基于無線物聯網技術的UPS機房溫濕度采集系統的應用

陳國琛

摘? 要：石化企業內為生產裝置DCS系統提供電源的UPS因遠離變電站綜合自動化系統，其機房的溫濕度檢測依托人工在實地進行數據記錄，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可以實現電氣值班人員遠程監控UPS機房溫濕度變化，并能在環境溫濕度超過預設值時進行預警，提醒采取措施進行控制。采用NB-IoT物聯網技術無線溫濕度采集系統在實際應用中比其他無線方式具有更高的靈敏度優勢，特別適用于電磁屏蔽強的機房內進行數采應用，該技術可以得到進一步推廣。

關鍵詞：NB-IoT物聯網技術;UPS機房溫濕度;無線監測

UPS設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;運行環境的濕度對UPS影響也很大，潮濕環境很容易引起UPS內部故障，因此對UPS機房的溫濕度監控尤其重要。

一、現狀及需求

目前安裝在儀表中控室及機柜間內的UPS遠離變電站綜合自動化系統且分散，設備運行環境的溫濕度很難接入相關的電氣值班點，UPS機房仍使用傳統的溫濕度計測量，只有值班人員通過定期巡檢才能查看設備的運行情況，不僅費時費力，還有可能發生抄錄錯誤和丟失的情況，更主要的是一旦空調故障或門窗損壞，值班人員不能第一時間得到信息，造成設備運行的安全隱患，更甚會造成UPS需要發揮功能時失效，造成生產上的波動。因此應用一套性能穩定的UPS機房環境溫濕度在線監測系統，實現環境溫濕度的遠程監測，具有重要的工程價值。UPS機房環境溫濕度監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測信息接到值班點，電纜敷設費用高，工作量大，且沒有敷設路徑。根據以上特點則選擇遠程無線（NB-IoT物聯網技術）的方式建設UPS機房溫濕度在線監測系統。

二、NB-IoT物聯網技術的優勢

UPS機房溫濕度數據采集系統基于無線物聯網技術（NB-IoT）實現對溫濕度的無線方式數據采集， NB-IoT技術主要有以下特點：

（1）連接量大，可以實現海量連接的目標，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，與現有的網絡相比，頻段相同的情況下，NB-IoT的信號覆蓋面積是傳統網絡的百倍。

（3）低功率，用于NB-IoT的芯片只需要完成簡單的數據傳輸功能，涉及的運算少，因此芯片的結構簡單且功耗也低。

三、溫濕度無線數采系統框架拓撲

物聯網的層次結構分為4個層次，分別為感知層、網絡層、平臺層和應用層。UPS機房溫濕度數據采集系統的結構同樣由4部分組成，分別為溫濕度傳感器、物聯網關、物聯通信管理機和變電站自動化系統。

感知層是物聯網系統的最底層，其主要的功能為負責信息采集和處理。在無線數采系統中就是溫濕度傳感器，其用于實現UPS機房的溫濕度測量，并將處理后的數據通過串口通信方式發給物聯網關，物聯網關就是網絡層。

網絡層的作用為通過現有的移動通信網，對來自感知層的信息進行接收并傳輸。網絡層連接感知層和平臺層，具有紐帶的作用。物聯網關在無線數采系統中作為網絡層，需具備數據管理能力，協議轉換能力，通信解析能力，管理著所有與之相連的傳感器。基于NB-IoT技術，物聯網關作為中心，將采集到的溫濕度數據無線傳輸給物聯通信管理機，物聯通信管理機就是平臺層。

平臺層的作用是將網絡中的收集到的信息進行數據處理儲存，同時將數據整合成一個互相連通的網絡。在無線數采系統中平臺層就是物聯通信管理機，它是一套用于信息收集、規約轉換以及就地和遠方監控中心通訊的通訊管理裝置，它在管理、記錄、儲存溫濕度數據的同時，通過傳輸隔離設備將數據轉發給現有的變電站自動化系統。

應用層是物聯網系統的最后一層，是數據和用戶的接口，應用層向用戶發送各類指令，使其實現智能化、多元化的功用，實現對數據信息的解析和應用。現有的變電站自動化系統在無線數采系統中作為應用層，通過層層傳遞的溫濕度數據最終在變電站自動化系統內完成數據組態及SCADA系統畫面組態，通過電力調度自動化系統送到監視中心，可也以通過WEB方式監控UPS機房的溫濕度情況。

另外，無線物聯網數采系統由于使用標準的通信規約與變電站自動化系統通信，可以節約數據采集服務器、機柜、交換機等硬件設備，同時也依靠現有變電站自動化系統軟件完成數據組態及SCADA系統畫面組態，不再使用數據采集后臺軟件。

考慮到無線物聯網數采基于公共無線移動平臺，在與公用事業部的變電站自動化系統接口時必須考慮網絡安全性，因此無線數采接入內部服務器時需要配置網絡隔離設備。

四、溫濕度無線數采系統實施內容

UPS機房溫濕度數采現場設備全部集中在一個表箱內，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。網關內部已經配置電池，失電的情況下可正常維持30分鐘，并將網關失電信號送出，提醒維護人員及時處理。

無線溫濕度采集箱安裝位置應滿足采集器可準確收集機房內溫濕度狀況，物聯網關可準確清晰地進行信號收發。

UPS機房溫濕度報警參數根據《UPS機房溫濕度管理規定》通過變電站自動化系統SCADA組態軟件設置，溫度第二上限29℃報預告警，第一上限32℃報重告警;濕度第二上限70%報預告警，第一上限80%報重告警。系統畫面以溫濕度顯示UPS機房溫濕度狀況，當溫濕度越限時，報警燈變紅并發出報警聲。用戶還可以通過選擇監測點和監測時間段查看歷史數據，以進行數據記錄和報告。

在系統驗收過程中，人為改變傳感器處的溫濕度，變電站自動化系統監控數據在5秒后同步變化，超過設定溫濕度上限后，能夠在系統報警框內報出，同樣網關失電、通信故障、傳感器故障也模擬試驗，自動化系統也能正常報警。經測試，UPS機房溫濕度采集系統可以正常進行溫濕度監測，具有較好的穩定性和精確性。

五、無線數采的優點及推廣價值

提高設備管理效率的有效方式是利用已經成熟的物聯網技術，將關鍵設備的運行及報警信號采集，接入變電站綜合自動化系統實時監控，提高設備管理效率。基于無線物聯網技術的UPS機房溫濕度數據采集系統的應用亦可類推到無人值守變電站環境溫濕度監控、電能表無線抄表系統、電動機在線狀態監測系統、電纜在線局放系統等。

參考文獻：

[1]安進朝.《基于蜂窩的窄帶物聯網技術性能及應用》.計算機與網絡，2021.