CN223978481U - 一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端，涉及高速公路隧道管控设备技术领域，旨在解决现有技术中控制器结构不合理、扩展性不足及接口设计不兼容等问题。该终端采用2U标准机箱设计，内置主控制开发板、机械硬盘、多功能集成串口电路板和开关电源驱动变压器等核心组件，并配备串口屏口、LAN接口、4G天线接口、32P端子口及RS485设备接口，支持多种现场设备接入与数据采集。通过模块化硬件布局和标准化接口设计，显著提升了系统稳定性与扩展性；同时，支持远程OTA升级、多协议兼容及高速数据传输，满足未来技术发展需求。终端具备动环、消防、电力设备的全面监控功能，支持远程开合闸与智能报警，大幅降低人工值守依赖与运维成本。

Description

一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端

技术领域

本实用新型涉及高速公路隧道管控设备技术领域，特别涉及一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端。

背景技术

隧道无人值守是现代化隧道管理和维护的一个重要趋势，它依赖于先进的技术和设备来实现隧道的自动化监测和管理。变电站为隧道提供稳定可靠的电力供应，确保隧道内照明、通风、监控等设备的正常运行，通常情况下隧道变电站配备人员值守。

就目前高速公路隧道变电站控制技术方案而言，大多是在高速公路隧道变电站内部设置远程测控终端设备和智能通信管理机，然后借助以太网交换机和光纤以总线方式接入隧道监控站的电力监控计算机，主要对变压器状态、高压进出线、低压出线、发电机进线、消防水泵及风机出线、UPS/EPS出线的电气参数以及各开关状态量进行监测。分析现有技术方案，可发现存在以下问题：

1.控制器结构不合理，比如硬件布局混乱、模块间耦合度过高、散热设计不佳等；2.控制器扩展性不足，比如无法支持新增设备接入、无法升级软件功能等；3.控制器接口设计不合理，比如通信协议不兼容、数据传输速率低、接口稳定性差等。

实用新型内容

本实用新型针对高速公路隧道管理部门对变电站设备信息采集以及远程管控的实际需求开展研究，提出一种具有标准化体系结构、满足电力监控仪表数据采集平台接入规范的无人值守隧道变电站下的边缘控制终端。

本实用新型采用的技术方案为：

一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端，该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端包括2U标准机箱，2U标准机箱上的设有串口屏口、LAN接口、4G天线接口、32P端子口、RS485设备接口、以及开关电源插口；2U标准机箱内安装有主控制开发板、机械硬盘、多功能集成串口电路板、开关电源驱动变压器；

所述主控制开发板与机械硬盘、多功能集成串口电路板、开关电源驱动变压器、LAN接口、以及4G天线接口有线连接，其通过4G天线接口连接4G天线；

所述多功能集成串口电路板与开关电源驱动变压器、32P端子口、RS485设备接口、以及串口屏口有线连接，其通过32P端子口连接温湿度传感器、消防设备和/或电力设备，通过RS485设备接口连接现场设备，通过串口屏口连接串口屏；

所述开关电源驱动变压器与开关电源插口和串口屏口有线连接，其通过开关电源插口连接电源线。

进一步，所述2U标准机箱内安装有温度探针和风扇，2U标准机箱的箱壁上设有风扇通风口；所述温度探针和风扇与多功能集成串口电路板有线连接。

进一步，所述2U标准机箱上的还设有开关控制按钮，开关控制按钮与开关电源驱动变压器有线连接。

进一步，所述2U标准机箱的正面箱壁上设有一个串口屏口和两个LAN接口；2U标准机箱的背面箱壁上设有风扇通风口、四个4G天线接口、一个32P端子口、一个RS485设备接口和一个开关电源插口。

本实用新型的有益效果是：

1.提升系统稳定性与可靠性：通过模块化硬件布局降低耦合度，结合内置温度探针与风扇联动散热，确保设备在适宜温度下运行。开关电源驱动变压器提供稳定电压输出，减少因电源波动引发的故障。

2.增强扩展性与灵活性：提供多种标准化接口，如：LAN、RS485、32P端子口，支持新增设备接入，同时支持远程OTA软件升级，满足未来技术发展需求。

3.提高兼容性与通信效率：兼容多种工业通信协议，如：Modbus、DL/T645等，简化数据交互。LAN接口支持千兆以太网，RS485设备接口支持高速传输，连接4G天线后可实现无线远程通信，确保数据实时准确传输。

4.优化用户体验与操作效率：连接串口屏后可提供直观的操作界面，实时显示设备状态并支持参数配置。支持远程监控与控制，用户可通过Web端随时随地管理设备，显著提升操作便捷性。

