1． 項目概述 現代企業的經營特點，可以說是信息凝聚型的。信息是資源，而且是關系到企業效益和發展的重要資源。 機房，是現代企業信息管理的中心，日常經營管理活動、業務流程、客戶關系等等都依賴于信息的產生、流轉、存儲和訪問。機房設備特別是系統服務器、交換機、路由器等的正常運轉是維持企業信息流暢的基本保證。 監測各個設備的供電系統是否正常，是保證設備可靠、高效、連續運行的有力措施。時時刻刻掌握每條線路的供電可靠性指標和供電質量指標，對加強機房管理、維護設備運行有著不可替代的積極作用。 基于通信技術和數據采集技術的遠程監控硬件系統和著眼于實時監控和數據分析的軟件系統，是保證機房設備運行的根本措施。 本項目旨在通過對各個支路電流、電壓、線纜溫度、運行狀態和電力諧波等電參數的實時連續監測，監視設備運行狀況，記錄設備運行動作，并對可能發生的故障進行預警和告警，使值班人員心中有數、有的放矢。 2． 產品策略 模塊化 采用標準模塊，可靠性高，擴充方便。選擇模塊化程度高的外圍部件，充分保證系統的適應性。 集成化 采用就地集中監控，保證系統的可靠性。多模塊的完美配合，也保證了系統的集成能力，可以連接不同廠家的監測模塊。 實時連續監測 按實時系統設計，每個通道都在秒級響應，24小時連續工作，無需人工干預。 多通信鏈路 設計電力載波和現場總線兩個通信主信道 監測系統不影響設備運行 采用開口式電流互感器、有熔斷保護能力的電壓監測通道、線纜溫度傳感器表面粘貼等措施，保證在安裝、調試、運行、維護等階段，機房設備可以不間斷工作。 功能豐富 監測日報、數據管理、運行記錄和數據分析等 接口靈活 可以用現場總線、局域網等方式與其他系統信息互通 可靠實用 按實際需求設計軟件、硬件、通信等，選擇工業級器件、模塊等 3． 監控對象 機房設備配電箱內安排有多個支路，監測各支路電流、線纜溫度，監測母線電壓、電能質量。實現越限報警和運行記錄功能。 左邊屏柜為電力監測柜，與各配電柜外形、顏色等保持一致。控制器和各模塊安裝在監測柜內，而傳感器安裝在各配電柜內，信號線走地板下線纜溝槽。 一對兒電力載波模塊實現控制器與監控后臺的通信。另敷設R485信道。 監控后臺為主要人機界面，完成監視、數據管理、打印報表等工作。 監測量 4． 監控目標 （1） 各支路電流有效值，分辨率 0.1A，刷新時間3-5S （2） 實時電流分布，第1路到第27路延時<0.5S，保存時間 15分鐘（300次） （3） 實時各支路線纜溫度，分辨率0.1C，刷新時間 3-5S，保存時間同上 （4） 母線電壓有效值，分辨率 0.1V，刷新時間 0.5S，精確時鐘控制 （5） 母線電流有效值，分辨率 0.1A，刷新時間 0.5S，精確時鐘控制 （6） 母線電度量，分辨率01 KVA, 刷新時間，3-5S （7） 母線電能質量， 諧波量。分辨率 0.1% 刷新時間 0.5S 精確時間控制 系統頻率 電壓合格率，分辨率 0.1% 刷新時間 0.5S 精確時間控制 （8）電流最大/最小/平均值，每5分鐘一次，保存時間 1年（365 X 24 X 12） （9）溫度最大/最小/平均值，每5分鐘一次，保存時間 1年（365 X 24 X 12） （10）電壓最大/最小/平均值，每5分鐘一次，保存時間 1年（365 X 24 X 12） （11）電能質量大/最小/平均值，每5分鐘一次，保存時間 1年365 X 24 X 12） （12）電流/溫度/電壓越限報警記錄，永久保存，手動清除 （13）裝置運行記錄，永久保存，手動清除 通道故障 某個通道數據異常，開路，短路，瞬間通信干擾 模塊故障 某個模塊無通信回應，掉電，接觸不良，模塊損壞 通信線路故障 所有模塊都沒有響應，判斷是否通信前置機掉電 （14） 日報表（常規SCADA日報，整點監測數據，可選通道和時間） （15） 數據管理（可手工增加未監測支路數據，統一出報表） （16） 安全分析和評估（事后評估，擴展功能） （17） 數據接口和監控網站（擴展功能） （18） 電力載波數據傳輸 （介質速度不低于600BPS，透明傳輸） （19） 遠程報警 （開關量輸出端子，帶負載能力250V/5A） （20） 電能質量評估 5． 