一种交互式通信机房节能型电能计量装置及方法与流程

本发明涉及一种电能计量装置，具体涉及一种交互式通信机房节能型电能计量装置及方法。

背景技术：

目前国内的中国移动、中国联通、中国电信等电信运营商建设了超过100万个通信机房，里面放置了传输、无线、电源、蓄电池等多种通信及支持设备。具备数量大、分布散而广、单体相对小、无人值守、能耗密度高的特点。由于通信机房具有通信设备发热量大，一年四季都需要制冷的特点，为保证设备的工作条件，通信机房均购买了普通立式家用空调，一个通信机房一般配置2台。普通家用空调制冷能耗高，制冷效率低，压缩机频繁启动，容易损坏，虽有精密空调能解决这些问题，但存在价格昂贵，只能用于大型通信枢纽局房等问题，而且无法进行有效的细分能量计量和分析，也无法进行精细化的能耗管理。

为了解决上述问题，我们做出了一系列创新。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种交互式通信机房节能型电能计量装置及方法，从根本上解决现有技术所存在的上述缺点和不足。

一种交互式通信机房节能型电能计量装置，其特征在于，包括：外壳、ARM控制器、存储模块、传感器系统、电能计量模块、继电器模块和传输模块，所述ARM控制器与存储模块、传感器系统、电能计量模块、继电器模块和传输模块连接，所述传感器系统与空调控制板和空调变压器连接，所述电能计量模块与电流环连接；其特征在于，方法包括以下步骤：

步骤1、通过电能计量模块的交流感应环采集系统同时采集通信机房总能耗，及三大类通信设备能耗的四种能耗数据，包括有功功率，视在功率、有功电能和视在电能，把寄存器中的数据传输到ARM控制器中；

步骤2、所述ARM控制器对采集的原始寄存器数据，根据电表芯片的校准值EC和溢出状态，进行分析计算，得出三大类设备细分的电能和功率数据；

步骤3、采集温度，湿度，设备工作状态信息，具体如下：

步骤3-1、所述传感器系统通过对通信机房的环境温湿度的读取，所述空调温湿度采集器采集机房空调的出风温度T1和T2，所述室外湿度采集器采集室外温湿度H2以及蓄电池恒温柜温度T3和T4；

步骤3-2、所述继电器模块采集设备工作状态，空调1的开关状态1，空调2的开关状态2，自然冷源风机系统的开关状态，蓄电池恒温柜小制冷空调的开关状态，48V排氢风扇工作状态；

步骤4，根据采集的功率、电能、温湿度和设备工作状态，ARM控制器依据设定的逻辑，做节能控制，具体如下：

步骤4－1、设置门限的温度，其中门限1的温度为：28度，门限2的温度为：35.99度，门限3的湿度为：76％，门限4的温度为：36度，门限5的温度为：37度，门限6的温度为：40度；

步骤4－2、当室内温度与空调1和空调2均低于门限1时，关闭全部制冷设备，电能计量模块仅采集通信设备能耗，此时的PUE降为最低值PUE＝1，全部制冷设备停止工作后，机房温度严密监控中；

步骤4－3、当室内温度与空调1和空调2温度在门限1与门限2之间时，当室外温度小于室内三个平均温度2度时，装置启动自然冷源系统，关闭空调1和空调2，在一年的11月到次年的4月均可使用，电能计量模块采集设备能耗和自然冷源系统能耗，PUE较低，在PUE＝1.1-1.2左右；

步骤4－4、当室内湿度超过门限3时，关闭自然冷源系统，开启空调1和空调2，保证通信机房的湿度小于门限3，防止静电产生，这时机房电能计量通信设备负载和制冷设备负载，PUE在1.5-2.5之间波动；

步骤4－5、当室内温度、空调1和空调2温度超过门限4时，启动空调1，当室内温度继续上升超过门限5时，启动空调2，控制通信机房的温度小于门限5，这时机房电能计量通信设备负载和制冷设备负载，PUE在1.5-2.5之间波动；

步骤4－6、当机房温度大于门限6，启动告警装置，同时打开自然冷源系统、空调1和空调2，实时通过传输模块通知网络管理中心，上站维修空调；

步骤5、通过全量数据采集，ARM控制器通过无线通信模块720，把数据上传到云平台，进行大量的分析处理，最终达到检查通信机房PUE值，制冷设备的健康分析，节能效果分析，电能统计与报表，具体如下：

