广电机房动力环境监控的尝试与探索

概述

姜堰广电目前通过建设机房动力环境监控系统实现了机房入电、配电、精密空调、UPS、机房漏水、机房温、湿度、门禁及图像等项目的监控管理、告警派单、统计分析。主要通过现代数字采集、视频、智能控制技术，对机房环境、设备进行实时监测，通过异常告警、短信提示告警、历史查询、远程管理等手段实现信息集中存放统一管理的目的，以达到高效率、低成本的管理目标。通过本项目建设，实现机房无人值守，并能快速明确机房异常状况，准备地锁定故障点，并能根据视频回放、历史数据查询等功能实现事故追踪等功能。

采用先进的“预警”维护方式彻底解决落后的人工被动的维护方式，精确定位故障，能够节约维护人员，为机房的安全和可靠运行提供有力保障，防范于未然从而提升经济效益。

系统设计

一、设计原则

建设一个成功的机房动力环境集中监控系统,应综合利用多种技术手段,从实际出发,使集中监控系统达到最大的可用性和可靠性。因此姜堰广电遵循以下设计原则:

系统可以涵盖市镇的二或三级监控网络，具备较强的扩容能力。

系统必须满足实时的响应时间，并实现系统性能与系统规模的无关性。

系统平台能够接入现有的或者将来建设的综合网管系统。

系统具备在线升级的能力，并兼容第三方硬件的能力。

系统必须具备实现无人或少人值守的能力。

系统必须形成统一的中文人机界面。

系统必须考虑机房施工方面的各种技术要求。

二、设计依据

《通信局站电源、空调及环境集中监控管理系统》YD/ T1363-2005

《通信电源集中监控系统设计规范》YD/T5027-2005

《通信局站防雷与接地工程设计规范》D5098-2005

《通信局(站)电源系统总技术要求》YD1051-2000

《工业企业通信接地设计规范》GBJ79-85

《安全防范工程程序与要求》 GA/T75-94

三、系统组成

机房动力环境监控系统的基本组成环节包括采集子系统、传输子系统和中心平台子系统，以下为分别论述。

1.采集子系统

采集子系统是数据采集并处理和分发的中心，包括监控命令的上承下达、监控数据（告警数据、实时监测数据等）的分析、处理等。同时具备接受控制命令并对设备实施控制操作的能力。

(1)被监控设备分类

监控对象主要包括设备动力系统和环境系统两大类：

设备动力系统：包括高压配电、低压配电、开关电源、UPS（三相电压、三相电流、功率、功率因数等），柴油发电机组（三相电压、三相电流、频率、柴油油位、启动电池电压等），整流器（输出电压、电流等）、蓄电池组（电池组总电压、电池单体电压、电池表面温度、电池组充放电电流）等动力设备；本次姜堰市广电机房的监控点主要集中在市电入电、UPS、精密空调。

环境系统：包括机房环境（温湿度、水浸等）。

监控的对象按被监控设备本身的特性可分为智能设备和非智能设备：

智能设备指设备本身具有一定的数据采集和处理能力，并带有智能接口（如串口RS232,RS485），可直接与计算机进行通信。如亚奥电源，中兴电源、Liebert UPS、海洛丝、阿特拉斯空调、卡特彼勒油机，等等。对于智能设备，需要通过获取智能设备协议（包括智能设备通信协议、接口方式、数据包的结构及内容），直接纳入监控系统。

非智能设备本身不具备数据采集和处理能力，无智能接口。如低压配电柜、普通分体空调、蓄电池组等。对温湿度，电量，电压，电流可以采取用适当的智能传感器来实现，或者对智能接口做二次融合开发用总线地址加以分析。对于非智能设备则需通过专门的信号传感探测器接到采集器使其智能化再接入监控系统。

(2)被监控设备采集内容

表1 UPS监控

(3)被监控信号

被监控信号包括非电量信号和电量信号。对于非电量信号（例如：温度、湿度、油箱油位等），应通过传感器把非电量信号变成电量信号后接入采集设备；对于各类不能直接测量的电量信号（例如三相电压、电流等）则通过变送器将其变换，适合采集器输入要求后接入采集设备。

(4)方案拓扑图

本方案拓扑图如图1所示：采集子系统主要分为环境量采集部分和智能设备采集部分。环境量是指温、湿度和漏水探测；智能设备包括门禁、精密空调和UPS电源，通过智能采集服务器UPT－4采集各传感器和智能设备数据，经网络上报到监控平台。当有告警产生时，无线短信发射机会将告警信息发送到指定维护人员的手机上。

