罗记龙

　　一、问题的提出

1.1 集中监控系统是通信局站动力环境设备的管理工具

　　通信局站集中监控系统涉及的主要监控对象有：

　　动力设备：交流配电、油机、开关电源、UPS、逆变器等；

　　空气调节设备：空调、通风系统、加湿机、除湿机等；

　　电池组：油机启动电池组、开关电源电池组、UPS电池等；

　　机房环境：温度、湿度、烟感、红外、门禁、水浸及图像等；

　　集中监控系统在将以上的这些各自独立、部分关联或不关联的设备监控起来的同时，实现了对这些设备的有机管理。

1.2 优质的集中监控系统的功能远不只“五遥”

　　谈到集中监控系统，大家都会想到“五遥”功能，即：遥测、遥信、遥调、遥控、遥视。但经过10多年的发展，随着监控系统规模的不断扩大，作为运营维护支撑系统的监控系统，以上“五遥”功能只能算是基本功能。

　　适应多变的维护工作目标的需要，与日益发展的维护流程的结合，是监控系统不能回避的问题，如：现阶段的“节能减排”等。选择一套优质的监控系统是满足这一需要的关键，而监控系统的规划、建设和使用容易被忽视，而实际是很关键的的几个方面有：

　　局站端（SU）监控功能的主动性、自动性（如底端PLC功能）：“五遥”需要借助监控中心发挥作用。譬如：对基站的空调进行遥控开关机，需要监控中心值班人员在操作终端上下发远程控制命令，如果基站的数量多到成百上千的时候，控制起来将非常费工费时，因此，现在更多的需要局站端监控设备能按一定的逻辑（如：节能运行逻辑）自动对空调进行控制，提高系统的主动性和自动性。

　　稳定可靠、适应网络发展的组网方案： “干接点”、“公务通道”等一些过渡性的组网方案在浪费了大量投资的同时，也使大家认识到监控网络规划的重要性。

　　科学、实用的监控测点方案：监控测点并不是越全面越好，而是要注重科学性、必要性和实用性，充分利用不同被监控设备的关联性，可以节省很多投资。

　　稳定可靠的硬件：除了采用性能指标优质的器件进行硬件设计外，全方位防雷设计（除了采集设备通信口、传输口、电源口有防雷设计外，每个采集通道都有单独防雷设计）是必不可少的。

　　现场工程质量：没有良好的现场工程质量，再好的硬件和软件都不可能组成一个稳定可靠的监控系统。

　　可用性、易用性设计：监控系统是一种智能工具，可用性和易用性非常重要。

　　智能性设计：综合分析能力、防微杜渐、自动决策及调度指挥、维护专家建议等增值功能。

　　可以想象，忽略了以上几个因素建设的监控系统，不但成不了节能减排的工具，而且会起到反作用。因为这样的监控系统可能经常需要进行现场维护与检修，花费大量的资金、人力和财力不说，大量车辆的使用显然不能做到监控系统本身运行的“节能减排” 。长期需要值班人员靠“五遥”来协助实行“节能减排”目标也是没有可操作性的。同时，要监控被监控的动力、空调及环境设备，并协助这些设备完成各自的节能减排目标，也离不开经过科学设计的、考虑了智能性设计、具备关键增值功能的监控系统。本文将在监控系统节能应用研究的同时，穿插提出建好监控系统的一些建议。

1.3 通信局站能耗统计数据回顾及节能三定率

　　根据美国环保署（EPA）给美国国会的统计报告：通信/IT设备的能耗、制冷与通信电源、制冷等支撑设备的能耗大致是：50%，40%和10%。

　　尽管主设备也在不断利用新的节能技术，如采用低能耗的芯片和器件，采用芯片直冷技术等，但新技术的大面积使用需要费用和时间，也不在本文研究的范围之内。本文着眼于从被监控的动力及环境设备的节能管理方面入手，力求使以上的50%变得更小，从管理要节能减排的效益。

　　从通信/数据机房的能耗模型数据分析可以得出以下的“节能三定律”：

　　通信/IT设备的节能是机房节能的基础。主设备降耗100瓦，机房可降耗284W。因此，采用低能耗的主设备是节能的重要措施。（不在本文讨论的范围内）

　　空调设备的节能是机房节能的关键。因为，消除274瓦的机房热量需要107瓦的电。空调节能除了采用高能效比的空调外，借助实用的监控系统是空调节能运行也非常重要。（本文重点讨论）

　　供电系统节能是机房节能不可缺少的要素。给149瓦负载供电，供电系统本身要消耗18瓦的电能，相当于10% 。可见，采用高效率的供电系统是机房节能的要素。（本文主要讨论交流供电系统和直流电源系统的节能）

