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韓歡慶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:針對市級氣象中心機房的動力配電、環(huán)境溫濕度狀況、網絡設備、LPS 電源等設備進行數據采集、監(jiān)控和管理.在設備基礎上構建基于BS架構的綜合信息管理平臺,實現(xiàn)了現(xiàn)場數據采集、故障告警、WEB模式的實時數據發(fā)布、各種通信協(xié)議轉換等多項功能。
關鍵詞:以太網:GSM:LPS:B/S架構
0、引言
南通市氣象局中心網絡機房進行監(jiān)控和管理的綜合系統(tǒng)，以便保障氣象數據的正常傳輸和氣象業(yè)務系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
1、系統(tǒng)相關技術介紹
以太網通信中的TCP/IP網絡通信，與RS-232 串口通信、RS-485總線通信相比較,具有通信距離遠，通信質量穩(wěn)定，其網絡是基于復雜環(huán)境設計的，具有自動糾錯功能.串口轉以太網功能可以使用串口轉以太網模塊來實現(xiàn),但是該技術并不是簡單傳輸媒介的變化,而是串口到 TCPYIP的協(xié)議轉化。其關鍵技術包括:TCP/IP的工作模式問題、串口分幀技術、9位技術.這里詳細分析這些串口轉網口的技術。
1.1 串口轉網口關鍵技術一:TP/IP的工作模式問題
串口轉以太網，并非單純的物理層與數據鏈路層的轉化.因為串口協(xié)議本身不具有網絡層與傳輸層，這種轉化其實是將串口的數據作為TCP/IP的應用層數據，用TCP/IP封裝傳輸的方式進行傳輸。
1.2 串口轉網口關鍵技術二:串口分幀技術
串口數據是可以連續(xù)不斷發(fā)送的，而以太網數據則是以數據包為單位發(fā)送的,因此在轉換過程中解決數據傳輸匹配的問題，用戶可以將數據包長度做為分幀的依據:以太網數據包*長1500多字節(jié)，可以在串口轉網口轉發(fā)器收到1500字節(jié)以內將其打包發(fā)送.另一種串口分幀的方法是通過數據包間隔:用戶設定數據包間隔T當轉發(fā)器發(fā)現(xiàn)的串口數據流中出現(xiàn)了T豪秒的空閑時間時，則將之前收到的串口數據作為一個以太網數據包發(fā)送。
1.3 串口轉網口關鍵技術三:9位技術
以太網數據是以字節(jié)(8位)為單位傳輸，但串口數據中有可能出現(xiàn)第9位，所以串口數據不能夠直接透明地轉化為TCP/IP應用層數據，Realcom 協(xié)議將串口數據打包之后整個作為TCP/IP的應用數據傳輸.這樣可以在Pealcom協(xié)議的協(xié)議頭部加入該數據包的9位是1還是0的信息，從而實現(xiàn)了9位傳輸技術。
本系統(tǒng)采用2個SNS-2協(xié)議轉換器(RS232轉 TCP/IP)，其連接方式和配置方法簡單,直接將CM口定向至IP地址，具體配置方法如下:將其通過串口連接至PC，從開始菜單中點擊運行，鍵入CND并點擊確定.在DS窗口下鍵入命令:arp s?P地址><MC地址>，其中IP 為需要為協(xié)議轉換器分配的IP 地址，MC地址為協(xié)議轉換器本身的MC，配置完后telnet IP，按回車進入參數設置模式如圖1所示。
鍵入對應的編號進行各項參數的設置，比如鍵入0進行服務器設置，需要設置的參數有IP地址、網關地址、子網掩碼等，*后鍵入9，保存退出。
2、系統(tǒng)總體結構
網絡機房監(jiān)控系統(tǒng)需實現(xiàn)機房內溫濕度、漏、煙霧、電壓、電流以及
圖1 協(xié)議轉換器的配置
UPS的監(jiān)控，并采用短信方式進行故障告警數據全部通過內部網絡資源進行傳輸.監(jiān)控中心管理平臺基于分布式WB的BS架構.從而便于管理人員隨時隨地了解機房的實際工作狀況，實現(xiàn)管控一體化.機房管理人員可以通過瀏覽器,直觀地監(jiān)控機房內各種狀況。系統(tǒng)的總體結構框圖2所示：
圖2 系統(tǒng)總體結構框圖
2.1硬件部分
系統(tǒng)硬件采用網絡數據采集機，輔以溫濕度變送器、漏水探測器、PX6 電表、智能協(xié)議轉換器、CM短信報警機、數據服務器等相關配套設備.數據傳輸部分采用RW(4*0.3)信號線、超五類網線等,保證數據傳輸的可靠和穩(wěn)定.主要功能如下:
