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摘 要：物联网、传感器、5G 通信等技术的快速发展,促进了分布式管理系统的应用和普及,蓄电池远程管理维护软件 可以利用这些先进技术,实现数据采集、远程传输、决策加工等。本文详细地分析传统蓄电池管理存在的不足,为了提高蓄电 池远程管理水平和延长使用寿命,保护蓄电池用户的财产安全,提出开发一个蓄电池远程管理系统, 该系统拥有 6 个关键功 能,分别是在线检测、数据管理、告警管理、报表统计、用户管理和系统设置,采用电池组、监控主机、数据加工和应用的三 层架构,实现蓄电池管理的智能化、共享化和实时化。
关键词：蓄电池,远程管理维护软件,在线检测,告警管理
Research and Design of Battery Remote Management and Maintenance Software
TAO Jie1. SHEN Xiaobo2. DONG Lijun1. YANG Kun1. ZHOU Yi1
(1.Wuxi Metro Group Co., Ltd., Wuxi Jiangsu 214000;2. Jiangsu Taihu Cloud Computing Information Technology Co., Ltd., Wuxi Jiangsu 214000)
【Abstract】： With the rapid development of Internet of Things, sensors, 5G communication and other technologies, the application and popularization of distributed management system are promoted . The battery remote management and maintenance software can use these advanced technologies to realize data acquisition, remote transmission, decision processing and so on . This paper analyzes the shortcomings of traditional battery management in detail, improves the level and service life of battery remote management, and protects the property safety of battery users. It is proposed to develop a battery remote management system . The system has six key functions: Online detection, data management, alarm management, report statistics, user management and system setting the three-tier architecture of data processing and application further improves the intelligence, sharing and real-time of battery management.
【Key words】： battery;remote management and maintenance software;online detection;alarm management
引言
无锡地铁是城市交通运输线路的重要组成部分,自 动化、智能化水平非常高,这就需要拥有一套可靠的通 信服务系统,以便能够保障地铁信号的传输和共享,实 现对地铁的自动化控制。地铁通信服务系统需要部署很 多的 UPS 电池, 以便能够保障地铁通信服务系统的电 源供应,避免重大自然灾害或事故导致电力供应中断, 因此 UPS 电池的管理就显得非常关键和重要。
无锡地铁采用的 UPS 电池非常多, 并且长期采取 人工管理和运维模式,或者仅仅配套简单功能的 BMS 系统对蓄电池的一些基础参数进行有限的监测和记录,这些不利于延长 UPS 电池的使用寿命,也无法实时地 掌握电池的运行状态。传统的电池维护和检测通常包括 人工定期巡检、电池巡检仪等,但是这些检测方法存在 很多的缺陷,比如人工定期巡检是指定期进行人工放电 测试,并使用万用表、便携式内阻仪、温度仪定期对电 池电压、内阻和温度进行测试,传统电池维护和检测手 段不足,准确度会受到诸多因素的影响,难以保障相关 数据真实性,数据容易失真,而且费时费力,风险高, 周 期长,定期测量,存在检测盲区,无法及时发现失效电 池, 影响电力供应的安全性, 无法及时告警电池故障。因 此,许多电池研发厂家为了提高电池的健康使用水平,不仅积极地研发电池,同时还配套研发电池管理维护系 统,从而能够提高监测的实时性、预警性和共享性。
本文为了提高蓄电池远程管理维护水平,结合无锡 地铁电池检测应用的需求,开发一个蓄电池远程管理维 护软件,该软件包括 6 个功能,分别是在线检测、数据 管理、告警管理、报表统计、用户管理和系统设置,能 够有效满足蓄电池的远程维护和管理需要。
1 蓄电池远程管理维护软件需求分析
