羅記龍
一、問題的提出
1.1 集中監控系統是通信局站動力環境設備的管理工具
通信局站集中監控系統涉及的主要監控對象有：
動力設備：交流配電、油機、開關電源、UPS、逆變器等；
空氣調節設備：空調、通風系統、加濕機、除濕機等；
電池組：油機啟動電池組、開關電源電池組、UPS電池等；
機房環境：溫度、濕度、煙感、紅外、門禁、水浸及圖像等；
集中監控系統在將以上的這些各自獨立、部分關聯或不關聯的設備監控起來的同時，實現了對這些設備的有機管理。
1.2 優質的集中監控系統的功能遠不只“五遙”
談到集中監控系統，大家都會想到“五遙”功能，即：遙測、遙信、遙調、遙控、遙視。但經過10多年的發展，隨著監控系統規模的不斷擴大，作為運營維護支撐系統的監控系統，以上“五遙”功能只能算是基本功能。
適應多變的維護工作目標的需要，與日益發展的維護流程的結合，是監控系統不能回避的問題，如：現階段的“節能減排”等。選擇一套優質的監控系統是滿足這一需要的關鍵，而監控系統的規劃、建設和使用容易被忽視，而實際是很關鍵的的幾個方面有：
局站端（SU）監控功能的主動性、自動性（如底端PLC功能）：“五遙”需要借助監控中心發揮作用。譬如：對基站的空調進行遙控開關機，需要監控中心值班人員在操作終端上下發遠程控制命令，如果基站的數量多到成百上千的時候，控制起來將非常費工費時，因此，現在更多的需要局站端監控設備能按一定的邏輯（如：節能運行邏輯）自動對空調進行控制，提高系統的主動性和自動性。
穩定可靠、適應網絡發展的組網方案： “干接點”、“公務通道”等一些過渡性的組網方案在浪費了大量投資的同時，也使大家認識到監控網絡規劃的重要性。
科學、實用的監控測點方案：監控測點并不是越全面越好，而是要注重科學性、必要性和實用性，充分利用不同被監控設備的關聯性，可以節省很多投資。
穩定可靠的硬件：除了采用性能指標優質的器件進行硬件設計外，全方位防雷設計（除了采集設備通信口、傳輸口、電源口有防雷設計外，每個采集通道都有單獨防雷設計）是必不可少的。
現場工程質量：沒有良好的現場工程質量，再好的硬件和軟件都不可能組成一個穩定可靠的監控系統。
可用性、易用性設計：監控系統是一種智能工具，可用性和易用性非常重要。
智能性設計：綜合分析能力、防微杜漸、自動決策及調度指揮、維護專家建議等增值功能。
可以想象，忽略了以上幾個因素建設的監控系統，不但成不了節能減排的工具，而且會起到反作用。因為這樣的監控系統可能經常需要進行現場維護與檢修，花費大量的資金、人力和財力不說，大量車輛的使用顯然不能做到監控系統本身運行的“節能減排” 。長期需要值班人員靠“五遙”來協助實行“節能減排”目標也是沒有可操作性的。同時，要監控被監控的動力、空調及環境設備，并協助這些設備完成各自的節能減排目標，也離不開經過科學設計的、考慮了智能性設計、具備關鍵增值功能的監控系統。本文將在監控系統節能應用研究的同時，穿插提出建好監控系統的一些建議。
1.3 通信局站能耗統計數據回顧及節能三定率
根據美國環保署（EPA）給美國國會的統計報告：通信/IT設備的能耗、制冷與通信電源、制冷等支撐設備的能耗大致是：50%，40%和10%。
盡管主設備也在不斷利用新的節能技術，如采用低能耗的芯片和器件，采用芯片直冷技術等，但新技術的大面積使用需要費用和時間，也不在本文研究的范圍之內。本文著眼于從被監控的動力及環境設備的節能管理方面入手，力求使以上的50%變得更小，從管理要節能減排的效益。
從通信/數據機房的能耗模型數據分析可以得出以下的“節能三定律”：
通信/IT設備的節能是機房節能的基礎。主設備降耗100瓦，機房可降耗284W。因此，采用低能耗的主設備是節能的重要措施。（不在本文討論的范圍內）
空調設備的節能是機房節能的關鍵。因為，消除274瓦的機房熱量需要107瓦的電。空調節能除了采用高能效比的空調外，借助實用的監控系統是空調節能運行也非常重要。（本文重點討論）
供電系統節能是機房節能不可缺少的要素。給149瓦負載供電，供電系統本身要消耗18瓦的電能，相當于10% 。可見，采用高效率的供電系統是機房節能的要素。（本文主要討論交流供電系統和直流電源系統的節能）
