淺談基于以太網(wǎng)的氣象網(wǎng)絡(luò)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)

安科瑞 陳聰

摘要:針對市級氣象中心機(jī)房的動力配電、環(huán)境溫濕度狀況、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、LPS 電源等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和管理.在設(shè)備基礎(chǔ)上構(gòu)建基于BS架構(gòu)的綜合信息管理平臺,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、故障告警、WEB模式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布、各種通信協(xié)議轉(zhuǎn)換等多項(xiàng)功能。

關(guān)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(luò)機(jī)房進(jìn)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(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1、系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹

以太網(wǎng)通信中的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)，通信質(zhì)量穩(wěn)定，其網(wǎng)絡(luò)是基于復(fù)雜環(huán)境設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn),但是該技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)包括:TCP/IP的工作模式問題、串口分幀技術(shù)、9位技術(shù).這里詳細(xì)分析這些串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口的技術(shù)。

1.1 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關(guān)鍵技術(shù)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?yàn)榇趨f(xié)議本身不具有網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層，這種轉(zhuǎn)化其實(shí)是將串口的數(shù)據(jù)作為TCP/IP的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，用TCP/IP封裝傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行傳輸。

1.2 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關(guān)鍵技術(shù)二:串口分幀技術(shù)

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(shè)定數(shù)據(jù)包間隔T當(dāng)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(shí)間時(shí)，則將之前收到的串口數(shù)據(jù)作為一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送。

1.3 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關(guān)鍵技術(shù)三:9位技術(shù)

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(yīng)用層數(shù)據(jù)，Realcom 協(xié)議將串口數(shù)據(jù)打包之后整個(gè)作為TCP/IP的應(yīng)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(shí)現(xiàn)了9位傳輸技術(shù)。

本系統(tǒng)采用2個(gè)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(diǎn)擊運(yùn)行，鍵入CND并點(diǎn)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(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式如圖1所示。

鍵入對應(yīng)的編號進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，比如鍵入0進(jìn)行服務(wù)器設(shè)置，需要設(shè)置的參數(shù)有IP地址、網(wǎng)關(guān)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(luò)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jìn)行故障告警數(shù)據(jù)全部通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)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(shí)隨地了解機(jī)房的實(shí)際工作狀況，實(shí)現(xiàn)管控一體化.機(jī)房管理人員可以通過瀏覽器,直觀地監(jiān)控機(jī)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(luò)數(shù)據(jù)采集機(jī)，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(bào)警機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等相關(guān)配套設(shè)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(jī):系統(tǒng)中3個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集機(jī)配套3個(gè)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(shí)將各傳感器的輸出信號(包括開關(guān)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(gè)溫濕度傳感器，其中9個(gè)用于監(jiān)測機(jī)房不同位置的溫濕度情況，另外3 個(gè)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(jī)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(diǎn),警戒時(shí)輸出開路，報(bào)警時(shí)輸出短路；水浸煙霧傳感器:水浸適配器(含20米感應(yīng)線)用于檢測機(jī)房精密空調(diào)是否漏水。

(4)智能電量儀:采用 2個(gè)PX61，安裝在機(jī)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(jī)通訊。

(5)協(xié)議轉(zhuǎn)換器 :采用 2個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的串口設(shè)備進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,將 232/485 信號轉(zhuǎn)換成TCP/IP形式傳輸，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

(6)CM短信報(bào)警機(jī):用于將協(xié)議轉(zhuǎn)換器接收到UPS 和精密空調(diào)報(bào)警信息發(fā)送到對應(yīng)的CSM卡上，其內(nèi)置CBM模塊，用戶只需將需要接收預(yù)警短信的號碼配置進(jìn)以太網(wǎng)，便可以收到內(nèi)部CSM卡發(fā)送的預(yù)警信息。

2.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為氣象局內(nèi)網(wǎng)，系統(tǒng)設(shè)備均通過以太網(wǎng)網(wǎng)口連接至中心數(shù)據(jù)服務(wù)器