阀控式铅酸电池由于具备性能稳定、自放电少、密 封、经济等优点而被大量应用。而厂商大力宣传“免维 护”电池和用户维护麻痹,以及缺乏更为有效的管理手 段等因素,导致在蓄电池的日常维护工作中,维护人员 往往只能通过人工维护或通过安装仅有基本参数监测功 能的 BMS 系统了解蓄电池的一些表象参数,而对蓄电 池关键安全指标缺乏有效的监测和分析,对蓄电池关键 安全指标缺乏 [1]。
目前, 地铁冗余电源管理系统采用的 UPS 电池非 常多,这些电池在应用过程中存在很多问题,比如电池 内短路、开路、热失控、漏液、鼓包等,导致电池组备 电失效,甚至发生火灾等重大安全事故 [2]。传统的电池 管理系统也存在很多问题,比如故障率高、预警机制滞 后、安全性能低,不但无法有效管理电池,甚至给运维 带来更大的压力 [3]。因此,本文为了提高无锡地铁蓄电 池的运行和维护水平,在电池组方部署传感器,通过传 感器等硬件设备,电池管理系统可以实时获取所有接入 系统的电池的性能、故障信息,可以及时提示电池管理 工作人员处理,及时避免电池组备电失效以及火灾等重 大安全事故 [4]。同时,电池远程管理系统可以提高电池 性能检测效率,系统可以 7×24h 持续运行,确保 BMS 系统的高可用性,并且不间断地采集电池数据指标,根 据电池的历史性能指标数据提前预警电池性能下降等问 题 [5]。监控主机通过网络上传电池监控数据,可以监控 多个异地电池组,提高了工作人员的工作效率。
2 蓄电池远程管理维护软件架构设计
本文通过对蓄电池远程管理维护软件进行分析,认 为该系统由 3 个部分组成,分别是电池组部分、监控 主机部分、管理维护软件部分,针对蓄电池远程管理维 护的功能进行建模,导出了电池远程管理维护的详细功 能,包括在线检测、数据管理、告警管理、报表统计、 用户管理和系统设置,架构如图 1 所示。
电池监控主机与数据采集服务通信采用 MQTT 协 议,消息体格式采用 JSON 数据格式。MQTT 协议是 一种轻量级的二进制协议, MQTT 协议与 HTTP 相比具有一个明显的优势： 数据包开销较小,数据包开销 小就意味着更容易进行网络传输。还有一个优势就是 MQTT 在客户端容易实现,而且具有易用性,非常适 合当今资源有限的设备。数据采集服务会和每一个电池 监控主机建立单独的发布主题、订阅主题和遗言主题。
2.1 发布主题
数据采集服务用来接收监控主机推送的数据,数据 的消息体内会通过协议字段来定义不同的消息类型,具 体见下文。发布主题的 QoS 设为 0.即至多一次,消息 不保留(即 RETAIN = false)。
2.2 订阅主题
数据采集服务用于向监控主机推送一些设置数据, 数据的消息体内会通过协议字段来定义不同的消息类 型,具体见下文。订阅主题的 QoS 设为 2.即确保只有 一次,消息不保留(即 RETAIN = false)。
2.3 遗言主题
数据采集服务用来接收监控主机离线时的通知,消 息内容固定。订阅主题的 QoS 设为 1.即至少一次,消 息保留(即 RETAIN = true)。
3 蓄电池远程管理维护软件详细功能设计
蓄电池远程管理维护软件的详细系统功能如图 2 所示。
3.1 在线检测功能
在线检测功能包括实时监控、历史数据两个关键子 功能。
在系统“实时监控”功能栏中, 可以看到整组电池 状态、组端电压、组端电流及总览系统设备的运行状况 拓扑流向图。在“实时监控”功能栏的状态栏中,分别 可以看到整组下端的“电压”“内阻”“温度”“电池告 警”和统计的“数据表格”等;并且这些数据都是采集 的实时变化数据。
在“历史数据”中可以查看电池放电状态,包括端 电压、电流、测试时长、日期、测试容量、剩余容量、 即续航时长等信息;并且可选到每组、每节电池的变化 状态趋势图。历史数据管理可以查看、删除测试的详细 情况;在设备状态查询栏可以查看设备运行状态。
3.2 数据管理功能
在数据管理子功能中, 可以实现电池信息管理、机 房定位信息管理、电池信息统计分析、后台线程管理、 机房状态查询、电池关注管理及设备工作状态。
3.3 告警管理功能
在告警管理子功能中, 可以实现告警派单管理、电 池告警实时和历史数据、设备告警实时和历史数据、电 池告警参数设置等。
3.4 报表统计功能
报表统计功能可以提供电池组统计分析查询、单体统 计分析查询、落后单体查询、实时状态查询及事件总表。
3.5 用户管理
用户管理功能包括用户信息管理、权限管理和操作事件管理三个子功能。
用户管理页面可以新增、编辑、删除系统的使用用 户信息。权限管理页面可以新增、编辑、删除系统的权 限信息,供角色绑定使用。操作事件管理可以显示及查 询操作日志。
3.6 系统设置
在系统设置子功能中, 可以实现系统配置、地图配 置功能。
4 结语
蓄电池远程管理维护软件可以实时地采集电池组的 运行数据,实现对数据的分析和加工功能,为电池的运 维检修提供决策支撑,从而可以确保电池组的运行正 常,能够保障地铁电力供应不会中断,提高地铁的健康 运行水平。
参考文献
[1] 朴昌浩,刘其峰,黄智宇,等 .基于LIN总线的阀控式铅酸蓄电 池管理系统设计[J]. 电源技术,2011.35(12):1562-1565.
[2] 卢运运,陈大裕,高庆,等.动环监控蓄电池管理系统的设计与 实现[J]. 通信电源技术,2021.38(14):5-8.
[3] 魏丽君,章若冰 .高精密铅酸蓄电池充放电管理系统的研究 [J].仪表技术与传感器,2022(2):57-60+64.
[4] 王君瑞,向上,单祥,等 .基于GPRS的蓄电池组云监测系统设 计[J]. 电源技术,2020.44(6):905-907.
[5] 尹航,郑财晖,王良勇 .全自动运行地铁列车蓄电池在线监测 系统设计[J]. 电测与仪表,2021.58(3):174-179.
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