(1)數據采集機:系統(tǒng)中3個網絡數據采集機配套3個傳感器適配器,傳感器適配器為所有傳感器提供D2V的電壓供電，同時將各傳感器的輸出信號(包括開關量信號的通斷或模擬信號)轉接到可與數據采集器的I/O接口相匹配。
(2)溫濕度傳感器:采用12個溫濕度傳感器，其中9個用于監(jiān)測機房不同位置的溫濕度情況，另外3 個用于監(jiān)測 UPS、UPS配電柜、市電配電柜的溫濕度。
(3)水浸煙霧傳感器:水浸適配器(含20米感應線)用于檢測機房精密空調是否漏，煙霧傳感器用于檢測機房是否著火;兩者均采用D012V供電，本系統(tǒng)選擇常開型傳感器,輸出形式為干結點,警戒時輸出開路，報警時輸出短路。
(4)智能電量儀:采用 2個PX61，安裝在機房 UPS配電柜電量儀和市電配電柜電量儀內部，用于測量三相電壓、電流輸出、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、視在功率和電能等參數，通過通訊接口 RS485 轉以太網口與上位機通訊。
(5)協(xié)議轉換器 :采用 2個SNS-2 協(xié)議轉換器(RS232 轉KP/IP),用于對 US、精密空調和配電柜等符合RS232 標準的串口設備進行協(xié)議轉換,將 232/485 信號轉換成TCP/IP形式傳輸，實現(xiàn)設備的遠程控制。
(6)CM短信報警機:用于將協(xié)議轉換器接收到UPS 和精密空調報警信息發(fā)送到的CSM卡上，其內置CBM模塊，用戶只需將需要接收預警短信的配置進以太網，便可以收到內部CSM卡發(fā)送的預警信息。
2.2 網絡規(guī)劃
現(xiàn)場網絡環(huán)境為氣象局內網，系統(tǒng)設備均通過以太網網口連接至中心數據服務器，各硬件設備的IP地址規(guī)劃如下:
(1)數據服務器IP: 10.125.194.200
(2)數據采集機1IP:10.125.194.201
(3)數據采集機2IP:10.125.194.202
(4)數據采集機3IP:10.125.194.203
(5)UPS 協(xié)議轉換器IP:10.125.194 204
(6)精密空調協(xié)議轉換器IP:I10.125.194.205
(7)CSM短信機IP:10.125.194 206
2.3 系統(tǒng)軟件
中心管理軟件的設計采用標準VB軟件構架體系，使用 Iranevork.NET2.0 平臺，L數據協(xié)議格式，接收并處理各設備的報警信息，值班人員管理采集數據并通過后臺SERMCE服務的模式受理、分析、處理、校驗。從而保證報警信息得到及時準確的分析，為維護部門提供日常維護報表、性能狀況統(tǒng)計報表等分析數據軟件安裝簡捷,使用簡便,維護簡單,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,保證了數據的可靠，軟件的結構框圖如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)軟件的功能框圖
網絡機房監(jiān)控管理軟件平臺運行于wndwosXP/2003操作系統(tǒng)上，支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SMP、CPC等多種接口和協(xié)議，各模塊的具體功能如下:
(1)用戶管理:系統(tǒng)根據不同的操作者劃分了多級操作權限，具有控制權限的操作者可以進行對監(jiān)控對象發(fā)送控制指令，權限等級可由管理員任意劃分.
(2)數據管理:數據的管理包括實時數據和歷史數據，系統(tǒng)能夠監(jiān)測到相關設備的實時狀態(tài)及參數,實時數據保存在數據庫中，可供查詢，統(tǒng)計，打印，生成動態(tài)趨勢圖，歷史數據不能被修改.
(3)系統(tǒng)安全:當出現(xiàn)某些故障或系統(tǒng)操作不正當、不正常而導致系統(tǒng)停機、崩潰時，該系統(tǒng)會在監(jiān)控主機操作系統(tǒng)重新啟動后自動啟動監(jiān)控系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)正常運行，使之具有更高穩(wěn)定性、安全性。
(4)報警管理:通過對相關采集數據與數據庫內設定數值進行對比，當實時采集數據超過設定數值時，系統(tǒng)產生報警，并對報警數據進行歸類分組，從而實現(xiàn)報警管理功能，并通過CSM預警機發(fā)送到用戶手機上.