　　根据统计数据，大型局站及小型局站的耗电数据如下：

　　（1）大型局站的能耗模型：主设备（服务器系统/交换传输设备等）、散热/制冷系统（如：空调）、电源系统、照明等其它系统分别占：52%、38%、9%、1%。数据中心、交换局等属于该模型范畴。

　　（2）小型局站的能耗模型：主设备（如：BTS设备）、散热/制冷系统（如：空调）、电源系统、照明等其它系统分别占：43%、46%、8%、3%。基站、模块局、接入网等属于该模型范畴。

　　尽管电源系统、空调系统等被监控设备本身也有很多新的节能技术，本文侧重阐明通过一套优质的监控系统来把这些被监控设备的各自独立的节能功能有效管理起来，并弥补不足，使充分发挥各自的潜能，发挥综合节能的合力效应。

1.4 通信局站能耗的动态性特点

　　通信局站内市电交流系统的负载、UPS负载、开关电源负载的数量和负荷是经常会发生变化的，局站内设备的不定期扩容也会引起机房热负荷的变化，因此局站的能耗经常是一个变量，但动力设备和空调设备相对来说变化少或扩容滞后。而科学设计的集中监控系统是动态掌控这些变化的重要工具，并能根据具体情况动态调整监控和节能运行方案。

二、集中监控系统在通信局站节能减排中的应用

　　2.1节能减排目标及与监控系统的密切关系

　　我国现阶段节能减排的基本目标是：

　　（1） 到2010年，万元国内生产总值能耗降低20％左右；

　　（2） 单位工业增加值用水量降低30％；

　　（3） “十一五”期间，主要污染物排放总量减少10％；

　　（4） 到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549万吨减少 到2295万吨；

　　（5） 化学需氧量（COD）由1414万吨减少到1273万吨；

　　（6） 全国设市城市污水处理率不低于70％；

　　（7） 工业固体废物综合利用率达到60％以上。

　　集中监控系统是通信运营商运营系统的支撑管理系统，是管理局站动力环境设备，使其节能运行的工具，是动力维护的集中决策指挥系统，可见，以上的（1）、（3）、（4）、（7）等节能减排的目标的实现离不开集中监控系统。

2.2集中监控系统在通信局站节能减排中的综合应用

　　下文将从监控系统的主要监控对象（本文“1.1” 中有描述）、系统特色功能入手，阐明如何发挥监控系统在通信局站节能减排中的作用。主要从以下几个方面进行分析：

　　交流供电系统监控管理　Vs 节能减排

　　精密空调综合监控管理 Vs大型通信机房节能

　　非智能普通空调及通风系统监控管理 Vs中小局站节能

　　开关电源监控管理 Vs 节能

　　机动油机智能调度　Vs 节能减排

　　维护专家系统及维护流程优化　Vs 节能减排

　　跨局站维护功能　Vs 节能减排

　　简易视频监控功能Vs 节能减排

　　可靠、实用、先进的监控系统是节能减排的关键

2.2.1交流供电系统监控管理Vs节能减排

　　市电质量的监控

　　先来分析市电的一个常见现象：三相电压不平衡，指各相之间相电压不相等或线电压不相等，与用户负荷特性、电力系统的规划、负荷分配有关。相关标准规定：不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。

　　三相负载不平衡的危害：

　　（1）对变压器：造成变压器的损耗增大，甚至烧毁。（变压器运行规程规定：中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%）。

　　（2）对用电设备：将导致高达数倍电流不平衡的发生，效率下降，能耗增加，并导致用电设备使用寿命缩短，增加设备维护的成本。

　　（3）对线损：加大线路损耗。

　　实用建议：对于数据中心、交换局等核心机房，需要进行市电综合参数的监控，主要包含：三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率、功率因素、电度以及重要输入开关的状态等。通过监控，可以动态发现市电的异常，及时采取措施，起到防微杜渐的作用，防止能量损耗以及重要设备的损坏。

交流停电/来电状态监控

　　先来分析一种典型的日常维护工作（无ATS时）：市电停电→发油机、切换到油机供电→市电来电→维护人员去关闭油机、切换到市电供电。

　　假设：市电成本：1元/度，则：油机发电成本：8-10元/度 （其中：燃料2元、车辆及人工4-5元、油机损耗及折旧2-3元）。

　　可见，油机发电的成本是市电的8倍以上，扣除必须的车辆和人工费用，“及时”关闭油机还可以节约4倍以上费用，并减少废气排放。

　　实用建议：对于需要采用固定油机或机动油机进行应急供电的局站，在没有ATS的情况下，增加市电停电/来电监控测点是非常必要的。

动力设备用户端（负载）的监控管理

　　一般的监控系统更多的关注是被监控的动力设备，而对欠缺对其负载的监控功能，即没有监控到用户端（负载）。这样会出现被监控的动力设备（如：电源和UPS）本身没有任何故障，但由于没有将其负载进行科学的分配和监控，引起负载开关跳闸等重大故障。

