KVM技術(shù)在水電廠自動化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

張官祥

（向家壩水力發(fā)電廠 四川 宜賓 644612）

1 KVM系統(tǒng)

1.1 KVM概念

KVM 就是鍵盤（Keyboard）、顯示器(Video)、鼠標(biāo)(Mouse)的縮寫。所謂KVM主機切換系統(tǒng)，就是用一套或數(shù)套KVM在多個不同操作系統(tǒng)的多臺主機之間切換，實現(xiàn)一個用戶使用一套鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器去訪問和操作一臺以上主機的功能，并且KVM產(chǎn)品不但能管理服務(wù)器系統(tǒng)，并且能管理網(wǎng)絡(luò)串口設(shè)備以及硬件設(shè)備的電源，同時還能做到近端和遠程任意地點訪問機房的設(shè)備。KVM技術(shù)的核心思想是：通過恰當(dāng)?shù)逆I盤、鼠標(biāo)和顯示器的配置，實現(xiàn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的高可管理性，提高管理人員的工作效率、提高機房安全級別、節(jié)約機房面積，降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)的總體擁有成本（TCO）；利用KVM主機切換系統(tǒng)，即用一套或數(shù)套KVM在多個不同操作系統(tǒng)的多臺主機之間切換，就可以實現(xiàn)使用一套外設(shè)去訪問和操作一臺以上主機的功能。

1.2 KVM的分類

KVM按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以有不同分類。例如按，可以分為模擬式KVM和數(shù)字式KVM；按應(yīng)用的范圍，可以分為高中低三類；按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可分為基于IP和非IP的。

（1）工作模式分類

模擬式KVM主要是早期的一些產(chǎn)品，應(yīng)用于距離不遠的機房或者本地單一機柜，價格也比較低，對中小企業(yè)來說具較高的性價比。

數(shù)字式KVM則是對模擬式的升級，因為我們要治理的主機可能分布在各個地方，因此數(shù)字式KVM整合了IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，只要網(wǎng)絡(luò)暢通，那么網(wǎng)管人員就可以對任意地點的服務(wù)器進行治理，包括Internet上的主機。

（2）應(yīng)用范圍分類

從應(yīng)用范圍上來看，低端的KVM的端口比較少，能夠控制的主機數(shù)量也只有幾個，適用于SOHU和一些小型網(wǎng)絡(luò)使用。一般價格也比較便宜，只有幾百塊錢。

中端KVM切換器被廣泛應(yīng)用于中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)之中，它們一般有8～16個連接端口，能夠較好的滿足應(yīng)用的需求，而且能夠在不同的操作系統(tǒng)平臺之間自由切換。

對于擁有32個以上連接端口的KVM則屬于高端KVM，同時大多數(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)IP地址進行主機治理的，具有高密度、高端口數(shù)和多用戶同時操作的特點，因此一般都是應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)。

2 KVM技術(shù)在水電廠自動化系統(tǒng)的應(yīng)用特點

KVM技術(shù)在電力系統(tǒng)水電廠自動化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其主要特點體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）實現(xiàn)了人機分離的操作模式

通過無人機房管理，實現(xiàn)人機分離，提高物理設(shè)備的安全性；通過減少設(shè)備的本地管理平臺，提高機房的空間和能源利用率；改善IT維護人員的工作環(huán)境。

（2）提高效率、保障系統(tǒng)

由一套KVM組成的控制臺便可登陸所有主機設(shè)備；不同維護人員通過不同的控制臺可以管理各自的主機設(shè)備（服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備），互不干擾。通過操作模式的選擇，利于多個管理人員協(xié)同工作，方便協(xié)同排除故障和系統(tǒng)演示。

（3）能管理多種平臺、類型設(shè)備

其可支持不同類型的主流服務(wù)器和串口設(shè)備，通過專用認(rèn)證管理軟件可實現(xiàn)本分區(qū)內(nèi)所有目標(biāo)設(shè)備的連接；與目標(biāo)設(shè)備的內(nèi)核系統(tǒng)無關(guān)，與設(shè)備的接口無關(guān)。

