电厂配电室环境监控：TCP/IP以太网温湿度变送器与本地服务器对接方案

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 电厂配电室（生产控制大区/安全区Ⅱ）                                  │
│                                                                     │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐    ┌───────────────┐   │
│  │ 6kV配电室 │  │ 400V配电室│  │ 励磁小室  │    │ 电缆夹层      │   │
│  │           │  │           │  │           │    │               │   │
│  │ [T1]     │  │ [T2]     │  │ [T3]     │    │ [T4]...[Tn]  │   │
│  │ 温湿度   │  │ 温湿度   │  │ 温湿度   │    │ 温湿度        │   │
│  │ 变送器   │  │ 变送器   │  │ 变送器   │    │ 变送器        │   │
│  └────┬─────┘  └────┬─────┘  └────┬─────┘    └──────┬────────┘   │
│       │              │              │                  │            │
│       └──────────────┴──────────────┴──────────────────┘            │
│                          │                                           │
│                    ┌─────▼─────┐                                    │
│                    │ 工业交换机 │  (环网/星型, 管理VLAN隔离)         │
│                    │ 带光口    │                                    │
│                    └─────┬─────┘                                    │
│                          │                                           │
│                    ┌─────▼─────┐                                    │
│                    │ 正向隔离  │  (生产区→管理区，单向)              │
│                    │ 装置      │  如需要跨区传输                    │
│                    └─────┬─────┘                                    │
└──────────────────────────┼───────────────────────────────────────────┘
                           │
┌──────────────────────────┼───────────────────────────────────────────┐
│ 管理信息大区/安全区Ⅲ     │                                           │
│                          │                                           │
│  ┌───────────────────────▼───────────────────────────────────────┐  │
│  │ 数据采集服务（Daemon）                                        │  │
│  │  ├── TCP连接池管理（长连接/短连接可配）                       │  │
│  │  ├── 协议解析（Modbus TCP / 私有TCP / SNMP）                  │  │
│  │  ├── 数据校验与归一化                                         │  │
│  │  └── 缓存与批量写入                                           │  │
│  └───────────────────────┬───────────────────────────────────────┘  │
│                          │                                           │
│  ┌───────────────────────▼───────────────────────────────────────┐  │
│  │ 时序数据库（TDengine / InfluxDB）                             │  │
│  │  ├── 原始数据表（带时间戳、设备ID、区域标签）                  │  │
│  │  ├── 降采样表（1min/5min/1h 聚合）                            │  │
│  │  └── 保留策略（原始90天，降采样永久）                         │  │
│  └───────────────────────┬───────────────────────────────────────┘  │
│                          │                                           │
│  ┌───────────────────────▼───────────────────────────────────────┐  │
│  │ 应用层                                                       │  │
│  │  ├── 实时监控大屏（Web）                                      │  │
│  │  ├── 告警引擎（越限/变化率/通信中断）                         │  │
│  │  ├── 历史趋势分析                                             │  │
│  │  └── 数据导出（Excel/PDF，事故追溯用）                        │  │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────────┘  │
│                                                                     │
│  ┌───────────────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │ 冗余设计                                                      │  │
│  │  ├── 双机热备（主备服务器，心跳检测）                         │  │
│  │  ├── 数据库主从复制                                           │  │
│  │  └── 采集服务断线续传（本地SQLite缓存）                       │  │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

网段：10.40.0.0/16（管理VLAN 40，配电室专用）

10.40.10.0/24  — 6kV配电室A列
  10.40.10.1    — 交换机管理IP
  10.40.10.11   — 变送器 T-6kVA-01（A列1柜）
  10.40.10.12   — 变送器 T-6kVA-02
  ...

10.40.11.0/24  — 6kV配电室B列
10.40.20.0/24  — 400V配电室
10.40.30.0/24  — 励磁小室
10.40.40.0/24  — 电缆夹层

10.40.254.1    — 采集服务器（主）
10.40.254.2    — 采集服务器（备）

设备ID：T-6kVA-01
区域：6kV配电室-A列
安装位置：#3开关柜母线室
IP：10.40.10.11
MAC：00:08:DC:01:0A:0B
安装日期：2025-03-15
校准有效期：2026-03-15

设备地址：每个变送器独立Slave ID（1–247）
功能码：0x04（读输入寄存器）

寄存器地址表：
  40001 (0x0000) — 温度值，INT16，放大10倍，单位℃
  40002 (0x0001) — 湿度值，INT16，放大10倍，单位%RH
  40003 (0x0002) — 传感器状态，UINT16，位定义见下
  40004 (0x0003) — 设备运行时间，UINT32，单位小时（占2个寄存器）
  40006 (0x0005) — 采样次数，UINT32（占2个寄存器）
  40008 (0x0007) — 通信错误计数，UINT16
  40009 (0x0008) — 软件版本号，UINT16（高字节主版本，低字节次版本）

