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浅谈基于以太网的气象网络机房监控系统

更新时间:2023-11-20  点击次数: 66次

摘要:针对市级气象中心机房的动力配电、环境温湿度状况、网络设备、LPS 电源等设备进行数据采集、监控和管理.在设备基础上构建基于BS架构的综合信息管理平台,实现了现场数据采集、故障告警、WEB模式的实时数据发布、各种通信协议转换等多项功能。

关键词:以太网:GSM:LPS:B/S架构

0、引言

南通市气象*中心网络机房进行监控和管理的综合系统,以便保障气象数据的正常传输和气象业务系统的稳定运行。

1、系统相关技术介绍

以太网通信中的TCP/IP网络通信,与RS-232 串口通信、RS-485总线通信相比较,具有通信距离远,通信质量稳定,其网络是基于复杂环境设计的,具有自动纠错功能.串口转以太网功能可以使用串口转以太网模块来实现,但是该技术并不是简单传输媒介的变化,而是串口到 TCPYIP的协议转化。其关键技术包括:TCP/IP的工作模式问题、串口分帧技术、9位技术.这里详细分析这些串口转网口的技术。

1.1 串口转网口关键技术一:TP/IP的工作模式问题

串口转以太网,并非单纯的物理层与数据链路层的转化.因为串口协议本身不具有网络层与传输层,这种转化其实是将串口的数据作为TCP/IP的应用层数据,用TCP/IP封装传输的方式进行传输。

1.2 串口转网口关键技术二:串口分帧技术

串口数据是可以连续不断发送的,而以太网数据则是以数据包为单位发送的,因此在转换过程中解决数据传输匹配的问题,用户可以将数据包长度做为分帧的依据:以太网数据包*长1500多字节,可以在串口转网口转发器收到1500字节以内将其打包发送.另一种串口分帧的方法是通过数据包间隔:用户设定数据包间隔T当转发器发现的串口数据流中出现了T豪秒的空闲时间时,则将之前收到的串口数据作为一个以太网数据包发送。

1.3 串口转网口关键技术三:9位技术

以太网数据是以字节(8位)为单位传输,但串口数据中有可能出现第9位,所以串口数据不能够直接透明地转化为TCP/IP应用层数据,Realcom 协议将串口数据打包之后整个作为TCP/IP的应用数据传输.这样可以在Pealcom协议的协议头部加入该数据包的9位是1还是0的信息,从而实现了9位传输技术。

本系统采用2个SNS-2协议转换器(RS232转 TCP/IP),其连接方式和配置方法简单,直接将CM口定向至IP地址,具体配置方法如下:将其通过串口连接至PC,从开始菜单中点击运行,键入CND并点击确定.在DS窗口下键入命令:arp s◁P地址><MC地址>,其中IP 为需要为协议转换器分配的IP 地址,MC地址为协议转换器本身的MC,配置完后telnet IP,按回车进入参数设置模式如图1所示。

键入对应的编号进行各项参数的设置,比如键入0进行服务器设置,需要设置的参数有IP地址、网关地址、子网掩码等,*后键入9,保存退出。

2、系统总体结构

网络机房监控系统需实现机房内温湿度、漏水、烟雾、电压、电流以及

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图1 协议转换器的配置

UPS的监控,并采用短信方式进行故障告警数据全部通过内部网络资源进行传输.监控中心管理平台基于分布式WB的BS架构.从而便于管理人员随时随地了解机房的实际工作状况,实现管控一体化.机房管理人员可以通过浏览器,直观地监控机房内各种状况。系统的总体结构框图2所示:

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图2 系统总体结构框图

2.1硬件部分

系统硬件采用网络数据采集机,辅以温湿度变送器、漏水探测器、PX6 电表、智能协议转换器、CM短信报警机、数据服务器等相关配套设备.数据传输部分采用RW(4*0.3)信号线、超五类网线等,保证数据传输的可靠和稳定.主要功能如下:

