淺談基於以太網的氣象網絡機房監控係統

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於(yu) BS架構的綜合信息管理平台,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(guan) 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係統，以便保障氣象數據的正常傳(chuan) 輸和氣象業(ye) 務係統的穩定運行。

1、係統相關(guan) 技術介紹

以太網通信中的TCP/IP網絡通信，與(yu) 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，其網絡是基於(yu) 複雜環境設計的，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,但是該技術並不是簡單傳(chuan) 輸媒介的變化,而是串口到 TCPYIP的協議轉化。其關(guan) 鍵技術包括:TCP/IP的工作模式問題、串口分幀技術、9位技術.這裏詳細分析這些串口轉網口的技術。

1.1 串口轉網口關(guan) 鍵技術一:TP/IP的工作模式問題

串口轉以太網，並非單純的物理層與(yu) 數據鏈路層的轉化.因為(wei) 串口協議本身不具有網絡層與(yu) 傳(chuan) 輸層，這種轉化其實是將串口的數據作為(wei) TCP/IP的應用層數據，用TCP/IP封裝傳(chuan) 輸的方式進行傳(chuan) 輸。

1.2 串口轉網口關(guan) 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(wei) 單位發送的,因此在轉換過程中解決(jue) 數據傳(chuan) 輸匹配的問題，用戶可以將數據包長度做為(wei) 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(nei) 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(wei) 一個(ge) 以太網數據包發送。

1.3 串口轉網口關(guan) 鍵技術三:9位技術

以太網數據是以字節(8位)為(wei) 單位傳(chuan) 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(wei) TCP/IP應用層數據，Realcom 協議將串口數據打包之後整個(ge) 作為(wei) TCP/IP的應用數據傳(chuan) 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(cong) 而實現了9位傳(chuan) 輸技術。

本係統采用2個(ge) 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(ti) 配置方法如下:將其通過串口連接至PC，從(cong) 開始菜單中點擊運行，鍵入CND並點擊確定.在DS窗口下鍵入命令:arp s◁P地址><MC地址>，其中IP 為(wei) 需要為(wei) 協議轉換器分配的IP 地址，MC地址為(wei) 協議轉換器本身的MC，配置完後P，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(guan) 地址、子網掩碼等，*後鍵入9，保存退出。

2、係統總體(ti) 結構

網絡機房監控係統需實現機房內(nei) 溫濕度、漏水、電壓、電流以及

圖1 協議轉換器的配置

UPS的監控，並采用短信方式進行故障告警數據全部通過內(nei) 部網絡資源進行傳(chuan) 輸.監控中心管理平台基於(yu) 分布式WB的BS架構.從(cong) 而便於(yu) 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(ti) 化.機房管理人員可以通過瀏覽器,直觀地監控機房內(nei) 各種狀況。係統的總體(ti) 結構框圖2所示：

圖2 係統總體(ti) 結構框圖

2.1硬件部分

係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(guan) 配套設備.數據傳(chuan) 輸部分采用RW(4*0.3)信號線、超五類網線等,保證數據傳(chuan) 輸的可靠和穩定.主要功能如下:

(1)數據采集機:係統中3個(ge) 網絡數據采集機配套3個(ge) 傳(chuan) 感器適配器,傳(chuan) 感器適配器為(wei) 所有傳(chuan) 感器提供D2V的電壓供電，同時將各傳(chuan) 感器的輸出信號(包括開關(guan) 量信號的通斷或模擬信號)轉接到可與(yu) 數據采集器的I/O接口相匹配。

(2)溫濕度傳(chuan) 感器:采用12個(ge) 溫濕度傳(chuan) 感器，其中9個(ge) 用於(yu) 監測機房不同位置的溫濕度情況，另外3 個(ge) 用於(yu) 監測 UPS、UPS配電櫃、市電配電櫃的溫濕度。

(3)水浸傳(chuan) 感器:水浸適配器(含20米感應線)用於(yu) 檢測機房精密空調是否漏水，傳(chuan) 感器用於(yu) 檢測機房是否著火;兩(liang) 者均采用D012V供電，本係統選擇常開型傳(chuan) 感器,輸出形式為(wei) 幹結點,警戒時輸出開路，報警時輸出短路。

