本發(fā)明涉及一種電能計量裝置，具體涉及一種交互式通信機房節(jié)能型電能計量裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)的中國移動、中國聯(lián)通、中國電信等電信運營商建設(shè)了超過100萬個通信機房，里面放置了傳輸、無線、電源、蓄電池等多種通信及支持設(shè)備。具備數(shù)量大、分布散而廣、單體相對小、無人值守、能耗密度高的特點。由于通信機房具有通信設(shè)備發(fā)熱量大，一年四季都需要制冷的特點，為保證設(shè)備的工作條件，通信機房均購買了普通立式家用空調(diào)，一個通信機房一般配置2臺。普通家用空調(diào)制冷能耗高，制冷效率低，壓縮機頻繁啟動，容易損壞，雖有精密空調(diào)能解決這些問題，但存在價格昂貴，只能用于大型通信樞紐局房等問題，而且無法進行有效的細(xì)分能量計量和分析，也無法進行精細(xì)化的能耗管理。

為了解決上述問題，我們做出了一系列創(chuàng)新。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種交互式通信機房節(jié)能型電能計量裝置及方法，從根本上解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點和不足。

一種交互式通信機房節(jié)能型電能計量裝置，其特征在于，包括：外殼、ARM控制器、存儲模塊、傳感器系統(tǒng)、電能計量模塊、繼電器模塊和傳輸模塊，所述ARM控制器與存儲模塊、傳感器系統(tǒng)、電能計量模塊、繼電器模塊和傳輸模塊連接，所述傳感器系統(tǒng)與空調(diào)控制板和空調(diào)變壓器連接，所述電能計量模塊與電流環(huán)連接；其特征在于，方法包括以下步驟：

步驟1、通過電能計量模塊的交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)同時采集通信機房總能耗，及三大類通信設(shè)備能耗的四種能耗數(shù)據(jù)，包括有功功率，視在功率、有功電能和視在電能，把寄存器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸RM控制器中；

步驟2、所述ARM控制器對采集的原始寄存器數(shù)據(jù)，根據(jù)電表芯片的校準(zhǔn)值EC和溢出狀態(tài)，進行分析計算，得出三大類設(shè)備細(xì)分的電能和功率數(shù)據(jù)；

步驟3、采集溫度，濕度，設(shè)備工作狀態(tài)信息，具體如下：

步驟3-1、所述傳感器系統(tǒng)通過對通信機房的環(huán)境溫濕度的讀取，所述空調(diào)溫濕度采集器采集機房空調(diào)的出風(fēng)溫度T1和T2，所述室外濕度采集器采集室外溫濕度H2以及蓄電池恒溫柜溫度T3和T4；

步驟3-2、所述繼電器模塊采集設(shè)備工作狀態(tài)，空調(diào)1的開關(guān)狀態(tài)1，空調(diào)2的開關(guān)狀態(tài)2，自然冷源風(fēng)機系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)，蓄電池恒溫柜小制冷空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，48V排氫風(fēng)扇工作狀態(tài)；

步驟4，根據(jù)采集的功率、電能、溫濕度和設(shè)備工作狀態(tài)，ARM控制器依據(jù)設(shè)定的邏輯，做節(jié)能控制，具體如下：

步驟4－1、設(shè)置門限的溫度，其中門限1的溫度為：28度，門限2的溫度為：35.99度，門限3的濕度為：76％，門限4的溫度為：36度，門限5的溫度為：37度，門限6的溫度為：40度；

步驟4－2、當(dāng)室內(nèi)溫度與空調(diào)1和空調(diào)2均低于門限1時，關(guān)閉全部制冷設(shè)備，電能計量模塊僅采集通信設(shè)備能耗，此時的PUE降為最低值PUE＝1，全部制冷設(shè)備停止工作后，機房溫度嚴(yán)密監(jiān)控中；

