基于無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的UPS機房溫濕度采集系統(tǒng)的應(yīng)用

陳國琛

摘? 要：石化企業(yè)內(nèi)為生產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)提供電源的UPS因遠離變電站綜合自動化系統(tǒng)，其機房的溫濕度檢測依托人工在實地進行數(shù)據(jù)記錄，不僅耗費人力，且具有時間和距離的限制性。無線溫濕度采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)電氣值班人員遠程監(jiān)控UPS機房溫濕度變化，并能在環(huán)境溫濕度超過預(yù)設(shè)值時進行預(yù)警，提醒采取措施進行控制。采用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無線溫濕度采集系統(tǒng)在實際應(yīng)用中比其他無線方式具有更高的靈敏度優(yōu)勢，特別適用于電磁屏蔽強的機房內(nèi)進行數(shù)采應(yīng)用，該技術(shù)可以得到進一步推廣。

關(guān)鍵詞：NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);UPS機房溫濕度;無線監(jiān)測

UPS設(shè)備的運行溫濕度要求溫度在25℃左右、濕度70%以下，過高的溫度將影響UPS本體及蓄電池的使用壽命和容量，工作環(huán)境溫度每上升10℃，免維護鉛酸蓄電池的使用壽命減半;運行環(huán)境的濕度對UPS影響也很大，潮濕環(huán)境很容易引起UPS內(nèi)部故障，因此對UPS機房的溫濕度監(jiān)控尤其重要。

一、現(xiàn)狀及需求

目前安裝在儀表中控室及機柜間內(nèi)的UPS遠離變電站綜合自動化系統(tǒng)且分散，設(shè)備運行環(huán)境的溫濕度很難接入相關(guān)的電氣值班點，UPS機房仍使用傳統(tǒng)的溫濕度計測量，只有值班人員通過定期巡檢才能查看設(shè)備的運行情況，不僅費時費力，還有可能發(fā)生抄錄錯誤和丟失的情況，更主要的是一旦空調(diào)故障或門窗損壞，值班人員不能第一時間得到信息，造成設(shè)備運行的安全隱患，更甚會造成UPS需要發(fā)揮功能時失效，造成生產(chǎn)上的波動。因此應(yīng)用一套性能穩(wěn)定的UPS機房環(huán)境溫濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境溫濕度的遠程監(jiān)測，具有重要的工程價值。UPS機房環(huán)境溫濕度監(jiān)測實施中需考慮兩點，一是溫濕度測溫具有待測點多，分布廣的特點;二是通過有線的方式將監(jiān)測信息接到值班點，電纜敷設(shè)費用高，工作量大，且沒有敷設(shè)路徑。根據(jù)以上特點則選擇遠程無線（NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）的方式建設(shè)UPS機房溫濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)。

二、NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢

UPS機房溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IoT）實現(xiàn)對溫濕度的無線方式數(shù)據(jù)采集， NB-IoT技術(shù)主要有以下特點：

（1）連接量大，可以實現(xiàn)海量連接的目標，NB-IoT的終端可以支持大批量部署。

（2）覆蓋廣，信號和穿透力都比較強，與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)相比，頻段相同的情況下，NB-IoT的信號覆蓋面積是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的百倍。

（3）低功率，用于NB-IoT的芯片只需要完成簡單的數(shù)據(jù)傳輸功能，涉及的運算少，因此芯片的結(jié)構(gòu)簡單且功耗也低。

三、溫濕度無線數(shù)采系統(tǒng)框架拓撲

物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)分為4個層次，分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。UPS機房溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)同樣由4部分組成，分別為溫濕度傳感器、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)通信管理機和變電站自動化系統(tǒng)。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最底層，其主要的功能為負責信息采集和處理。在無線數(shù)采系統(tǒng)中就是溫濕度傳感器，其用于實現(xiàn)UPS機房的溫濕度測量，并將處理后的數(shù)據(jù)通過串口通信方式發(fā)給物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)就是網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)層的作用為通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)，對來自感知層的信息進行接收并傳輸。網(wǎng)絡(luò)層連接感知層和平臺層，具有紐帶的作用。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)在無線數(shù)采系統(tǒng)中作為網(wǎng)絡(luò)層，需具備數(shù)據(jù)管理能力，協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，通信解析能力，管理著所有與之相連的傳感器?；贜B-IoT技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)作為中心，將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)無線傳輸給物聯(lián)通信管理機，物聯(lián)通信管理機就是平臺層。

