程序主界面 ( 上接第 1 0 1页) 动作可靠 、 操作方便， 不仅节省人力物力 ， 而且能够及时避免变电 站险情的发生， 具有较高的应用价值和广阔的市场前景。 参考文献 ： 1 周刚 ， 徐伟 ， 陈刚 ， 等 变电站智 能排 水系 统的研 制 J 华 东 电力 ， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 7 ) ： 1 5 5 51 5 5 7 2 张晓明 ， 公茂法 ， 吕晨 ， 等 基于 C 8 0 5 1 F 3 6 0+T C 3 5 i +A T T 7 0 2 2 B的变 压器综合监控报警系统设计 J 电力 自动化设 备， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 9 ) ： 1 3 9 1 4 3 3 李娟 矿用本质安全型乳化液泵站控制及保护系统设计 D 山东青 岛： 【 I J 东科技大学 ， 2 0 1 1 4朱文杰 s 7 2 0 0 P L C编程设计 与案例分析 M 北京： 机械工业 出版 1 1 4 El e c t r ic aI Au t oma t i o n 5 结束语 本文研究 r基于Z i g B e e的无线传输技术及其电缆局放在线 监测中的应用， 设计了基于 Z i g B e e无线传输的电缆局放在线监 测系统。 相 比现有的电缆局放住线 监测 系统 ， 本文设汁的系统具有 如 下特点 ： ( 1 ) 系统组成简洁 ， 减少了复杂 的连接线缆 ， 可 有效提高 现 场工作的效率； ( 2 )系统结构灵活 ， 扩展性好， 可以根据待测设备的要求 ， 增加或删减监测前端和通道 ； ( 3 )系统成本低， 可靠性高， 系统前端处理 ， 向后端传输特 征参数， 极大地提高了通讯效率， 增强了系统的可靠性。 参考文献 ： 1杨黎明 ， 朱智恩 ， 杨荣凯 ， 等 柔性 卤流 电缆绝缘料 及电缆结构 议 汁 J 电力系统 自 动化， 2 0 1 3 ， 3 7 ( 】 5 ) ： 1 1 7 1 2 4 2胡义雄 X L P E电缆绝缘老化检测方 法的研究 J 电气时代 ， 2 0 1 4 3 4 ( 1 ) ： 7 6 7 7 3C I GR E WO R K I N G G R O U P A ft e r l a y i n g t e S t S 0 n h i g h v o l t a g e e x t r u d e d in s u l a t i o n c a b l e s y s t e m J E l e c t r a ，1 9 9 7 ( 1 7 3 ) ： 3 34 1 【 4Z H A N G Z S， XI A O D M，L I Y R o g o w s k i a i r c o i l s e n s o r t e c h n i q u e r o n l i n e p a r t i a l d i s c h a r g e m e a s u r e me n t o f p o w e r c a b l e s J 1 E T S c i e n c e ，Me a s u r e m e n t T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ，3 (3 ) ： 1 8 71 9 6 5李文泉 ， 兰生 常见的电力电缆状 态在线监 测方法综述 J 电气 开 关， 2 0 1 3 ， 5 1 ( 6 ) ：1 7 6李永亮 ， 张涛 ， 雒宏礼 ， 等 无线专 网在宁夏 3 3 0 k V输电线路 监控 的 应用 J 电气 自动化 ， 2 0 1 4， 3 6 ( 2 ) ： 3 9 4 2 7赵 中原 ， 吕征宇 ， 段乃欣 ， 等 交联 聚乙烯 电缆 局部放 电在线 躲测 系 统研制 J 电力 系统 自动化 ， 2 0 0 4 ， 2 8 ( 5 ) ： 5 9 6 2 8 陈瑞龙 ， 钱勇 ， 叶海 峰 ， 等 X L P E电缆局部放l 乜住线监测系统 9 ,f J 1： ,1 it J 电气 自动化 ， 2 0 1 4 ， 3 6 ( 2 ) ： 1 0 11 0 3 9朱英伟， 周凯， 游世字， 等 电缆附件局部放电超J 波榆测装置的没 计与实验 J 电线电缆 ， 2 0 1 3 ， 5 6 ( 2 ) ： 3 3 3 6 1 0 陈振华， 陈小燕 ， 刘 星毅 幕 于 Z i g B e e技术 的滨海 电站温排 水监 测 系统的设计与 实现 J 计算 机测 量 与控 制 2 0 1 3 ，2 1 ( 9) ： 2 4 0 0 2 4 0 2 【 作者简介】孔鹏( 1 9 8 5一) ， 男， 山东泰安人， 硕士， X - 程师。 王琳 ( 1 9 8 3一) ， 女， 山东阳谷人 ， 硕士 ， 工程 师。 李榛 ( 1 9 8 9一) 女 ， 山东高摩 人 ， 学士， 助理 工程师。 社 ， 2 0 1 0 5 Z WG一0 3 B智能短信收 发设备 一R S 4 8 5接 口产品 用户 予册 K 广 州 ： 广州致远 电子有 限公 司， 2 0 0 8 6 何川 基于 P I C的智能 温室j I盎控 系统 D 四川 I成都 ： 电子 科技 大 学 ， 2 0 1 3 7 吴 晶 基于 P L C的手机短倍远程 监控 系统 D 新船 鲁木齐 ： 新疆 大学 ， 2 0 0 7 8 Z WG一 0 3 A智能短信收发设备 一 R S 2 3 2 接 口J ： 晶用户于册 K 广 州 ： 广州致远电子有限公 司， 2 0 0 8 【 作者简介】杜洪涛( 1 9 6 7 一) ， 男， 山东泰安人， 工程师， 现从事变电运维 管理工作。 胡昌伦 ( 1 9 8 6一) ， 男， 山东汶上人， 工程师， 现 从事 变电运维 工作