步驟4－3、當(dāng)室內(nèi)溫度與空調(diào)1和空調(diào)2溫度在門限1與門限2之間時，當(dāng)室外溫度小于室內(nèi)三個平均溫度2度時，裝置啟動自然冷源系統(tǒng)，關(guān)閉空調(diào)1和空調(diào)2，在一年的11月到次年的4月均可使用，電能計量模塊采集設(shè)備能耗和自然冷源系統(tǒng)能耗，PUE較低，在PUE＝1.1-1.2左右；

步驟4－4、當(dāng)室內(nèi)濕度超過門限3時，關(guān)閉自然冷源系統(tǒng)，開啟空調(diào)1和空調(diào)2，保證通信機房的濕度小于門限3，防止靜電產(chǎn)生，這時機房電能計量通信設(shè)備負(fù)載和制冷設(shè)備負(fù)載，PUE在1.5-2.5之間波動；

步驟4－5、當(dāng)室內(nèi)溫度、空調(diào)1和空調(diào)2溫度超過門限4時，啟動空調(diào)1，當(dāng)室內(nèi)溫度繼續(xù)上升超過門限5時，啟動空調(diào)2，控制通信機房的溫度小于門限5，這時機房電能計量通信設(shè)備負(fù)載和制冷設(shè)備負(fù)載，PUE在1.5-2.5之間波動；

步驟4－6、當(dāng)機房溫度大于門限6，啟動告警裝置，同時打開自然冷源系統(tǒng)、空調(diào)1和空調(diào)2，實時通過傳輸模塊通知網(wǎng)絡(luò)管理中心，上站維修空調(diào)；

步驟5、通過全量數(shù)據(jù)采集，ARM控制器通過無線通信模塊720，把數(shù)據(jù)上傳到云平臺，進行大量的分析處理，最終達(dá)到檢查通信機房PUE值，制冷設(shè)備的健康分析，節(jié)能效果分析，電能統(tǒng)計與報表，具體如下：

步驟5-1、原始數(shù)據(jù)實時計算處理入庫，數(shù)據(jù)實時更新，保持同步；

步驟5-2、匯集報表，分鐘數(shù)據(jù)，小時數(shù)據(jù)，日報數(shù)據(jù)，月報數(shù)據(jù)，并將各種數(shù)據(jù)分析處理，通過圖表的形式展現(xiàn)出來。

步驟5-3、電能計量分析，節(jié)能分析，報表，天氣溫度匯總，節(jié)能量計算，歷史數(shù)據(jù)對比，能耗分析預(yù)測，為通信機房運營提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持；

步驟5-4、分析能耗數(shù)據(jù)，提供PUE值，形成標(biāo)準(zhǔn)能耗圖表，提供能耗管理建議；

步驟5-5、電能計量校準(zhǔn)，電表數(shù)據(jù)分析，確保電表運行精度，運營管理保證；

步驟5-6、告警，通信機房異常能耗，通信機房空調(diào)故障導(dǎo)致高能耗低制冷效率，管理節(jié)能，防止偷電及設(shè)備異常故障。保障通信機房實時監(jiān)控，確保出現(xiàn)故障第一時間發(fā)現(xiàn)解決，把意外損失降到最低。

進一步，所述存儲模塊包括：內(nèi)存、SD閃存、FLASH閃存和只讀存儲器，所述內(nèi)存、SD閃存、FLASH閃存和只讀存儲器與ARM控制器連接。

進一步，所述傳感器系統(tǒng)包括：空調(diào)溫濕度采集器、室外溫濕度采集器和傳感器防雷電路，所述傳感器防雷電路的一端與ARM控制器連接，所述傳感器防雷電路的另一端與空調(diào)溫濕度采集器和室外濕度采集器連接，所述空調(diào)溫濕度采集器與空調(diào)連接。

進一步，所述電能計量模塊包括：電表芯片、電壓采集器、交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)和脈沖測試系統(tǒng)，所述電表芯片和電壓采集器與ARM控制器連接，所述交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)和脈沖測試系統(tǒng)分別與電表芯片連接。

