淺談基于以太網(wǎng)的氣象網(wǎng)絡機房監(jiān)控系統(tǒng)

安科瑞 陳聰

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(wǎng)絡設備、LPS 電源等設備進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和管理.在設備基礎上構(gòu)建基于BS架構(gòu)的綜合信息管理平臺,實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、故障告警、WEB模式的實時數(shù)據(jù)發(fā)布、各種通信協(xié)議轉(zhuǎn)換等多項功能。

關鍵詞:以太網(wǎng):GSM:LPS:B/S架構(gòu)

0、引言

南通市氣象局中心網(wǎng)絡機房進行監(jiān)控和管理的綜合系統(tǒng)，以便保障氣象數(shù)據(jù)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(wǎng)通信中的TCP/IP網(wǎng)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(zhì)量穩(wěn)定，其網(wǎng)絡是基于復雜環(huán)境設計的，具有自動糾錯功能.串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)功能可以使用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)網(wǎng)口的技術。

1.1 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關鍵技術一:TP/IP的工作模式問題

串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，并非單純的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的轉(zhuǎn)化.因為串口協(xié)議本身不具有網(wǎng)絡層與傳輸層，這種轉(zhuǎn)化其實是將串口的數(shù)據(jù)作為TCP/IP的應用層數(shù)據(jù)，用TCP/IP封裝傳輸?shù)姆绞竭M行傳輸。

1.2 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關鍵技術二:串口分幀技術

串口數(shù)據(jù)是可以連續(xù)不斷發(fā)送的，而以太網(wǎng)數(shù)據(jù)則是以數(shù)據(jù)包為單位發(fā)送的,因此在轉(zhuǎn)換過程中解決數(shù)據(jù)傳輸匹配的問題，用戶可以將數(shù)據(jù)包長度做為分幀的依據(jù):以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包*長1500多字節(jié)，可以在串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)器收到1500字節(jié)以內(nèi)將其打包發(fā)送.另一種串口分幀的方法是通過數(shù)據(jù)包間隔:用戶設定數(shù)據(jù)包間隔T當轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)現(xiàn)的串口數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)作為一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送。

1.3 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關鍵技術三:9位技術

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)是以字節(jié)(8位)為單位傳輸，但串口數(shù)據(jù)中有可能出現(xiàn)第9位，所以串口數(shù)據(jù)不能夠直接透明地轉(zhuǎn)化為TCP/IP應用層數(shù)據(jù)，Realcom 協(xié)議將串口數(shù)據(jù)打包之后整個作為TCP/IP的應用數(shù)據(jù)傳輸.這樣可以在Pealcom協(xié)議的協(xié)議頭部加入該數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器(RS232轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)換器分配的IP 地址，MC地址為協(xié)議轉(zhuǎn)換器本身的MC，配置完后telnet IP，按回車進入?yún)?shù)設置模式如圖1所示。

鍵入對應的編號進行各項參數(shù)的設置，比如鍵入0進行服務器設置，需要設置的參數(shù)有IP地址、網(wǎng)關地址、子網(wǎng)掩碼等，*后鍵入9，保存退出。

2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡機房監(jiān)控系統(tǒng)需實現(xiàn)機房內(nèi)溫濕度、煙霧、漏水、電壓、電流以及

圖1 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的配置

UPS的監(jiān)控，并采用短信方式進行故障告警數(shù)據(jù)全部通過內(nèi)部網(wǎng)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(gòu).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(nèi)各種狀況。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖2所示：

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2.1硬件部分

系統(tǒng)硬件采用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器、CM短信報警機、數(shù)據(jù)服務器等相關配套設備.數(shù)據(jù)傳輸部分采用RW(4*0.3)信號線、超五類網(wǎng)線等,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽亢头€(wěn)定.主要功能如下:

(1)數(shù)據(jù)采集機:系統(tǒng)中3個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)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(zhuǎn)接到可與數(shù)據(jù)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)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(jié)點,警戒時輸出開路，報警時輸出短路；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(diào)是否漏水。

(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(nèi)部，用于測量三相電壓、電流輸出、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率和電能等參數(shù)，通過通訊接口 RS485 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)口與上位機通訊。

(5)協(xié)議轉(zhuǎn)換器 :采用 2個SNS-2 協(xié)議轉(zhuǎn)換器(RS232 轉(zhuǎn)KP/IP),用于對 US、精密空調(diào)和配電柜等符合RS232 標準的串口設備進行協(xié)議轉(zhuǎn)換,將 232/485 信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器接收到UPS 和精密空調(diào)報警信息發(fā)送到對應的CSM卡上，其內(nèi)置CBM模塊，用戶只需將需要接收預警短信的號碼配置進以太網(wǎng)，便可以收到內(nèi)部CSM卡發(fā)送的預警信息。

2.2 網(wǎng)絡規(guī)劃

現(xiàn)場網(wǎng)絡環(huán)境為氣象局內(nèi)網(wǎng)，系統(tǒng)設備均通過以太網(wǎng)網(wǎng)口連接至中心數(shù)據(jù)服務器

2.3 系統(tǒng)軟件

中心管理軟件的設計采用標準VB軟件構(gòu)架體系，L數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的可靠，軟件的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件的功能框圖

網(wǎng)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(jù)不同的操作者劃分了多級操作權(quán)限，具有控制權(quán)限的操作者可以進行對監(jiān)控對象發(fā)送控制指令，權(quán)限等級可由管理員任意劃分.

(2)數(shù)據(jù)管理:數(shù)據(jù)的管理包括實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠監(jiān)測到相關設備的實時狀態(tài)及參數(shù),實時數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，可供查詢，統(tǒng)計，打印，生成動態(tài)趨勢圖，歷史數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)設定數(shù)值進行對比，當實時采集數(shù)據(jù)超過設定數(shù)值時，系統(tǒng)產(chǎn)生報警，并對報警數(shù)據(jù)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(gòu),可通過局域網(wǎng)，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(quán)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(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)服務器的連接狀態(tài)，所有設備采集的實時數(shù)據(jù)軟件自帶數(shù)據(jù)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 手機報警測試

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(diào)、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(jié)構(gòu)

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(shù)信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

4.3.2數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

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(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表。

4.3.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸?、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?qū)Ξa(chǎn)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(quán)限管理

設置了用戶權(quán)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(quán)限。

4.3.8網(wǎng)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

4.3.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

4.4系統(tǒng)硬件配置

5、結(jié)論

基于以太網(wǎng)的氣象網(wǎng)絡機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設，使得網(wǎng)絡管理人員只需在辦公室通過固定的內(nèi)網(wǎng)IP就能實時查看機房溫濕度、UPS、精密空調(diào)、配電設備等儀器的運行狀態(tài)情況，使得網(wǎng)管人員免受政府部門.系統(tǒng)經(jīng)過3個月的運行情況測試,系統(tǒng)運行情況良好。

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