基于新型物聯網技術在UPS設備運行狀態監測中的應用

鄭杰文，盧科帆，于小淞，丁陳杰

（1.杭州市余杭區供電公司，浙江 杭州 311100；2.杭州凱達電力運維分公司，浙江 杭州 311100）

引言

新型物聯網技術屬于第三次信息科技革命的產物，其主要技術原理為借助傳感裝置以特定的協議實現物體與網絡的連接，即以信息傳播為媒介實現物體與網絡通信的信息交換。主要功能包括智能識別、跟蹤、定位和監管等。新型物聯網技術涉及的關鍵技術有傳感器技術、嵌入式系統技術、智能技術和納米技術等。現階段的新型物聯網技術已經被應用于多個領域，尤其是在嵌入式系統技術的作用下，被應用于各類智能終端產品中[1]。針對UPS設備運行狀態的監測，也可運用新型物聯網技術。

1 新型物聯網技術在UPS設備運行狀態監測中應用的必要性

UPS通常被作為支持設備正常運行的后備電源，旨在提升設備運行的可靠性，在一些對設備運行狀態要求較高的領域中被廣泛應用。例如，供電領域、軍事領域和交通領域。從某一層面來講，UPS設備的運行效果對各類設備和系統運行的質量會產生直接影響。UPS系統運維不當，出現電源失效問題時，將對設備和系統運行效果造成嚴重威脅。在前期的應用中發現，投入使用3年之后的UPS會經常出現運行異常狀況，難以為設備運行提供可靠的電源服務，這將帶來極大的安全隱患[2]。因此，采用新型物聯網技術這種高效可靠的技術手段，對UPS設備運行狀態進行監測十分必要。

2 UPS設備運行狀態監測總體系統設計

在新型物聯網技術的作用下，建立了UPS設備運行狀態監測系統，該系統不僅可以實現對UPS運行狀態的實時監測，還可以針對UPS系統組成中的單體蓄電池及其相關電壓、電流和環境因素等進行全面檢測，對UPS的外圍電力參數也可起到一定的監測作用。除此之外，該系統還可針對各類現場監測數據進行全面保存，并支持遠程訪問和監測。現場監測數據會實時同步至云計算平臺，相關人員可以通過訪問云平臺對歷史數據進行查詢，通過對歷史數據進行分析預測出UPS設備運行狀態的變化規律，以此為依據針對UPS設備的檢修計劃進行動態調整，有效提升UPS設備運行監測的科學化水平。UPS設備運行狀態監測系統框架如圖1所示。

3 UPS設備運行狀態監測系統Zig Be e網絡設計

系統組成包括后臺處理和無線傳感器網絡兩個部分，其中無線傳感器網絡采用IEEE 802.15.4標準協議的Zig Bee技術，其中還包括應用層與網絡層，在一些傳輸速率要求較低且傳輸距離短的數據傳輸作業中較為適用。Zig Bee協議棧體系結構如圖2所示。

由圖2可知，其中的最高層為APL層，子系統為Zig Bee設備對象、應用支持子層和自定義應用對象。應用支持子層對設備綁定表進行維護，同時明確在個人操作空間內操作的設備。在Zig Bee設備對象則用于管理設備角色，使設備之間建立起安全的連接。網絡層是該系統的核心部分，主要用于對網絡安全、路由和設備加入信息的管理。Zig Bee的標準協議中，雖然每一層的功能性不同，但均由數據服務和管理服務實體兩個部分組成，其中的數據服務主要用于為上層提供服務，而管理服務實體則負責提供其他服務。

在該系統中主要是借助Zig Bee技術對UPS設備的運行狀態監測參數進行采集，并上傳至系統中心，由系統提供解決方案。系統功能包括對監測數據的分析，對圖表的顯示以及網關管理，旨在借助云計算平臺完成一些工作量較大的工作，如監測數據的儲存、處理和分析等。因云平臺具備大容量和超強的計算能力，可以為用戶提供可靠的功能服務。

4 UPS設備運行狀態監測系統后臺處理中心設計

4.1 基于嵌入式系統的網關設計

在系統后臺處理中心的設計中選用了嵌入式設備，其硬件結構圖如圖3所示。嵌入式設備與Zig Bee網絡協議直接連接，并接收來自Zig Bee網絡的監測數據，將該監測數據儲存于本地系統中并實時顯示出來，用戶可直接通過訪問后臺系統查詢歷史檢測數據。除此之外，嵌入式設備還可以支持多種接入方式，如WiFi接入和GPRS接入等，實現對監測數據的實時上傳。用戶可以通過遠程訪問的形式及時獲取UPS設備運行狀態的監測信息，當發生異常現象時，也可通過網頁和短信的形式發出報警信息。

考慮到嵌入式設備的操作性能問題，在選用操作系統時可優先選用具備免費、開源和兼容性較大的Linux或Android操作系統。選用這兩種系統，可以有效降低嵌入式設備的應用成本，并且能夠提高用戶體驗，系統界面功能較為豐富，界面設計更具人性化特征。除此之外，開源和兼容的特性也可降低軟件開發的難度。

4.2 云計算平臺

云計算技術在發展之初便受到社會各界的關注，很多專家認為云計算技術很可能推動IT產業的重大變革。云計算技術的優勢在于具備超強的計算能力、超大的存儲容量、超強的服務功能以及超低的成本，但同時也存在一定的弊端，即反應速度較慢，安全系數也偏低。大數據技術以及云計算技術的聯合應用可以有效提升數據挖掘能力，將其應用于UPS設備運行狀態監測工作中，可以實現對海量監測數據的快速挖掘與處理，并且通過整合歷史數據信息對UPS設備的后備容量進行有效預測，以此來保障對UPS設備的智能化管理。

5 結語

UPS即不間斷電源系統，在我國的電力、軍事等領域均被廣泛應用，其自身的運行狀態會對各個系統運行狀態產生直接影響，如在出現設備運行異常現象時，不能得到及時發現，必定會影響系統運行效果，也可能帶來諸多安全風險。因此，亟需采取有效的技術措施對UPS的運行狀態進行科學監測。新型物聯網技術的智能識別和監管技術能夠有效提升設備運行狀態監測工作的可靠性，并且在Zig Bee協議的支持下可有效增強監測系統的應用功能，實現對UPS設備運行狀態的實時監測，為不間斷電源系統的合理應用保駕護航。