平臺層的作用是將網(wǎng)絡(luò)中的收集到的信息進行數(shù)據(jù)處理儲存，同時將數(shù)據(jù)整合成一個互相連通的網(wǎng)絡(luò)。在無線數(shù)采系統(tǒng)中平臺層就是物聯(lián)通信管理機，它是一套用于信息收集、規(guī)約轉(zhuǎn)換以及就地和遠方監(jiān)控中心通訊的通訊管理裝置，它在管理、記錄、儲存溫濕度數(shù)據(jù)的同時，通過傳輸隔離設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最后一層，是數(shù)據(jù)和用戶的接口，應(yīng)用層向用戶發(fā)送各類指令，使其實現(xiàn)智能化、多元化的功用，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的解析和應(yīng)用?，F(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)在無線數(shù)采系統(tǒng)中作為應(yīng)用層，通過層層傳遞的溫濕度數(shù)據(jù)最終在變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)完成數(shù)據(jù)組態(tài)及SCADA系統(tǒng)畫面組態(tài)，通過電力調(diào)度自動化系統(tǒng)送到監(jiān)視中心，可也以通過WEB方式監(jiān)控UPS機房的溫濕度情況。

另外，無線物聯(lián)網(wǎng)數(shù)采系統(tǒng)由于使用標準的通信規(guī)約與變電站自動化系統(tǒng)通信，可以節(jié)約數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、機柜、交換機等硬件設(shè)備，同時也依靠現(xiàn)有變電站自動化系統(tǒng)軟件完成數(shù)據(jù)組態(tài)及SCADA系統(tǒng)畫面組態(tài)，不再使用數(shù)據(jù)采集后臺軟件。

考慮到無線物聯(lián)網(wǎng)數(shù)采基于公共無線移動平臺，在與公用事業(yè)部的變電站自動化系統(tǒng)接口時必須考慮網(wǎng)絡(luò)安全性，因此無線數(shù)采接入內(nèi)部服務(wù)器時需要配置網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備。

四、溫濕度無線數(shù)采系統(tǒng)實施內(nèi)容

UPS機房溫濕度數(shù)采現(xiàn)場設(shè)備全部集中在一個表箱內(nèi)，箱體采用墻面安裝方式，總功率小于10W，采集箱供電為變電站墻面插座。網(wǎng)關(guān)內(nèi)部已經(jīng)配置電池，失電的情況下可正常維持30分鐘，并將網(wǎng)關(guān)失電信號送出，提醒維護人員及時處理。

無線溫濕度采集箱安裝位置應(yīng)滿足采集器可準確收集機房內(nèi)溫濕度狀況，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)可準確清晰地進行信號收發(fā)。

UPS機房溫濕度報警參數(shù)根據(jù)《UPS機房溫濕度管理規(guī)定》通過變電站自動化系統(tǒng)SCADA組態(tài)軟件設(shè)置，溫度第二上限29℃報預(yù)告警，第一上限32℃報重告警;濕度第二上限70%報預(yù)告警，第一上限80%報重告警。系統(tǒng)畫面以溫濕度顯示UPS機房溫濕度狀況，當溫濕度越限時，報警燈變紅并發(fā)出報警聲。用戶還可以通過選擇監(jiān)測點和監(jiān)測時間段查看歷史數(shù)據(jù)，以進行數(shù)據(jù)記錄和報告。

在系統(tǒng)驗收過程中，人為改變傳感器處的溫濕度，變電站自動化系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)在5秒后同步變化，超過設(shè)定溫濕度上限后，能夠在系統(tǒng)報警框內(nèi)報出，同樣網(wǎng)關(guān)失電、通信故障、傳感器故障也模擬試驗，自動化系統(tǒng)也能正常報警。經(jīng)測試，UPS機房溫濕度采集系統(tǒng)可以正常進行溫濕度監(jiān)測，具有較好的穩(wěn)定性和精確性。

五、無線數(shù)采的優(yōu)點及推廣價值

提高設(shè)備管理效率的有效方式是利用已經(jīng)成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將關(guān)鍵設(shè)備的運行及報警信號采集，接入變電站綜合自動化系統(tǒng)實時監(jiān)控，提高設(shè)備管理效率?；跓o線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的UPS機房溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用亦可類推到無人值守變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)控、電能表無線抄表系統(tǒng)、電動機在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、電纜在線局放系統(tǒng)等。

參考文獻：

[1]安進朝.《基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)性能及應(yīng)用》.計算機與網(wǎng)絡(luò)，2021.