表2 智能空调监控

2.传输子系统

监控系统中的采集机，业务报表台，服务器等按广域网方式（WAN）进行连接，采用广域网的优点是系统扩展容易。为了安全起见，在IP地址分配的时候将采集器的地址段和采集中心的地址段做成2个网段用路由器或者3层交换机实现互通。监控系统以监控主机为界线，监控主机以下为计算机间的直接通信；而监控主机以上部分，含FSU、LSC、CSC各部分是基于TCP/IP协议的广域网，兼容和扩展能力较强，可以直接利用现有网络，如IP网,LAN局域网或SDH传输网。如果是单个机房的单独监控我们可以将传输子系统简化。

(1)IP或LAN组网方式

IP组网方式是本次监控系统在分前端或者中心机房优先选用的传输方式，尽量使用机房现有的IP网络资源，选用智能采集器的以太方式传输接口。姜堰广电目前通过以太方式来实现，将来如果要增加监控机房只要网络能互通就可以接入本次监控的系统软件平台。

(2)专线E1组网方式（如：传输网如SDH提供E1通道）

(3)无线组网方式（如：CDMA/GPRS/EDGE方式的DTU）

3.软件子系统

表3 环境监控

表4电量仪

表5 门禁

图1 方案拓扑图

本次使用的软件系统包括系统软件和应用软件。系统软件主要指支撑应用软件运行的平台环境，主要有操作系统、数据库管理系统属于第三方的软件。应用软件包括监控主机软件、业务台软件（包括实时监控台软件、业务管理台软件、管理员工具软件）、配置工具软件、数据库部分、数据管理软件、和开局调测工具等，系统的软件采用模块化结构，使之具有最大的灵活性和扩展性，以适应不同规模监控系统网络和不同数量监控对象的需要，根据工程需要，可实现系统规模的方便扩容。

(1)操作系统

操作系统选用Windows系列，其中服务器采用Windows 2000 Server以上操作系统，监控主机和业务台采用Windows 2000 Professional及以上操作系统。

(2)数据库管理系统

监控系统有大量的实时和历史数据，对数据的存储和管理要求较高，同时也是为后续的兼容考虑，我们采用Sybase数据库管理系统。

(3)监控主机软件

监控主机位于数据采集的最顶端，下接端局机房的一体化采集器、智能设备、等，它接收从采集器及各种智能设备上报的数据。监控主机采集各设备的数据后，对数据进行处理，依据不同设备的具体情况进行数据分析、归纳、整理，得到设备当前的运行状况（例如是否产生告警信号、数据如何保存、数据统计等）后上送到监控站中心数据库服务器，利用操作系统提供的多线程、多进程、异步处理、标准网络接口等新特性实现了系统的设置灵活、反应迅速、性能稳定等特点。

(4)业务台软件(含告警输入输出服务器子模块)

业务台是整个动力设备及环境监控系统的维护管理及操作平台，提供操作员一个方便直观的界面，监控系统的功能也集中地由业务台体现，日常的各种监控维护管理工作都是通过业务台来完成的。业务台软件包括实时监控台、业务管理台和管理员工具。

实时监控台主程序：提供告警显示、告警处理、实时数据处理、远程控制、设备派修、设备状态浏览、信号浏览及监控系统自诊断等功能。实时监控台处理告警信息时，可利用声、光、打印（包括手机短信和E-mail）等方式进行告警通知，值班人员也可进行派单告警处理（包括打印纸件或电子表格）。

业务管理台主程序：负责完成定义、查询、打印报表等功能。

管理员工具主程序：提供了工作站管理、人员管理、标准权限管理、权限分配管理、寻呼管理、门禁管理等功能。

(5)配置工具软件

配置工具的主要功能是对监控系统所有数据进行配置，用户可以根据实际监控系统的具体情况配置监控局站、局房、设备、监控信号及其信号处理条件，并可进行端局的图形组态配置，配置完成后所有配置数据存放在配置库中。配置数据是监控主机进行数据采集和处理的依据，组态（图形）配置信息提供给实时监控台使用。配置工具软件一般安装在监控主机和便携机中，当某个被监控的设备或信号需要修改时，可以方便地修改配置库使之与实际情况一致。配置工具是系统维护的重要工具。

(6)开局调测工具，告警输入输出服务器子模块

开局调测工具ZITU2008它可以对一体化采集器UPT、智能设备和通信设备进行调试，是系统底端设备维护的重要工具。同时它也是对一体化采集器进行配置管理的重要工具，因为要把针对智能设备开发的协议.EXE文集灌输进去进行自动采集，同时也是实现最底端采集器逻辑自动控制配置文档的调试工具。

