基于GSM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 271100)

0 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［1］。

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GSM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GSM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，以便于值班人员检查，并将报警信息存入数据库以备查询［2］。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、PLC控制单元、GSM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PLC控制器，PLC控制器通过GSM无线通信模块ZWG-03B，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PLC控制器，PLC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ZWG-03B，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PLC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。

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RF小型浮球液位开关中的Y0-SS2-A1，材质是304。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［3］。三路开关量信号分别直接送入 PLC I0.0、I0.1、I0.2 输入端口检测。

图3 水位探头安装示意图

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GSM模块发送报警短信。

PLC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。CPU选用西门子S7-200系列的222CN AC/DC/RELAY，本机共有8路数字输入、6路继电器输出，具有1个RS485通信端口，通信端口支持PPI，MPI，自由口等通信协议。本系统中负载电源接PLC直流输出DC 24 V电源，电源最大负载能力 500 mA［4］。

3.3ZWG-03B(GSM)数据传输模块

ZWG-03B是广州致远电子公司开发的智能短信模块，采用RS485总线接口，+5～26 V宽范围电压供电。ZWG-03B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，当排水系统检测到报警信号时，PLC启动短信发送程序通过RS485总线控制ZWG-03B向值班人员发送报警短信。

ZWG-03B发送短信命令格式为:AT+SENDSMS=Pho，“Message”^Z，Pho为发送短信目标号码;Message为发送短信内容，支持中英文短信，每条短信最多支持160个英文字符;中文短信为国际码(GB2312)，每条短信最多支持70个字符。排水系统采用GB2312编码形式编辑待发送汉字，GB2312编码即汉字的内码［5］。

ZWG-03B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，SENDNUM3，目标手机号码，RCVNUM3，目标手机号码”，系统密码表示短信模块的密码，SENDNUM3、RCVNUM3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LED指示信号灯组成，水位指示模块原理图如图4所示。

图4 水位指示模块原理图

L1～L4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AD56-22DS系列DC24V LED信号指示灯。L5为PLC工作电源指示灯，L6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AD56-22DS系列AC220V LED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

3.5 继电器输出控制模块

水泵启动、运行电流较大，达到20 A左右，CPU直接带负载能力远远不够，故水泵采用交流接触器开关。222CN AC/DC/RELAY为继电器输出端口，输出电压DC24 V，无法直接驱动水泵的220 V或380 V交流接触器开关，因此需要加入中间继电器。本系统中，中间继电器选用ABB公司的CR-MX024DC2L，触点容量为7 A 250 VAC和7 A 30 VDC，交流接触器选用施耐德公司的LC1 D1210。继电器输出控制模块原理图如图5所示。PLC控制器检测传感器开关量信号，达到排水水位时，启动第一中间继电器KA1;第二中间继电器KA2不受PLC控制，当水位达到紧急水位时，紧急水位探头开关触点闭合，回路自动导通，启动水泵排水［6］。本系统中，水泵交流接触器的辅助触点接入PLC输入口I0.7，用于检测水泵的工作状态，文中不再详细叙述。

图5 继电器输出控制模块原理图

4 系统软件部分

软件部分主要包括自动报警排水系统终端检测软件和上位机人机交互软件两个部分。

4.1 自动报警排水系统终端检测软件设计

系统终端检测软件与系统硬件相配合，主要完成水位传感器开关量检测、当前水位状态指示、控制中间继电器输出及GSM数据传输等功能。它包括水位传感器检测程序、水位指示及中间继电器控制子程序、短信收发子程序等［7］，图6给出了系统主程序流程图。

4.2 上位机人机交互软件设计

上位机人机交互软件安装在变电站值班室的监控微机上，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，并将报警内容保存以备查询。值班室监控微机通过串口与GSM调制调解器ZWG-03A连接，ZWG-03A采用RS232串口接线，其功能与ZWG-03B一致，本系统中用于接收报警信息［8］。

本系统人机交互软件是一个报警信息接收平台与管理软件，它采用Visual Studio 2005开发环境，支持Microsoft.net framework 2.0版本的应用程序开发平台。人机交互软件采用模块化设计方法，具备报警信息接收、用户数据库、报警显示、即时打印报警资料等功能:① 报警信息接收功能:定时读入报警信息，包括变电站名称、报警时间、报警类型。② 事件自动统计、打印功能:自动记录报警信息、操作人员登录情况，并且可以打印报警资料，方便值班人员查询维护。③ 报警显示:当软件收到报警信息时，页面自动显示报警信息。

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图7所示。系统上位机人机交互软件如图8所示。

图6 系统主程序流程图

本项创新成果已申请国家实用新型专利，专利申请号:201320314424.6，授权号:CN203307913U。截至发稿日期，自动报警排水系统已在莱芜供电公司所辖220 kV方下、鹏泉、110 kV大桥三个变电站调试成功并投入运行，经过2014年夏季汛期的考验，该系统反应灵敏、报警及动作正确，变电站未发生一起进水事件。目前，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

6 结束语

本文详细介绍了基于GSM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、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。

［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，2013，41(7):1555-1557.

［2］张晓明，公茂法，吕晨，等.基于C8051F360+TC35i+ATT7022B的变压器综合监控报警系统设计［J］.电力自动化设备，2011，31(9):139-143.

［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:山东科技大学，2011.

［4］朱文杰.S7-200 PLC编程设计与案例分析［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［5］ZWG-03B智能短信收发设备-RS485接口产品用户手册［K］.广州:广州致远电子有限公司，2008.

［6］何川.基于PLC的智能温室监控系统［D］.四川成都:电子科技大学，2013.

［7］吴晶.基于PLC的手机短信远程监控系统［D］.新疆乌鲁木齐:新疆大学，2007.

［8］ZWG-03A智能短信收发设备-RS232接口产品用户手册［K］.广州:广州致远电子有限公司，2008.