(4)智能電量儀(yi) :采用 2個(ge) PX61，安裝在機房 UPS配電櫃電量儀(yi) 和市電配電櫃電量儀(yi) 內(nei) 部，用於(yu) 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(yu) 上位機通訊。

(5)協議轉換器 :采用 2個(ge) SNS-2 協議轉換器(RS232 轉KP/IP),用於(yu) 對 US、精密空調和配電櫃等符合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(chuan) 輸，實現設備的遠程控製。

(6)CM短信報警機:用於(yu) 將協議轉換器接收到UPS 和精密空調報警信息發送到的CSM卡上，其內(nei) 置CBM模塊，用戶隻需將需要接收預警短信的配置進以太網，便可以收到內(nei) 部CSM卡發送的預警信息。

2.2 網絡規劃

現場網絡環境為(wei) 氣象局內(nei) 網，係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 係統軟件

中心管理軟件的設計采用標準VB軟件構架體(ti) 係，使用平台，L數據協議格式，接收並處理各設備的報警信息，值班人員管理采集數據並通過後台SERMCE服務的模式受理、分析、處理、校驗。從(cong) 而保證報警信息得到及時準確的分析，為(wei) 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,係統運行穩定,保證了數據的可靠，軟件的結構框圖如圖3所示。

圖3 係統軟件的功能框圖

網絡機房監控管理軟件平台運行於(yu) wndwosXP/2003操作係統上，支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SMP、CPC等多種接口和協議，各模塊的具體(ti) 功能如下:

(1)用戶管理:係統根據不同的操作者劃分了多級操作權限，具有控製權限的操作者可以進行對監控對象發送控製指令，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曆史數據，係統能夠監測到相關(guan) 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，曆史數據不能被修改.

(3)係統安全:當出現某些故障或係統操作不正當、不正常而導致係統停機、崩潰時，該係統會(hui) 在監控主機操作係統重新啟動後自動啟動監控係統，以確保係統正常運行，使之具有更高穩定性、安全性。

(4)報警管理:通過對相關(guan) 采集數據與(yu) 數據庫內(nei) 設定數值進行對比，當實時采集數據超過設定數值時，係統產(chan) 生報警，並對報警數據進行歸類分組，從(cong) 而實現報警管理功能，並通過CSM預警機發送到用戶手機上.

(5)遠程管理:係統采用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、控製等操作.

(6)報表管理:係統將所保存的曆史數據、操作記錄、事件日誌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:係統運行時，支持實時的修改和維護，係統在進行修改維護期間,其本身正常的設備采樣、數據存儲(chu) 、報警等功能應不受影響.

(8)可擴充性:監控係統應采用模塊化設計,信息端口和係統模塊接口需標準化，可按用戶需求實現定製功能的開發。

3、係統運行測試

係統設計完成,已實施竣工，用戶通過係統管理軟件遠程查看係統的運行狀態，設備與(yu) 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範圍，軟件可以發出報警，並將報警信息通過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

4、安科瑞配電室環境監控係統的介紹與(yu) 選型

4.1概述

配電室綜合監控係統包括智能監控係統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子係統（雲(yun) 台球機、槍機）、環境監測子係統（溫度、濕度、水浸、）、控製子係統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子係統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子係統（雙鑒檢測器）。

4.2係統結構

4.3係統功能

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(guan) 故障、告警等信息。

4.3.2數據查詢

在人機界麵中，可以直接查看配電室中各個(ge) 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(nei) 設備的運行數據報表。

4.3.5實時告警

具有實時告警功能，係統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體(ti) 、設備故障或通信故障等事件發出告警。

4.3.6曆史事件查詢

能夠對產(chan) 生的所有事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和進行曆史追溯、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(yi) 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

支持實時監視並診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構。

4.3.9遙控功能

可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。

4.4係統硬件配置

5、結論

基於(yu) 以太網的氣象網絡機房環境監控係統的建設，使得網絡管理人員隻需在辦公室通過固定的內(nei) 網IP就能實時查看機房溫濕度、UPS、精密空調、配電設備等儀(yi) 器的運行狀態情況，使得網管人員免受政府部門.係統經過3個(ge) 月的運行情況測試,係統運行情況良好。

安科瑞侯文莉