四、系统特点

动环监控系统结合领先的计算机网络通信技术，采用独特新颖的操作环境，是专门设计开发的下一代集中监控平台，对于具有大规模机房电源设备，空调设备，UPS电源，门禁系统，环境系统应用的公司，动环监控系统是一种理想的维护管理工具。该系统具备以下特点：

1. 满足电总标准，按三级监控系统思想设计，支持上万机房大型系统应用，分级别、分专业、分设备、分信号、分权限管理；

2. 底端高度集成一体化设计，覆盖了工业控制及监测系统的现场采集所需功能，EMC（电磁兼容性）、安规表现卓越。通过电信总局严格的各项指标认证；

3. 超群的可靠性和可用性，告警准确率100%，实时的采集，实时告警；

4. 严密的安全防范机制，提供实时监测和早期预警，在移动，电信及大客户如银行，海关，税务等IT机房已广泛应用；

5. 先进的维护和管理工具，系统长年24小时不断记录各种数据，生成各种日、月、年等历史数据报表，可以形成饼状、柱状、表格等分析图，成为维护的科学依据。

6. 开放标准兼容性，各种设备数据平滑接入系统。

所有这些特点都体现了“轻松无忧管理机房”的思想，而动环监控系统正是这一先进思想指导下的经典产品。

动环监控系统通过紧密集成硬件、软件和操作系统，提供高性能、可靠、安全易用等特性。动环监控系统使用户更快获得投资回报。

五、系统优势

1. 体系结构

业界人士称动环监控系统为“强大的管理系统”，这主要是因为动环监控系统具有先进的体系结构，主要体现在以下几个方面：

（1）先进三级结构(本次建议是二级就可以满足)

本监控系统可按地域、按权限、按专业管理，特别是以全省或一个市为单位去管理所辖的机房设备。本体系结构带来的直接好处就是使管理和维护变得十分方便：即根据贵公司的维护管理体制进行灵活调整，既适应集中监控，集中维护，又适应集中监控，分散维护。

（2）先进的性能

底端一体化设计、大型数据库sybase和先进的体系结构保证了动环监控系统卓越的性能，监控中心与区域监控中心实时数据同步，告警同步，配置同步，先进的数据同步方式保证了动环监控系统性能的先进性。

动环监控系统先进的数据处理能力，具有多地点、多事件的并发告警功能，不丢失告警信息，告警准确率为100%，告警响应时间小于3秒，实时数据响应时间小于5秒，命令执行响应时间应小于5秒。

动环监控系统大型数据库应用，具有对上万个机房设备运行数据（时实、告警）快速响应的能力和大容量历史数据存储能力。

（3）良好的用户界面

动环监控系统提供了数据列表图、曲线图、码表图、状态图和组态图等5种面显示方式。各地有线可以根据自己的需要来选择不同的显示方式，如图2所示。（注：提供C/S版标配，WEB版和WAP版选配）

图2 五种显示界面

图3 实时数据浏览界面

2.告警功能

所谓“先进的告警系统和预警系统”指的是动环监控系统具有先进的告警处理体系结构。具体主要体现在以下几个方面：

(1)告警处理方式

监控设备发生故障告警时，根据预先定义的处理方式，可以执行记录日志、声光告警、发送短消息、发送EMAIL、语音报读等共7种事件处理功能中的一种或几种。从而可以让用户在监控设备发生告警时，及时得到通知，因而，也就在最大程度上保护了用户的数据和设备的安全（见图7）。

强大告警处理功能，对设备故障及时处理清晰明了，从告警发生到CSC中心服务器上显示间隔不超过10秒。

(2)预警方式

早期预警彻底解决“亡羊补牢”的被动维护方式，即在故障发生的初期没有给系统带来危害时将其处理掉。但这种维护方式已经不能适应当今市场经济的需要，因为维护工作并不是要求查漏补漏，而是应该防范于未然。

图8为动环监控系统预警方式：市电中断后UPS防止电池放电完之前实现早期预警：设置UPS电池剩余容量多级告警设置就可以达到预警功能。

图4 组态界面

图5 设备管理界面

图6 门禁监控界面

图7 UPS报警方式

图8 动环监控系统预警方式

3.维护管理

使用了动环监控系统，可以支持对维护工作进行改革尝试，如蓄电池的现场测量维护、机房电源设备的巡检、低压配电的巡检等都值得进行改革。

(1)监控中心自动测量及控制

比如：由于电池的单体已经监控，通过软件可以统计一定时间段的电池单体均压曲线，电池单体的实时和历史数据都可以随时从电脑中看到，方便找出落后电池，可以减少电池巡检的次数、将巡检的主要内容定位到一年一次设备的卫生和铜排的接触紧密情况等上面，大大减轻了电池维护的工作量、节约了很多维护费用。

