遠(yuǎn)程機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

周志偉 李哲

摘要：近幾年來，我國的通信事業(yè)快速發(fā)展，各運(yùn)營商不斷的加大對各類通信機(jī)房投資，其機(jī)房數(shù)量成倍數(shù)的增加，用電量也隨著機(jī)房數(shù)量不斷的飆升。為了減少企業(yè)運(yùn)行費(fèi)用，有必要加強(qiáng)機(jī)房設(shè)備的維護(hù)管理和技術(shù)改造，制定和實(shí)施有效方案，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。通過分析，其中通信機(jī)房的空調(diào)能耗費(fèi)用在整個(gè)運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用中占有較大的比重，如何降低空調(diào)耗能費(fèi)用成為了首要的問題，進(jìn)一步的對通信機(jī)房空調(diào)運(yùn)行情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)空調(diào)的能源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，節(jié)能管理等方面工作較為薄弱。本文通過對通信機(jī)房設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)來建立機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控 機(jī)房空調(diào) 節(jié)能改造 設(shè)計(jì)方案

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0143-03

Abstract：With the vigorous development of China's telecommunications industry， the construction of various types of telecommunications operators room doubled， soaring electricity constantly. In order to reduce business operating costs， the need to strengthen the engine room equipment maintenance and management and technological transformation， to develop and implement effective programs to achieve the purpose of energy saving. Communication room air-conditioning energy costs in the communications business operation and maintenance costs Expenditures on one view of this situation， the operation of the communications room air were analyzed and found that air conditioning is more serious waste of energy， energy management and other aspects of weak . Based on the communications room equipment operation status analysis， the use of remote control technology to build energy-efficient room air-conditioning control system， and system design.

Key Words：Remote monitoring； Air conditioning system； Energy Saving； Design program

1 前言

在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新階段中，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是我國可持續(xù)發(fā)展的重要目標(biāo)之一，隨著近些年來國家對節(jié)能要求的不斷加強(qiáng)，通信企業(yè)也需要不斷提高自己的節(jié)能技術(shù)水平，做好節(jié)能技術(shù)改造，既能減少能源開支，提高經(jīng)濟(jì)效益，又符合國家節(jié)能要求。

節(jié)能工作要有新的突破必須首先要對耗能設(shè)備的耗能情況有詳細(xì)的了解，從而制定各種能源消耗定額，嚴(yán)格實(shí)行計(jì)劃用能。節(jié)能監(jiān)控的作用就是幫助企業(yè)掌握和了解耗能設(shè)備能源消耗狀況、指定用能計(jì)劃，找出企業(yè)節(jié)能潛力，提高企業(yè)能源利用率。因此節(jié)能監(jiān)控工作是節(jié)能技術(shù)改造不可缺少的前期工作。

在通信機(jī)房里，許多設(shè)備使用了大量的集成電路和電子元件，對使用環(huán)境條件有特定要求，主要體現(xiàn)在溫濕度等方面。通信機(jī)房一般采取安裝空調(diào)的方式保障環(huán)境溫度達(dá)標(biāo)。根據(jù)運(yùn)營商提供的公開數(shù)據(jù)顯示，機(jī)房空調(diào)所消耗的電量接近整個(gè)機(jī)房用電量的40%。所以對運(yùn)營商來言，節(jié)能減排工作的重點(diǎn)在機(jī)房，機(jī)房節(jié)能技術(shù)改造的重點(diǎn)在空調(diào)。因此，建立通信機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控對于實(shí)施節(jié)能減排工作的實(shí)施有重要的意義。

2 機(jī)房空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析

近幾年來，我國的通信事業(yè)快速發(fā)展，各運(yùn)營商不斷的加大對各類通信機(jī)房投資，其機(jī)房數(shù)量成倍數(shù)的增加，用電量也隨著機(jī)房數(shù)量不斷的飆升，而大多數(shù)機(jī)房、基站分布較廣，由單獨(dú)的人員進(jìn)行定時(shí)巡查及維護(hù)機(jī)房場地設(shè)備。傳統(tǒng)方式管理下，分散維護(hù)和管理不僅浪費(fèi)人力物力，面對突發(fā)事故也不具備有良好的應(yīng)對措施。目前國內(nèi)普遍缺乏專業(yè)的機(jī)房管理人員對機(jī)房設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)，同時(shí)機(jī)房節(jié)能的意識(shí)也極度欠缺。機(jī)房、基站在某些時(shí)間點(diǎn)更是出現(xiàn)異常的高能耗現(xiàn)象，其原因僅僅是因?yàn)闄C(jī)房運(yùn)維人員常常將空調(diào)溫度保持在一個(gè)低溫的狀態(tài)下，導(dǎo)致空調(diào)長時(shí)間運(yùn)作并產(chǎn)生大量的能耗浪費(fèi)。還有因缺乏監(jiān)管，導(dǎo)致空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)也不能及時(shí)作出補(bǔ)救措施，導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)設(shè)備異常運(yùn)行，嚴(yán)重影響了設(shè)備正常使用以及設(shè)備的壽命。