5.全面实现设备监控与自动化管理：支持动环设备、消防设备、电力设备、电子围栏、门禁及视频监控的全面信息采集与状态监控，保障隧道安全运行。

6.消除人工值守依赖，降低运维成本：实现电力设备远程开合闸、柴油发电机远程启动等功能，减少人工干预。智能报警与日志记录便于故障排查，大幅降低人工值守与运维成本。

综上，该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端通过高效的数据采集、稳定的运行性能和智能化的远程管控，为隧道变电站提供了先进、经济、可靠的解决方案，推动了无人值守管理模式的落地实施。

附图说明

图1为本实用新型边缘控制终端的正面结构示意图；

图2为本实用新型边缘控制终端的背面结构示意图；

图3为本实用新型边缘控制终端的内部结构示意图；

图4为本实用新型边缘控制终端各组成部分的连接示意图；

图中，1—2U标准机箱，2—串口屏口，3—LAN接口，4—4G天线接口，5—32P端子口，6—RS485设备接口，7—开关电源插口，8—主控制开发板，9—机械硬盘，10—多功能集成串口电路板，11—开关电源驱动变压器，12—风扇通风口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例的附图、对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，处理图中示出的方位之外，空间术语意在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定为在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位，这里所用的空间相对说明可以相应地解释。

针对现有技术中控制器结构不合理、扩展性不足及接口设计不兼容等问题。本实施例提供一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端。如图1和图2所示，该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端包括2U标准机箱1；2U标准机箱1上的设有串口屏口2、LAN接口3、4G天线接口4、32P端子口5、RS485设备接口6、以及开关电源插口7；其中，2U标准机箱1的正面箱壁上设有一个串口屏口2和两个LAN接口3；2U标准机箱1的背面箱壁上设有四个4G天线接口4、一个32P端子口5、一个RS485设备接口6和一个开关电源插口7。

如图3所示，2U标准机箱1内安装有主控制开发板8、机械硬盘9、多功能集成串口电路板10、开关电源驱动变压器11。如图4所示，其中，主控制开发板8与机械硬盘9、多功能集成串口电路板10、开关电源驱动变压器11、LAN接口3、以及4G天线接口4有线连接，主控制开发板8通过4G天线接口4连接4G天线。多功能集成串口电路板10与开关电源驱动变压器11、32P端子口5、RS485设备接口6、以及串口屏口2有线连接，其通过32P端子口5连接温湿度传感器、消防设备和/或电力设备，通过RS485设备接口6连接现场设备，通过串口屏口2连接串口屏。开关电源驱动变压器11与开关电源插口7和串口屏口2有线连接，其通过开关电源插口7连接电源线。

主控制开发板8采用瑞芯微RK3568嵌入式处理器，内存4GB，存储32GB，其基于Linux操作系统，采用多任务体系，可以同时处理数据采集、控制指令传输等功能。主控制开发板8通过4G天线接口4连接4G天线或通过LAN接口3接入网线后，能够与隧道后台管理系统通讯连接，从而满足将监测数据传输至隧道后台管理系统，同时将隧道后台管理系统的控制指令传输至隧道内的各设备，包括隧道内的动环设备，如：温湿度传感器、水浸传感器、通风设备、照明设备，消防设备，如：烟感探测器、消防报警设备、自动灭火设备；电力系统设备，如：多功能电表、逆变器设备、UPS/EPS设备、变压器保护装置、线路保护装置、无功补偿装置、直流屏装置、柴油发电机，以及电子围栏设备、门禁设备和摄像机。主控制开发板8通过机械硬盘9存储高速公路隧道变电站各设备运行日志，包括：系统故障记录、异常事件报警记录、参数配置记录、远程控制数据记录，以便后台管理系统调取。主控制开发板8通过4G天线接口4连接4G天线后，用户也可通过Web端查看监测数据。

为满足无人值守隧道变电站下的边缘控制终端高效数据采集、设备控制和电源管理调节的需求，因此在主控制开发板8的基础上增加多功能集成串口电路板10；多功能集成串口电路板10采用西菱欧MLK-I-32的多功能集成串口电路板，其通过32P端子口5和RS485设备接口6连接温湿度传感器、水浸传感器、通风设备、照明设备、烟感探测器、消防报警设备、自动灭火设备、多功能电表、逆变器设备、UPS/EPS设备、变压器保护装置、线路保护装置、无功补偿装置、直流屏装置、柴油发电机、以及电子围栏设备、门禁设备和摄像机后，使主控制开发板8能够获取隧道内各设备的监测数据。