（4）集中、安全地管理服務(wù)器

不必?fù)?dān)心進出機房所帶來的不安全因素，在操控室便可對機房的主機設(shè)備進行集中管理，確保了機房的安全，提供具有遠程維護的擴展功能。

（5）單一的登陸界面和簡單的安裝操作平臺

所有目標(biāo)設(shè)備可以集中管理到單一界面上來，系統(tǒng)安裝盡量做到即插即用，操作界面友好簡單，最好無須安裝客戶端軟件。

（6）系統(tǒng)自身的安全性

系統(tǒng)自身要有安全性的設(shè)計和功能：包括操作授權(quán)管理機制；安全日志記錄和審計；系統(tǒng)物理設(shè)備的安全；傳輸維護管理信息的安全。

3 KVM在水力發(fā)電廠的研究與應(yīng)用

3.1 水電廠自動化系統(tǒng)的功能研究

目前我國大型水電廠都采用了計算機監(jiān)控，并逐步實現(xiàn)“無人值班”（少人值守），自動化水平明顯提高。KVM技術(shù)在水力發(fā)電廠自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，是今后水電廠自動化控制系統(tǒng)的一種趨勢，其集中控管系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能。

（1）控制用戶：提供多個用戶(多個本地，單個或多個IP)同時控制多臺服務(wù)器及串口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)管操作室內(nèi)共有多個用戶，通過TCP/IP登陸控制機房內(nèi)的所有被管理目標(biāo)設(shè)備。

（2）快捷切換方式：遠程IP用戶通過客戶端界面操作，其所有有權(quán)訪問的機房設(shè)備完全列表在同一顯示界面中，只需鼠標(biāo)點擊即可接入和控制任何一臺機房設(shè)備。

（3）可管理性：管理人員在各自分區(qū)的以太網(wǎng)內(nèi)，通過Web方式訪問本分區(qū)的服務(wù)器就可以管理和控制本分區(qū)的數(shù)字KVM設(shè)備和所有的IP用戶，并可以任意的命名編碼，設(shè)置權(quán)限，還可記錄系統(tǒng)日志，可以記錄用戶的登陸、操作及退出等眾多情況，并可導(dǎo)出至EXCEL作定期備份；。

（4）安全性：提供用戶各種模式的接入(共享、獨占、搜索)，提供檢驗碼和用戶認(rèn)證兩級安全防范，防止了未經(jīng)授權(quán)進入系統(tǒng)，在緊急的情況下，資深系統(tǒng)管理員可以根據(jù)需要終止終端用戶的連接，從而大大加強了系統(tǒng)的安全性。

（5）可靠性：具備斷電保護功能，在KVM交換機關(guān)機或出現(xiàn)故障時，接口模塊具備斷電保護功能，能保證所連接的服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常工作。更換KVM交換機非常方便，只需進行IP地址等少量配置即可，接口模塊支持熱拔插，即插即用。

（6）實用性：KVM切換器為1U標(biāo)準(zhǔn)可上機架式，支持包括PS/2、SUN、USB服務(wù)器和各種終端服務(wù)器及串口設(shè)備，VGA、SVGA顯示器，最大分辨率可達 1920×1440@75 Hz。

（7）連接線纜：KM-0432系列全部可采用五類線超五類線六類線直接連接，最長可達300 m；在水電廠自動化系統(tǒng)中采用的數(shù)字切換設(shè)備、串行設(shè)備控制臺、服務(wù)器與本分區(qū)網(wǎng)絡(luò)交換機之間的連接全部采用普通CAT6類線，IP用戶端采用TCP/IP連接，無時間、距離和空間的限制。

（8）擴展性：對于水電廠自動化系統(tǒng)來說，隨著機房服務(wù)器數(shù)量的增加，不需要改變現(xiàn)有KVM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，只需增加數(shù)字KVM控制設(shè)備就可以達到系統(tǒng)擴容要求，而且通過集中控制認(rèn)證管理軟件可以輕松實現(xiàn)新老系統(tǒng)的結(jié)合。

（9）升級能力：對于水電廠自動化系統(tǒng)來說，KVM交換機和接口模塊均可在線升級，KVM交換機為操作系統(tǒng)級升級，接口模塊升級支持?jǐn)帱c續(xù)傳，都具有自動升級的功能。

