档案库房联动控制系统设计，适配信创生态的恒温恒湿一体机接入

档案库房联动控制系统设计，适配信创生态的恒温恒湿一体机接入

物联网 · 信创档案 · 恒温恒湿联动 · 盛世宏博

一、项目背景与设计依据

档案库房的微环境管控是实体档案长期保存的核心基础，按照 DA/T 42-2022《档案库房技术管理规范》、DA/T 106—2025《档案库房八防十防技术规范》要求，纸质档案库房温度稳定区间为 14℃～24℃，相对湿度维持在 45%～60%，昼夜温度波动控制在 ±2℃以内，湿度波动不超过 ±5%RH。传统管控模式大多采用一体机本地独立控制，设备依靠机身自带传感器完成闭环调节，存在几个难以规避的工程短板：本机测点代表性不足，探头安装位置容易受送风气流、密集架遮挡影响，无法反映档案存放层架的真实环境；多台同库房一体机各自独立运算，没有协同调度，容易出现加湿、除湿交替震荡，造成环境参数周期性波动；设备控制逻辑封闭，仅支持本地按键与简易触摸屏，难以接入上层监控平台，告警、运行参数无法统一汇聚；存量系统大量基于 x86 架构、Windows 服务、商用数据库搭建，在机关、综合档案馆信创改造项目中，存在生态不兼容、无法通过国产化验收的问题。

随着档案信息化、安全保密体系建设持续推进，各级档案馆、机关档案室启动存量系统国产化替换与新建项目信创准入，要求整套联动控制系统从边缘采集网关、后台服务、数据库、中间件、前端渲染全部纳入信创适配目录，能够在飞腾、鲲鹏、海光、龙芯等国产处理器，银河麒麟、统信 UOS 操作系统上稳定运行，同时完成国密传输加密、等保 2.0 三级安全加固。在改造与新建场景中，恒温恒湿消毒净化一体机是库房环境调控的核心执行单元，如何实现一体机标准化接入、统一调度、多机协同、联动互锁，并且整套控制链路脱离国外闭源组件，成为方案落地的核心难点。

很多集成项目在实施阶段，简单采用“平台下发指令、设备被动执行”的直控模式，忽略档案库房控制链路的高可靠要求：一旦中心平台、数据库、服务器集群出现故障，库房调控随即失去闭环能力，在梅雨季、高温季极易出现库房湿度超标，对纸质档案、丝绸、胶片等珍贵载体造成不可逆损伤。因此本方案采用“边缘优先、平台协同”的设计思想，将核心闭环控制、联锁逻辑、PID 运算下沉至国产化边缘网关，信创业务平台承担参数下发、数据归档、可视化展示、审计工单、远程运维职能，上层业务故障不影响库房本地环境持续调控，兼顾信创合规性与控制系统的高可用性。

本方案覆盖单机独立库房、多机组网的大开间库房、特藏库房、密闭档案库房等多种场景，兼容不同品牌、不同协议版本的恒温恒湿消毒净化一体机，完成协议适配归一化，打通温湿度感知链路、设备调控链路、安防消防告警链路，形成集监测、自动调控、告警联动、权限管控、日志审计于一体的信创化联动控制系统。

二、需求分析与约束边界

2.1 环境闭环调控需求

系统需要接入分布在库房内的以太网温湿度露点变送器，测点分层布设，覆盖架体底层、中层档案存放区、上层回风区域，以多点加权均值作为环境调控输入，不再单一依靠一体机本机探头。系统支持分区独立设定目标温湿度，普通库房、特藏库房、实物档案库房配置差异化阈值；具备双阈值预警机制，设置预告警线与告警线，参数临近阈值时提前干预，避免直接触发高危告警。

调控算法支持分段式 PID，针对档案库房大惯性、大滞后的环境特性优化参数。库房围护结构密闭性高，空气交换速率低，温湿度变化缓慢，普通工业固定参数 PID 容易出现超调、震荡，系统支持根据季节工况自动切换 PID 参数组，区分梅雨季、冬季供暖季、春秋平稳工况，降低加湿除湿频繁切换带来的设备损耗与环境波动。多台一体机同库协同场景，支持负荷均衡调度，按照实时环境偏差分配输出功率，避免多台设备同步启停，稳定库房微环境。一体机具备加湿、除湿、制冷、制热、循环风、消毒净化多模式，系统需要对模式切换增加互锁逻辑，禁止加湿与除湿模式同时开启，消毒模式开启时联动关闭库房新风入口，防止消毒气体外泄，同时设置消毒时段隔离，避开人员库房作业窗口。