　　动力设备用户端（负载）的监控管理涉及： 交流配电柜、油机配电、UPS配电柜、直流配电柜等的负载管理，对容量节余、负载名称、负载种类、负载端子使用情况、负载平衡等进行管理。这些应用有：

　　（1）重要分路电流监控与计量：租用电、出租电计量，防止用电损失。

　　（2）分路负载管理：负载分配、容量预警、负载平衡分配建议，防止过流跳闸等。

　　（3）科学管理油机负载：防止油机欠载运行。因为，油机负载率在60%以上时才有利，否则容易引起燃油燃烧不充分、活塞、喷嘴积炭、缸体磨损加剧等。因此，有时油机多带点负载反而对油机运行有例。

　　实用建议：对于交流配电、油机、UPS、直流配电设备本身不能提供输出负载参数监控的设备，建议在关键位置增加相应监控测点，把负载管理起来，防微杜渐，降低故障率，提高供电系统可用度，减少现场维护（离不开维护车辆的使用等），从而实现节能减排（其实只是总体受益很少的一部分）。

2.2.2精密空调综合监控管理 Vs大型通信机房节能

　　精密空调本身存在以下的三个缺陷：

　　A、温湿度自动控制的参点只是：本机回风口传感器的温湿度值。其实，该值是不能动态精确反应机房各区域环境温湿度的。

　　B、精密空调有针对机房温湿度的智能调节功能，但离开将同一机房内不同精密空调综合管理起来的监控系统，由于各台空调之间没有通信联系，不能协同工作，存在各自为政的现象。“竞争运行”（指同一机房内不同的空调可能出现有的制冷、有的加热，有的加湿、有的去湿的情况，特别浪费能源）就是一个常见的现象。

　　C、不能动态按机房热场分布及变化，调整制冷方案。机房热场分布复杂：由于机房交换机架排列、建筑结构、线缆走向排序等复杂的客观因素，使得即使每台空调都在努力的工作，却达不到理想的效果。

以上缺陷的直接结果就是：

　　（1）、机房内环境温度不平衡，温差大：对主设备使用环境的安全性不利。

　　（2）、空调能耗加大。

　　（3）、增加空调运行时间，影响空调的使用寿命。

　　实用建议：对于采用精密空调的机房（如：数据机房、核心交换及传输机房等），建议在机房内关键部位增加一些温湿度采样点（可以动态反应机房内的温场大致分布），同时借助监控系统把机房内各自独立运行的精密空调管理起来，结合机房内热场的分布和变化，实现空调的“自适应、群控”、“层叠运行”管理，发挥团队的分工协调能力、合力和适应能力。这样，不但可以弥补以上的三个缺陷，避免引起的三个主要的不良结果。

2.2.3非智能空调及通风系统监控管理Vs节能减排

　　对于大量小局站一般采用的是非智能空调（如：基站、模块局、接入网，大量采用），或者简易通风系统（对自然气候条件有严格的要求，只有贵州等少量地区可采用，否则可能出现节省的电费钱抵不上主设备损坏的板件的费用）。

　　该部分局站数量大、分布广、交通不便利。从前面的分析可知，小局站中空调能耗占43%。因此，小局站空调的节能管理监控是能否实现节能目标的关键。

　　局站数量的庞大决定节能管理方案必须是系统自动完成，而不能靠监控中心来根据局站的温度去发远程控制命令来实现。这就需要采用脱离于“五遥”功能的PLC局站端自动控制功能。以下是充分利用艾默生监控系统局站端采集器提供的PLC功能，实现小局站空调和通风系统自动节能运行的原理：

