地铁UPS智能监测与维护系统设计与实现

高乾龙 刘中原 莫少聪

摘 要：为了保证系统的持续稳定运行，UPS在一些重要的商业场合都扮演着举足轻重的地位，比如地铁里也是使用UPS不间断电源维持突发情况下的电力运作，则维护好UPS系统显得十分重要。然而，当下许多城市的地铁UPS维护需要巨大人力资源维持运作，从收集错误到分配任务并通知检修人员维修机器，往往需要十分冗长的流程，导致维护效率很低。为了提高维护效率，可以把如此冗长的流程交给机器处理，智能收集错误信息，并能通过电子平台让管理员方便地分配维修任务，UPS维护的信息化在可靠性、成本、存储量等方面比传统的手工作业更具优势。

关键词：UPS;监测;维护;Android;APP

一、研究背景

突发的断电会扰乱商业的正常运行，甚至能引发毁灭性后果的事故，并且不仅仅局限于电网故障或断电。像电压暂降、尖刺和暂升等电压扰动，噪音和供电频率变动都会影响某个关键负载的正常运行，最终导致数据丢失、产能损失、设备故障或交易失败。一套不间断电源系统（以下简称UPS） 保护关键负载，免受诸如电网故障等供电偏差的影响。平常地铁里也是使用UPS不间断电源维持突发情况下的电力运作，则维护好UPS系统显得十分重要。然而，当下许多城市的地铁UPS维护需要巨大人力资源维持运作，从收集错误到分配任务并通知检修人员维修机器，往往需要十分冗长的流程，导致维护效率很低。为了提高维护效率，可以把如此冗长的流程交给机器处理，智能收集错误信息并通过电子平台让管理员方便地分配维修任务。在哲学意义上：邓小平总理曾说：“科学技术是第一生产力”。当下正是科技迅速发展的时代，科技不单推动经济活跃发展，同时解放大量劳动力。因为地铁UPS维护系统能够大幅提高维护效率并释放大量人力资源，所以地铁UPS维护系统迫切需要研发出来。

二、研究意义

地铁UPS维护系统与传统的UPS维护方式比较，有着很大改变。前者搜集地铁UPS的故障由UPS采集器自动采集数据并存入数据库，后者则需要派遣人员前去查找原因并记录;前者可方便的浏览地铁UPS的实时状态或故障，而后者却要花大量时间整理出全部故障;前者中，包括检修人可以实时接到维修任务且通过网络提交解决方案等等功能，而后者却还需通过繁琐的流程才能实现前者的功能。所以，地鐵UPS维护系统的研发有着重要的意义。

三、研究内容及总体设计

地铁UPS智能监测与维护系统主要有管理员和检修人员使用，管理员登陆管理系统进行管理，检修人员进入APP查看自己的任务。下面介绍管理员系统和检修人员系统的用例图。管理员可以执行一切管理操作。包括：地址管理、UPS属性、扫码记录、报警/分配、维护记录、模拟量数据、用户审核。检修人员可以在APP上查看自己的全部任务、扫码签到、查看UPS维护历史、个人维护历史。系统功能用例图如图1所示。

“地铁UPS智能监测与维护系统”的管理员端共有八个功能模块，分别为系统登录、用户审核、地址管理、UPS属性、扫码记录、报警/分配、维护记录和模拟量数据。检修人员APP端有注册登录、全部任务、扫码签到、查看UPS维护历史和个人维护历史五个大模块，系统中还包含DTU与UPS的通信、DTU与WEB Service的通信。

在具体的实现思路上，首先完成数据的采集。系统开发阶段需要有虚拟数据经行测试，所以先完成数据的采集是保证顺利研究的第一步。DTU每10秒向服务器发送一次心跳包，同时服务器每时每刻监听着是否有心跳包传入，一旦有，则命令DTU向UPS查询一次此刻UPS的告警状态和模拟量，UPS返回的数据通过DTU发送给服务器，服务器辨别数据类型后存入数据库中。