(2)监控中心远程维护

比如：UPS电源的一些均充、浮充测试、模块的均流情况等都改为在监控中心操作和监控，可以起到同样的效果。

(3)节能控制

利用动环监控系统智能控制合理的节约能源，几年以后获得的效益将远远超过投资。监控管理系统如能够根据冬夏、昼夜的温差及时准确调节空调制冷状态，仅空调优化运行一项，一年就能节约几百万度电，节约电费上百万元。而此功能只需维护人员设置好参数，即可由智能系统根据温度、室内外温差、空调效率、能耗、联机情况等自动调节。若使用手工操作，则很难及时、准确的控制，耗费大量人力，效果也会大打折扣。

(4)报表分析

系统可以对告警数据、历史数据、统计数据进行自定义报表分析，提高维护工作效率，降低维护成本。图9为柱图和饼图分析图示。

(5)促进现代企业管理制度建立

表6 告警处理功能一览表

图9 自定义报标分析图

图9 自定义报标分析图

集中监控系统应与维护体制改革密不可分，“告警”和“监控”只是系统基本功能，更高级的功能是如何与管理相结合，如何更好的支持维护工作等，该系统已包含了更高一级的需求——融入管理功能，支持日常各种维护工作的流程。

管理思路：融入闭环管理思想、支持维护工作整个业务流程，符合用户的维护习惯。

人员管理：检验操作者的密码、操作权限，对人员信息、考勤等进行管理

设备管理：录入、修改和提供各局站设备的档案和运行维护信息

数据整理：自动删除过时数据，自动备份

4.性能指标

监控系统的设计在性能指标上能够满足下述基本要求。

(1)测量精度

本系统电量传感器（变送器）的平均精度为0.25%，

系统所有开关量的准确率为100%。

模拟量测量精度列举如下：

直流电压测量精度优于0.5%（被测量值在传感器或变送器量程2/3 以上，测量仪器精度0.1级）。

交流电压测量精度优于2%（被测量值在传感器或变送器满量程2/3 以上，测量仪器精度0.5级）。

直流电流测量精度优于2%（被测量值在传感器或变送器满量程2/3 以上，测量仪器精度0.5级）。

交流电流测量精度优于2%（被测量值在传感器或变送器满量程2/3 以上，测量仪器精度0.5级）。

蓄电池单体电池电压测量精度优于±5mV (2VDC)。

温度测量精度优于5%（被测量值在传感器量程2/3以上，测量仪器精度0.5级）。

频率测量精度优于2 %（被测量值在传感器量程 2/3 以上，测量仪器精度0.5级）。

液位、油压等其他非电量测量精度优于5 %（被测量值在传感器量程2/3 以上，测量仪器精度0.1级）。

(2)实时性响应时间

系统实时监控各通信设备运行状况，在设备发生故障时，其告警发生到值守监控中心的时间间隔在3～5秒，非智能型设备故障告警DI量反应时间为1～2秒，智能型设备最大故障间隔时间为15秒（其中包括智能型设备自行数据处理反应时间）。非智能型设备的数据响应时间小于3秒，命令执行响应时间小于2秒。智能型设备数据响应时间小于5秒，命令执行响应时间小于10秒（包括智能型设备本身的处理响应时间）。在各级中心调阅曲线约3-4秒的刷新率。

实时数据响应时间<10s。

告警数据响应时间<10s 。

系统控制响应时间<8s （不包括被控制设备自身的反应时间）。

(3)准确率

系统故障告警准确率为100%，没有误告。发生连续告警时，具有多事件多地点同时告警功能。在系统画面告警显示栏，依据告警的先后、等级，将告警逐条显示，无漏告。我们在全国近百个监控系统用户的实际运行亦提供了充分的实际证明。

告警准确率100%，控制准确率100%

图10管理实例——派修记录

图11管理实例——交接班月报表

图12 管理实例——设备资产管理报表

工程设计

1.模拟量的测量

动力环境监控需要监测的模拟量可粗略地分为以下几种类型：电压、电流、频率、功率因数、温度、湿度、液位、震动、渗漏水、气压、风速、流速、声音分贝、烟雾、微粒(离子)浓度等。通过各种传感器、变送器装置可以将各种模拟信号的检测变换为以下几种类型信号：

(1) 0～5V电压信号。

(2) 4～20mA电流信号。

动力设备及环境集中监控系统可采集以上标准模拟信号。考虑传输距离、抗干扰、供电等因素对精度、安装应用位置的影响。 我们优先使用数字量信号尤其是温湿度及电流电压的采集。

