项目概述
现代企业的经营特点，可以说是信息凝聚型的。信息是资源，而且是关系到企业效益和发展的重要资源。
机房，是现代企业信息管理的中心，日常经营管理活动、业务流程、客户关系等等都依赖于信息的产生、流转、存储和访问。机房设备特别是系统服务器、交换机、路由器等的正常运转是维持企业信息流畅的基本保证。
监测各个设备的供电系统是否正常，是保证设备可靠、高效、连续运行的有力措施。时时刻刻掌握每条线路的供电可靠性指标和供电质量指标，对加强机房管理、维护设备运行有着不可替代的积极作用。
基于通信技术和数据采集技术的远程监控硬件系统和着眼于实时监控和数据分析的软件系统，是保证机房设备运行的根本措施。
本项目旨在通过对各个支路电流、电压、线缆温度、运行状态和电力谐波等电参数的实时连续监测，监视设备运行状况，记录设备运行动作，并对可能发生的故障进行预警和告警，使值班人员心中有数、有的放矢。
2． 产品策略
模块化:采用标准模块，可靠性高，扩充方便。选择模块化程度高的外围部件，充分保证系统的适应性。
集成化:采用就地集中监控，保证系统的可靠性。多模块的完美配合，也保证了系统的集成能力，可以连接不同厂家的监测模块。
实时连续监测:按实时系统设计，每个通道都在秒级响应，24小时连续工作，无需人工干预。
多通信链路:设计电力载波和现场总线两个通信主信道
监测系统不影响设备运行:采用开口式电流互感器、有熔断保护能力的电压监测通道、线缆温度传感器表面粘贴等措施，保证在安装、调试、运行、维护等阶段，机房设备可以不间断工作。
功能丰富:监测日报、数据管理、运行记录和数据分析等
接口灵活:可以用现场总线、局域网等方式与其他系统信息互通
可靠实用:按实际需求设计软件、硬件、通信等，选择工业级器件、模块等
监控对象:机房设备配电箱内安排有多个支路，监测各支路电流、线缆温度，监测母线电压、电能质量。实现越限报警和运行记录功能。
左边屏柜为电力监测柜，与各配电柜外形、颜色等保持一致。控制器和各模块安装在监测柜内，而传感器安装在各配电柜内，信号线走地板下线缆沟槽。
一对儿电力载波模块实现控制器与监控后台的通信。另敷设R485信道。
监控后台为主要人机界面，完成监视、数据管理、打印报表等工作。
3． 监控目标
（1） 各支路电流有效值，分辨率 0.1A，刷新时间3-5S
（2） 实时电流分布，第1路到第27路延时<0.5S，保存时间 15分钟（300次）
（3） 实时各支路线缆温度，分辨率0.1C，刷新时间 3-5S，保存时间同上
（4） 母线电压有效值，分辨率 0.1V，刷新时间 0.5S，精确时钟控制
（5） 母线电流有效值，分辨率 0.1A，刷新时间 0.5S，精确时钟控制
（6） 母线电度量，分辨率01 KVA, 刷新时间，3-5S
（7） 母线电能质量，
谐波量。分辨率 0.1% 刷新时间 0.5S 精确时间控制
系统频率
电压合格率，分辨率 0.1% 刷新时间 0.5S 精确时间控制
（8） 电流最大/最小/平均值，每5分钟一次，保存时间 1年（365 X 24 X 12）
（9） 温度最大/最小/平均值，每5分钟一次，保存时间 1年（365 X 24 X 12）
（10） 电压最大/最小/平均值，每5分钟一次，保存时间 1年（365 X 24 X 12）
（11） 电能质量大/最小/平均值，每5分钟一次，保存时间 1年365 X 24 X 12）
（12） 电流/温度/电压越限报警记录，永久保存，手动清除
（13） 装置运行记录，永久保存，手动清除
通道故障:某个通道数据异常，开路，短路，瞬间通信干扰
模块故障:某个模块无通信回应，掉电，接触不良，模块损坏
通信线路故障:所有模块都没有响应，判断是否通信前置机掉电
（14） 日报表（常规SCADA日报，整点监测数据，可选通道和时间）
（15） 数据管理（可手工增加未监测支路数据，统一出报表）
（16） 安全分析和评估（事后评估，扩展功能）
（17） 数据接口和监控网站（扩展功能）
（18） 电力载波数据传输 （介质速度不低于600BPS，透明传输）
