地鐵UPS智能監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

高乾龍 劉中原 莫少聰

摘 要：為了保證系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行，UPS在一些重要的商業(yè)場合都扮演著舉足輕重的地位，比如地鐵里也是使用UPS不間斷電源維持突發(fā)情況下的電力運作，則維護(hù)好UPS系統(tǒng)顯得十分重要。然而，當(dāng)下許多城市的地鐵UPS維護(hù)需要巨大人力資源維持運作，從收集錯誤到分配任務(wù)并通知檢修人員維修機器，往往需要十分冗長的流程，導(dǎo)致維護(hù)效率很低。為了提高維護(hù)效率，可以把如此冗長的流程交給機器處理，智能收集錯誤信息，并能通過電子平臺讓管理員方便地分配維修任務(wù)，UPS維護(hù)的信息化在可靠性、成本、存儲量等方面比傳統(tǒng)的手工作業(yè)更具優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：UPS;監(jiān)測;維護(hù);Android;APP

一、研究背景

突發(fā)的斷電會擾亂商業(yè)的正常運行，甚至能引發(fā)毀滅性后果的事故，并且不僅僅局限于電網(wǎng)故障或斷電。像電壓暫降、尖刺和暫升等電壓擾動，噪音和供電頻率變動都會影響某個關(guān)鍵負(fù)載的正常運行，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、產(chǎn)能損失、設(shè)備故障或交易失敗。一套不間斷電源系統(tǒng)（以下簡稱UPS） 保護(hù)關(guān)鍵負(fù)載，免受諸如電網(wǎng)故障等供電偏差的影響。平常地鐵里也是使用UPS不間斷電源維持突發(fā)情況下的電力運作，則維護(hù)好UPS系統(tǒng)顯得十分重要。然而，當(dāng)下許多城市的地鐵UPS維護(hù)需要巨大人力資源維持運作，從收集錯誤到分配任務(wù)并通知檢修人員維修機器，往往需要十分冗長的流程，導(dǎo)致維護(hù)效率很低。為了提高維護(hù)效率，可以把如此冗長的流程交給機器處理，智能收集錯誤信息并通過電子平臺讓管理員方便地分配維修任務(wù)。在哲學(xué)意義上：鄧小平總理曾說：“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。當(dāng)下正是科技迅速發(fā)展的時代，科技不單推動經(jīng)濟活躍發(fā)展，同時解放大量勞動力。因為地鐵UPS維護(hù)系統(tǒng)能夠大幅提高維護(hù)效率并釋放大量人力資源，所以地鐵UPS維護(hù)系統(tǒng)迫切需要研發(fā)出來。

二、研究意義

地鐵UPS維護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的UPS維護(hù)方式比較，有著很大改變。前者搜集地鐵UPS的故障由UPS采集器自動采集數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，后者則需要派遣人員前去查找原因并記錄;前者可方便的瀏覽地鐵UPS的實時狀態(tài)或故障，而后者卻要花大量時間整理出全部故障;前者中，包括檢修人可以實時接到維修任務(wù)且通過網(wǎng)絡(luò)提交解決方案等等功能，而后者卻還需通過繁瑣的流程才能實現(xiàn)前者的功能。所以，地鐵UPS維護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)有著重要的意義。

三、研究內(nèi)容及總體設(shè)計

地鐵UPS智能監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)主要有管理員和檢修人員使用，管理員登陸管理系統(tǒng)進(jìn)行管理，檢修人員進(jìn)入APP查看自己的任務(wù)。下面介紹管理員系統(tǒng)和檢修人員系統(tǒng)的用例圖。管理員可以執(zhí)行一切管理操作。包括：地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護(hù)記錄、模擬量數(shù)據(jù)、用戶審核。檢修人員可以在APP上查看自己的全部任務(wù)、掃碼簽到、查看UPS維護(hù)歷史、個人維護(hù)歷史。系統(tǒng)功能用例圖如圖1所示。

“地鐵UPS智能監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)”的管理員端共有八個功能模塊，分別為系統(tǒng)登錄、用戶審核、地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護(hù)記錄和模擬量數(shù)據(jù)。檢修人員APP端有注冊登錄、全部任務(wù)、掃碼簽到、查看UPS維護(hù)歷史和個人維護(hù)歷史五個大模塊，系統(tǒng)中還包含DTU與UPS的通信、DTU與WEB Service的通信。

在具體的實現(xiàn)思路上，首先完成數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)開發(fā)階段需要有虛擬數(shù)據(jù)經(jīng)行測試，所以先完成數(shù)據(jù)的采集是保證順利研究的第一步。DTU每10秒向服務(wù)器發(fā)送一次心跳包，同時服務(wù)器每時每刻監(jiān)聽著是否有心跳包傳入，一旦有，則命令DTU向UPS查詢一次此刻UPS的告警狀態(tài)和模擬量，UPS返回的數(shù)據(jù)通過DTU發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器辨別數(shù)據(jù)類型后存入數(shù)據(jù)庫中。