(5)遠程管理:系統(tǒng)采用BS架構,可通過局域網，以WB方式實現(xiàn)遠程監(jiān)控,所監(jiān)控的對象可以和監(jiān)控中心具有等同的效果.用戶通過VB瀏覽器實時地查看現(xiàn)場站信息，可按權根進行瀏覽、查詢、控制等操作.
(6)報表管理:系統(tǒng)將所保存的歷史數據、操作記錄、事件日志生成各種報表進行管理，具有打印功能.各種報警記錄均可以導出成 word或excel 文檔.
(7)在線維護:系統(tǒng)運行時，支持實時的修改和維護，系統(tǒng)在進行修改維護期間,其本身正常的設備采樣、數據存儲、報警等功能應不受影響.
(8)可擴充性:監(jiān)控系統(tǒng)應采用模塊化設計,信息端口和系統(tǒng)模塊接口需標準化，可按用戶需求實現(xiàn)定制功能的開發(fā)。
3、系統(tǒng)運行測試
系統(tǒng)設計完成,已實施竣工，用戶通過系統(tǒng)管理軟件遠程查看系統(tǒng)的運行狀態(tài)，設備與數據服務器的連接狀態(tài)，所有設備采集的實時數據軟件自帶數據分析功能，可查看某一時間段的*大值和*小值，當*大值或*小值超過了用戶設定的范圍，軟件可以發(fā)出報警，并將報警信息通過CSM模塊發(fā)送到用戶手機上，以下圖片是在一次市電切換工程中， UPS發(fā)出的報警信息，通過SM卡，手機接收到報警信息如圖4所示：
圖4 手機報警
4、安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型
4.1概述
配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。
4.2系統(tǒng)結構
4.3系統(tǒng)功能
4.3.1實時監(jiān)測
能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。
4.3.2數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
4.3.3曲線查詢
可以直接查看各電參量曲線。
4.3.4運行報表
查詢配電室內設備的運行數據報表。
4.3.5實時告警
具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。
4.3.6歷史事件查詢
能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。
4.3.7用戶權限管理
設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
4.3.8網絡拓撲圖
支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構。
4.3.9遙控功能
可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。
4.4系統(tǒng)硬件配置
名稱 | 型號 | 功能 |
系統(tǒng) | ACREL-2000E | Acrel-2000E 配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。 |
智能通信管理機 | Anet-2E4SM | 通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
主機 | Acrel-2000E/A | 數據采集、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、報警事件記錄查詢，可以根據采集到的設備數據或狀態(tài)聯(lián)動啟動風機、聲光報警器、空調、水泵等設備。 |
Acrel-2000E/B | 參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。 | |
Acrel-2000E/M | 參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。 | |
Acrel-2000E/G | 參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝 | |
環(huán)境監(jiān)測硬件 | RS-WS-NO1-8 | 用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0%RH～99%RH |
BRJ-307 | 光電式煙霧傳感; 電源正極（DC 12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 | |
RS-SJ-N01R01-2 | 接觸式水浸傳感器，監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC 10-30V 工作溫度：-20℃~+60℃ 工作濕度：0%RH~80%RH 響應時間：1s 繼電器輸出：常開觸點 | |
環(huán)境監(jiān)測硬件 | T35-II-5.6 | 風量4800，帶溫控器，帶消聲段，電機變頻 |
AT8002 | 常開型；感應距離：30-50mm 材質：鋅合金，銀灰色電度 干接點輸出 | |
DS-2DC6120BY-A | 視頻監(jiān)控 | |
ARTU-KJ8 | 8路開關量輸入,8路繼電器輸出 |
、結論
基于以太網的氣象網絡機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設，使得網絡管理人員只需在辦公室通過固定的內網IP就能實時查看機房溫濕度、UPS、精密空調、配電設備等儀器的運行狀態(tài)情況，使得網管人員免受政府部門.系統(tǒng)經過3個月的運行情況測試,系統(tǒng)運行情況良好。
參考文獻：
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[2] 張小磊，戈磊，馬亞洲.基于PC04 實時數據通信的實現(xiàn)[J].電子世界,2012(5):32-33
[3] 鮑磊磊.黃亮.吳信明.吳嘉偉.繆明榕.基于以太網的氣象網絡機房監(jiān)控系統(tǒng).
[4] 企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.
作者簡介:
韓歡慶，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用，
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