基于无线物联网技术的UPS机房温湿度采集系统的应用

陈国琛

摘  要：石化企业内为生产装置DCS系统提供电源的UPS因远离变电站综合自动化系统，其机房的温湿度检测依托人工在实地进行数据记录，不仅耗费人力，且具有时间和距离的限制性。无线温湿度采集系统可以实现电气值班人员远程监控UPS机房温湿度变化，并能在环境温湿度超过预设值时进行预警，提醒采取措施进行控制。采用NB-IoT物联网技术无线温湿度采集系统在实际应用中比其他无线方式具有更高的灵敏度优势，特别适用于电磁屏蔽强的机房内进行数采应用，该技术可以得到进一步推广。

关键词：NB-IoT物联网技术;UPS机房温湿度;无线监测

UPS设备的运行温湿度要求温度在25℃左右、湿度70%以下，过高的温度将影响UPS本体及蓄电池的使用寿命和容量，工作环境温度每上升10℃，免维护铅酸蓄电池的使用寿命减半;运行环境的湿度对UPS影响也很大，潮湿环境很容易引起UPS内部故障，因此对UPS机房的温湿度监控尤其重要。

一、现状及需求

目前安装在仪表中控室及机柜间内的UPS远离变电站综合自动化系统且分散，设备运行环境的温湿度很难接入相关的电气值班点，UPS机房仍使用传统的温湿度计测量，只有值班人员通过定期巡检才能查看设备的运行情况，不仅费时费力，还有可能发生抄录错误和丢失的情况，更主要的是一旦空调故障或门窗损坏，值班人员不能第一时间得到信息，造成设备运行的安全隐患，更甚会造成UPS需要发挥功能时失效，造成生产上的波动。因此应用一套性能稳定的UPS机房环境温湿度在线监测系统，实现环境温湿度的远程监测，具有重要的工程价值。UPS机房环境温湿度监测实施中需考虑两点，一是温湿度测温具有待测点多，分布广的特点;二是通过有线的方式将监测信息接到值班点，电缆敷设费用高，工作量大，且没有敷设路径。根据以上特点则选择远程无线（NB-IoT物联网技术）的方式建设UPS机房温湿度在线监测系统。

二、NB-IoT物联网技术的优势

UPS机房温湿度数据采集系统基于无线物联网技术（NB-IoT）实现对温湿度的无线方式数据采集， NB-IoT技术主要有以下特点：

（1）连接量大，可以实现海量连接的目标，NB-IoT的终端可以支持大批量部署。

（2）覆盖广，信号和穿透力都比较强，与现有的网络相比，频段相同的情况下，NB-IoT的信号覆盖面积是传统网络的百倍。

（3）低功率，用于NB-IoT的芯片只需要完成简单的数据传输功能，涉及的运算少，因此芯片的结构简单且功耗也低。

三、温湿度无线数采系统框架拓扑

物联网的层次结构分为4个层次，分别为感知层、网络层、平台层和应用层。UPS机房温湿度数据采集系统的结构同样由4部分组成，分别为温湿度传感器、物联网关、物联通信管理机和变电站自动化系统。

感知层是物联网系统的最底层，其主要的功能为负责信息采集和处理。在无线数采系统中就是温湿度传感器，其用于实现UPS机房的温湿度测量，并将处理后的数据通过串口通信方式发给物联网关，物联网关就是网络层。

网络层的作用为通过现有的移动通信网，对来自感知层的信息进行接收并传输。网络层连接感知层和平台层，具有纽带的作用。物联网关在无线数采系统中作为网络层，需具备数据管理能力，协议转换能力，通信解析能力，管理着所有与之相连的传感器。基于NB-IoT技术，物联网关作为中心，将采集到的温湿度数据无线传输给物联通信管理机，物联通信管理机就是平台层。

平台层的作用是将网络中的收集到的信息进行数据处理储存，同时将数据整合成一个互相连通的网络。在无线数采系统中平台层就是物联通信管理机，它是一套用于信息收集、规约转换以及就地和远方监控中心通讯的通讯管理装置，它在管理、记录、储存温湿度数据的同时，通过传输隔离设备将数据转发给现有的变电站自动化系统。

应用层是物联网系统的最后一层，是数据和用户的接口，应用层向用户发送各类指令，使其实现智能化、多元化的功用，实现对数据信息的解析和应用。现有的变电站自动化系统在无线数采系统中作为应用层，通过层层传递的温湿度数据最终在变电站自动化系统内完成数据组态及SCADA系统画面组态，通过电力调度自动化系统送到监视中心，可也以通过WEB方式监控UPS机房的温湿度情况。

另外，无线物联网数采系统由于使用标准的通信规约与变电站自动化系统通信，可以节约数据采集服务器、机柜、交换机等硬件设备，同时也依靠现有变电站自动化系统软件完成数据组态及SCADA系统画面组态，不再使用数据采集后台软件。

考虑到无线物联网数采基于公共无线移动平台，在与公用事业部的变电站自动化系统接口时必须考虑网络安全性，因此无线数采接入内部服务器时需要配置网络隔离设备。

四、温湿度无线数采系统实施内容

UPS机房温湿度数采现场设备全部集中在一个表箱内，箱体采用墙面安装方式，总功率小于10W，采集箱供电为变电站墙面插座。网关内部已经配置电池，失电的情况下可正常维持30分钟，并将网关失电信号送出，提醒维护人员及时处理。

无线温湿度采集箱安装位置应满足采集器可准确收集机房内温湿度状况，物联网关可准确清晰地进行信号收发。

UPS机房温湿度报警参数根据《UPS机房温湿度管理规定》通过变电站自动化系统SCADA组态软件设置，温度第二上限29℃报预告警，第一上限32℃报重告警;湿度第二上限70%报预告警，第一上限80%报重告警。系统画面以温湿度显示UPS机房温湿度状况，当温湿度越限时，报警灯变红并发出报警声。用户还可以通过选择监测点和监测时间段查看历史数据，以进行数据记录和报告。

在系统验收过程中，人为改变传感器处的温湿度，变电站自动化系统监控数据在5秒后同步变化，超过设定温湿度上限后，能够在系统报警框内报出，同样网关失电、通信故障、传感器故障也模拟试验，自動化系统也能正常报警。经测试，UPS机房温湿度采集系统可以正常进行温湿度监测，具有较好的稳定性和精确性。

五、无线数采的优点及推广价值

提高设备管理效率的有效方式是利用已经成熟的物联网技术，将关键设备的运行及报警信号采集，接入变电站综合自动化系统实时监控，提高设备管理效率。基于无线物联网技术的UPS机房温湿度数据采集系统的应用亦可类推到无人值守变电站环境温湿度监控、电能表无线抄表系统、电动机在线状态监测系统、电缆在线局放系统等。

参考文献：

[1]安进朝.《基于蜂窝的窄带物联网技术性能及应用》.计算机与网络，2021.