| 摘要：动力环境集中监控系统逐渐成为通信行业新的维护管理手段，已经广泛应用于各种通信网络。是实现通信局（站）的少人无人值守，以及电源、空调的集中监控维护管理，提高供电系统的可靠性和通信设备安全性的迫切需要。 |
第五节监控单元
一、局（站）监控单元的结构
局（站）监控单元是监控系统中最低一级计算机系统，它通过监控模块（SM）与被监控设备直接相连，对被监控设备进行数据采集和进行控制。
目前大多数监控系统的局（站）监控系统由单片机控制系统或工业控制机系统组成，有的也采用可编程控制器等其它计算机系统。总的说来各监控设备制造厂商为了加强系统的可靠性和技术上的先进性，降低系统造价，针对通信电源的特殊场合和特殊要求，都倾向于采用可靠性高的单片机系统。该系统一般具有丰富的输入/输出接口，有多种形式的通信接口和较大的存储容量，方便数据存储和转发。局（站）监控系统的基本结构如下图1-8-21。图中主控模块（主机）与通用采集模块、智能协议转换器、蓄电池监测模块通过RS485/422协议进行数据通信。
作为监控系统最低的一层，局（站）监控系统是整个监控系统进行集中监控和管理的基础，要求有高度的可靠性和稳定性。
二、传感器和变送器
传感器是一种为获取某种（物理、化学或生物）信息，将该信息转换为另外一种易于检测的信息量（电量、光学量、机械量）的器件或装置，也称为变换器或换能器。在工程检测中，传感器通常是将非电量形式的信号转换为另一种便于检测的电信号的器件或装置。传感器广泛应用于检测、自动化控制等方面，它可以分为光敏器件、热敏器件、气敏器件、磁敏器件、力敏器件、声敏器件等。
变送器是一种将被测变量（电压、电流等）转换为可以传送的标准输出信号的器件。
在自动检测系统中，一般传感器的输出电量都很微小，需要经过信号放大才能成为监控设备所接受的标准电量。标准电量或标准输入电量的采用是为了统一各类输入信号，便于产品化和互连互通。标准的模拟量信号有：0～5V、0～20mA或4~20mA。标准的开关量信号有：纯粹的干接点、地信号、某一负值电压、带一定电阻的干接点。
对于模拟量，采用电流量要比电压量优点多，因为考虑信号采样电路，电流量可靠准确，它不会象电压量，在信号取样电路中产生压降。
对于开关量来讲，带一定电阻的干接点比较好，在被取样的常开触点上并联一只电阻，监控设备随时可以发现扫描回路开断的状态，以此监视采样回路的好坏。如用地气或负电压，采样只要单线即可，但信号地气或偏离一定量的负电压会引起误信号。
（一）常用的电量变送器
监控系统中常用的电量变送器有三相电压变送器、三相电流变送器、直流电压变送器等。例如某厂商生产的电量变送器有：
1、三组合交流电压变送器
三组合交流电压变送器用于测量三相电压，接线示意图见图1-8-22，由铭牌说明可得知此变送器的外特性为：
工作电源：DC＋24V
量程：0～450V
输出：4～20mA（输出与电源公用一对线）
由此可知信号的特性曲线如图1-8-22所示，在该图中，X轴为传感器的输出，Y轴为量程范围，但更一般地，Y轴表示要测量的量。交流电压信号经变送器变换后接入采集器，要根据变送器的输出信号特性及变比对采集器的相应通道进行设置（注意单位统一成标准单位）。如此例，X1=0.004、Y1=0、X2=0.02、Y2=450。为了方便，通常可用“0~450Vac/4~20mA”表示该传感器的输入输出特性。
电压变送器直接从负载取得电压信号，变送器的输入线不能短路。为了设备安全，要求在变送器的输入端安装保险。
2、三组合交流电流变送器
在了解电流变送器之前，先来了解交流电流是如何测量的。通信动力系统负载功率大，对应的交流电流也很大，一般为几十或几百安培，为了测量方便，现场先用交流电流互感器将大的电流变为小的电流。
电流互感器的输出均为0~5A，即最大输出5A的电流。互感器的不同，量程也不一样，量程与最大输出的比值称为变比，如200A/5A或100A/5A。如果我们测出互感器的输出电流大小，乘以变比后就是负载的电流大小。通常电流变送器可以测量5A以下的电流值。