機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)就是利用現(xiàn)代化的互聯(lián)網(wǎng)等手段在監(jiān)控中心和監(jiān)控對象之間建立通信連接，從而實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程監(jiān)控對象的監(jiān)測和控制。它是本地和遠(yuǎn)程共同構(gòu)成的能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的軟、硬件系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、微電子等各種技術(shù)和手段相互結(jié)合的產(chǎn)物，在許多歐美等發(fā)達(dá)國家中，通信機(jī)房的遠(yuǎn)程監(jiān)控是管理機(jī)房的常用手段之一，同時(shí)有著較高的技術(shù)水平。

在日益龐大的通訊行業(yè)面前，現(xiàn)有的分散式看管體質(zhì)已經(jīng)不再適應(yīng)新的形勢及節(jié)能減排要求。因此，在實(shí)現(xiàn)通信機(jī)房空調(diào)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，做好空調(diào)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，能使其降低其耗能基于這一背景，開發(fā)了遠(yuǎn)程機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)房空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)管等功能，對于機(jī)房的節(jié)能降耗具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

3 機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)大體可以分為三個(gè)層次：機(jī)房監(jiān)控層、監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程瀏覽客戶端。機(jī)房遠(yuǎn)程控制節(jié)能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機(jī)房監(jiān)控層：空調(diào)控制器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和節(jié)能控制器等組成。機(jī)房監(jiān)管站負(fù)責(zé)將監(jiān)控中心下發(fā)的控制器了，通過空調(diào)控制器發(fā)送到空調(diào)，控制空調(diào)的運(yùn)行。也負(fù)責(zé)將采集機(jī)房的環(huán)境溫度和各種告警信息上報(bào)到監(jiān)控中心。

監(jiān)控中心：負(fù)責(zé)對多個(gè)機(jī)房集中管理，將各機(jī)房采集的空調(diào)運(yùn)行的狀況和機(jī)房的溫度實(shí)時(shí)地以表格和圖表形式顯示在監(jiān)控中心的屏幕上；將各種告警信息以聲光方式告警，同時(shí)將按照告警等級要，通過短信方式通知相關(guān)人員。

遠(yuǎn)程瀏覽客戶端：監(jiān)管人員可以使用WEB瀏覽器查看各機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行情況，并通過監(jiān)控中心主機(jī)，下發(fā)命令控制機(jī)房中的空調(diào)。

本系統(tǒng)主要由空調(diào)控制器、節(jié)能控制器、通訊服務(wù)系統(tǒng)、監(jiān)控中心系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 傳感器位置的選取

傳感器位置的選取上，盡可能的平均分布在機(jī)房內(nèi)，同時(shí)傳感器個(gè)數(shù)也要求要在3只以上，通過選取傳感器溫度平均值來確定該機(jī)房的具體溫度。采用多點(diǎn)測溫，可以避免由于機(jī)房溫度分別不均，而空調(diào)自身的溫度傳感器單點(diǎn)測溫，導(dǎo)致的因此帶來的控制錯(cuò)誤的問題。在空調(diào)的出風(fēng)口加載NTC溫度傳感器，使用它獲得的空調(diào)出風(fēng)口溫度的時(shí)間梯度曲線，可以判斷空調(diào)的是否正常工作。

3.2.2 空調(diào)控制器

空調(diào)控制器使用485總線與節(jié)能控制器連接。它將節(jié)能控制器下發(fā)的命令通過信號(hào)處理器編碼，由紅外發(fā)射器發(fā)送至空調(diào)來控制空調(diào)的運(yùn)行。同時(shí)通過溫濕度傳感器采集室內(nèi)溫濕度等環(huán)境參數(shù)，將溫濕度信息由模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量，接入采集網(wǎng)關(guān)的數(shù)字量輸入模塊?？照{(diào)控制器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

空調(diào)遙控器中的信號(hào)處理器使用預(yù)先設(shè)置的數(shù)千種空調(diào)的遙控編碼，將遙控器下發(fā)的遙控命令轉(zhuǎn)換成對應(yīng)空調(diào)要求的紅外遙控信號(hào)，進(jìn)而控制空調(diào)的運(yùn)行。信號(hào)處理器工作流程圖如圖4所示。