系統結構 6． 傳感器選擇 （1）溫度傳感器 進口Pt100 B型鉑電阻 三線連接，選擇三芯0.8屏蔽線 如果用4線制，可以減少干擾、熱噪聲、長線損耗等 （2） 電流傳感器 選擇電磁式交流電流傳感器，成本低，穩定可靠。 （3）電壓傳感器 電能質量模塊內嵌，可直接接220V. 有熔斷器和空開，避免直接與母線并聯。 熔斷器按0.1 A設計，一般電壓互感器正常工作電流只有2ma. 這樣做的目的是防止電壓監測回路出現短路，從而造成母線短路。 7． 監控模塊選擇 （1）電流監測模塊 （2） 溫度監測模塊 （3）電壓和電能質量監測模塊 設定電壓 合格上下限 可以計算電壓合格率（合格范圍內的點數比例） 設定電壓 預警告警值 可以報警，監測電壓 設定電壓 合理數據范圍 可以剔除壞數據，評估通道/信道質量 電壓諧波總量處理方法同上。 供電可靠性的計算為電壓采樣非零值點數的比例（前提是連續采樣并且等間隔采樣）。 基本數據監測模型： 對應七個評估狀態。如果更細劃分，可以包括良好、優秀狀態。 每個監測量定義都要對應這樣一組數據，可以根據先驗知識或后驗知識人工設定。每個監測量在取得數值以后，經過評估，得到實時狀態。 結合數據處理，數據采集流程如下： 1． 從模塊讀數據采樣，得到 生數據 2． 五次采樣，平滑處理去掉最大最小，三次平均值作為實時數據 3． 評估 如果不合理，廢棄此數據，繼續采樣。 如果依然不合理，放棄該點數據，記錄狀態為“故障”。 4． 數據和狀態存儲將數據值、時標、狀態一并存入數據表 5． 啟動報警 如果需要就地報警，啟動報警處理子程序。 存入報警事件表，向上位機發報警通知。 6． 繼續下一個監測量，直到全部，結束本輪次 7． 整理本輪次數據，與上位機通信 8． 按時鐘任務要求，啟動下一次輪詢 如果有優先級輪詢處理（快慢輪）： 把監測量分為兩組：快輪監測量，慢輪監測量 （直接寫在監測量定義表中） 輪詢策略： 1． 輪次啟動時間間隔（一個輪詢策略時鐘事件） 2． 將慢輪分組 比如 慢1 慢2 （也可以多組） 3． 輪詢次序表 快 慢1 快 慢2 4． 用分組和次序表方法，可以把快慢分為多級，處理方法相似，起到不同監測量按實際需要有不同響應時間的作用。 5． 同樣的，有些分組可以不是采集，凡是時序控制的動作，都可以這樣處理。形如： 采集母線 采集1-20電流 采集母線 采集20-40電流 采集母線 采集1-20溫度 采集母線 采集20-40溫度 采集母線 上傳數據 。。。。。。 每一個動作都對應一個子程序或子任務。這種策略更適合處理時序要求高而時刻要求不高的場合。如果是時刻要求，必須用多個時鐘中斷事件。 （4）遠程報警模塊 本地報警功能在控制器上直接實現聲光報警，彈出相應界面，并記錄報警信息和處理措施。 本地報警信息同時送監控后臺。 遠程報警可通過監控后臺實現。但控制器要有直接遠程報警的能力，以免監控后臺不開機造成損失。 （5）多路控制模塊 各模塊供電方式都是直接直流電源，12V.每個模塊耗電 <1W。 在定時讀取監測數據方式時，各模塊在非輪詢時間，也一直加電。考慮到長期加電不利于模塊使用壽命，可以控制其供電，在需要的時候加電，不需要時斷電。這種控制模式也適用于R485一條總線模塊很多而無法識別的情況，因為 R485總是半雙工主從通信，一次接通部分模塊，起到了分時采集的作用，相當于擴展了模塊地址！ 在目前監測量不是很多的情況下，可以不配該模塊，或者，可以和遠程報警模塊共用輸出通道。 （6）通信前置機 如果監控后臺主機串口不夠，可以選擇USB-485轉換器 當采用電力載波時，更換為電力載波貓。或者可以改變為無線模塊。 （7）電力載波模塊 一對兒電力載波貓，透明傳輸。 （8）電參量調理模塊 8． 控制器選擇 （1）外觀和顯示器 CKT-S5730工業控制電腦，彩色5.7寸電阻式四線觸摸屏。 （2）主板/CPU/內存 ARM7系列 集成工業控制級板卡 不掉電存儲能力> =8M （3） 看門狗和時鐘 自帶看門狗 有實時時鐘RTC 可界面設置時間 可遠程對時 （4）接口 R485接口，至少可接32個從設備。 R232接口，可接電力貓 網絡接口，與上位機通信 可選模擬量接口，8路電壓信號 10位 0—5V,采樣速度不低于4K 可選數字量輸出接口 8路可帶100ma負載（吸入電流） 可選數字量輸入接口 8路TTL電平信號，最小邊緣分辨率<1ms （5）操作系統 uCLINUX，運行穩定可靠。 （6） 監控軟件運行模式 連續運行 9． 監控后臺 （1）監控后臺主機 工控主機 Windows 2K或Wendows XP P4 2G以上 17“液晶顯示器 （2）通信接口 一個RS232串口 ，接電力載波貓 一個網絡接口 （3） 監控后臺軟件 數據庫 MS Access 2000 開發工具 Delphi 7.0 與控制器通過電力載波通信 存儲整點電流溫度數據 可以編輯輸入未監測支路的電流溫度值 支持遠程報警 按策略打印整點監測數據 繪制某監測量曲線圖 繪制相關監測量棒圖 提供靈活數據查詢功能 為其他系統提供用電數據依據 10．通信系統 （1）模塊通信規約 底層通信 RS232 9600，N，8，1 用R232—R485模塊，無需回應處理 用USB —R485模塊，需回應處理 讀指定模塊指定通道數據 電流模塊0 電流模塊1 電流模塊2 電流模塊3 電流讀數 -20.00———— 0.00 ———— +20.00 零以下，剔除 溫度模塊0 溫度模塊1 溫度模塊2 溫度模塊3 溫度讀數 -100.0 0.0 +100.00 讀模塊類型和版本信息 $01F/$01M （2）電能質量模塊通信規約 MODBUS-485規約 站號、寄存器號、倍率是主要參數。 地址 01 底層通信同R232. 9600，N，8，1 校驗 CRC-16 （3）控制器與監控后臺通信規約 主通道 232 ——-PLC——-232 透明傳輸 輔助通道 485——————-485-USB 透明傳輸 備用通道 監控后臺通過485直接讀取模塊數據，需要時序處理，監控后臺發布封鎖和開放R485信道指令給控制器。 11． 性能優化設計 模塊供電 可通過固態繼電器或者集電極開路輸出模塊直接供給模塊電源，在需要監測時，提前接通電源，通信完畢后，切斷電源或者降壓運行。每個模塊大約耗電100ma（<2W），節電、降低工作溫升、延長模塊使用壽命。 在輪詢周期短時，可用降壓運行方式，需要提供兩組電源；在輪詢周期較長時，可直接投切某個模塊電源；在監測時間短、等待時間長時，可控制總電源。 按現在的性能設計，5 S之內采集一次，可不作處理。因為每個模塊從加電到穩定工作也需要時間，頻繁投切對測量精度不利。 通過控制模塊電源投切也起到了分時分組采集的目的，對于多點采集有普遍意義。 模塊狀態監測 模塊失電可通過數字輸入口監測 模塊和控制器都有數字輸入口，可直接使用。 合理報警 連續越限三次才報警，偶爾一次越限可不報警，但要記入運行記錄。 報警分為兩級，黃色報警和紅色報警 報警值可下載或界面設置，補充通信協議 報警輸出可啟動內置蜂鳴器，不同聲音表示紅色報警和黃色報警 報警輸出可接到數字輸出端子，紅色報警和黃色預警兩個端子 自動彈出報警點監測界面 壞數據處理 對于明顯超出監測量 合理范圍的數據，可不予理睬。但要記入運行記錄。 如線纜溫度 -20————+80 超出此范圍，一定是個假數據。不要進入歷史數據，也無須處理。但留下了數據空白點。 記錄這些現象的目的是為了對通道進行性能評估。 綜合數據采集方案 考慮到壞數據處理和合理報警都是因為通道或傳感器受到了干擾引起的，為了使提出的方法具有普適性，在數據采集底層就要進行處理： 在時鐘控制下，連續采集5次全部監測量數據。 對每個監測量，得到 N1,N2,N3,N4.N5 性能分析： 如果有一個偶爾干擾數據，特別大，或者特別小，被自動剔除； 如果有兩個干擾數據，次大數據被3除，相當于只有33%貢獻，起到了數據平滑的作用； 如果有三個，67%，不損失數據趨勢； 如果有四個，那就不再是干擾數據了。