步骤5-1、原始数据实时计算处理入库，数据实时更新，保持同步；

步骤5-2、汇集报表，分钟数据，小时数据，日报数据，月报数据，并将各种数据分析处理，通过图表的形式展现出来。

步骤5-3、电能计量分析，节能分析，报表，天气温度汇总，节能量计算，历史数据对比，能耗分析预测，为通信机房运营提供精准的数据支持；

步骤5-4、分析能耗数据，提供PUE值，形成标准能耗图表，提供能耗管理建议；

步骤5-5、电能计量校准，电表数据分析，确保电表运行精度，运营管理保证；

步骤5-6、告警，通信机房异常能耗，通信机房空调故障导致高能耗低制冷效率，管理节能，防止偷电及设备异常故障。保障通信机房实时监控，确保出现故障第一时间发现解决，把意外损失降到最低。

进一步，所述存储模块包括：内存、SD闪存、FLASH闪存和只读存储器，所述内存、SD闪存、FLASH闪存和只读存储器与ARM控制器连接。

进一步，所述传感器系统包括：空调温湿度采集器、室外温湿度采集器和传感器防雷电路，所述传感器防雷电路的一端与ARM控制器连接，所述传感器防雷电路的另一端与空调温湿度采集器和室外湿度采集器连接，所述空调温湿度采集器与空调连接。

进一步，所述电能计量模块包括：电表芯片、电压采集器、交流感应环采集系统和脉冲测试系统，所述电表芯片和电压采集器与ARM控制器连接，所述交流感应环采集系统和脉冲测试系统分别与电表芯片连接。

进一步，所述继电器模块包括：驱动电路和继电器，所述驱动电路与ARM控制器连接，所述继电器与驱动电路连接。

进一步，所述传输模块包括：网线通讯接口和无线通信模块，所述网线通讯接口和无线通信模块与ARM控制器连接。

本发明的有益效果：

本发明可以远程实时地监测通信机房的多路电能计量，包括总能耗，通信设备能耗，空调能耗，总功率，通信设备实时功率，空调功率。采集大量环境信息，联动空调制冷设备，自然冷源设备，恒温设备，解决了超过100万个无人值守通信机房的电能管理和节能问题。保证了通信机房的稳定实时的电能计量管理，与节能管理，不但能够节能，还使节能可视化，可计量，实时分析节能状态，控制节能设备的联动，保证了即实现了通信机房的远程节能与电能计量，又使通信机房的安全等级大幅提高。延长了空调设备的使用寿命。能够支持不同数量、不同型号设备，不同厂家型号的空调设备和通风设备；能够检测出设备故障并实时告警；能够支持分布式数据采集和智能控制；支持机房节能检测、分析与优化；支持分区域，多机房协同的综合节能；采集的数据存储在云平台中，可以多种形式友好展现给管理人员，保障了通信机房的节能降耗，安全高效运行。本发明也可以应用在运营商之外的有类似组成结构的机房中。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的ARM控制器控制流程图。

图3为本发明的档位通信机房能耗图。

图4为本发明的AC(交流负载)与DC(直流负载)日能耗图。

图5为本发明的功率图。

附图标记：

外壳100、ARM控制器200、存储模块300、内存310、SD闪存320、FLASH闪存330和只读存储器340。

传感器系统400、空调温湿度采集器410、室外温湿度采集器420和传感器防雷电路430。

电能计量模块500、电表芯片510、电压采集器520、交流感应环采集系统530和脉冲测试系统540。

继电器模块600、驱动电路610和继电器620。

传输模块700、网线通讯接口710和无线通信模块720。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1为本发明的系统结构图。图2为本发明的ARM控制器控制流程图。图3为本发明的档位通信机房能耗图。图4为本发明的每日AC(交流负载)与DC(直流负载)能耗图。图5为本发明的功率图。

如图1所示，一种交互式通信机房节能型电能计量装置包括：外壳100、ARM控制器200、存储模块300、传感器系统400、电能计量模块500、继电器模块600和传输模块700，ARM控制器200与存储模块300、传感器系统400、电能计量模块500、继电器模块600和传输模块700连接，传感器系统400与空调控制板和空调变压器连接，电能计量模块500与电流环连接。

如图2所示，ARM控制器200采用S3C2416核心板开发，主频400Mhz。存储模块300包括：内存310、SD闪存320、FLASH闪存330和只读存储器340，内存310、SD闪存320、FLASH闪存330和只读存储器340与ARM控制器200连接。内存为128MB DDR2，FLASH闪存330为256M NAND flash，8K的只读存储器340用于存储设备数据与参数，SD闪存320用于工厂批量生产测试。

传感器系统400包括：空调温湿度采集器410、室外温湿度采集器420和传感器防雷电路430，传感器防雷电路430的一端与ARM控制器200连接，传感器防雷电路430的另一端与空调温湿度采集器410和室外湿度采集器420连接，空调温湿度采集器410与空调连接。传感器系统400通过CPU的GPIO口扩展出环境参数采集口，可以采集机房环境温度、湿度和室外温度，并行采集10路环境参数。