（19） 远程报警 （开关量输出端子，带负载能力250V/5A）
（20） 电能质量评估
4． 传感器选择
（1） 温度传感器:进口Pt100 B型铂电阻 三线连接，选择三芯0.8屏蔽线，可以减少干扰、热噪声、长线损耗等
（2） 电流传感器:选择电磁式交流电流传感器，成本低，稳定可靠。
（3） 电压传感器:电能质量模块内嵌，可直接接220V. 有熔断器和空开，避免直接与母线并联。
熔断器按0.1 A设计，一般电压互感器正常工作电流只有2ma. 这样做的目的是防止电压监测回路出现短路，从而造成母线短路。
7． 监控模块选择
（1） 电流监测模块:标准电压电流对照，可参考电能质量模块数据。
（2） 温度监测模块:6路铂电阻温度模块
直接工程单位字符输出
标定采用一致性标定法，多路参照第一路数据。
（3） 电压和电能质量监测模块
可获得母线电流电压、谐波总量、电度量等。
基本参数：U=400V I=5A 三相，有两路双端开关量输入通道
支持485通信接口，通信协议采用 MODBUS-RTU
设定电压 合格上下限 可以计算电压合格率（合格范围内的点数比例）
设定电压 预警告警值 可以报警，监测电压
设定电压 合理数据范围 可以剔除坏数据，评估通道/信道质量
电压谐波总量处理方法同上。
供电可靠性的计算为电压采样非零值点数的比例（前提是连续采样并且等间隔采样）。
对应七个评估状态。如果更细划分，可以包括良好、优秀状态。
每个监测量定义都要对应这样一组数据，可以根据先验知识或后验知识人工设定。每个监测量在取得数值以后，经过评估，得到实时状态。
结合数据处理，总结数据采集流程如下：
1． 从模块读数据:采样，得到 生数据
2． 五次采样，平滑处理:去掉最大最小，三次平均值作为实时数据
3． 评估:如果不合理，废弃此数据，继续采样。 如果依然不合理，放弃该点数据，记录状态为“故障”。
4． 数据和状态存储:将数据值、时标、状态一并存入数据表
5． 启动报警:如果需要就地报警，启动报警处理子程序。存入报警事件表，向上位机发报警通知。
6． 继续下一个监测量，直到全部，结束本轮次
7． 整理本轮次数据，与上位机通信
8． 按时钟任务要求，启动下一次轮询
如果有优先级轮询处理（快慢轮）：
把监测量分为两组：快轮监测量，慢轮监测量 （直接写在监测量定义表中）
轮询策略：
1． 轮次启动时间间隔（一个轮询策略时钟事件）
2． 将慢轮分组 比如 慢1 慢2 （也可以多组）
3． 轮询次序表
快 慢1 快 慢2
4． 用分组和次序表方法，可以把快慢分为多级，处理方法相似，起到不同监测量按实际需要有不同响应时间的作用。
5． 同样的，有些分组可以不是采集，凡是时序控制的动作，都可以这样处理。形如：
采集母线
采集1-20电流
采集母线
采集20-40电流
采集母线
采集1-20温度
采集母线
采集20-40温度
采集母线
上传数据
。。。。。。
每一个动作都对应一个子程序或子任务。这种策略更适合处理时序要求高而时刻要求不高的场合。如果是时刻要求，必须用多个时钟中断事件。
（4） 远程报警模块
本地报警功能在控制器上直接实现声光报警，弹出相应界面，并记录报警信息和处理措施。
本地报警信息同时送监控后台。
远程报警可通过监控后台实现。但控制器要有直接远程报警的能力，以免监控后台不开机造成损失。
控制器直接数字输出，用户可以在这些报警端子上接声光设备，或者接到其他系统。
（5） 多路控制模块
各模块供电方式都是直接直流电源，12V.每个模块耗电 <1W。
在定时读取监测数据方式时，各模块在非轮询时间，也一直加电。考虑到长期加电不利于模块使用寿命，可以控制其供电，在需要的时候加电，不需要时断电。
（6） 通信前置机:当采用电力载波时，更换为电力载波猫。或者可以改变为无线模块。
（7） 电力载波模块
一对儿电力载波猫，透明传输。
底层串口设置为 600 , N,8,1
一次传输数据<=1K (数据缓冲能力)
（8） 电参量调理模块
TCA201 8路交流电流输入，8路直流电流输出
8． 控制器选择
（1） 外观和显示器