(1)数据采集机:系统中3个网络数据采集机配套3个传感器适配器,传感器适配器为所有传感器提供D2V的电压供电,同时将各传感器的输出信号(包括开关量信号的通断或模拟信号)转接到可与数据采集器的I/O接口相匹配。

(2)温湿度传感器:采用12个温湿度传感器,其中9个用于监测机房不同位置的温湿度情况,另外3 个用于监测 UPS、UPS配电柜、市电配电柜的温湿度。

(3)水浸烟雾传感器:水浸适配器(含20米感应线)用于检测烟雾传感器用于检测机房是否着火,机房空调是否漏水,;两者均采用D012V供电,本系统选择常开型传感器,输出形式为干结点,警戒时输出开路,报警时输出短路。

(4)智能电量仪:采用 2个PX61,安装在机房 UPS配电柜电量仪和市电配电柜电量仪内部,用于测量三相电压、电流输出、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率和电能等参数,通过通讯接口 RS485 转以太网口与上位机通讯。

(5)协议转换器 :采用 2个SNS-2 协议转换器(RS232 转KP/IP),用于对 US、空调和配电柜等符合RS232 标准的串口设备进行协议转换,将 232/485 信号转换成TCP/IP形式传输,实现设备的远程控制。

(6)CM短信报警机:用于将协议转换器接收到UPS 和空调报警信息发送到CSM卡上,其内置CBM模块,用户只需将需要接收预警短信的手机配置进以太网,便可以收到内部CSM卡发送的预警信息。

2.2 网络规划

现场网络环境为气象局内网,系统设备均通过以太网网口连接至中心数据服务器,各硬件设备的IP地址规划如下:

(1)数据服务器IP: 10.125.194.200

(2)数据采集机1IP:10.125.194.201

(3)数据采集机2IP:10.125.194.202

(4)数据采集机3IP:10.125.194.203

(5)UPS 协议转换器IP:10.125.194 204

(6)空调协议转换器IP:I10.125.194.205

(7)CSM短信报警机IP:10.125.194 206

2.3 系统软件

中心管理软件的设计采用标准VB软件构架体系,使用 Iranevork.NET2.0 平台,L数据协议格式,接收并处理各设备的报警信息,值班人员管理采集数据并通过后台SERMCE服务的模式受理、分析、处理、校验。从而保证报警信息得到及时准确的分析,为维护部门提供日常维护报表、性能状况统计报表等分析数据软件安装简捷,使用简便,维护简单,系统运行稳定,保证了数据的可靠,软件的结构框图如图3所示。

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图3 系统软件的功能框图

网络机房监控管理软件平台运行于wndwosXP/2003操作系统上,支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SMP、CPC等多种接口和协议,各模块的具体功能如下:

(1)用户管理:系统根据不同的操作者划分了多级操作权限,具有控制权限的操作者可以进行对监控对象发送控制指令,权限等级可由管理员任意划分.

(2)数据管理:数据的管理包括实时数据和历史数据,系统能够监测到相关设备的实时状态及参数,实时数据保存在数据库中,可供查询,统计,打印,生成动态趋势图,历史数据不能被修改.

(3)系统安全:当出现某些故障或系统操作不正当、不正常而导致系统停机、崩溃时,该系统会在监控主机操作系统重新启动后自动启动监控系统,以确保系统正常运行,使之具有更高稳定性、安全性。

(4)报警管理:通过对相关采集数据与数据库内设定数值进行对比,当实时采集数据超过设定数值时,系统产生报警,并对报警数据进行归类分组,从而实现报警管理功能,并通过CSM预警机发送到用户手机上.

(5)远程管理:系统采用BS架构,可通过局域网,以WB方式实现远程监控,所监控的对象可以和监控中心具有等同的效果.用户通过VB浏览器实时地查看现场站信息,可按权根进行浏览、查询、控制等操作.

(6)报表管理:系统将所保存的历史数据、操作记录、事件日志生成各种报表进行管理,具有打印功能.各种报警记录均可以导出成 word或excel 文档.