电能计量模块500包括：电表芯片510、电压采集器520、交流感应环采集系统530和脉冲测试系统540，电表芯片510和电压采集器520与ARM控制器200连接，交流感应环采集系统530和脉冲测试系统540分别与电表芯片510连接。电表芯片510包含4路AT7022，可以同时计量4路三相交流电电能，或者12路单相交流电电能，通过SPI接口，CPU可以读取没路电表的电能。

继电器模块600包括：驱动电路610和继电器620，驱动电路610与ARM控制器200连接，继电器620与驱动电路610连接。继电器模块600包含7路继电器和它的控制驱动电路610，由CPU的GPIO控制，用于控制机房的空调和风机。

传输模块700包括：网线通讯接口710和无线通信模块720，网线通讯接口710和无线通信模块720与ARM控制器200连接。无线通信模块720是一块完整的3G或4G MINI-PCI无线数传模块，通过USB桥与CPU互通信息，然后上传采集的环境参数和电能到云端，下传机房内设备的控制信息。

如图3、4和5所示，方法流程包括以下步骤：

步骤1、通过电能计量模块500的交流感应环采集系统530同时采集通信机房总能耗，及三大类通信设备能耗的四种能耗数据，包括有功功率，视在功率、有功电能和视在电能，把寄存器中的数据传输到ARM控制器200中；

步骤2、ARM控制器200对采集的原始寄存器数据，根据电表芯片510的校准值EC和溢出状态，进行分析计算，得出三大类设备细分的电能和功率数据；

步骤3、采集温度，湿度，设备工作状态信息，具体如下：

步骤3-1、传感器系统400通过对通信机房的环境温湿度的读取，空调温湿度采集器410采集机房空调的出风温度T1和T2，室外湿度采集器420采集室外温湿度H2以及蓄电池恒温柜温度T3和T4；

步骤3-2、继电器模块600采集设备工作状态，空调1的开关状态1，空调2的开关状态2，自然冷源风机系统的开关状态，蓄电池恒温柜小制冷空调的开关状态，48V排氢风扇工作状态；

步骤4，根据采集的功率、电能、温湿度和设备工作状态，ARM控制器200依据设定的逻辑，做节能控制，具体如下：

步骤4－1、设置门限的温度，其中门限1的温度为：28度，门限2的温度为：35.99度，门限3的湿度为：76％，门限4的温度为：36度，门限5的温度为：37度，门限6的温度为：40度；

步骤4－2、当室内温度与空调1和空调2均低于门限1时，关闭全部制冷设备，电能计量模块500仅采集通信设备能耗，此时的PUE降为最低值PUE＝1，全部制冷设备停止工作后，机房温度严密监控中；

步骤4－3、当室内温度与空调1和空调2温度在门限1与门限2之间时，当室外温度小于室内三个平均温度2度时，装置启动自然冷源系统，关闭空调1和空调2，在一年的11月到次年的4月均可使用，电能计量模块500采集设备能耗和自然冷源系统能耗，PUE较低，在PUE＝1.1-1.2左右；

步骤4－4、当室内湿度超过门限3时，关闭自然冷源系统，开启空调1和空调2，保证通信机房的湿度小于门限3，防止静电产生，这时机房电能计量通信设备负载和制冷设备负载，PUE在1.5-2.5之间波动；

步骤4－5、当室内温度、空调1和空调2温度超过门限4时，启动空调1，当室内温度继续上升超过门限5时，启动空调2，控制通信机房的温度小于门限5，这时机房电能计量通信设备负载和制冷设备负载，PUE在1.5-2.5之间波动；

步骤4－6、当机房温度大于门限6，启动告警装置，同时打开自然冷源系统、空调1和空调2，实时通过传输模块700通知网络管理中心，上站维修空调；

步骤5、通过全量数据采集，ARM控制器200通过无线通信模块720，把数据上传到云平台，进行大量的分析处理，最终达到检查通信机房PUE值，制冷设备的健康分析，节能效果分析，电能统计与报表，具体如下：

步骤5-1、原始数据实时计算处理入库，数据实时更新，保持同步；

步骤5-2、汇集报表，分钟数据，小时数据，日报数据，月报数据，并将各种数据分析处理，通过图表的形式展现出来。

步骤5-3、电能计量分析，节能分析，报表，天气温度汇总，节能量计算，历史数据对比，能耗分析预测，为通信机房运营提供精准的数据支持；

步骤5-4、分析能耗数据，提供PUE值，形成标准能耗图表，提供能耗管理建议；

步骤5-5、电能计量校准，电表数据分析，确保电表运行精度，运营管理保证；

步骤5-6、告警，通信机房异常能耗，通信机房空调故障导致高能耗低制冷效率，管理节能，防止偷电及设备异常故障。保障通信机房实时监控，确保出现故障第一时间发现解决，把意外损失降到最低。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。