CKT-S5730工业控制触摸屏平板电脑 彩色5.7寸LCD显示，电阻式四线触摸屏
（2） 主板/CPU/内存
ARM7系列
集成工业控制级板卡
不掉电存储能力> =8M
（3） 看门狗和时钟
内置看门狗
有实时时钟RTC
可界面设置时间
可远程对时
（4） 接口
R485接口，至少可接32个从设备。速度9600BPS
R232接口，可接电力猫
网络接口，与上位机通信
可选模拟量接口，8路电压信号 10位 0—5V,采样速度不低于4K
可选数字量输出接口 8路可带100ma负载（吸入电流）
可选数字量输入接口 8路TTL电平信号，最小边缘分辨率<1ms
（5）操作系统
uCLINUX操作系统稳定可靠。
（6）监控软件运行模式
连续运行
9． 监控后台
（1） 监控后台主机
工控主机
Windows 2K或Wendows XP
P4 2G以上
17“液晶显示器
（2） 通信接口
至少一个RS232串口 ，接电力载波猫
至少一个USB接口，可USB-R485，接R485
至少一个网络接口
（3） 监控后台软件
数据库 MS Access 2000
开发工具 Delphi 7.0
与控制器通过电力载波通信
存储整点电流温度数据
可以编辑输入未监测支路的电流温度值
支持远程报警
按策略打印整点监测数据
绘制某监测量曲线图
绘制相关监测量棒图
提供灵活数据查询功能
为其他系统提供用电数据依据
10． 通信系统
（1）模块通信规约
（2）电能质量模块通信规约
MODBUS-485规约 站号、寄存器号、倍率是主要参数。
底层通信同R232. 9600，N，8，1
校验 CRC-16
（3）控制器与监控后台通信规约
主通道 232 ---PLC---232 透明传输
辅助通道 485-------485-USB 透明传输
备用通道 监控后台通过485直接读取模块数据，需要时序处理，监控后台发布封锁和开放R485信道指令给控制器。
11． 性能优化设计
模块供电
可通过固态继电器或者集电极开路输出模块直接供给模块电源，在需要监测时，提前接通电源，通信完毕后，切断电源或者降压运行。每个模块大约耗电100ma(<2W)，节电、降低工作温升、延长模块使用寿命。
在轮询周期短时，可用降压运行方式，需要提供两组电源；在轮询周期较长时，可直接投切某个模块电源；在监测时间短、等待时间长时，可控制总电源。
按现在的性能设计，5 S之内采集一次，可不作处理。因为每个模块从加电到稳定工作也需要时间，频繁投切对测量精度不利。
通过控制模块电源投切也起到了分时分组采集的目的，对于多点采集有普遍意义。
模块状态监测
模块失电可通过数字输入口监测
合理报警
连续越限三次才报警，偶尔一次越限可不报警，但要记入运行记录。
报警分为两级，黄色报警和红色报警
报警值可下载或界面设置，补充通信协议
报警输出可启动内置蜂鸣器，不同声音表示红色报警和黄色报警
报警输出可接到数字输出端子，红色报警和黄色预警两个端子
自动弹出报警点监测界面
坏数据处理
对于明显超出监测量 合理范围的数据，可不予理睬。但要记入运行记录。
线缆温度 -20----+80 超出此范围，一定是个假数据。不要进入历史数据，也无须处理。但留下了数据空白点。
记录这些现象的目的是为了对通道进行性能评估。
综合数据采集方案
考虑到坏数据处理和合理报警都是因为通道或传感器受到了干扰引起的，为了使提出的方法具有普适性，在数据采集底层就要进行处理：
在时钟控制下，连续采集5次全部监测量数据。
对每个监测量，得到 N1,N2,N3,N4.N5
性能分析：
如果有一个偶尔干扰数据，特别大，或者特别小，被自动剔除；
如果有两个干扰数据，次大数据被3除，相当于只有33%贡献，起到了数据平滑的作用；
如果有三个，67%，不损失数据趋势；
如果有四个，那就不再是干扰数据了。除非干扰数据脉宽很大，这不符合实际；
扫描周期的设计要比较快，但不能太快。考虑到电流和温度变化，在1/10秒量级，扫描周期设计为100ms---200ms比较合适。
为了加快速度，可以考虑整个模块一次读取，然后进行数据分解，这可能是通常的方式，不如单个监测量灵活，但效率高些。