由三组合交流电流变送器的铭牌说明可得知此变送器的外特性为：
工作电源：DC24V
量程：0～5A
输出：4～20mA（输出与电源公用一对线）
图1-8-23电流变送器及配置曲线
该变送器的特征曲线如图1-8-23所示，要注意Y需乘以互感器的变比。假设互感器的变比为200A/5A，则调试采集器的通道时配置参数为X1=0.004、Y1=0、X2=0.02、Y2=200。
如果变送器的前端没有接互感器，而是直接接入的负载电流（如空调电流等小于变送器输入范围的电流），在配置X1、Y1、X2、Y2时要注意Y不要再乘以变比。
电流互感器实质上是一个升压变压器，该变压器的初级就是负载导线，只有一匝，如果次级开路，就产生较高的电压，因此，互感器的次级不能开路，否则对人身安全有危险。互感器的次级接入电流变送器，在安装或更换电流变送器时一定要停电作业，才能确保人身安全；从互感器接入到变送器的回路中不能接入保险。安装或更换其它需要接入互感器输出电流的变送器也有相同的要求。
3、直流电压的测量
电池的单体电池电压直接计入监控系统测量。对于总电压、油机启动电池电压可利用合适的电阻分压后接入监控系统，如图1-8－24所示。有的监控系统也可以直接接入开关电源总电压。
在上图中，假定油机启动电池电压为24V，R1为6K，R2为2K，该分压电路相当于一个0~24Vdc/0~6Vdc的变送器。目前更多的是直接使用直流电压变送器，如某型号直流电压变送器，输入直流电压范围为0~30V，输出为4~20mA，需直流24V电源。
4、直流电流的测量
通信系统的直流电流通常很大，可达几百甚至上千安。为了测量直流电流，一般都在直流负载母排上安装了分流器，分流器相当于精密小电阻，当大电流通过时，在该电阻两端产生一个电压，通过测量分流器两端的电压可以间接测量负载电流。分流器的最大输出电压为75mV，不同的分流器有不同的分流器系数，如分流器系数为1000，表示负载电流达到1000A时，分流器的两端电压达到75mV。直接将分流器的两端的电压接入采集通道可以测量电流，但因信号太小（0~±75mV），容易受到干扰产生误差。因此常用直流电压变送器将被测电压信号转换成DC4-20mA工业标准电流信号后再接入采集器测量，见图1－8－25。设置通道参数时同样要注意分流器系数。
某型号直流电压变送器，外特性如下：
测量范围：DC-75mV～0～75mV
输出范围：4-12-20mA（三线制，对应三相电流）
工作电源：DC24V
（二）常用的传感器
监控系统中常用的传感器有温度传感器、湿度传感器、感烟探测器、红外探测器、门磁开关、水浸、液位传感器等。
1、温度传感器
温度是表示物体冷热程度的物理量，一些物体在温度变化时改变某种特性，根据这一现象可以间接地测量温度，温度传感器就是根据这一原理设计的。某温度传感器的外特性为：
工作电源：DC24V
量程：0～50℃
输出：4～20mA（输出与电源公用一对线）。
2、湿度传感器
湿度一般指相对湿度，是空气中所含水蒸汽分压与同温度下所含最大水蒸汽分压（饱和水蒸汽压力）的比值，用百分比表示，常写成%RH。相对湿度表示了空气中水蒸汽相对饱和程度。如果机房内的空气湿度过低，则人体在机房内走动时容易产生静电，如果没有经过放电就接触设备容易烧坏电路板。如果机房内的空气湿度过高，则容易腐蚀电路板降低设备寿命。
某型号温湿度一体化传感器，采用铂电阻作感温元件测量温度，用高分子薄膜电容式湿度传感器测量湿度。温度，湿度互相隔离，相当于两个传感器，外特性为：
工作电源：DC24V
输出信号：4~20mA
湿度测量范围：0~100%RH
温度测量范围：0~50℃
为了测量的结果具有代表性，温湿度传感器应安装在最能代表被测环境状态的地方，避免安装在空气流动不畅的死角及空调的出风口处。
3、感烟探测器
感烟探测器简称烟感，是一种火灾探测器。火灾探测器分为感烟探测器、感温探测器和火焰探测器。感烟探测器分离子感烟型和光电感烟型；感温探测器分定温感温型和差温感温型；火焰探测器主要用在探测无烟火灾场合，且价格昂贵，一般工程不采用。工程上使用最多的是离子型感烟探测器。