此外，主控制开发板8通过多功能集成串口电路板10连接串口屏口2，通过串口屏口2接入串口屏。串口屏可采用迪文DMG12480C068_03WTC的串口屏，接入串口屏后主控制开发板8可将监测数据以直观的方式通过串口屏呈现出来，便用户现场查看监测数据，以及在现场直接向主控制开发板8下达控制指令。

针对无人值守隧道变电站下的边缘控制终端的供电，本实施例中在2U标准机箱1内安装开关电源驱动变压器11，开关电源驱动变压器11采用明纬LRS-75-12的开关电源驱动变压器，其与主控制开发板8和多功能集成串口电路板10连接，同时其通过串口屏口2与串口屏连接；当开关电源驱动变压器11通过开关电源插口7连接的电源线接入市电后，开关电源驱动变压器11即可将输入电源的电压、电流和功率转换为主控制开发板8、串口屏、多功能集成串口电路板10提供所需的输出参数，满足主控制开发板8、串口屏、多功能集成串口电路板10的供电需求。此外，如图4所示，本实施例中还在2U标准机箱1上的还设有开关控制按钮，开关控制按钮与开关电源驱动变压器11有线连接；通过开关控制按钮控制，用以开关电源驱动变压器11与市电之间的通断电控制。

进一步的，本实施例中2U标准机箱1内还安装有铠装WRNK-191的温度探针和台达6CM的风扇，2U标准机箱1的箱壁上设有风扇通风口12，如图2所示，风扇通风口12位于2U标准机箱1的背面箱壁上；温度探针和风扇与多功能集成串口电路板10有线连接，多功能集成串口电路板10内设有阈值，多功能集成串口电路板10基于温度探针监测的温度数据，当温度数据大于阈值时其控制风扇开启，确保设备的稳定运行。

综上所述，该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端通过采用独立的主控制开发板8、机械硬盘9、多功能集成串口电路板10、开关电源驱动变压器11，减少设备间的耦合度；控制开发板和多功能集成串口电路板10均采用分层布线的PCB板减少信号干扰，提升系统的稳定性和可靠性；配合温度探针和风扇的散热方案，以此显著提升系统的稳定性和可靠性，解决现有控制器结构不合理问题。该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端配备LAN接口3、4G天线接口4、32P端子口5、RS485设备接口6等多种灵活接口设计，支持远程OTA软件升级，增强了系统的扩展性和灵活性，解决控制器扩展性不足问题。该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端兼容Modbus、DL/T645等多种工业通信协议，LAN接口3支持千兆以太网，RS485设备接口6支持高速传输，连接4G天线后可实现无线远程通信，提升数据传输速率和接口稳定性，提高了系统的兼容性和通信效率，解决控制器接口设计不兼容问题。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种无人值守隧道变电站下的边缘控制终端，其特征在于：该无人值守隧道变电站下的边缘控制终端包括2U标准机箱，2U标准机箱上的设有串口屏口、LAN接口、4G天线接口、32P端子口、RS485设备接口、以及开关电源插口；2U标准机箱内安装有主控制开发板、机械硬盘、多功能集成串口电路板、开关电源驱动变压器；

所述主控制开发板与机械硬盘、多功能集成串口电路板、开关电源驱动变压器、LAN接口、以及4G天线接口有线连接，其通过4G天线接口连接4G天线；

所述多功能集成串口电路板与开关电源驱动变压器、32P端子口、RS485设备接口、以及串口屏口有线连接，其通过32P端子口连接温湿度传感器、消防设备和/或电力设备，通过RS485设备接口连接现场设备，通过串口屏口连接串口屏；

所述开关电源驱动变压器与开关电源插口和串口屏口有线连接，其通过开关电源插口连接电源线。

2.根据权利要求1所述的无人值守隧道变电站下的边缘控制终端，其特征在于：所述2U标准机箱内安装有温度探针和风扇，2U标准机箱的箱壁上设有风扇通风口；所述温度探针和风扇与多功能集成串口电路板有线连接。

3.根据权利要求1所述的无人值守隧道变电站下的边缘控制终端，其特征在于：所述2U标准机箱上的还设有开关控制按钮，开关控制按钮与开关电源驱动变压器有线连接。

4.根据权利要求2所述的无人值守隧道变电站下的边缘控制终端，其特征在于：所述2U标准机箱的正面箱壁上设有一个串口屏口和两个LAN接口；2U标准机箱的背面箱壁上设有风扇通风口、四个4G天线接口、一个32P端子口、一个RS485设备接口和一个开关电源插口。