状态寄存器位定义：
  Bit 0 — 传感器正常（1=正常，0=故障）
  Bit 1 — 温度越上限
  Bit 2 — 温度越下限
  Bit 3 — 湿度越上限
  Bit 4 — 湿度越下限
  Bit 5 — 校准标志（1=需要校准）
  Bit 6 — 通信看门狗（1=最近一次通信正常）
  Bit 7–15 — 保留

package main

import (
    "encoding/binary"
    "fmt"
    "net"
    "sync"
    "time"

    "github.com/go-modbus/modbus"
    "github.com/influxdata/influxdb-client-go/v2"
)

// 设备配置
type DeviceConfig struct {
    ID       string
    IP       string
    Port     int
    SlaveID  byte
    Zone     string
    Location string
    Enabled  bool
}

// 采集结果
type Sample struct {
    DeviceID string
    Zone     string
    Location string
    Temp     float64
    Humi     float64
    Status   uint16
    Ts       time.Time
    Err      error
}

var (
    devices   []DeviceConfig
    influxCli influxdb2.Client
    samples   chan Sample
)

func initDevices() {
    // 从配置文件或数据库加载设备列表
    devices = []DeviceConfig{
        {"T-6kVA-01", "10.40.10.11", 502, 1, "6kV配电室", "A列#3开关柜", true},
        {"T-6kVA-02", "10.40.10.12", 502, 2, "6kV配电室", "A列#5开关柜", true},
        // ... 更多设备
    }
}

func pollDevice(dev DeviceConfig, interval time.Duration) {
    ticker := time.NewTicker(interval)
    defer ticker.Stop()

    var client modbus.Client
    var handler *modbus.TCPClientHandler

    for range ticker.C {
        if !dev.Enabled {
            continue
        }

        // 建立连接（短连接模式：每次轮询新建连接）
        handler = modbus.NewTCPClientHandler(fmt.Sprintf("%s:%d", dev.IP, dev.Port))
        handler.SlaveId = dev.SlaveID
        handler.Timeout = 3 * time.Second

        if err := handler.Connect(); err != nil {
            samples <- Sample{
                DeviceID: dev.ID, Zone: dev.Zone, Location: dev.Location,
                Ts: time.Now(), Err: fmt.Errorf("connect: %w", err),
            }
            handler.Close()
            continue
        }

        client = modbus.NewClient(handler)

        // 读取4个寄存器（温度、湿度、状态、保留）
        results, err := client.ReadInputRegisters(0, 4)
        if err != nil {
            samples <- Sample{
                DeviceID: dev.ID, Zone: dev.Zone, Location: dev.Location,
                Ts: time.Now(), Err: fmt.Errorf("read: %w", err),
            }
            handler.Close()
            continue
        }

        // 解析
        temp := float64(int16(binary.BigEndian.Uint16(results[0:2]))) / 10.0
        humi := float64(int16(binary.BigEndian.Uint16(results[2:4]))) / 10.0
        status := binary.BigEndian.Uint16(results[4:6])

        samples <- Sample{
            DeviceID: dev.ID, Zone: dev.Zone, Location: dev.Location,
            Temp: temp, Humi: humi, Status: status,
            Ts: time.Now(), Err: nil,
        }

        handler.Close()
    }
}

func writer() {
    writeAPI := influxCli.WriteAPI("org", "env_monitor")

    for s := range samples {
        if s.Err != nil {
            // 通信异常，写入错误日志/告警
            fmt.Printf("[%s] %v\n", s.DeviceID, s.Err)
            // 触发告警：连续3次失败 → 上报告警
            continue
        }

        p := influxdb2.NewPoint(
            "env_sample",
            map[string]string{
                "device_id": s.DeviceID,
                "zone":      s.Zone,
                "location":  s.Location,
            },
            map[string]interface{}{
                "temp_c":  s.Temp,
                "humi_pct": s.Humi,
                "status":  int(s.Status),
            },
            s.Ts,
        )
        writeAPI.WritePoint(p)
    }
}

func main() {
    initDevices()

    influxCli = influxdb2.NewClient("http://localhost:8086", "token")
    defer influxCli.Close()

    samples = make(chan Sample, 1000)

    // 启动采集协程
    for _, dev := range devices {
        go pollDevice(dev, 10*time.Second)
    }

