淺談基于以太網的氣象網絡機房監控系統

張穎姣

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、環境溫濕度狀況、網絡設備、LPS 電源等設備進行數據采集、監控和管理.在設備基礎上構建基于BS架構的綜合信息管理平臺,實現了現場數據采集、故障告警、WEB模式的實時數據發布、各種通信協議轉換等多項功能。

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控和管理的綜合系統，以便保障氣象數據的正常傳輸和氣象業務系統的穩定運行。

1、系統相關技術介紹

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，通信質量穩定，其網絡是基于復雜環境設計的，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,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不斷發送的，而以太網數據則是以數據包為單位發送的,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，可以在串口轉網口轉發器收到1500字節以內將其打包發送.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當轉發器發現的串口數據流中出現了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(8位)為單位傳輸，但串口數據中有可能出現第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協議的協議頭部加入該數據包的9位是1還是0的信息，從而實現了9位傳輸技術。

本系統采用2個SNS-2協議轉換器(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>，其中IP 為需要為協議轉換器分配的IP 地址，MC地址為協議轉換器本身的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、系統總體結構

網絡機房監控系統需實現機房內溫濕度、漏水、煙霧、電壓、電流以及

圖1 協議轉換器的配置

UPS的監控，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，實現管控一體化.機房管理人員可以通過瀏覽器,直觀地監控機房內各種狀況。系統的總體結構框圖2所示：

圖2 系統總體結構框圖

2.1硬件部分

系統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定.主要功能如下:

(1)數據采集機:系統中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個用于監測機房不同位置的溫濕度情況，另外3 個用于監測 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水，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)協議轉換器 :采用 2個SNS-2 協議轉換器(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議轉換,將 232/485 信號轉換成TCP/IP形式傳輸，實現設備的遠程控制。

(6)CM短信報警機:用于將協議轉換器接收到UPS 和精密空調報警信息發送到指定的CSM卡上，其內置CBM模塊，用戶只需將需要接收預警短信的手機號碼配置進以太網，便可以收到內部CSM卡發送的預警信息。

2.2 網絡規劃

現場網絡環境為氣象局內網，系統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 協議轉換器IP:10.125.194 204

(6)精密空調協議轉換器IP:I10.125.194.205

(7)CSM短信報警機IP:10.125.194 206

2.3 系統軟件

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、性能狀況統計報表等分析數據軟件安裝簡捷,使用簡便,維護簡單,系統運行穩定,保證了數據的可靠，軟件的結構框圖如圖3所示。

圖3 系統軟件的功能框圖

網絡機房監控管理軟件平臺運行于wndwosXP/2003操作系統上，支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SMP、CPC等多種接口和協議，各模塊的具體功能如下:

(1)用戶管理:系統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控對象發送控制指令，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，系統能夠監測到相關設備的實時狀態及參數,實時數據保存在數據庫中，可供查詢，統計，打印，生成動態趨勢圖，歷史數據不能被修改.

(3)系統安全:當出現某些故障或系統操作不正當、不正常而導致系統停機、崩潰時，該系統會在監控主機操作系統重新啟動后自動啟動監控系統，以確保系統正常運行，使之具有更高穩定性、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，系統產生報警，并對報警數據進行歸類分組，從而實現報警管理功能，并通過CSM預警機發送到用戶手機上.

(5)遠程管理:系統采用BS架構,可通過局域網，以WB方式實現遠程監控,所監控的對象可以和監控中心具有等同的效果.用戶通過VB瀏覽器實時地查看現場站信息，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:系統運行時，支持實時的修改和維護，系統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:監控系統應采用模塊化設計,信息端口和系統模塊接口需標準化，可按用戶需求實現定制功能的開發。

3、系統運行測試

系統設計完成,已實施竣工，用戶通過系統管理軟件遠程查看系統的運行狀態，設備與數據服務器的連接狀態，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，軟件可以發出報警，并將報警信息通過CSM模塊發送到用戶手機上，以下圖片是在一次市電切換工程中， UPS發出的報警信息，通過SM卡，手機接收到報警信息如圖4所示：

圖4 手機報警短信測試

4、安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

4.1概述

配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子系統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。

4.2系統結構

4.3系統功能

4.3.1實時監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，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，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、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

支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

4.3.9遙控功能

可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

4.4系統硬件配置

名稱	型號	圖片	功能
系統	ACREL-2000E

	Acrel-2000E 配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，避免運行環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，實現配電動力環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、狀態監測、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聯動啟動風機、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、狀態監測、設備控制、視頻監控和回放、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、狀態監測、設備控制、視頻監控和回放、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、狀態監測、設備控制、視頻監控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝
環境監測硬件	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
環境監測硬件	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

	視頻監控
ARTU-KJ8		8路開關量輸入,8路繼電器輸出

5、結論

基于以太網的氣象網絡機房環境監控系統的建設，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情況，使得網管人員免受政府部門.系統經過3個月的運行情況測試,系統運行情況良好。

參考文獻：

[1] 程秀蘭.電子政務網絡安全體系的設計探討[J].電子世界,2012( 5):33-34

[2] 張小磊，戈磊，馬亞洲.基于PC04 實時數據通信的實現[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控系統.

[4] 企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

審核編輯 黃宇