進一步，所述繼電器模塊包括：驅(qū)動電路和繼電器，所述驅(qū)動電路與ARM控制器連接，所述繼電器與驅(qū)動電路連接。

進一步，所述傳輸模塊包括：網(wǎng)線通訊接口和無線通信模塊，所述網(wǎng)線通訊接口和無線通信模塊與ARM控制器連接。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明可以遠(yuǎn)程實時地監(jiān)測通信機房的多路電能計量，包括總能耗，通信設(shè)備能耗，空調(diào)能耗，總功率，通信設(shè)備實時功率，空調(diào)功率。采集大量環(huán)境信息，聯(lián)動空調(diào)制冷設(shè)備，自然冷源設(shè)備，恒溫設(shè)備，解決了超過100萬個無人值守通信機房的電能管理和節(jié)能問題。保證了通信機房的穩(wěn)定實時的電能計量管理，與節(jié)能管理，不但能夠節(jié)能，還使節(jié)能可視化，可計量，實時分析節(jié)能狀態(tài)，控制節(jié)能設(shè)備的聯(lián)動，保證了即實現(xiàn)了通信機房的遠(yuǎn)程節(jié)能與電能計量，又使通信機房的安全等級大幅提高。延長了空調(diào)設(shè)備的使用壽命。能夠支持不同數(shù)量、不同型號設(shè)備，不同廠家型號的空調(diào)設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備；能夠檢測出設(shè)備故障并實時告警；能夠支持分布式數(shù)據(jù)采集和智能控制；支持機房節(jié)能檢測、分析與優(yōu)化；支持分區(qū)域，多機房協(xié)同的綜合節(jié)能；采集的數(shù)據(jù)存儲在云平臺中，可以多種形式友好展現(xiàn)給管理人員，保障了通信機房的節(jié)能降耗，安全高效運行。本發(fā)明也可以應(yīng)用在運營商之外的有類似組成結(jié)構(gòu)的機房中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的ARM控制器控制流程圖。

圖3為本發(fā)明的檔位通信機房能耗圖。

圖4為本發(fā)明的AC(交流負(fù)載)與DC(直流負(fù)載)日能耗圖。

圖5為本發(fā)明的功率圖。

附圖標(biāo)記：

外殼100、ARM控制器200、存儲模塊300、內(nèi)存310、SD閃存320、FLASH閃存330和只讀存儲器340。

傳感器系統(tǒng)400、空調(diào)溫濕度采集器410、室外溫濕度采集器420和傳感器防雷電路430。

電能計量模塊500、電表芯片510、電壓采集器520、交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)530和脈沖測試系統(tǒng)540。

繼電器模塊600、驅(qū)動電路610和繼電器620。

傳輸模塊700、網(wǎng)線通訊接口710和無線通信模塊720。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的ARM控制器控制流程圖。圖3為本發(fā)明的檔位通信機房能耗圖。圖4為本發(fā)明的每日AC(交流負(fù)載)與DC(直流負(fù)載)能耗圖。圖5為本發(fā)明的功率圖。

如圖1所示，一種交互式通信機房節(jié)能型電能計量裝置包括：外殼100、ARM控制器200、存儲模塊300、傳感器系統(tǒng)400、電能計量模塊500、繼電器模塊600和傳輸模塊700，ARM控制器200與存儲模塊300、傳感器系統(tǒng)400、電能計量模塊500、繼電器模塊600和傳輸模塊700連接，傳感器系統(tǒng)400與空調(diào)控制板和空調(diào)變壓器連接，電能計量模塊500與電流環(huán)連接。