2.2 信创生态适配硬性约束

硬件层面，边缘网关选用国产嵌入式处理器，服务器集群采用信创目录内服务器；操作系统统一使用银河麒麟、统信 UOS，区分服务器版与桌面终端版本；数据存储采用国产关系型数据库与国产时序数据库，分别承载设备配置、权限、审计工单与高频温湿度、设备运行时序数据；消息中间件、缓存、Web 容器、运行时环境全部选用完成国产架构移植、纳入信创适配清单的产品，规避闭源商业组件带来的供应链风险。

通信安全层面，网关与信创平台之间传输链路采用国密 SM2/SM3/SM4 加密，设备接入采用证书+设备唯一序列号双向认证，拒绝匿名接入；控制指令增加防重放、防篡改校验，设备启停、目标参数修改等高风险操作，除基础权限校验外，增加二次审批机制；服务部署遵循最小权限原则，所有业务进程禁止使用管理员权限运行，关闭服务器多余端口与无用服务，运维操作全部通过堡垒机完成，全程录像留痕。前端采用纯 B/S 架构，基于 Web 技术栈开发，适配国产浏览器，不依赖私有插件、ActiveX、COM 组件，中控大屏、库房管理员运维电脑、平板终端统一访问。

2.3 设备接入与联动互锁需求

市场上恒温恒湿一体机协议差异较大，部分设备采用 Modbus RTU、Modbus TCP，少数设备使用厂商私有协议，寄存器定义、状态字、故障码、控制指令各不相同。系统要求在边缘网关层完成协议适配封装，向上输出统一标准化接口，屏蔽底层设备异构差异，上层业务平台不需要针对每一款设备单独开发解析逻辑。网关需要实时采集一体机运行状态、当前模式、风机转速、压缩机状态、加湿模块状态、故障代码、滤网告警、水箱液位等信息，同时下发目标温湿度、启停指令、模式切换指令。

联动体系覆盖档案十防体系，与防火、防盗、漏水监测系统深度联锁。火警信号优先级最高，一旦消防告警触发，网关立即停止库房内所有一体机运行，关闭循环风道，切断设备供电，避免助燃与烟气扩散；漏水告警触发后，关闭加湿回路，优先启动除湿工况；非法闯入、非工作时段门禁告警，可根据策略锁定设备操作权限，禁止远程下发控制指令。所有联动动作、参数修改、人工干预、告警确认操作生成不可篡改审计日志，满足档案主管单位安全审计要求。

2.4 可靠性与运维需求

控制系统必须具备断网自治能力，当网关与上层信创平台之间网络中断，网关本地持续运行闭环调控逻辑，读取温湿度测点，独立调度一体机，维持库房环境稳定，同时本地缓存时序数据、告警事件、操作记录；链路恢复之后，按照时间顺序批量补传数据，时序写入按照原始采集时间戳入库，保证环境曲线连续无断层。

系统提供分级权限体系，库房保管员仅具备查看实时数据、确认告警的权限；运维工程师可以查看设备参数、调试 PID、下发控制指令；审计账号仅开放只读查询，不具备任何设备控制权限；系统支持操作白名单，远程控制操作仅允许指定 IP、指定账号执行。同时具备设备故障诊断能力，网关解析一体机故障码，区分可自动恢复故障与硬件永久性故障，滤网堵塞、水箱缺水、传感器故障等问题自动生成运维工单，推送至运维人员。

三、系统总体架构设计

整套联动控制系统采用四层分层解耦架构，自下而上分为感知执行层、国产化边缘网关层、信创基础设施底座、业务应用服务层，层级之间通过标准化消息接口交互，控制闭环下沉边缘，平台负责管理与归档，实现故障域隔离。

感知执行层包含环境感知终端、恒温恒湿消毒净化一体机、安防消防感知与执行器件。感知终端为 RJ45 以太网温湿度露点变送器，支持 Modbus TCP、UDP 主动上报，分层固定在密集架立柱，采集库房多点环境参数；执行主体为恒温恒湿一体机，按照通信接口分为 Modbus TCP 网口机型、RS485 总线机型，RS485 机型接入网关串口模块完成协议转换；配套设备包含漏水绳、烟感、温感、门禁控制器、声光告警器、电动风阀、供水电磁阀。所有设备进场之后完成协议预测试，整理寄存器映射表、状态定义、故障编码，在网关内部完成驱动适配，统一数据模型。