3.2 KVM在水電廠自動化系統(tǒng)的實際應(yīng)用

在水電廠自動化系統(tǒng)中，機房中的28臺左右目標(biāo)服務(wù)器設(shè)備的鍵盤、鼠標(biāo)（PS2或USB形式）和VGA接口連接到DSview3服務(wù)器智能連接模塊，DSview3智能連接模塊的輸出RJ45口通過24端口網(wǎng)絡(luò)交換機分別連到生產(chǎn)控制大區(qū)的安全一區(qū)和信息管理大區(qū)的安全三區(qū)；同時從這臺24口網(wǎng)絡(luò)交換機布置足夠的管理網(wǎng)線到操作維護間，用于對自動化機房內(nèi)的數(shù)字KVM設(shè)備、服務(wù)器類設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)類設(shè)備的統(tǒng)一、集中管理。

對于右岸地面機房,KVM系統(tǒng)管理平臺DSview3通過24端口網(wǎng)絡(luò)交換機用線纜連接到安全一區(qū)的ATP0010和數(shù)字切換設(shè)備MPU8032，ATP0010通過線纜連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，MPU8032通過轉(zhuǎn)換線纜連接到各個主機；安全三區(qū)也是和安全一區(qū)同樣的接線方式和布置方式。右岸地面機房還布置有2臺操作員站OS3和OS4、1臺電話語音報警服務(wù)器TPAWS2，每一臺操作員站OS3或OS4通過轉(zhuǎn)換線纜連接2臺VGA和一臺UKVM，此設(shè)備通過線纜連接到右岸中控室的2臺VGA和1臺UKVM，顯示到中控室的3臺視頻操作員顯示屏；而地面機房的1臺電話語音報警服務(wù)器TPAWS2通過線纜連接到1臺UKVM，此設(shè)備在通過線纜連接到中控室的一臺UKVM，從而連接到中控室的一臺單視頻報表及報警工作站。

在該機房KVM系統(tǒng)中，機房中的目標(biāo)設(shè)備形成了水電廠二次防護結(jié)構(gòu)，該區(qū)域設(shè)備首先按照要求分為生產(chǎn)控制大區(qū)、管理信息大區(qū)、生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度中心系統(tǒng)，然后對生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)的設(shè)備進行分別連接，形成2套獨立的集中控管系統(tǒng)，并完全物理隔離。

（1）生產(chǎn)控制大區(qū)：該區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的2臺廠內(nèi)通訊工作站、2臺調(diào)度通信等服務(wù)器采用1臺MPU8032進行管控，將其鍵盤、鼠標(biāo)和VGA接口連接到DSview3服務(wù)器智能連接模塊，DSview3智能連接模塊的輸出RJ45口通過線纜連到MPU8032上；對于該分區(qū)的交換機、路由器、防火墻等串口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過ATP0010進行集中管理。

（2）管理信息大區(qū)：該區(qū)信息管理系統(tǒng)的2臺WEB發(fā)布服務(wù)器、2臺生產(chǎn)信息查詢服務(wù)器等服務(wù)器采用1臺數(shù)字切換設(shè)備MPU8032進行管控，將其鍵盤、鼠標(biāo)和VGA接口連接到DSview3服務(wù)器智能連接模塊，DSview3智能連接模塊的輸出RJ45口通過線纜連到MPU8032上；對于該分區(qū)的交換機、路由器、防火墻等串口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過ATP0010進行集中管理。

在水電廠自動化系統(tǒng)中，所有MPU、ATP設(shè)備完全獨立，相互之間不存在干擾，可對系統(tǒng)無限擴容，輕松升級到上千臺服務(wù)器；該KVM系統(tǒng)采用ATP0010連接自動化機房內(nèi)需接入管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠把機房所有串口設(shè)備，包括路由器、交換機、防火墻、溫控和濕度都整合在對應(yīng)分區(qū)系統(tǒng)的一套KVM系統(tǒng)內(nèi)，真正做到簡便的管理整個機房。

4 結(jié)語

目前，水力發(fā)電廠根據(jù)機房管理實際情況，采用數(shù)字式KVM系統(tǒng)對服務(wù)器等設(shè)備進行管理維護，真正實現(xiàn)了無人機房的先進機房管理標(biāo)準(zhǔn)，通過無人機房管理，實現(xiàn)人機分離，提高物理設(shè)備的安全性；通過減少設(shè)備的本地管理平臺，提高機房的空間和能源利用率，真正達到了簡便的管理整個機房的目的，實現(xiàn)了人機分離的操作模式。

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