2.3 系統(tǒng)軟件

中心管理軟件的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備的報(bào)警信息，值班人員管理采集數(shù)據(jù)并通過后臺SERMCE服務(wù)的模式受理、分析、處理、校驗(yàn)。從而保證報(bào)警信息得到及時(shí)準(zhǔn)確的分析，為維護(hù)部門提供日常維護(hù)報(bào)表、性能狀況統(tǒng)計(jì)報(bào)表等分析數(shù)據(jù)軟件安裝簡捷,使用簡便,維護(hù)簡單,系統(tǒng)運(yùn)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(luò)機(jī)房監(jiān)控管理軟件平臺運(yùn)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(jìn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠監(jiān)測到相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及參數(shù),實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，可供查詢，統(tǒng)計(jì)，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(dāng)出現(xiàn)某些故障或系統(tǒng)操作不正當(dāng)、不正常而導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)、崩潰時(shí)，該系統(tǒng)會在監(jiān)控主機(jī)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(yùn)行，使之具有更高穩(wěn)定性、安全性。

(4)報(bào)警管理:通過對相關(guān)采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)設(shè)定數(shù)值進(jìn)行對比，當(dāng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)超過設(shè)定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，并對報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類分組，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警管理功能，并通過CSM預(yù)警機(jī)發(fā)送到用戶手機(jī)上.

(5)遠(yuǎn)程管理:系統(tǒng)采用BS架構(gòu),可通過局域網(wǎng)，以WB方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)時(shí)地查看現(xiàn)場站信息，可按權(quán)根進(jìn)行瀏覽、查詢、控制等操作.

(6)報(bào)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(bào)表進(jìn)行管理，具有打印功能.各種報(bào)警記錄均可以導(dǎo)出成 word或excel 文檔.

(7)在線維護(hù):系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，支持實(shí)時(shí)的修改和維護(hù)，系統(tǒng)在進(jìn)行修改維護(hù)期間,其本身正常的設(shè)備采樣、數(shù)據(jù)存儲、報(bào)警等功能應(yīng)不受影響.

(8)可擴(kuò)充性:監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì),信息端口和系統(tǒng)模塊接口需標(biāo)準(zhǔn)化，可按用戶需求實(shí)現(xiàn)定制功能的開發(fā)。

3、系統(tǒng)運(yùn)行測試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成,已實(shí)施竣工，用戶通過系統(tǒng)管理軟件遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備與數(shù)據(jù)服務(wù)器的連接狀態(tài)，所有設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)軟件自帶數(shù)據(jù)分析功能，可查看某一時(shí)間段的*大值和*小值，當(dāng)*大值或*小值超過了用戶設(shè)定的范圍，軟件可以發(fā)出報(bào)警，并將報(bào)警信息通過CSM模塊發(fā)送到用戶手機(jī)上，以下圖片是在一次市電切換工程中， UPS發(fā)出的報(bào)警信息，通過SM卡，手機(jī)接收到報(bào)警信息如圖4所示：

圖4 手機(jī)報(bào)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(jī)、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機(jī)、槍機(jī)）、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(jī)、風(fēng)機(jī)、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(shí)時(shí)監(jiān)測

能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.3.2數(shù)據(jù)查詢

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)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(yùn)行報(bào)表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表。

4.3.5實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設(shè)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。 

4.3.7用戶權(quán)限管理

設(shè)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(luò)拓?fù)鋱D

支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4.3.9遙控功能

可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(luò)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，使得網(wǎng)絡(luò)管理人員只需在辦公室通過固定的內(nèi)網(wǎng)IP就能實(shí)時(shí)查看機(jī)房溫濕度、UPS、精密空調(diào)、配電設(shè)備等儀器的運(yùn)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(gè)月的運(yùn)行情況測試,系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程秀蘭.電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全體系的設(shè)計(jì)探討[J].電子世界,2012( 5):33-34

[2] 張小磊，戈磊，馬亞洲.基于PC04 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的實(shí)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(wǎng)的氣象網(wǎng)絡(luò)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng).

[4] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.