然后开发管理员后台，把数据库中的数据展出，并允许管理员操作相关事宜。管理员登陆管理系统可实时查看已存在的UPS各项数据。管理系统内还包括：地址管理、UPS属性、扫码记录、报警/分配、维护记录、模拟量数据、用户审核。最后开发员工APP，员工应能够查看管理员下放的任务，并提交维修的方案。员工登陆APP后可以查看自己的任务、扫码签到、查看任一UPS维护历史、查看自己的维护历史、提交维护方案。在数据库设计方面，本系统需要使用任务分配实体、扫码记录实体、UPS信息实体、地址信息实体、维护记录实体、模拟量信息实体、用户信息实体和告警信息实体。

当设备与设备之间通过物理接口或网络接口进行交互通信时，物理硬件的接口交互要遵循主或从设备的通讯协议，基于互联网的http通信需要在服务器上留有接口，供终端设备调用，从而达到数据采集、交互以及保存的目的，下面介绍Android App与数据库通信的接口设计和DUT与UPS接口协议规范以及UPS与数据库通讯接口设计。由于服务器与Android端设备不属同一平台设备，本系统设计通讯接口的数据格式为json格式，json格式的数据有着优雅、简洁的特点，比xml格式数据在通讯传输上占用资源更小。使用C#语言编写ASP.NET网站，通讯接口则是网站中的网页，或者一般处理程序，或者web service等。当Android需要某些验证或者请求一些数据时，只需向服务器请求这些通信接口即可。Android端从接口中收到信息后即可相对应地做一些json数据解析，从而得到相应的返回数据。

在本次数据采集的场景中，由DTU中转来自网络接口（串口）和UPS的数据，即由网络串口通过DTU转发其数据采集命令给UPS，UPS收到命令后并返回相应的结果信息，信息通过DTU再转给网络服务器，这个一次命令后，服务器采集的数据就通过DTU中转的形式保存到了云服务器上，其通信模式如图2所示。物理接口采用RS232接口，异步传输方式，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验，数据传输速率最大19200bps，UPS与DTU连接时，采用主从的通讯方式，其中DTU作为主机，UPS作为从机，主机呼叫从机并下发命令，从机收到命令后返回响应信息。

四、技术路线及实现

本项目包含硬件的驱动，软件开发，属于软件开发加系统集成类型，项目中用到的硬件接本上是外购，其是软件开发过程中操作的对象，所以项目本身还属于软件项目，拟采用软件工程的路线展开项目各部分的工作，首先需要做好系统设计，定义好接口规范，然后团队各个成员按照各自分配的任务并行展开工作，由此确定的项目研究技术路线为：硬件选型、调试，确定硬件的技术文档，然后根据系统功能设计系统数据库并在此基础上完成系统初始化工作，将标签信息登记入库并维护其相关的物品属性，其次对系统实施和整体的部署环境进行需求调研和分析以及设计，细化出功能模块，明确交互接口，调用双方按照接口规约分别在各自的系统中实现该接口，最后进行系统组装，测试。

地铁UPS智能监测与维护系统能够大幅完善管理机制，提升检测与维护效率，节约巨大人力与财力。本系统完成目前需要的所有需求，同时整个系统也拥有足够的稳定性，在几个月的内测试中，尚未发现逻辑漏洞和功能欠缺。本系统在开发过程中，一直为后期二次开发留有良好的空间，在程序中预留大量接口与接口说明。本系统由硬件+服务器+双客户端组合而成，开发中使用Windows+VS2010+SQL Server+C#+Java+eclipse等技术，实现了需求中管理员端的系统登录、用户审核、地址管理、UPS属性、扫码记录、报警/分配、维护记录、模拟量数据;检修人员APP端的注册登录、全部任务、扫码签到、查看UPS维护历史和个人维护历史等众多功能。

参考文献：

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