地鐵UPS智能監測與維護系統設計與實現

高乾龍 劉中原 莫少聰

摘 要：為了保證系統的持續穩定運行，UPS在一些重要的商業場合都扮演著舉足輕重的地位，比如地鐵里也是使用UPS不間斷電源維持突發情況下的電力運作，則維護好UPS系統顯得十分重要。然而，當下許多城市的地鐵UPS維護需要巨大人力資源維持運作，從收集錯誤到分配任務并通知檢修人員維修機器，往往需要十分冗長的流程，導致維護效率很低。為了提高維護效率，可以把如此冗長的流程交給機器處理，智能收集錯誤信息，并能通過電子平臺讓管理員方便地分配維修任務，UPS維護的信息化在可靠性、成本、存儲量等方面比傳統的手工作業更具優勢。

關鍵詞：UPS;監測;維護;Android;APP

一、研究背景

突發的斷電會擾亂商業的正常運行，甚至能引發毀滅性后果的事故，并且不僅僅局限于電網故障或斷電。像電壓暫降、尖刺和暫升等電壓擾動，噪音和供電頻率變動都會影響某個關鍵負載的正常運行，最終導致數據丟失、產能損失、設備故障或交易失敗。一套不間斷電源系統（以下簡稱UPS） 保護關鍵負載，免受諸如電網故障等供電偏差的影響。平常地鐵里也是使用UPS不間斷電源維持突發情況下的電力運作，則維護好UPS系統顯得十分重要。然而，當下許多城市的地鐵UPS維護需要巨大人力資源維持運作，從收集錯誤到分配任務并通知檢修人員維修機器，往往需要十分冗長的流程，導致維護效率很低。為了提高維護效率，可以把如此冗長的流程交給機器處理，智能收集錯誤信息并通過電子平臺讓管理員方便地分配維修任務。在哲學意義上：鄧小平總理曾說：“科學技術是第一生產力”。當下正是科技迅速發展的時代，科技不單推動經濟活躍發展，同時解放大量勞動力。因為地鐵UPS維護系統能夠大幅提高維護效率并釋放大量人力資源，所以地鐵UPS維護系統迫切需要研發出來。

二、研究意義

地鐵UPS維護系統與傳統的UPS維護方式比較，有著很大改變。前者搜集地鐵UPS的故障由UPS采集器自動采集數據并存入數據庫，后者則需要派遣人員前去查找原因并記錄;前者可方便的瀏覽地鐵UPS的實時狀態或故障，而后者卻要花大量時間整理出全部故障;前者中，包括檢修人可以實時接到維修任務且通過網絡提交解決方案等等功能，而后者卻還需通過繁瑣的流程才能實現前者的功能。所以，地鐵UPS維護系統的研發有著重要的意義。

三、研究內容及總體設計

地鐵UPS智能監測與維護系統主要有管理員和檢修人員使用，管理員登陸管理系統進行管理，檢修人員進入APP查看自己的任務。下面介紹管理員系統和檢修人員系統的用例圖。管理員可以執行一切管理操作。包括：地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護記錄、模擬量數據、用戶審核。檢修人員可以在APP上查看自己的全部任務、掃碼簽到、查看UPS維護歷史、個人維護歷史。系統功能用例圖如圖1所示。

“地鐵UPS智能監測與維護系統”的管理員端共有八個功能模塊，分別為系統登錄、用戶審核、地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護記錄和模擬量數據。檢修人員APP端有注冊登錄、全部任務、掃碼簽到、查看UPS維護歷史和個人維護歷史五個大模塊，系統中還包含DTU與UPS的通信、DTU與WEB Service的通信。

在具體的實現思路上，首先完成數據的采集。系統開發階段需要有虛擬數據經行測試，所以先完成數據的采集是保證順利研究的第一步。DTU每10秒向服務器發送一次心跳包，同時服務器每時每刻監聽著是否有心跳包傳入，一旦有，則命令DTU向UPS查詢一次此刻UPS的告警狀態和模擬量，UPS返回的數據通過DTU發送給服務器，服務器辨別數據類型后存入數據庫中。