如圖2所示，ARM控制器200采用S3C2416核心板開發(fā)，主頻400Mhz。存儲模塊300包括：內(nèi)存310、SD閃存320、FLASH閃存330和只讀存儲器340，內(nèi)存310、SD閃存320、FLASH閃存330和只讀存儲器340與ARM控制器200連接。內(nèi)存為128MB DDR2，F(xiàn)LASH閃存330為256M NAND flash，8K的只讀存儲器340用于存儲設(shè)備數(shù)據(jù)與參數(shù)，SD閃存320用于工廠批量生產(chǎn)測試。

傳感器系統(tǒng)400包括：空調(diào)溫濕度采集器410、室外溫濕度采集器420和傳感器防雷電路430，傳感器防雷電路430的一端與ARM控制器200連接，傳感器防雷電路430的另一端與空調(diào)溫濕度采集器410和室外濕度采集器420連接，空調(diào)溫濕度采集器410與空調(diào)連接。傳感器系統(tǒng)400通過CPU的GPIO口擴展出環(huán)境參數(shù)采集口，可以采集機房環(huán)境溫度、濕度和室外溫度，并行采集10路環(huán)境參數(shù)。

電能計量模塊500包括：電表芯片510、電壓采集器520、交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)530和脈沖測試系統(tǒng)540，電表芯片510和電壓采集器520與ARM控制器200連接，交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)530和脈沖測試系統(tǒng)540分別與電表芯片510連接。電表芯片510包含4路AT7022，可以同時計量4路三相交流電電能，或者12路單相交流電電能，通過SPI接口，CPU可以讀取沒路電表的電能。

繼電器模塊600包括：驅(qū)動電路610和繼電器620，驅(qū)動電路610與ARM控制器200連接，繼電器620與驅(qū)動電路610連接。繼電器模塊600包含7路繼電器和它的控制驅(qū)動電路610，由CPU的GPIO控制，用于控制機房的空調(diào)和風(fēng)機。

傳輸模塊700包括：網(wǎng)線通訊接口710和無線通信模塊720，網(wǎng)線通訊接口710和無線通信模塊720與ARM控制器200連接。無線通信模塊720是一塊完整的3G或4G MINI-PCI無線數(shù)傳模塊，通過USB橋與CPU互通信息，然后上傳采集的環(huán)境參數(shù)和電能到云端，下傳機房內(nèi)設(shè)備的控制信息。

如圖3、4和5所示，方法流程包括以下步驟：

步驟1、通過電能計量模塊500的交流感應(yīng)環(huán)采集系統(tǒng)530同時采集通信機房總能耗，及三大類通信設(shè)備能耗的四種能耗數(shù)據(jù)，包括有功功率，視在功率、有功電能和視在電能，把寄存器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸RM控制器200中；

步驟2、ARM控制器200對采集的原始寄存器數(shù)據(jù)，根據(jù)電表芯片510的校準(zhǔn)值EC和溢出狀態(tài)，進行分析計算，得出三大類設(shè)備細(xì)分的電能和功率數(shù)據(jù)；

步驟3、采集溫度，濕度，設(shè)備工作狀態(tài)信息，具體如下：

步驟3-1、傳感器系統(tǒng)400通過對通信機房的環(huán)境溫濕度的讀取，空調(diào)溫濕度采集器410采集機房空調(diào)的出風(fēng)溫度T1和T2，室外濕度采集器420采集室外溫濕度H2以及蓄電池恒溫柜溫度T3和T4；

步驟3-2、繼電器模塊600采集設(shè)備工作狀態(tài)，空調(diào)1的開關(guān)狀態(tài)1，空調(diào)2的開關(guān)狀態(tài)2，自然冷源風(fēng)機系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)，蓄電池恒溫柜小制冷空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，48V排氫風(fēng)扇工作狀態(tài)；

步驟4，根據(jù)采集的功率、電能、溫濕度和設(shè)備工作狀態(tài)，ARM控制器200依據(jù)設(shè)定的邏輯，做節(jié)能控制，具體如下：