根據統計數據，大型局站及小型局站的耗電數據如下：
（1）大型局站的能耗模型：主設備（服務器系統/交換傳輸設備等）、散熱/制冷系統（如：空調）、電源系統、照明等其它系統分別占：52%、38%、9%、1%。數據中心、交換局等屬于該模型范疇。
（2）小型局站的能耗模型：主設備（如：BTS設備）、散熱/制冷系統（如：空調）、電源系統、照明等其它系統分別占：43%、46%、8%、3%。基站、模塊局、接入網等屬于該模型范疇。
盡管電源系統、空調系統等被監控設備本身也有很多新的節能技術，本文側重闡明通過一套優質的監控系統來把這些被監控設備的各自獨立的節能功能有效管理起來，并彌補不足，使充分發揮各自的潛能，發揮綜合節能的合力效應。
1.4 通信局站能耗的動態性特點
通信局站內市電交流系統的負載、UPS負載、開關電源負載的數量和負荷是經常會發生變化的，局站內設備的不定期擴容也會引起機房熱負荷的變化，因此局站的能耗經常是一個變量，但動力設備和空調設備相對來說變化少或擴容滯后。而科學設計的集中監控系統是動態掌控這些變化的重要工具，并能根據具體情況動態調整監控和節能運行方案。
二、集中監控系統在通信局站節能減排中的應用
2.1節能減排目標及與監控系統的密切關系
我國現階段節能減排的基本目標是：
（1） 到2010年，萬元國內生產總值能耗降低20％左右；
（2） 單位工業增加值用水量降低30％；
（3） “十一五”期間，主要污染物排放總量減少10％；
（4） 到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549萬噸減少 到2295萬噸；
（5） 化學需氧量（COD）由1414萬噸減少到1273萬噸；
（6） 全國設市城市污水處理率不低于70％；
（7） 工業固體廢物綜合利用率達到60％以上。
集中監控系統是通信運營商運營系統的支撐管理系統，是管理局站動力環境設備，使其節能運行的工具，是動力維護的集中決策指揮系統，可見，以上的（1）、（3）、（4）、（7）等節能減排的目標的實現離不開集中監控系統。
2.2集中監控系統在通信局站節能減排中的綜合應用
下文將從監控系統的主要監控對象（本文“1.1” 中有描述）、系統特色功能入手，闡明如何發揮監控系統在通信局站節能減排中的作用。主要從以下幾個方面進行分析：
交流供電系統監控管理 Vs 節能減排
精密空調綜合監控管理 Vs大型通信機房節能
非智能普通空調及通風系統監控管理 Vs中小局站節能
開關電源監控管理 Vs 節能
機動油機智能調度 Vs 節能減排
維護專家系統及維護流程優化 Vs 節能減排
跨局站維護功能 Vs 節能減排
簡易視頻監控功能Vs 節能減排
可靠、實用、先進的監控系統是節能減排的關鍵
2.2.1交流供電系統監控管理Vs節能減排
市電質量的監控
先來分析市電的一個常見現象：三相電壓不平衡，指各相之間相電壓不相等或線電壓不相等，與用戶負荷特性、電力系統的規劃、負荷分配有關。相關標準規定：不平衡度允許值為2%，短時間不得超過4%。
三相負載不平衡的危害：
（1）對變壓器：造成變壓器的損耗增大，甚至燒毀。（變壓器運行規程規定：中性線電流不得超過變壓器低壓側額定電流的25%）。
（2）對用電設備：將導致高達數倍電流不平衡的發生，效率下降，能耗增加，并導致用電設備使用壽命縮短，增加設備維護的成本。
（3）對線損：加大線路損耗。
實用建議：對于數據中心、交換局等核心機房，需要進行市電綜合參數的監控，主要包含：三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因素、電度以及重要輸入開關的狀態等。通過監控，可以動態發現市電的異常，及時采取措施，起到防微杜漸的作用，防止能量損耗以及重要設備的損壞。
交流停電/來電狀態監控
先來分析一種典型的日常維護工作（無ATS時）：市電停電→發油機、切換到油機供電→市電來電→維護人員去關閉油機、切換到市電供電。
假設：市電成本：1元/度，則：油機發電成本：8-10元/度 （其中：燃料2元、車輛及人工4-5元、油機損耗及折舊2-3元）。
