浅谈基于以太网的气象网络机房监控系统

浅谈基于以太网的气象网络机房监控系统

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

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

南通市气象局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>，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

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：

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)用于检测机房精密空调是否漏水，烟雾传感器用于检测机房是否着火;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、精密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 和精密空调报警信息发送到指定的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号码配置进以太网，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)精密空调协议转换器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。

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：

图4 手机报警短信测试

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

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。

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。

4.3.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

4.3.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

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。

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。

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。

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。

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。

4.4系统硬件配置

名称	型号	图片	功能
系统	ACREL-2000E

	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		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

	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

	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

	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

	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-NO1-8		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		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		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

	风量4800，带温控器，带消声段，电机变频
AT8002		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

	视频监控
ARTU-KJ8		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、精密空调、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.

审核编辑 黄宇