    // 启动写入协程
    go writer()

    select {} // 阻塞运行
}

type ConnectionPool struct {
    mu    sync.Mutex
    conns map[string]net.Conn  // key: deviceID
    cfg   map[string]DeviceConfig
}

func (p *ConnectionPool) Get(devID string) (net.Conn, error) {
    p.mu.Lock()
    defer p.mu.Unlock()

    if conn, ok := p.conns[devID]; ok {
        // 检查连接是否还活着
        if conn != nil {
            conn.SetReadDeadline(time.Now().Add(100 * time.Millisecond))
            one := make([]byte, 1)
            _, err := conn.Read(one)
            if err == nil {
                conn.SetReadDeadline(time.Time{})
                return conn, nil
            }
            // 连接已断，关闭旧连接
            conn.Close()
        }
    }

    // 新建连接
    dev := p.cfg[devID]
    conn, err := net.DialTimeout("tcp", fmt.Sprintf("%s:%d", dev.IP, dev.Port), 3*time.Second)
    if err != nil {
        return nil, err
    }

    p.conns[devID] = conn
    return conn, nil
}

// 写入失败时存入本地缓存
func cacheSample(s Sample) {
    db, _ := sql.Open("sqlite3", "/var/cache/envd/offline.db")
    stmt, _ := db.Prepare(
        "INSERT INTO offline_cache(device_id, ts, temp, humi, status) VALUES(?,?,?,?,?)")
    stmt.Exec(s.DeviceID, s.Ts.Unix(), s.Temp, s.Humi, s.Status)
}

// 数据库恢复后，批量回灌
func flushCache() {
    // 读取SQLite，批量写入TDengine，成功后删除缓存记录
}

主服务器（10.40.254.1）：
  ├── 采集服务（活跃）
  ├── 数据库（主）
  └── 心跳检测（每1s ping备机）

备服务器（10.40.254.2）：
  ├── 采集服务（待命，不主动采集）
  ├── 数据库（从，实时同步）
  └── 心跳检测（每1s ping主机）

切换条件：
  - 主机心跳丢失 > 5s
  - 主机数据库无新数据 > 60s
  - 手动切换（运维命令）

切换动作：
  - 备机采集服务启动
  - 备机数据库提升为主
  - 通知交换机/网关更新路由（VRRP）

rules:
  - name: high_temp
    condition: temp_c > 40
    duration: 60s        # 持续60秒才触发，避免瞬时干扰
    severity: warning
    message: "{{device_id}} 温度超限: {{temp_c}}℃"

  - name: high_humi
    condition: humi_pct > 80
    duration: 120s
    severity: warning
    message: "{{device_id}} 湿度超限: {{humi_pct}}%RH"

  - name: rapid_temp_change
    condition: abs(rate(temp_c[1m])) > 2
    duration: 30s
    severity: critical
    message: "{{device_id}} 温度骤变: {{rate}}℃/min"

  - name: comm_lost
    condition: time_since_last_sample > 120s
    severity: critical
    message: "{{device_id}} 通信中断超过120秒"

  - name: sensor_fault
    condition: status & 0x0001 == 0
    severity: warning
    message: "{{device_id}} 传感器故障"

安全区Ⅰ（控制区）：DCS、保护系统 — 绝对不能接环境监测
安全区Ⅱ（非控制区）：辅控系统、SIS接口 — 监测数据可接入
安全区Ⅲ（管理区）：MIS、办公网 — 监控展示、告警通知

□ IP规划表确认，无冲突
□ 交换机端口VLAN配置正确
□ 传感器安装位置合理（避开热源、气流短路）
□ 网线敷设符合规范（与强电线缆间距>30cm，交叉时垂直）
□ RJ45接头打线牢固，线序T568B
□ 屏蔽网线屏蔽层单端接地（交换机侧）
□ 设备上电，Web界面可访问
□ 配置静态IP、网关、TCP参数
□ 标签张贴，与规划表一致

□ 采集服务器能ping通所有变送器
□ Modbus TCP读取成功，数据准确
□ 与手持仪比对，温度误差≤±0.5℃，湿度≤±3%RH
□ 模拟通信中断（拔网线），告警正确触发
□ 模拟越限，告警正确触发
□ 数据库写入正常，Grafana可查询
□ 连续运行72小时，数据完整率≥99.9%

□ 网络拓扑图
□ IP-区域-测点映射表
□ 寄存器地址表
□ 采集服务配置说明
□ 数据库备份恢复流程
□ 告警规则说明
□ 运维手册（常见问题处理）
□ 备品备件清单