　　节能效果评估：经过实际测试，结合艾默生公司“空调节能运行管理软件”，可实现下局站空调节能：5-10%左右。

　　实用建议：建议选用带以上功能的监控采集设备和软件，实现小局站空调的节能减排运行管理。

2.2.4 开关电源监控管理Vs节能减排

　　影响开关电源能耗的关键因素：模块工作效率、器件能耗。

　　器件的节能是属于电源设计方面的节能，本文主要从提高模块效率来实现电源的节能运行方面进行分析，这可以通过以下的途径来实现：

　　提高整流模块的工作效率的方法有：合理配置模块（不属于本文讨论的范畴）、应用模块休眠功能。

　　适时启用电池放电：波峰波谷充放电管理。

　　以下的曲线表明：整流模块的负载率（模块的输出工作电流/模块的额定电流）越高、其工作效率越高，能耗损失越小。

　　本文主要从应用或模拟模块休眠功能、电池组波峰波谷充放电管理两个方面来说明如何实现开关电源的节能运行。

（1） 利用模块休眠运行模式节能

　　假设：一套开关电源有4个50A的模块，负载电流是60A。

　　如果4个模块都工作，则：模块的负载率为：（60A÷4）÷50A=30%，其对应的效率为：89%左右；

　　如果关闭2个模块的输出（休眠），仅靠2个模块工作提供输出，则：模块的负载率为：（60A÷2）÷50A=60%，其对应的效率为：93%左右；

　　节能效果：采用休眠运行功能，可以使效率提高4%左右，从而节能4%以上（因为电源本身的能耗还需要消耗空调制冷的能量）。

　　实用建议：建议选用带以上功能的开关电源，可以通过监控系统来实现节能运行管理与实时监控其功能是否发挥。特别是，对于没有以上功能的开关电源，可以借助监控系统的功能来模拟休眠运行功能，达到使开关电源节能运行的目的。

（2） 利用电池组波峰波谷充放电管理节能

　　首先，电池组定期进行充放电是有利于延长电池组使用寿命的。

　　另外，一些地区用电高峰期电费较贵，用电低峰期电费较低；拉闸限电时有发生。

　　该功能的原理是：用电波峰时指令所有模块休眠，迫使电池放电，波谷时再启动整流

　　模块采用市电供电并使电池组充电。这样即可以节省市电电费，还可以避免拉闸限电。

　　效益分析：以50V200A的负载为例子（功率10KVA），若每天放电10小时，充电15小时，波峰电价1元/度,波谷电价0.5元/度,若不考虑电池的放电效率,电池放电10小时的能量为:10KVA*10=100KVA,每天可节省电费50元。 1年的用电高峰时长设为3个月,每年可节约电费: 50*3*30=4500元. 蓄电池正常充放电次数按500次计算,相当于6年,与要求的使用寿命6年相当, 6年共计节省费用2.7万元左右。

　　实用建议：选用实用的监控系统实现以上功能。

2.2.5 机动油机智能调度Vs节能减排

　　油机智能调度的好处:

　　该发的电一定要发：VIP站、临时VIP站、重要局站。

　　不必要发的电不多发：节能、减排、节费用（油机电费用比市电贵4倍以上）。

　　按一定的优先顺序（可调整）自动生成油机调度信息，如：先后顺序、调度对象、路线指引等信息。

　　调度方案：根据基站的物理分布、负载情况、电池配置、基站重要程度等因素，综合考虑，制定多个局站停电后的机动油机调度方案。

　　效益分析：按照某公司全省8000个站考虑，每月少发电3500次（每次5小时）计算，每月可减少不必要的发电17500多小时，假定每次发电功率为5kw，可减少不必要的发电8.75万度，节省的费用=10*8.75万=87.5（万元/月，设每度油机电的费用为10元），每年节约：87.5*12=1050（万），从而节省大量油机发电费用。

2.2.6 维护专家系统及维护流程优化Vs节能减排

　　专家维护建议系统的基本功能是：当发生告警时，可以自动根据曾经发生的相似告警的处理过程给出维护建议；同时可以对维护建议库进行新增、编辑和修改等管理功能。

　　优质的监控系统建成后，维护作业流程可做如下的修订：

　　（1）巡检的频次可降低：减少车辆使用，节能、减排。

　　（2）巡检内容简单化：项目可减少、能动态监控的可免检或少检。

　　（3）为维护外包提供工具。

　　（4）为维护费用的核算提供依据：油机油料计算等。

　　（5）远程可处理的可不到现场：节约车辆及油耗等。

　　（6）防微杜渐：发现小的故障及时处理，避免重大事故的发生，减少损失和开支。

　　实用建议： 选用监控系统需要更多的关注系统后台的功能。注重综合分析能力、防微杜渐能力，自动决策及调度指挥、维护专家建议等增值功能。

2.2.7 跨局站维护功能Vs节能减排

　　作为动力运行维护支撑系统的动力环境集中监控系统，其可用性和灵活性非常重要。采用艾默生具备“全IP”功能的组网方案、硬件和软件，可以最大限度的减少系统的维护工作量及维护开支。