然后開發管理員后臺，把數據庫中的數據展出，并允許管理員操作相關事宜。管理員登陸管理系統可實時查看已存在的UPS各項數據。管理系統內還包括：地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護記錄、模擬量數據、用戶審核。最后開發員工APP，員工應能夠查看管理員下放的任務，并提交維修的方案。員工登陸APP后可以查看自己的任務、掃碼簽到、查看任一UPS維護歷史、查看自己的維護歷史、提交維護方案。在數據庫設計方面，本系統需要使用任務分配實體、掃碼記錄實體、UPS信息實體、地址信息實體、維護記錄實體、模擬量信息實體、用戶信息實體和告警信息實體。

當設備與設備之間通過物理接口或網絡接口進行交互通信時，物理硬件的接口交互要遵循主或從設備的通訊協議，基于互聯網的http通信需要在服務器上留有接口，供終端設備調用，從而達到數據采集、交互以及保存的目的，下面介紹Android App與數據庫通信的接口設計和DUT與UPS接口協議規范以及UPS與數據庫通訊接口設計。由于服務器與Android端設備不屬同一平臺設備，本系統設計通訊接口的數據格式為json格式，json格式的數據有著優雅、簡潔的特點，比xml格式數據在通訊傳輸上占用資源更小。使用C#語言編寫ASP.NET網站，通訊接口則是網站中的網頁，或者一般處理程序，或者web service等。當Android需要某些驗證或者請求一些數據時，只需向服務器請求這些通信接口即可。Android端從接口中收到信息后即可相對應地做一些json數據解析，從而得到相應的返回數據。

在本次數據采集的場景中，由DTU中轉來自網絡接口（串口）和UPS的數據，即由網絡串口通過DTU轉發其數據采集命令給UPS，UPS收到命令后并返回相應的結果信息，信息通過DTU再轉給網絡服務器，這個一次命令后，服務器采集的數據就通過DTU中轉的形式保存到了云服務器上，其通信模式如圖2所示。物理接口采用RS232接口，異步傳輸方式，起始位1位，數據位8位，停止位1位，無校驗，數據傳輸速率最大19200bps，UPS與DTU連接時，采用主從的通訊方式，其中DTU作為主機，UPS作為從機，主機呼叫從機并下發命令，從機收到命令后返回響應信息。

四、技術路線及實現

本項目包含硬件的驅動，軟件開發，屬于軟件開發加系統集成類型，項目中用到的硬件接本上是外購，其是軟件開發過程中操作的對象，所以項目本身還屬于軟件項目，擬采用軟件工程的路線展開項目各部分的工作，首先需要做好系統設計，定義好接口規范，然后團隊各個成員按照各自分配的任務并行展開工作，由此確定的項目研究技術路線為：硬件選型、調試，確定硬件的技術文檔，然后根據系統功能設計系統數據庫并在此基礎上完成系統初始化工作，將標簽信息登記入庫并維護其相關的物品屬性，其次對系統實施和整體的部署環境進行需求調研和分析以及設計，細化出功能模塊，明確交互接口，調用雙方按照接口規約分別在各自的系統中實現該接口，最后進行系統組裝，測試。

地鐵UPS智能監測與維護系統能夠大幅完善管理機制，提升檢測與維護效率，節約巨大人力與財力。本系統完成目前需要的所有需求，同時整個系統也擁有足夠的穩定性，在幾個月的內測試中，尚未發現邏輯漏洞和功能欠缺。本系統在開發過程中，一直為后期二次開發留有良好的空間，在程序中預留大量接口與接口說明。本系統由硬件+服務器+雙客戶端組合而成，開發中使用Windows+VS2010+SQL Server+C#+Java+eclipse等技術，實現了需求中管理員端的系統登錄、用戶審核、地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護記錄、模擬量數據;檢修人員APP端的注冊登錄、全部任務、掃碼簽到、查看UPS維護歷史和個人維護歷史等眾多功能。

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