除非干擾數據脈寬很大，這不符合實際； 掃描周期的設計要比較快，但不能太快。考慮到電流和溫度變化，在1/10秒量級，掃描周期設計為100ms——-200ms比較合適。 為了加快速度，可以考慮整個模塊一次讀取，然后進行數據分解，這可能是通常的方式，不如單個監測量靈活，但效率高些。 12．工藝和結構 模塊導軌安裝 電能監測模塊不用開屏，與控制器并列,便于集成。 控制器開孔安裝，金屬殼 控制柜單獨定制，保持和其他機柜同色 13．集成和開發 軟件分為三層 （1）就地監控 本地顯示 本地報警 模塊狀態監測 設計監測量數據表 編號 名稱 指令 數據 狀態 時間戳 預警值 告警值 合理數據范圍 （2） 遠程監控參照一般SCADA 實時數據監測 數據分析曲線 越限報警 數據編輯 歷史數據瀏覽查詢 日報表 （3）通信 控制器與模塊通信 控制器與遠程站通信 底層通信 232——電力貓 高層通信 轉發 對時 報警 召喚 定值 SCADA設計 1． 監測量表略。 優化設計 每個監測量都有折算系數，顯示直接與采集數據相乘 每個監測量可設置下限報警，只有部分通道有意義。 考慮到通道的可靠性問題，如果診斷出來是故障，可以發送特殊數據表示故障信息，每個監測量的狀態就表達故障信息分類，但不是故障數據表達本身。 1.停運 1 正常 2 預警 （越限） 3 告警 （越限，關閉通道信號） 4 開路 （對于能夠臻別的監測量有效） 5 短路 6 干擾 （偶爾有壞數據） 7 缺陷 （連續壞數據，認為通道或傳感器缺陷） 如果偶爾有壞數據，發送最近一次測量數據作為替代并存儲（干擾態）。 2． 關于時間 （1） 系統時鐘 可以界面設置系統時間 （2） 時間戳 每個采集量都有時間戳，分辨率到ms （3） 掃描間隔 3s, 輪詢時間大約1s （4） 對時報文 與監控后臺通信，接收對時報文并更改系統時間 3． 數據存儲 連續保存15分鐘數據（5X60/3=300次），每個時間片大約8X64=512字節 對系統存儲器要求 2M 優化設計：每個時間片只存編號和數值（如果存儲器很小，可轉換為數值而不是字符串） 4． 界面設計 分組顯示 母線 支路 1-6 7-12 13-18 18-24 25-30 顯示內容 監測量曲線 將所有監測量對應的伴隨監測量都寫入監測量表，單個顯示時，一起顯示兩個。 最右邊為當前值，連續100個監測量（每3秒一個，一分鐘20個，5分鐘100個）。 在描點密集時，看上去就是曲線。 每次新數據來時，自動刷新（3秒，或者此時改為1秒，三次讀取數據存儲一次） 5． 控制器與監控后臺通信設計 （1） 底層通信 電力載波貓 波特率 300—4.8K,初始300 R485信道采用9600,N,8,1 （2） 轉發報文 對于監控后臺的轉發報文，控制器直接發下去，收到信息也直接返回。 （3） 對時報文 （4） 召喚報文 （5） 告警報文 （6） 定值報文 （7） 遙控遙信報文 定義遙控量和遙信量，方法同召喚與定值報文 （7） MODBUS ASCII規約 監控后臺設計 1． 硬件選擇 工控機 17寸液晶 電力載波貓 RS232口 R485通信前置機 鼎升力創 8020 設置為 9600,N,8,1 2． 通信系統 電力載波 RS232 現場總線 R485 局域網 TCP/IP 與控制器的通信 主設備，主信道 與模塊的通信 主設備，備用信道 3． 人機界面 （1） 監控 （2） 數據編輯 （3） 日報表 （4） 告警信息 （5） 系統設置 （6） 用戶權限管理 4． 數據庫 （1）歷史數據庫 監測量信息表 編號 名稱 類型 狀態 預警值 告警值 系數a 系數b 備注 整點監測數據表 序號 日期時間 編號 數值 狀態 告警信息表 序號 日期時間 編號 數值 告警類型 處理 系統參數表 編號 名稱 數值 類型 備注 信息代碼表 權限分配表 （2）監控數據庫 滾動數據表 序號 日期時間 編號 數值 臨時告警信息表 序號 日期時間 編號 數值 告警類型 5． 系統功能和性能優化 6． 數據接口