(7)在线维护:系统运行时,支持实时的修改和维护,系统在进行修改维护期间,其本身正常的设备采样、数据存储、报警等功能应不受影响.

(8)可扩充性:监控系统应采用模块化设计,信息端口和系统模块接口需标准化,可按用户需求实现定制功能的开发。

3、系统运行测试

系统设计完成,已实施竣工,用户通过系统管理软件远程查看系统的运行状态,设备与数据服务器的连接状态,所有设备采集的实时数据软件自带数据分析功能,可查看某一时间段的*大值和*小值,当*大值或*小值超过了用户设定的范围,软件可以发出报警,并将报警信息通过CSM模块发送到用户手机上,以下图片是在一次市电切换工程中, UPS发出的报警信息,通过SM卡,手机接收到报警信息如图4所示:

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图4 手机报警

4、安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型

4.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统(云台球机、枪机)、环境监测子系统(温度、湿度、水浸、烟感)、控制子系统(灯光、空调、除湿机、风机、水泵)、门禁监控子系统(读卡器、开门按钮、磁力锁)、安防监控子系统(双鉴检测器)。

4.2系统结构

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4.3系统功能

4.3.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态,实时监测配电室环境参数信息,实时显示有关故障、告警等信息。

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4.3.2数据查询

在人机界面中,可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

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4.3.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

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4.3.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

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4.3.5实时告警

具有实时告警功能,系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

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4.3.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。 

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4.3.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能,可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

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4.3.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态,能够完整的显示整个系统网络结构。

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4.3.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

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4.4系统硬件配置

名称

型号

图片

功能

系统

ACREL-2000E

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Acrel-2000E 配电室综合监控系统,可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控,可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制,优化动力环境,避免运行环境的失控导致配电设备运行故障,保证维护人员安全,延长设备使用寿命,实现配电动力环境的分布式远程管理。

智能通信管理机

Anet-2E4SM

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通用网关,2路网口,4路RS485,可选配1路LORA,带电告警功能,支持485,4G从模块扩展。

主机

Acrel-2000E/A

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数据采集、状态监测、设备控制、报警事件记录查询,可以根据采集到的设备数据或状态联动启动风机、声光报警器、空调、水泵等设备。

Acrel-2000E/B

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参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。

Acrel-2000E/M

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参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装。

Acrel-2000E/G

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参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装

环境监测硬件

RS-WS

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用于配电房温度和湿度。工作电源:AC/DC 85~265V 工作温度:-40.0℃~99.9℃ 工作湿度:0%RH~99%RH

BRJ-307

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光电式烟雾传感; 电源正极(DC 12V):+12V,继电器输出:常开触点

RS-SJ-N01R01-2

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接触式水浸传感器,监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况,工作电源:DC 10-30V 工作温度:-20℃~+60℃ 工作湿度:0%RH~80%RH 响应时间:1s 继电器输出:常开触点

环境监测硬件

T35-II-5.6

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风量4800,带温控器,带消声段,电机变频

AT8002

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常开型;感应距离:30-50mm 材质:锌合金,银灰色电度 干接点输出

DS-2DC6120BY-A

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视频监控

ARTU-KJ8

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8路开关量输入,8路继电器输出





































































































5、结论

基于以太网的气象网络机房环境监控系统的建设,使得网络管理人员只需在办公室通过固定的内网IP就能实时查看机房温湿度、UPS、空调、配电设备等仪器的运行状态情况,使得网管人员免受政府部门.系统经过3个月的运行情况测试,系统运行情况良好。

参考文献:

[1] 程秀兰.电子政务网络安全体系的设计探讨[J].电子世界,2012( 5):33-34

[2] 张小磊,戈磊,马亚洲.基于PC04 实时数据通信的实现[J].电子世界,2012(5):32-33

[3] 鲍磊磊.黄亮.吴信明.吴嘉伟.缪明榕.基于以太网的气象网络机房监控系统.

[4] 企业微电网设计与应用手册2022.05版.

作者简介:魏健辉,女,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要从事配电室环境监控系统的研究与应用

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