12．工艺和结构
模块导轨安装
电能监测模块不用开屏，与控制器并列,便于集成。
控制器开孔安装，金属壳
控制柜单独定制，保持和其他机柜同色
13． 集成和开发
软件分为三层
（1）就地监控
本地显示
本地报警
模块状态监测
设计监测量数据表
编号 名称 指令 数据 状态 时间戳 预警值 告警值 合理数据范围
（2）远程监控参照一般SCADA
实时数据监测
数据分析曲线
越限报警
数据编辑
历史数据浏览查询
日报表
（3） 通信
控制器与模块通信
控制器与远程站通信
底层通信 232--电力猫
高层通信
转发
对时
报警
召唤
定值
通道系数（倍率）的计算：
调整电阻，分别读取电流表指示为20ma 15ma 10ma 5ma 0ma时对应电流读数，采用最小而乘法计算 y=aX+b的线性拟合系数。
五点标定是最基本的方法，考虑到测量电阻和模块线性度很好，不采用折线而用直线模型
优化设计
每个监测量都有折算系数，显示直接与采集数据相乘
每个监测量可设置下限报警，只有部分通道有意义。
考虑到通道的可靠性问题，如果诊断出来是故障，可以发送特殊数据表示故障信息，每个监测量的状态就表达故障信息分类，但不是故障数据表达本身。
0 停运
1 正常
2 预警 （越限）
3 告警 （越限，关闭通道信号）
4 开路 （对于能够臻别的监测量有效）
5 短路
6 干扰 （偶尔有坏数据）
7 缺陷 （连续坏数据，认为通道或传感器缺陷）
如果偶尔有坏数据，发送最近一次测量数据作为替代并存储（干扰态）。
2． 关于时间
（1）系统时钟
可以界面设置系统时间
（2）时间戳
每个采集量都有时间戳，分辨率到ms
（3）扫描间隔3s, 轮询时间大约1s
（4）对时报文:与监控后台通信，接收对时报文并更改系统时间
3． 数据存储
连续保存15分钟数据（5X60/3=300次），每个时间片大约8X64=512字节
对系统存储器要求 2M
优化设计：每个时间片只存编号和数值（如果存储器很小，可转换为数值而不是字符串）
4． 界面设计
分组显示
母线
支路 1-6 7-12 13-18 18-24 25-30
显示内容
母线
单个监测量曲线
将所有监测量对应的伴随监测量都写入监测量表，单个显示时，一起显示两个。
每次新数据来时，自动刷新（3秒，或者此时改为1秒，三次读取数据存储一次）
5． 控制器与监控后台通信设计
（1）底层通信
电力载波猫 波特率 300—4.8K,初始300
（2）转发报文
对于监控后台的转发报文，控制器直接发下去，收到信息也直接返回。
（3）对时报文
立刻更改系统时间,根据经验，可添加一秒延时。
（4）召唤报文
（5）告警报文
（6）定值报文
（7）遥控遥信报文
定义遥控量和遥信量，方法同召唤与定值报文
(7) MODBUS ASCII规约
(8) 校验
CRC-16校验，参照《MODBUS参考手册》
LRC校验和，注意半字节扩展。
监控后台设计
1． 硬件选择
工控机 17寸液晶
电力载波猫 RS232
R485通信前置机 鼎升力创 8020 设置为 9600,N,8,1
2． 通信系统
电力载波 RS232
现场总线 R485
局域网 TCP/IP
与控制器的通信 主设备，主信道
与模块的通信 主设备，备用信道
3． 人机界面
（1）监控
（2）数据编辑
（3）日报表
（4）告警信息
（5）系统设置
（6）用户权限管理
4． 数据库
（1）历史数据库
监测量信息表 编号 名称 类型 状态 预警值 告警值 系数a 系数b 备注
整点监测数据表 序号 日期时间 编号 数值 状态
告警信息表 序号 日期时间 编号 数值 告警类型 处理
系统参数表 编号 名称 数值 类型 备注
信息代码表
权限分配表
（2） 监控数据库
滚动数据表 序号 日期时间 编号 数值
临时告警信息表 序号 日期时间 编号 数值 告警类型
5． 系统功能和性能优化
6． 数据接口 |
您当前位置是：华企网首页 >> 商业机会 >> 服装、鞋帽 >> 男士内衣 >> 机房用电安全监控设计系统
回到页首
联系信息