3.2.3 節(jié)能控制器

節(jié)能控制器是基于ARM7的嵌入式系統(tǒng)，使用μclinux嵌入式操作系統(tǒng)。支持多路模擬量輸入輸出電路、數(shù)字量輸入輸出電路，視頻信號(hào)采集電路，音頻信號(hào)采集電路，熱電偶、熱電阻信號(hào)采集電路，以太網(wǎng)接口電路，串口電路，CAN總線接口電路，各種工業(yè)總線（如PROFIBUS、Lon Works總線等）接口電路，CF卡存儲(chǔ)器電路，電源及外圍電路等。節(jié)能控制器硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

節(jié)能控制器是機(jī)房監(jiān)管站的控制和通訊中心，它負(fù)責(zé)處理監(jiān)控中心下發(fā)的命令；將當(dāng)前的機(jī)房溫度、用電量和異常信息反饋到監(jiān)控中心。節(jié)能控制器與空調(diào)控制器和電度表使用RS485連接。與上位機(jī)使用UDP通訊協(xié)議。由節(jié)能控制器組成的網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖6所示。

節(jié)能控制器能夠使用預(yù)先設(shè)置的自動(dòng)策略，控制空調(diào)按照最節(jié)能的方式運(yùn)行，自動(dòng)策略包括機(jī)房空調(diào)運(yùn)行溫度的上下限。機(jī)房空調(diào)運(yùn)行溫度的上下限是對歷年空調(diào)溫度設(shè)定、開停機(jī)時(shí)間和機(jī)房溫度運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法，建立了機(jī)房室內(nèi)溫度的變化、各種機(jī)房參數(shù)數(shù)據(jù)，包括溫度控制上下限等參數(shù)和空調(diào)控制時(shí)間的長短，通過空調(diào)的運(yùn)行與待機(jī)時(shí)長比得到空調(diào)溫度控制的最優(yōu)變化量，將該變量作為自動(dòng)策略中機(jī)房溫度的浮動(dòng)值，使得空調(diào)在最佳節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行。節(jié)能控制器處理信息的邏輯圖如圖7。

3.2.4 監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程瀏覽客戶端

采用J2EE面向構(gòu)件開發(fā)的B/S體系架構(gòu)的監(jiān)控管理平臺(tái)，使用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控采集信息的實(shí)時(shí)展示、報(bào)警信息提醒、報(bào)警控制處理和報(bào)警信息的統(tǒng)計(jì)分析，通過數(shù)據(jù)對空調(diào)自動(dòng)設(shè)置閥值，有規(guī)律的控制開機(jī)溫度、關(guān)機(jī)溫度、延時(shí)時(shí)間。以及機(jī)房基本信息的管理、基礎(chǔ)代碼設(shè)置、系統(tǒng)用戶管理和對信號(hào)處理器遠(yuǎn)程升級等。針對信號(hào)處理器在沒有保存的空調(diào)遙控編碼，可通過監(jiān)控中心的客戶端將空調(diào)遙控編碼下發(fā)到節(jié)能控制器，再由節(jié)能控制器將空調(diào)遙控編碼升級到信號(hào)處理器中。

4 系統(tǒng)實(shí)施

該系統(tǒng)在某市電信機(jī)房實(shí)地安裝使用，在安裝中發(fā)現(xiàn)多數(shù)機(jī)房的空調(diào)是被一直設(shè)置在22℃，個(gè)別機(jī)房被設(shè)置在18℃，空調(diào)長期處于開機(jī)狀態(tài)，且有個(gè)別空調(diào)已經(jīng)損壞多時(shí)，未被發(fā)現(xiàn)。使用遠(yuǎn)程通信機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)后，這些空調(diào)均被很好的管理，使得機(jī)房溫度始終處于電信對機(jī)房要求的溫度范圍內(nèi)，并根據(jù)數(shù)據(jù)對比及時(shí)發(fā)現(xiàn)損壞的空調(diào)，使得空調(diào)得到及時(shí)的修理，達(dá)到節(jié)省的效果。

5 結(jié)語

以當(dāng)前環(huán)境下，通信機(jī)房空調(diào)設(shè)備運(yùn)行能耗問題是通信企業(yè)終點(diǎn)需要解決的對象。同時(shí)，國家一直倡導(dǎo)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境走可持續(xù)發(fā)展的策略，因此通信業(yè)作在耗能方面需要配合國家和企業(yè)的雙重利益，在節(jié)能環(huán)保方面上要有足夠的重視以及正確的方案措施。該論文表明運(yùn)用遠(yuǎn)程機(jī)房空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的效果良好，對于通信機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和節(jié)能減排有重要意義。

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