然后開發(fā)管理員后臺，把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)展出，并允許管理員操作相關(guān)事宜。管理員登陸管理系統(tǒng)可實時查看已存在的UPS各項數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)內(nèi)還包括：地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護(hù)記錄、模擬量數(shù)據(jù)、用戶審核。最后開發(fā)員工APP，員工應(yīng)能夠查看管理員下放的任務(wù)，并提交維修的方案。員工登陸APP后可以查看自己的任務(wù)、掃碼簽到、查看任一UPS維護(hù)歷史、查看自己的維護(hù)歷史、提交維護(hù)方案。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計方面，本系統(tǒng)需要使用任務(wù)分配實體、掃碼記錄實體、UPS信息實體、地址信息實體、維護(hù)記錄實體、模擬量信息實體、用戶信息實體和告警信息實體。

當(dāng)設(shè)備與設(shè)備之間通過物理接口或網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行交互通信時，物理硬件的接口交互要遵循主或從設(shè)備的通訊協(xié)議，基于互聯(lián)網(wǎng)的http通信需要在服務(wù)器上留有接口，供終端設(shè)備調(diào)用，從而達(dá)到數(shù)據(jù)采集、交互以及保存的目的，下面介紹Android App與數(shù)據(jù)庫通信的接口設(shè)計和DUT與UPS接口協(xié)議規(guī)范以及UPS與數(shù)據(jù)庫通訊接口設(shè)計。由于服務(wù)器與Android端設(shè)備不屬同一平臺設(shè)備，本系統(tǒng)設(shè)計通訊接口的數(shù)據(jù)格式為json格式，json格式的數(shù)據(jù)有著優(yōu)雅、簡潔的特點，比xml格式數(shù)據(jù)在通訊傳輸上占用資源更小。使用C#語言編寫ASP.NET網(wǎng)站，通訊接口則是網(wǎng)站中的網(wǎng)頁，或者一般處理程序，或者web service等。當(dāng)Android需要某些驗證或者請求一些數(shù)據(jù)時，只需向服務(wù)器請求這些通信接口即可。Android端從接口中收到信息后即可相對應(yīng)地做一些json數(shù)據(jù)解析，從而得到相應(yīng)的返回數(shù)據(jù)。

在本次數(shù)據(jù)采集的場景中，由DTU中轉(zhuǎn)來自網(wǎng)絡(luò)接口（串口）和UPS的數(shù)據(jù)，即由網(wǎng)絡(luò)串口通過DTU轉(zhuǎn)發(fā)其數(shù)據(jù)采集命令給UPS，UPS收到命令后并返回相應(yīng)的結(jié)果信息，信息通過DTU再轉(zhuǎn)給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，這個一次命令后，服務(wù)器采集的數(shù)據(jù)就通過DTU中轉(zhuǎn)的形式保存到了云服務(wù)器上，其通信模式如圖2所示。物理接口采用RS232接口，異步傳輸方式，起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗，數(shù)據(jù)傳輸速率最大19200bps，UPS與DTU連接時，采用主從的通訊方式，其中DTU作為主機，UPS作為從機，主機呼叫從機并下發(fā)命令，從機收到命令后返回響應(yīng)信息。

四、技術(shù)路線及實現(xiàn)

本項目包含硬件的驅(qū)動，軟件開發(fā)，屬于軟件開發(fā)加系統(tǒng)集成類型，項目中用到的硬件接本上是外購，其是軟件開發(fā)過程中操作的對象，所以項目本身還屬于軟件項目，擬采用軟件工程的路線展開項目各部分的工作，首先需要做好系統(tǒng)設(shè)計，定義好接口規(guī)范，然后團(tuán)隊各個成員按照各自分配的任務(wù)并行展開工作，由此確定的項目研究技術(shù)路線為：硬件選型、調(diào)試，確定硬件的技術(shù)文檔，然后根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)初始化工作，將標(biāo)簽信息登記入庫并維護(hù)其相關(guān)的物品屬性，其次對系統(tǒng)實施和整體的部署環(huán)境進(jìn)行需求調(diào)研和分析以及設(shè)計，細(xì)化出功能模塊，明確交互接口，調(diào)用雙方按照接口規(guī)約分別在各自的系統(tǒng)中實現(xiàn)該接口，最后進(jìn)行系統(tǒng)組裝，測試。

地鐵UPS智能監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)能夠大幅完善管理機制，提升檢測與維護(hù)效率，節(jié)約巨大人力與財力。本系統(tǒng)完成目前需要的所有需求，同時整個系統(tǒng)也擁有足夠的穩(wěn)定性，在幾個月的內(nèi)測試中，尚未發(fā)現(xiàn)邏輯漏洞和功能欠缺。本系統(tǒng)在開發(fā)過程中，一直為后期二次開發(fā)留有良好的空間，在程序中預(yù)留大量接口與接口說明。本系統(tǒng)由硬件+服務(wù)器+雙客戶端組合而成，開發(fā)中使用Windows+VS2010+SQL Server+C#+Java+eclipse等技術(shù)，實現(xiàn)了需求中管理員端的系統(tǒng)登錄、用戶審核、地址管理、UPS屬性、掃碼記錄、報警/分配、維護(hù)記錄、模擬量數(shù)據(jù);檢修人員APP端的注冊登錄、全部任務(wù)、掃碼簽到、查看UPS維護(hù)歷史和個人維護(hù)歷史等眾多功能。

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