可見，油機發電的成本是市電的8倍以上，扣除必須的車輛和人工費用，“及時”關閉油機還可以節約4倍以上費用，并減少廢氣排放。
實用建議：對于需要采用固定油機或機動油機進行應急供電的局站，在沒有ATS的情況下，增加市電停電/來電監控測點是非常必要的。
動力設備用戶端（負載）的監控管理
一般的監控系統更多的關注是被監控的動力設備，而對欠缺對其負載的監控功能，即沒有監控到用戶端（負載）。這樣會出現被監控的動力設備（如：電源和UPS）本身沒有任何故障，但由于沒有將其負載進行科學的分配和監控，引起負載開關跳閘等重大故障。
動力設備用戶端（負載）的監控管理涉及： 交流配電柜、油機配電、UPS配電柜、直流配電柜等的負載管理，對容量節余、負載名稱、負載種類、負載端子使用情況、負載平衡等進行管理。這些應用有：
（1）重要分路電流監控與計量：租用電、出租電計量，防止用電損失。
（2）分路負載管理：負載分配、容量預警、負載平衡分配建議，防止過流跳閘等。
（3）科學管理油機負載：防止油機欠載運行。因為，油機負載率在60%以上時才有利，否則容易引起燃油燃燒不充分、活塞、噴嘴積炭、缸體磨損加劇等。因此，有時油機多帶點負載反而對油機運行有例。
實用建議：對于交流配電、油機、UPS、直流配電設備本身不能提供輸出負載參數監控的設備，建議在關鍵位置增加相應監控測點，把負載管理起來，防微杜漸，降低故障率，提高供電系統可用度，減少現場維護（離不開維護車輛的使用等），從而實現節能減排（其實只是總體受益很少的一部分）。
2.2.2精密空調綜合監控管理 Vs大型通信機房節能
精密空調本身存在以下的三個缺陷：
A、溫濕度自動控制的參點只是：本機回風口傳感器的溫濕度值。其實，該值是不能動態精確反應機房各區域環境溫濕度的。
B、精密空調有針對機房溫濕度的智能調節功能，但離開將同一機房內不同精密空調綜合管理起來的監控系統，由于各臺空調之間沒有通信聯系，不能協同工作，存在各自為政的現象。“競爭運行”（指同一機房內不同的空調可能出現有的制冷、有的加熱，有的加濕、有的去濕的情況，特別浪費能源）就是一個常見的現象。
C、不能動態按機房熱場分布及變化，調整制冷方案。機房熱場分布復雜：由于機房交換機架排列、建筑結構、線纜走向排序等復雜的客觀因素，使得即使每臺空調都在努力的工作，卻達不到理想的效果。
以上缺陷的直接結果就是：
（1）、機房內環境溫度不平衡，溫差大：對主設備使用環境的安全性不利。
（2）、空調能耗加大。
（3）、增加空調運行時間，影響空調的使用壽命。
實用建議：對于采用精密空調的機房（如：數據機房、核心交換及傳輸機房等），建議在機房內關鍵部位增加一些溫濕度采樣點（可以動態反應機房內的溫場大致分布），同時借助監控系統把機房內各自獨立運行的精密空調管理起來，結合機房內熱場的分布和變化，實現空調的“自適應、群控”、“層疊運行”管理，發揮團隊的分工協調能力、合力和適應能力。這樣，不但可以彌補以上的三個缺陷，避免引起的三個主要的不良結果。
2.2.3非智能空調及通風系統監控管理Vs節能減排
對于大量小局站一般采用的是非智能空調（如：基站、模塊局、接入網，大量采用），或者簡易通風系統（對自然氣候條件有嚴格的要求，只有貴州等少量地區可采用，否則可能出現節省的電費錢抵不上主設備損壞的板件的費用）。
該部分局站數量大、分布廣、交通不便利。從前面的分析可知，小局站中空調能耗占43%。因此，小局站空調的節能管理監控是能否實現節能目標的關鍵。
局站數量的龐大決定節能管理方案必須是系統自動完成，而不能靠監控中心來根據局站的溫度去發遠程控制命令來實現。這就需要采用脫離于“五遙”功能的PLC局站端自動控制功能。以下是充分利用艾默生監控系統局站端采集器提供的PLC功能，實現小局站空調和通風系統自動節能運行的原理：
節能效果評估：經過實際測試，結合艾默生公司“空調節能運行管理軟件”，可實現下局站空調節能：5-10%左右。
實用建議：建議選用帶以上功能的監控采集設備和軟件，實現小局站空調的節能減排運行管理。
2.2.4 開關電源監控管理Vs節能減排
影響開關電源能耗的關鍵因素：模塊工作效率、器件能耗。
器件的節能是屬于電源設計方面的節能，本文主要從提高模塊效率來實現電源的節能運行方面進行分析，這可以通過以下的途徑來實現：