2.开关量的测量

开关信号分为有源、无源两种，以电压、电流的有无来判定信号状态的是有源开关信号，以继电器或其他开关的通断来确定信号状态为无源开关信号。具体的开关信号的来源一般包括：

(1) 电压、电流的有无；中兴动力设备及环境集中监控系统采集设备可测量的有源开关量的电压值0～24V，有源输入时高电平电压值阈值是≥2V，低电平电压阈值≤0.8V。

(2) 各类设备的继电器开关触点输出或辅助接点输出。

(3) 三极管等电子器件的通断状态输出、TTL电平或其它高低电压输出。

(4) LED信号灯、6.3V信号灯、24V信号灯等的指示状态。

3.智能设备的接入

动力设备及环境集中监控系统除了能直接能以模拟量和数字量的方式对动力设备和环境进行监测控制外，还可以用二次开发智能协议的方式进行监控。通过协议解析对被监控的智能设备和其他动环监控系统进行监控和互通。动力设备及环境集中监控系统可接入的外围设备的通信接口和接入方式有：

(1) EIA串口通信的RS232 接口、RS422、RS485接口，速率可灵活调节。

(2) 工业控制总线，如CANBUS、MODBUS总线。

4.设备的供电考虑

按照通信设备工作电压等级标准及机房电源配套规范，动力设备及环境集中监控系统的采集模块、接入和转接模块的工作电压是DC－48V或DC24V，通过监控模块主板的 DC/DC模块转换输出+5V、12V供给各采集控制板、外围传感器、变送器、采样设备的电源。特殊传感器或动力设备，动力设备及环境集中监控系统支持可用外接的其它电源(交流或24V等)供电。

5.监控设备安装

动力设备及环境集中监控系统的设备的安装一方面要考虑与局方原有设备协调，另一方面要有利于系统布线、各传感器、变送器、设备的分布的范围和信号传送的有效距离。

(1) 就近安装原则：监控现场大多是强电磁干扰环境，传感器、变送器应尽量靠近原始测量点，以提高测量精度和安全性；安装点的环境量能较准确地反应被监控区域的环境量，不会因其它外围物理原因而经常改变。如温湿度不能安装在经常开放的窗户和门旁，不安装在热源直接辐射点，双鉴红外探测器不安装在太阳照射的地方。

表7 电缆使用情况一览表

(2) 隐蔽安装原则：传感器、变送器除被测部分外应尽量利用设备的机柜安装。

(3) 安装高度统一原则：壁挂安装的模块、传感器、变送器箱离地高度统一。

(4) 美观协协调原则：不改动卖方机房设备，如确实需要改动的，应由卖方提供改动方案，交买方确认，如买方同意更改，由卖方进行改动；作为配套的电源适配器、不直接采样环境量的变送器、电量没量仪、协议转换器等集中在安装箱内安装。

6.系统布线规则

动环监控系统的设备和传感器比较分散，信号电缆基本以弱电为主，所以工程设计中室内走线要求按如下原则布线：

(1) 走线遵循“沿顶、靠墙、绕梁”的原则，注重与环境的协调，不得破坏机房整体美观。

(2) 强、弱电分开，交、直流线必须分开布线，直流线和信号线、视频线、2M线可布在一起，强弱电的电缆不能安装在同一槽管中；监控线与用户线缆分离。监控信号电缆与用户的强电线缆平行走线超过5米，它们间距离不能小于30厘米。

(3) 如房间有防静电地板，可以从地板下布线；如有桥架，一般从走线桥架布线。下走线时，所布线缆必须用套管加以保护，如PVC管、PVC线槽、蛇形软管、缠绕管；

(4) 线管、线槽内布线时，不要把线布放的太满，应当留有30%的空间，线缆较多，设计时可考虑双槽(管)或多槽(管)平行

7.电缆的使用（见表7）

模块、设备的供电采用常规护套线，不需要阻燃电缆。LSC/CSC监控中心，从直流配电屏开关(熔丝)到监控系统的配电箱，可根据用户机房设备供配电的统一规范，采用阻燃电缆。

8.屏蔽及接地

(1) 动环监控系统的监控设备接地，采取联合接地方式；

(2) 监控设备的地线一定要直接接到机房接地柱或保护地排上(MET)。不开关电源的接地排上不能作为监控设备的接地点。4个以上监控设备，禁止级联接地，应分别引接地线到接地排；

(3) 所有电缆的屏蔽线必须接地。如果附近高频干扰严重，可以考虑使用两端接地；

(4) 在任何情况下都不允许将屏蔽线做信号线。