电视广播前端机房用电信息监测与分析系统研发

作     者：汪赋龙 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：佟为明

授予年度：2021年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 

主      题：前端机房 系统架构 数据采集器 神经网络 信息监测与分析 

摘      要：为了更好地适应时代发展,保证国家三网融合试点政策的顺利实施,哈尔滨元申广电公司在原有电视广播系统的基础上,建立了一个以总前端机房为核心、各分前端机房为辅助的分布式系统。然而,新建设的前端机房系统用电设备较多,管理不够完善,导致用电量逐年大幅提高。针对这个问题,本文基于现有动力环境监控系统,设计了一套前端机房设备用电信息监控及分析系统。可实现对前端机房设备的用电状态及设备参数等信息的实时采集、分析和管理。本文根据系统的实际使用需求,设计了由物理层、传输层、应用层组成的系统架构。在此基础上,重点研究了远程通信所使用的MQTT协议,以及本地通信所使用的Modbus RTU协议。同时考虑到电表的特殊性,研究了如何将IEC61850标准相关内容与Modbus协议进行融合,给出了协议报文结构。详细论述了数据采集器的设计与实现。重点介绍了数据采集器的硬件电路设计,给出了RS485、以太网、4G模块等重要电路的选型和电路设计思路;在软件设计部分,重点介绍了远程和本地通信设计,以及这两种通信之间的协调过程。测试结果表明,本文所设计的数据采集器通信功能良好,符合设计需求。利用BP神经网络建模,实现了设备用电数据分析及预测。提出了利用最小信息准则对神经网络结构进行优化的方法,给出了具体的推导过程,并通过实验验证了用电异常检测及用电量预测的有效性。利用安装在数据中心服务器上的客户端对系统的通信功能和界面展示进行了测试。结果表明,系统运行顺畅,数据中心服务器与数据采集器,以及数据采集器与各用电设备之间的通信良好,各功能模块均满足设计需求。