提高整流模塊的工作效率的方法有：合理配置模塊（不屬于本文討論的范疇）、應用模塊休眠功能。
適時啟用電池放電：波峰波谷充放電管理。
以下的曲線表明：整流模塊的負載率（模塊的輸出工作電流/模塊的額定電流）越高、其工作效率越高，能耗損失越小。
本文主要從應用或模擬模塊休眠功能、電池組波峰波谷充放電管理兩個方面來說明如何實現開關電源的節能運行。
（1） 利用模塊休眠運行模式節能
假設：一套開關電源有4個50A的模塊，負載電流是60A。
如果4個模塊都工作，則：模塊的負載率為：（60A÷4）÷50A=30%，其對應的效率為：89%左右；
如果關閉2個模塊的輸出（休眠），僅靠2個模塊工作提供輸出，則：模塊的負載率為：（60A÷2）÷50A=60%，其對應的效率為：93%左右；
節能效果：采用休眠運行功能，可以使效率提高4%左右，從而節能4%以上（因為電源本身的能耗還需要消耗空調制冷的能量）。
實用建議：建議選用帶以上功能的開關電源，可以通過監控系統來實現節能運行管理與實時監控其功能是否發揮。特別是，對于沒有以上功能的開關電源，可以借助監控系統的功能來模擬休眠運行功能，達到使開關電源節能運行的目的。
（2） 利用電池組波峰波谷充放電管理節能
首先，電池組定期進行充放電是有利于延長電池組使用壽命的。
另外，一些地區用電高峰期電費較貴，用電低峰期電費較低；拉閘限電時有發生。
該功能的原理是：用電波峰時指令所有模塊休眠，迫使電池放電，波谷時再啟動整流
模塊采用市電供電并使電池組充電。這樣即可以節省市電電費，還可以避免拉閘限電。
效益分析：以50V200A的負載為例子（功率10KVA），若每天放電10小時，充電15小時，波峰電價1元/度,波谷電價0.5元/度,若不考慮電池的放電效率,電池放電10小時的能量為:10KVA*10=100KVA,每天可節省電費50元。 1年的用電高峰時長設為3個月,每年可節約電費: 50*3*30=4500元. 蓄電池正常充放電次數按500次計算,相當于6年,與要求的使用壽命6年相當, 6年共計節省費用2.7萬元左右。
實用建議：選用實用的監控系統實現以上功能。
2.2.5 機動油機智能調度Vs節能減排
油機智能調度的好處:
該發的電一定要發：VIP站、臨時VIP站、重要局站。
不必要發的電不多發：節能、減排、節費用（油機電費用比市電貴4倍以上）。
按一定的優先順序（可調整）自動生成油機調度信息，如：先后順序、調度對象、路線指引等信息。
調度方案：根據基站的物理分布、負載情況、電池配置、基站重要程度等因素，綜合考慮，制定多個局站停電后的機動油機調度方案。
效益分析：按照某公司全省8000個站考慮，每月少發電3500次（每次5小時）計算，每月可減少不必要的發電17500多小時，假定每次發電功率為5kw，可減少不必要的發電8.75萬度，節省的費用=10*8.75萬=87.5（萬元/月，設每度油機電的費用為10元），每年節約：87.5*12=1050（萬），從而節省大量油機發電費用。
2.2.6 維護專家系統及維護流程優化Vs節能減排
專家維護建議系統的基本功能是：當發生告警時，可以自動根據曾經發生的相似告警的處理過程給出維護建議；同時可以對維護建議庫進行新增、編輯和修改等管理功能。
優質的監控系統建成后，維護作業流程可做如下的修訂：
（1）巡檢的頻次可降低：減少車輛使用，節能、減排。
（2）巡檢內容簡單化：項目可減少、能動態監控的可免檢或少檢。
（3）為維護外包提供工具。
（4）為維護費用的核算提供依據：油機油料計算等。
（5）遠程可處理的可不到現場：節約車輛及油耗等。
（6）防微杜漸：發現小的故障及時處理，避免重大事故的發生，減少損失和開支。
實用建議： 選用監控系統需要更多的關注系統后臺的功能。注重綜合分析能力、防微杜漸能力，自動決策及調度指揮、維護專家建議等增值功能。
2.2.7 跨局站維護功能Vs節能減排
作為動力運行維護支撐系統的動力環境集中監控系統，其可用性和靈活性非常重要。采用艾默生具備“全IP”功能的組網方案、硬件和軟件，可以最大限度的減少系統的維護工作量及維護開支。