　　跨局站维护就是其特色功能之一,其主要精髓在于：当维护人员在某个站点或附近时，离其比较远（如：60公里或更远）的站点被监控设备发生故障，需要进行诊断时，维护人员就可以就近找一个位于同一监控网络的被监控的站点，用维护便携机接入该局站的监控采集器（有专用的RJ45的维护接入端口）,就可以对远程需要诊断的局站进行访问并及时处理，而不是一定要到现场。这样不但争取了时间，而且减少了车辆的使用，达到节能减排的效果。

　　实用建议： 选用该先进的组网模式、硬件和软件将在节能减排方面收到做出意想不到的效果。

2.2.8 简易视频监控Vs节能减排

　　因昂贵的编码器缘故，传统的视频监控选项在监控系统中一度作为豪华型配置来对待，主要用于重要的交换机房、数据机房等，而在数量庞大、分布广的小局站中采用可望而不可及。但这些小的局站一般都是无人值守，被偷盗情况严重，特别需要视频监控。

　　为解决这一矛盾,艾默生公司推出了简易视频监控系统，结合其特色的“告警联动录像”功能，完全可以在小局站普及视频监控，使客户利用少量的投资就能使小局站的维护变得“可视”，拉近了维护人员与小局站现场的距离，使得很多需要到现场进行维护处理的工作可以远程先进行过滤与筛选，减少现场维护的工作量，同时达到节能减排的效果。

该系统的核心技术有：

　　（1）将视频编码器与数据采集器进行集成一体化设计，减少客户硬件开支；

　　（2）采用适用于小局站的USB、即插即用的简易视频头，可以自带夜视灯；对于机房稍大的，可采用可旋转的摄像头。

　　（3）借助局站采集器关键的的PLC功能，可以实现告警联动控制，如：与机房灯开关、门磁、红外等关联，进行告警联动录像。

　　实用建议： 选用具备该功能的局站采集设备非常有必要，即使暂时不需要视频监控，也要综合考虑今后扩容视频的成本，作好远期规划。

2.2.9 稳定、可靠、先进的监控系统是节能减排的关键

　　监控系统本身也需要维护，但作为动力、空调及环境运行维护的支撑系统，其本身的稳定性、可靠性非常重要。可想而知，自身经常出故障的监控系统，不但不能实现节能减排，而且还会增加维护的工作量，增加能耗和污染物的排放。

　　艾默生监控系统特别考虑了中小局站的供电、防雷条件比较差的特点，在业内首先提出并实施了“全方位”防雷设计，大大提高了系统的抗雷击能力。根据某地区1000多个多雷地区基站的实际运行数据，10个月只发生3台基站采集设备被雷击破坏的情况。

　　“全方位”防雷的核心技术是：除了采集器的电源、通信口、智能设备采集口采用了防雷设计外，重点还在每个采集通道做了独立的隔离和防雷设计，而不是象一般的监控采集器那样采用多个采集通道共地的设计，这样做的好处在于：各个采集通道基本各不相关，不会出现一个采集通道遭到雷击而损坏整个采集器/采集板的情况。艾默生各个采集通道都有两级的防雷设计，可以泄放掉防雷范围内的雷击电流。这样大大减少了现场采集设备的损坏，提高了系统的稳定性和可靠性，监控系统的现场维护量很小，节能减排效果明显。

　　其次，艾默生在传感器、变送器方面都不同程度的考虑了防雷设计。

　　节能减排的另一个需要重视的是：减少污染物的排放。监控系统失效后，需要处理的时候不可避免的造成污染物的排放，需要要采用符合减排标准的产品，控制污染物的排放。

　　实用建议： 选用稳定、可靠的监控系统是实现节能减排的先决条件。监控系统的稳定可靠不是靠宣传出来的，而是需要具体核心技术的应用做支撑，采用符合RoHS5污染物排放标准的监控系统。

三、艾默生监控系统节能减排应用小结

　　综合以上的分析，可以得出以下的一些结论：

　　通信局站节能减排目标的实现离不开优质的集中监控系统，正是集中监控系统将被监控的动力、空调及环境设备有机监控和管理起来，使被监控设备的节能减排功能得到充分的发挥，并处于被监管中。

　　集中监控系统可以通过对各自独立的动力、空调及环境等设备的监控，依靠监控系统的功能，结束这些设备“各自为政”的局面，使他们被统一的管理和调度起来，弥补各自的不足，实现综合的节能运行管理，发挥出潜在的节能减排效果。

　　监控系统本身也需要维护。节能减排目标的实现必须采用在该方面进行了综合设计考虑的系统。不是所有的监控系统都有具备该功能。

　　艾默生监控系统的核心技术及能为节能减排做出贡献的各个侧面小结如下图：