UPS电池远程监测系统软件设计

1需求分析

该监测平台主要是为了满足工业对蓄电池进行实时监控的要求，使得操作更加简单，更能充分发挥其特点和优势，真正给电力系统的稳定带来实实在在的益处，这不仅是简单地对UPS电池监测系统的上位机设计，同时对日后的软件开发和研究也有着深远的影响。为完成对UPS电池监测系统上位机软件管理系统的设计，需基于系统的特点和技术指标制定切实有效的方案，通过实时显示单体电池的电压、电流、温度和内阻参数，实现用户管理、远程监控、数据处理，故障分析以及报警显示等功能。并且，在该系统中需解决原有设计交互性差、界面显示直观性欠佳等问题。

2云终端设计

所谓“云”，其实指的是后端(服务器端)，平时常见的是“客户端”，而很少能够看到的那一端，则有一种虚无缥缈的感觉。云终端的实质是网络计算机:它一方面可以作为单独的PC机进行运行操作、浏览网页;另一方面它可以实现计算网络的平台共享，作为一种高精尖的创新模式使常规运营网络的优势得以拓宽。云终端电脑采用一体化的软硬件设计，既利于维护又方便管理。机身小巧且无噪音干扰，节省损耗，绿色环保辐射低，故障率低。集中使用可将多台电脑连接服务器，远程共享资源，以最低的成本构建网络，一台服务器可以带60台～100台电脑，是高度集成的网络电脑。大规模UPS电池监控数据的云计算采用Ha-doop核心技术。该技术路线大体分为两部分:其一是具有主从结构的分布式文件系统(HDFS);其二是编程模型分布式计算(MapReduce)。结合UPS电池远程监控的实际需要，以云计算技术作为平台，可分为四层:云数据存储层、云层的分析和计算、云业务应用程序层和云终端层。云数据存储层将使用Hadoop的HDFS解决可靠的海量数据访问问题;云层的分析和计算将使用HadoopMapReduce技术作为并行编程模型来解决高性能计算问题;云业务应用程序层将使用基于服务架构建设，确保应用系统的可靠性和稳定性;云终端层将提供支持的手机和其他终端访问UPS电池信息，以满足应用程序的多样性的需求。利用Hadoop的HDFS数据分割技术将数据块切分并存储在不同的节点。集群由一个主服务器和一定数量的数据服务器组成，其中，主服务器负责管理文件系统的命名空间和客户访问文件，数据服务器负责管理存储节点。在UPS电池监控总部中心的实验室建立一个主服务器，同时，搭配一个备用主服务器，将其他分支数据库服务器作为数据服务器，从而构建一个具有良好容错性的统一数据库来监测UPS电池的性能，保证获取数据的一致性。更重要的是每个分支硬盘容量统一分配管理，即使某一分支的数据服务器故障，也不会影响系统的使用，不会造成数据丢失。

3软件设计

上位机软件设计平台以工业现场常用的C++作为开发语言［3］，设计主要包括以下四个方面:上位机软件设计方案;各功能模块与实现;上位机管理系统设计;系统界面设计。

3．1上位机软件设计方案

上位机通过访问电池运行数据库，将电池的运行状态数据进行统计分析、数据压缩算法等来进行数据简化，实时显示电池相关参数并进行相应的曲线绘制，当电池出现异常情况，具有短信通知和报警功能［4］。上位机软件作为与工作人员进行人机交互的重要操作平台，不但控制、管理整个UPS电池远程监测系统，同时还具有维护的功能。在上位机软件设计过程中，以高效性、便捷性、直观性为原则，实现对用户的管理、电池的远程实时监控，性能参数的采集与处理、故障分析和报警显示等功能。

3．2各功能模块与实现

(1)通讯模块:为实现上、下位机的联网，本方案采用TCP/IP协议。其中既包含局域网传输、也包含广域网通信模块。(2)数据处理:这里要实现数据统计和数据压缩等，实现对数据的简化处理，绘制电池相关参数曲线，更好地反映实际电池情况。当监测到某个终端发送数据时，服务器就开始读取该数据包，按照TCP/IP通信协议开始解析数据，然后通过上位机监测软件对大量的数据进行数据处理压缩(数据压缩算法、容错算法等)，最后将压缩后的数据存入到数据库中。(3)电池异常报警功能设计电池异常报警模块是通过设计故障诊断模型，通过此模型实现实时数据与控制限的比较，进而实现主机报警并同时发送短信的功能。其中给手机发送短信时要用到短信MODEM。在电池异常诊断设计中，主机调用数据库中实时数据通过程序实现与控制限(电压、电流上下限等)的比较，如果出现异常则主机进行报警，同时给指定手机发送短信，点击报警模块中的报警内容，分析故障类型。短信猫DLL接口提供API级的函数调用接口，接口完全底层调用，没有任何界面，适合于广大自主品牌的开发用户。函数接口简单，仅需几个简单的函数调用，就可以实现信息的发送和接收功能。