跨局站維護就是其特色功能之一,其主要精髓在于：當維護人員在某個站點或附近時，離其比較遠（如：60公里或更遠）的站點被監控設備發生故障，需要進行診斷時，維護人員就可以就近找一個位于同一監控網絡的被監控的站點，用維護便攜機接入該局站的監控采集器（有專用的RJ45的維護接入端口）,就可以對遠程需要診斷的局站進行訪問并及時處理，而不是一定要到現場。這樣不但爭取了時間，而且減少了車輛的使用，達到節能減排的效果。
實用建議： 選用該先進的組網模式、硬件和軟件將在節能減排方面收到做出意想不到的效果。
2.2.8 簡易視頻監控Vs節能減排
因昂貴的編碼器緣故，傳統的視頻監控選項在監控系統中一度作為豪華型配置來對待，主要用于重要的交換機房、數據機房等，而在數量龐大、分布廣的小局站中采用可望而不可及。但這些小的局站一般都是無人值守，被偷盜情況嚴重，特別需要視頻監控。
為解決這一矛盾,艾默生公司推出了簡易視頻監控系統，結合其特色的“告警聯動錄像”功能，完全可以在小局站普及視頻監控，使客戶利用少量的投資就能使小局站的維護變得“可視”，拉近了維護人員與小局站現場的距離，使得很多需要到現場進行維護處理的工作可以遠程先進行過濾與篩選，減少現場維護的工作量，同時達到節能減排的效果。
該系統的核心技術有：
（1）將視頻編碼器與數據采集器進行集成一體化設計，減少客戶硬件開支；
（2）采用適用于小局站的USB、即插即用的簡易視頻頭，可以自帶夜視燈；對于機房稍大的，可采用可旋轉的攝像頭。
（3）借助局站采集器關鍵的的PLC功能，可以實現告警聯動控制，如：與機房燈開關、門磁、紅外等關聯，進行告警聯動錄像。
實用建議： 選用具備該功能的局站采集設備非常有必要，即使暫時不需要視頻監控，也要綜合考慮今后擴容視頻的成本，作好遠期規劃。
2.2.9 穩定、可靠、先進的監控系統是節能減排的關鍵
監控系統本身也需要維護，但作為動力、空調及環境運行維護的支撐系統，其本身的穩定性、可靠性非常重要。可想而知，自身經常出故障的監控系統，不但不能實現節能減排，而且還會增加維護的工作量，增加能耗和污染物的排放。
艾默生監控系統特別考慮了中小局站的供電、防雷條件比較差的特點，在業內首先提出并實施了“全方位”防雷設計，大大提高了系統的抗雷擊能力。根據某地區1000多個多雷地區基站的實際運行數據，10個月只發生3臺基站采集設備被雷擊破壞的情況。
“全方位”防雷的核心技術是：除了采集器的電源、通信口、智能設備采集口采用了防雷設計外，重點還在每個采集通道做了獨立的隔離和防雷設計，而不是象一般的監控采集器那樣采用多個采集通道共地的設計，這樣做的好處在于：各個采集通道基本各不相關，不會出現一個采集通道遭到雷擊而損壞整個采集器/采集板的情況。艾默生各個采集通道都有兩級的防雷設計，可以泄放掉防雷范圍內的雷擊電流。這樣大大減少了現場采集設備的損壞，提高了系統的穩定性和可靠性，監控系統的現場維護量很小，節能減排效果明顯。
其次，艾默生在傳感器、變送器方面都不同程度的考慮了防雷設計。
節能減排的另一個需要重視的是：減少污染物的排放。監控系統失效后，需要處理的時候不可避免的造成污染物的排放，需要要采用符合減排標準的產品，控制污染物的排放。
實用建議： 選用穩定、可靠的監控系統是實現節能減排的先決條件。監控系統的穩定可靠不是靠宣傳出來的，而是需要具體核心技術的應用做支撐，采用符合RoHS5污染物排放標準的監控系統。
三、艾默生監控系統節能減排應用小結
綜合以上的分析，可以得出以下的一些結論：
通信局站節能減排目標的實現離不開優質的集中監控系統，正是集中監控系統將被監控的動力、空調及環境設備有機監控和管理起來，使被監控設備的節能減排功能得到充分的發揮，并處于被監管中。
集中監控系統可以通過對各自獨立的動力、空調及環境等設備的監控，依靠監控系統的功能，結束這些設備“各自為政”的局面，使他們被統一的管理和調度起來，彌補各自的不足，實現綜合的節能運行管理，發揮出潛在的節能減排效果。
監控系統本身也需要維護。節能減排目標的實現必須采用在該方面進行了綜合設計考慮的系統。不是所有的監控系統都有具備該功能。
艾默生監控系統的核心技術及能為節能減排做出貢獻的各個側面小結如下圖：