国产化边缘网关层是整套控制系统的核心，每一间独立库房部署一台国产化工业边缘网关，搭载国产嵌入式操作系统，承担协议转换、数据采集、本地 PID 闭环、多机协同调度、联动互锁、本地缓存、安全鉴权六大核心职责。网关轮询读取库房内全部温湿度测点，完成报文 CRC 校验、异常值过滤，计算分区加权温湿度均值、露点、库房垂直温差；根据预设目标值与 PID 参数，输出调控指令，下发至一台或者多台恒温恒湿一体机，平衡设备输出；网关内置联锁策略引擎，独立接收消防、漏水、防盗告警信号，执行应急联锁，不依赖上层平台；网关本地 Flash 循环存储时序数据、告警记录、操作日志，保障断网期间调控持续有效；网关向上将标准化的测点数据、设备运行状态、告警事件推送至上层消息队列，同时接收平台下发的目标参数、PID 配置、人工控制指令，完成鉴权校验之后转发至执行设备，并返回执行回执。

信创基础设施底座提供整套系统运行的国产化软硬件支撑，分为计算集群、存储集群、中间件、安全组件。计算资源做业务隔离，采集调度服务、设备控制服务、告警工单服务部署业务服务器集群；可视化、大屏渲染服务独立部署，避免渲染抢占算力影响控制业务；存储分为国产关系型数据库主从集群、国产时序数据库、分布式文件存储，关系库存储台账、权限、配置、审计工单，时序库存储高频温湿度、设备运行曲线，文件库存储报表导出文件、告警截图；中间件选用适配国产架构的消息队列、分布式缓存、Web 服务容器，消息队列实现异步解耦，采集上行、指令下行、告警事件持久化，配置死信队列，防止消息静默丢失；安全组件包含国密加密模块、堡垒机、入侵检测、日志审计系统，覆盖传输、存储、访问全链路加固。

业务应用服务层基于微服务拆分，各服务独立部署、独立扩容，包含设备接入服务、环境调控配置服务、PID 参数管理服务、告警管理服务、时序归档服务、工单流转服务、权限认证服务、审计日志服务、可视化服务。设备接入服务统一管理网关长连接、心跳检测、设备在线状态；调控配置服务维护库房目标温湿度、工况切换策略、联动规则，配置变更下发同步至边缘网关，网关本地持久化策略；告警服务完成告警降噪、分级、抑制、升级推送，过滤网络抖动带来的虚假告警；可视化服务提供库房二维组态、历史曲线回放、设备运行面板，展示一体机模式、输出状态、故障信息；系统北向提供标准化 REST 接口，可以对接档案馆一体化业务平台，实现环境数据、告警事件统一汇聚。

终端访问层包含中控大屏、国产桌面运维终端、库房管理平板，全部采用国产浏览器访问 B/S 页面。中控大屏用于全局总览，轮播告警、各库房环境状态、一体机运行工况；库房管理员终端聚焦所辖库房实时环境、告警确认；运维终端开放参数调试、历史查询、工单处理功能。

四、恒温恒湿一体机协议适配与接入方案

一体机接入是整套系统落地的关键环节，不同厂商设备寄存器设计差异巨大，如果没有统一的适配规范，会造成网关驱动碎片化，后续扩容、替换设备成本极高。网关内部设计设备抽象驱动层，将底层设备差异隔离在驱动内部，向上提供统一的设备对象模型，无论 Modbus TCP、Modbus RTU 或是私有协议，归一化之后输出相同字段，包含设备编号、在线状态、当前温度、当前湿度、运行模式、风机状态、压缩机启停、加湿输出、除湿输出、消毒状态、故障码、水箱液位、滤网状态。

针对 Modbus TCP 网口机型，直接通过网关以太网口接入库房局域网，网关作为 Modbus Client，按照固定周期读取输入寄存器，获取设备运行参数，写入保持寄存器下发控制指令。实施阶段重点梳理寄存器映射表，区分只读状态寄存器、可写控制寄存器，单独标记高风险控制寄存器，例如启停、模式切换、消毒开启，网关内部增加指令防抖，短时间内重复指令合并，防止报文抖动造成设备频繁切换工况。同时对返回的故障码建立故障字典，将厂商自定义故障编码翻译为标准化故障类型，区分一般性告警与停机故障。

针对 RS485 总线机型，网关扩展隔离型 RS485 串口模块，总线增加防雷、隔离保护，一条总线挂载的一体机数量严格按照协议规范控制，总线末端接入终端电阻；网关做轮询时序控制，错开多设备应答窗口，避免总线应答冲突。RS485 总线部署必须采用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地，降低库房内循环风机、压缩机启停带来的电磁干扰，防止报文丢包、解析乱码。