步驟4－1、設(shè)置門限的溫度，其中門限1的溫度為：28度，門限2的溫度為：35.99度，門限3的濕度為：76％，門限4的溫度為：36度，門限5的溫度為：37度，門限6的溫度為：40度；

步驟4－2、當(dāng)室內(nèi)溫度與空調(diào)1和空調(diào)2均低于門限1時，關(guān)閉全部制冷設(shè)備，電能計量模塊500僅采集通信設(shè)備能耗，此時的PUE降為最低值PUE＝1，全部制冷設(shè)備停止工作后，機房溫度嚴(yán)密監(jiān)控中；

步驟4－3、當(dāng)室內(nèi)溫度與空調(diào)1和空調(diào)2溫度在門限1與門限2之間時，當(dāng)室外溫度小于室內(nèi)三個平均溫度2度時，裝置啟動自然冷源系統(tǒng)，關(guān)閉空調(diào)1和空調(diào)2，在一年的11月到次年的4月均可使用，電能計量模塊500采集設(shè)備能耗和自然冷源系統(tǒng)能耗，PUE較低，在PUE＝1.1-1.2左右；

步驟4－4、當(dāng)室內(nèi)濕度超過門限3時，關(guān)閉自然冷源系統(tǒng)，開啟空調(diào)1和空調(diào)2，保證通信機房的濕度小于門限3，防止靜電產(chǎn)生，這時機房電能計量通信設(shè)備負(fù)載和制冷設(shè)備負(fù)載，PUE在1.5-2.5之間波動；

步驟4－5、當(dāng)室內(nèi)溫度、空調(diào)1和空調(diào)2溫度超過門限4時，啟動空調(diào)1，當(dāng)室內(nèi)溫度繼續(xù)上升超過門限5時，啟動空調(diào)2，控制通信機房的溫度小于門限5，這時機房電能計量通信設(shè)備負(fù)載和制冷設(shè)備負(fù)載，PUE在1.5-2.5之間波動；

步驟4－6、當(dāng)機房溫度大于門限6，啟動告警裝置，同時打開自然冷源系統(tǒng)、空調(diào)1和空調(diào)2，實時通過傳輸模塊700通知網(wǎng)絡(luò)管理中心，上站維修空調(diào)；

步驟5、通過全量數(shù)據(jù)采集，ARM控制器200通過無線通信模塊720，把數(shù)據(jù)上傳到云平臺，進行大量的分析處理，最終達(dá)到檢查通信機房PUE值，制冷設(shè)備的健康分析，節(jié)能效果分析，電能統(tǒng)計與報表，具體如下：

步驟5-1、原始數(shù)據(jù)實時計算處理入庫，數(shù)據(jù)實時更新，保持同步；

步驟5-2、匯集報表，分鐘數(shù)據(jù)，小時數(shù)據(jù)，日報數(shù)據(jù)，月報數(shù)據(jù)，并將各種數(shù)據(jù)分析處理，通過圖表的形式展現(xiàn)出來。

步驟5-3、電能計量分析，節(jié)能分析，報表，天氣溫度匯總，節(jié)能量計算，歷史數(shù)據(jù)對比，能耗分析預(yù)測，為通信機房運營提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持；

步驟5-4、分析能耗數(shù)據(jù)，提供PUE值，形成標(biāo)準(zhǔn)能耗圖表，提供能耗管理建議；

步驟5-5、電能計量校準(zhǔn)，電表數(shù)據(jù)分析，確保電表運行精度，運營管理保證；

步驟5-6、告警，通信機房異常能耗，通信機房空調(diào)故障導(dǎo)致高能耗低制冷效率，管理節(jié)能，防止偷電及設(shè)備異常故障。保障通信機房實時監(jiān)控，確保出現(xiàn)故障第一時間發(fā)現(xiàn)解決，把意外損失降到最低。

以上對本發(fā)明的具體實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不以此為限，只要不脫離本發(fā)明的宗旨，本發(fā)明還可以有各種變化。