3．3上位机管理系统设计

分公司控制室和总公司监测中心采用统一的上位机管理系统对各电池测试点采集的数据进行有效管理和监测。该项设计采用C#和．net软件开发技术进行数据库管理，通过软件模块搭建人机交互界面，可实现系统参数的设定，察看系统状态，并且使用通讯软件模块还可以实现中、远程监测。软件系统包括4部分内容:电池管理系统，数据分析、故障管理和系统设置，可实现实时数据显示，蓄电池性能及测试数据后台分析，蓄电池放电曲线分析，数据打印，事件记录及报表等功能。(1)实时监测数据显示程序运行过程中一般处于实时监测状态，在实时监测过程中实现采样数据的接收和处理，并按一定的方式显示;对满足报警条件的事件作实时报警处理;对报警事件在事件结束时做记录。(2)短消息实时报警事件查询可对实时监测过程中出现的报警事件进行查询。显示报警内容，将报警信息通过SMS短信中心发送给管理员和检修人员，便于用户及时处理。(3)历史事件记录查询对历史数据中报警事件进行查询。电池用户或生产厂家可以查询电池使用过程的有关记录，查找电池失效原因。(4)系统设置根据电池的使用要求和用户特殊要求设置电池组参数、报警参数等。系统依据设置数据分析电池工作状况，产生事件报警并记录异常情况。(5)通讯使用通讯软件模块可简化智能设备接口。实现监测系统同上位机的快速连接。

3．4系统界面设计

如图2所示，该系统主要对登陆主界面、主界面、电池实时信息显示界面(表单的绘制、包括时间、电压、电流、内阻、温度、单体电压和总电压)、实时曲线界面和历史曲线界面进行设计，有以下优点:(1)系统的灵活性、通用性强任何设备都可以通过用户登录进入检测平台，用户可执行各项功能和操作整个平台。(2)界面简单、操作方便平台管理操作简单明了:本平台的控制界面分类明确容易理解和操作。(3)系统的安全性好系统的安全性是工业应用中不可忽略的方面，本系统的合法用户是User，PowerUser和Adminis-trator。在进入系统前都要进行身份验证，并用在Session．asp文件中初始化Session变量保存其信息，如果没有登陆或登陆超时则返回登陆界面。此外数据库维护可以及时地修复和还原数据，更好地保证了数据的安全。

4数据库设计

数据库平台的搭建对于整个数据的存取速度有着至关重要的作用，该模块是为了建立一个数据库平台，给系统提供有力的支持［5－6］。系统采用ADO访问技术访问数据库。在客户端访问数据库的编程技术中，ADO(ActiveXDataObject，ActiveX数据对象)因其适用便捷的编程接口和强大的数据处理功能得到了广泛的应用，本数据库系统ADO模型存在9个对象和4个集合。成功连接数据库后即可对其中的数据进行如添加、删除、查找等操作，此外，数据库中的各种数据还可以被调用。管理人员需在结束数据库操作后及时关闭数据库，避免数据库中数据的丢失或泄露，保障数据库的安全可靠［7］。

5结束语

本文基于云终端技术，设计了UPS电池远程监测系统的软件部分，运用数据库和C++编程实现对系统登陆主界面、电池实时信息显示界面、实时曲线界面及历史曲线界面的搭建，通过TCP/IP协议下的以太网实现数据的实时上传，最终由上位机系统进行处理、汇总和分析，进而直观地显示电池组中单体电池的性能参数，突出了系统主要功能的特点，提高了整体系统的时效性和一致性。同时，该设计的可拓展性强，具有很好的实用和推广价值。

作者：王天夫 侯春杰 关俊武 马明 单位：大庆油田化工有限公司