针对私有协议一体机，厂商提供通信协议文档或者 SDK，在网关驱动层完成定制适配，封装为统一模型；如果厂商不开放协议，优先选用支持 Modbus 标准协议的机型，或者在设备本地增加协议转换模块，不推荐在平台侧做私有协议解析，一旦平台宕机，私有协议转换逻辑失效，失去本地闭环能力。

网关与一体机之间的通信链路设置心跳检测，连续多次读取应答超时判定设备离线，立即生成设备离线告警，同时调整调控策略，如果库房主调控一体机离线，自动启动备用机组，或者提升其余同库一体机负荷，避免环境失控。所有下发的控制指令要求设备应答回执，网关校验执行结果，如果指令下发之后设备状态没有同步变更，重试有限次数之后，上报指令执行失败告警，同时锁定远程控制通道，等待运维介入。

五、库房环境闭环控制与多机协同调度策略

档案库房属于典型大滞后温控对象，围护结构密闭，空气流通缓慢，温湿度变化滞后于设备输出，普通固定参数 PID 极易出现超调、来回震荡。系统采用分段自适应 PID 方案，在网关本地完成运算，网关持续读取多点温湿度加权值，计算当前偏差、偏差变化速率，根据偏差区间选择对应的 PID 参数组。当环境距离目标区间较远时，增大比例系数，加快调节速度；当参数靠近目标阈值，降低比例增益，减小积分输出，抑制超调；当已经进入稳定区间，降低调节频率，维持小幅度输出，保持环境平稳。

系统内置工况自动切换逻辑，支持按照日历定时切换，也可以根据室外环境气象数据联动切换。梅雨季室外湿度偏高，系统优先激活除湿优先级策略；冬季低温时段，开启制热与加湿协同；夏季高温高湿工况，同步开启制冷除湿；消毒净化模式设置独立时间调度，支持定时自动开启，开启前校验库房门磁状态，如果库房门处于开启状态，禁止启动消毒，防止消毒气体外泄危害人员健康；消毒运行期间，锁定加湿、除湿、新风相关回路，消毒结束之后，按照预设通风时长开启循环风机，完成气体置换之后恢复常规环境调控。

对于面积较大、部署多台一体机的大开间库房，网关实现多机组网协同调度，避免设备无序竞争。网关根据库房分区测点，划分多个调控子区域，每台一体机负责对应区域的环境调控；同时全局汇总整个库房环境偏差，做负荷均衡分配，环境偏差大的区域对应的设备提升输出占比，偏差较小区域降低输出，平衡整机启停频次。系统增加互斥规则，同一台设备不允许同时执行加湿、除湿；多台设备之间设置启停错峰，禁止全部压缩机同步启动，降低瞬间电流冲击，也减小库房环境波动。

调控逻辑设置保护限制，包含压缩机最小停机间隔、加湿模块最短启停间隔，避免高频启停造成设备器件加速老化；当设备上报故障、水箱缺水、滤网堵塞时，自动降低该设备输出权重，将调控负荷转移至其余正常机组，同时推送工单提醒运维人员检修。

六、信创平台服务、数据存储与安全设计

信创后台服务采用集群化部署，支持主从切换，单台服务器故障不中断整套业务。数据库层面针对时序数据高频写入场景做专项优化，时序数据库按照库房、日期做分片存储，冷热数据分离，近一年高频查询数据部署在高速 SSD，超过一年的归档数据迁移至低成本存储介质，降低在线存储压力。批量写入采用合并落盘策略，网关上传的时序数据打包批量入库，减少频繁事务提交带来的数据库压力；定期执行全量+增量备份，并且定期开展数据恢复演练，保障档案环境监测数据可追溯、可恢复，符合档案管理对原始记录留存的要求。

数据库访问层做统一封装，屏蔽不同国产数据库之间语法差异，分页、时间函数、类型转换编写适配分支，业务代码不绑定特定数据库。数据库账号权限最小化，业务账号仅具备业务表读写权限，不具备建表、删库等高权限操作，禁止公网直接访问数据库服务，仅允许后端业务服务内网访问。

消息队列作为数据流核心枢纽，所有上行采集数据、告警事件、下行控制指令全部通过消息队列异步流转，开启消息持久化，防止服务重启丢失事件；配置消息重试次数、死信队列，多次消费失败的消息转入死信，单独告警提醒运维排查，避免异常消息持续阻塞消费线程。缓存组件存储设备在线状态、当前调控参数、会话权限，设置合理过期策略，定时和数据库基准配置做一致性校验，防止缓存和数据库长期数据不一致。