离子感烟探测器利用放射性元素产生的射线，使空气电离产生微电流来检测空气中是否有烟。目前大部分离子感烟探测器采用单源双室工作，即采用一个放射源，两个工作室。工作室中一个为参考室，一个为探测室，没有烟进入探测室时，两室的微电流平衡，当烟雾进入探测室时，探测室电流发生变化，破坏平衡，传感器将检测到的信号送到一个正反馈电路，产生报警输出。离子感烟探测器在监视状态下，其工作电流为几十μA；报警状态下，在探测器上的压降为4～6V，允许通过最大电流为60～100mA。我们可以把烟感信号看成一个常开接点，告警时闭合，图中的R为采集器内部的限流电阻，一般阻值为4.7K。一个烟感有效探测范围是有限的，当一个机房内装多个烟感时，需并联安装。
烟感告警时具有告警保持的特点，即一旦告警烟感两端将一直为导通状态。烟感告警或测试烟感后，一定要进行复位。复位的方法很简单，给传感器断一次电即可，例如关闭采集器电源后再打开。按消防的要求，烟感是不允许远程复位的，因此不会在监控中设计远程复位功能。
在使用离子感烟探测器时应注意：
a)只有垂直烟才能使其报警，因此烟感应装在房屋的最顶部。
b)灰尘会使感应头的灵敏度降低，因此应注意防尘。
c)离子感烟探测器使用放射性元素Cs137，应避免拆卸烟感，注意施工安全。
d)烟感需要定期（如每年一次）进行清洁，保证其工作的可靠性。
4、门磁开关传感器
门磁开关又称为门碰，实际上是一个干簧管，干簧管由两个靠得很近的金属弹簧片构成，两个金属片为软磁性材料，当干簧管靠近磁场时，金属片被磁化，相互吸引而接触，当干簧管远离磁场时弹簧片失去磁性，由于弹力的作用两金属片分开，因此门碰相当于一个常闭开关，多个门磁开关可串联接入采集器的同一个通道。
安装门磁开关时将干簧管安装在固定的门框上，磁体安装在可动的门上，尽量使它们在门关时靠得近、门开时离的远。如果是铁门，要选择适合铁门使用的门磁开关‘
三、通用采集模块
通用采集模块一般都具备多种输入/输出接口，例如符合工业标准的模拟量输入接口、开关量输入接口以及控制量输出接口。通过通用采集模块的输入接口，连接传感器或变送器采集被监控设备的各类数据。一般这类被监控设备不具备智能接口，必须通过通用采集模块才能接入监控系统中。好的通用采集模块采用模块化设计，提供多种配置灵活的数据输入/输出模块。通用采集模块要求有较强的隔离/保护、抗干扰的能力。
四、智能协议转换器
随着开关电源、UPS、专用空调、柴油发电机组等智能设备的大量使用，由于这些设备自身提供通信接口（大部分为RS232，也有提供RS485/422、TCP/IP）,通过通信接口可以向外提供设备的各类信息。但是它们与外界的通信信号格式和协议各不相同，为了解决各种智能设备与监控系统之间的信息交换，通常的解决方案是采用协议转换器，将智能设备的通信协议转换成监控系统的内部协议。今后智能设备通信协议的统一，将为设备的接入提供方便。
协议转换器在进行通信协议转换时，实际上是按智能设备的通信协议接受智能设备的数据，再按监控主机的通信协议转发给监控主机；或者按局站监控主机的通信协议接受局站监控主机下达给智能设备的命令，再按智能设备认识的通信协议转发给智能设备，因此协议转换器具有程序存储和数据存储以及数据处理转发的功能，其基本硬件包括CPU、RAM、EPROM/E2PROM和2个以上的串行通信口。
协议转换器与智能设备的连接方式有下列两种：一对一直连和总线连接。例如协议转换器通过RS232直接与开关电源、UPS、柴油机连接；而与多台同品牌专用空调的连接方式可以是通过RS422/485或其它总线方式进行连接，当然也可以采用一对一的连接，这样会增加一定的费用。
五、蓄电池监测模块
为了便于检测蓄电池组的每只电池端电压、温度等监控量，存储电池充放电数据和电池分析数据，监控设备生产厂商研制了蓄电池监测模块（或称蓄电池检测仪）对蓄电池监测进行单独处理。
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