安全设计贯穿设备接入、指令下发、数据存储、用户访问全链路。设备接入采用证书认证，每一台边缘网关预置唯一设备证书，平台校验证书合法性之后才允许建立长连接；控制指令携带时间戳、随机数、签名信息，校验通过之后执行，防范重放攻击；所有操作日志、告警日志、时序数据存储开启国密加密；用户登录支持账号密码、Ukey 两种方式，高安全等级档案室强制启用 Ukey 身份核验；远程下发设备控制指令，除账号权限之外，开启操作审批流程，审批通过之后指令才会下发至网关，杜绝单人远程随意启停调控设备。

前端页面在国产浏览器环境下做兼容性适配，控制页面渲染资源占用，大量库房同时在线查看时，采用按需订阅机制，用户打开对应库房页面之后，才订阅该库房测点与设备实时数据，页面切换之后取消订阅，降低前后端流量压力；告警事件采用推送机制，不用前端高频轮询拉取状态。

七、联动互锁体系设计

联动体系以边缘网关为执行核心，分为环境联动、安防消防联动、设备故障联动三大类，优先级从高到低依次为消防火警、漏水高危告警、入侵防盗、环境超标告警、设备故障告警，高优先级告警触发时，可以打断低优先级调控动作。

火警告警拥有最高优先级，一旦网关接收到消防主机火警信号，立即执行联锁动作：停止库房内全部恒温恒湿一体机，关闭风机、风道电动防火阀，切断设备供电回路，本地声光报警器持续触发，同时向上推送最高等级告警，三维或者二维组态页面自动跳转至对应库房，锁定所有远程控制权限，直到火警信号复位并且人工确认。火警联锁逻辑固化在网关本地，不允许平台侧随意关闭，如需临时屏蔽，需要多级审批，并且完整记录屏蔽时段、操作人员、审批流程。

漏水告警分为微量渗水告警、严重漏水告警。微量渗水仅推送预警，维持现有环境调控，同时启动除湿辅助；严重漏水告警触发之后，网关立即关闭所有加湿回路，关闭供水电磁阀，提升除湿机组输出功率，规避水汽持续扩散，同时推送位置信息，提醒运维人员处置水源。

防盗入侵告警分为布防时段与非布防时段，夜间、节假日布防阶段，红外入侵、非法开门触发告警，网关锁定远程设备控制权限，禁止外部下发启停、参数修改指令，同时联动声光告警；白天工作时段，门磁异常长时间开启，生成预警，提示库房门未关闭，避免室外空气持续侵入，造成库房温湿度剧烈波动。

设备内部故障联动：一体机上报压缩机故障、传感器失效、水箱缺水，网关调整协同调度策略，降低故障设备负荷，切换备用机组，同时生成运维工单；当库房所有调控设备全部离线，触发库房高危告警，持续推送消息，提醒管理员现场值守，避免库房环境失控。

所有联动策略支持可视化配置，运维人员在信创平台页面选择告警源、触发条件、执行动作，配置完成之后，策略自动下发并且持久化存储在边缘网关，平台离线之后策略持续生效；每一次联动执行，网关记录触发条件、执行指令、设备回执、时间戳，同步上传审计日志，日志仅支持查询导出，无法删除修改。

八、工程实施流程与验收测试

项目实施分为现场勘测、方案深化、设备进场测试、布线施工、网关部署、设备接入调试、闭环调参、信创平台部署、联动测试、试运行、竣工验收。

现场勘测阶段，绘制库房平面图、密集架排布图，确定温湿度测点位置、一体机安装位置、网关部署点位、线缆路由，梳理库房围护结构、门窗、新风、排水条件，核算库房容积、热湿负荷，作为 PID 参数、设备负荷分配的基础依据；方案深化阶段输出信创适配清单、协议映射表、联动策略表、权限矩阵、安全测评方案。

设备进场之后，在实验室工装环境完成预适配测试，网关对接对应型号一体机，验证读写寄存器、指令下发、故障码解析是否正常，提前修正协议适配驱动，避免到现场之后再调试协议；测试完成之后预配置网关 IP、库房编号、设备地址，减少现场调试工作量。布线施工区分以太网信号线、RS485 总线、强电供电线路，分开线槽敷设，平行敷设保持安全间距，交叉位置垂直穿越；屏蔽线缆按照规范单端接地，链路布设完成之后使用线缆测试仪检测衰减、串扰，链路合格之后接入设备。

现场调试