發(fā)電公司的通信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

孫 哲

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，廣東 廣州510630）

0 引 言

大多數(shù)發(fā)電企業(yè)地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，所管理的通信站通常是網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點（主干通信網(wǎng)絡(luò)由電網(wǎng)公司管理），分布散、距離遠(yuǎn)，有設(shè)備運(yùn)維職責(zé)卻無網(wǎng)絡(luò)管理權(quán)限，缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)控手段令維護(hù)人員無法快速準(zhǔn)確地排除故障。同時，電力調(diào)度考核指標(biāo)卻要求業(yè)務(wù)故障處理時間要盡量縮短。兩者之間的矛盾日益突出。

在這樣的背景下，研究通信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對所轄通信機(jī)房內(nèi)的主要通信設(shè)備、動力及環(huán)境的實時監(jiān)控、檢測，將被動的設(shè)備運(yùn)維方式改變成主動運(yùn)維，自主地對通信設(shè)備進(jìn)行全方位地監(jiān)控，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷和故障，對進(jìn)一步保證通信設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

本文提出了一種實現(xiàn)發(fā)電公司通信設(shè)備綜合監(jiān)控的系統(tǒng)方案。利用計算機(jī)技術(shù)，建立一個統(tǒng)一的監(jiān)控平臺，實現(xiàn)各種告警信息的收集和共享；并在此基礎(chǔ)之上完成通信業(yè)務(wù)的管理和監(jiān)控功能，最終形成對通信機(jī)房中的各種設(shè)備有效監(jiān)控。

1 監(jiān)控對象及告警的接入

通信設(shè)備綜合監(jiān)控系統(tǒng)至少應(yīng)實現(xiàn)高頻開關(guān)電源、不間斷電源、光傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、語音交換設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備和機(jī)房環(huán)境的監(jiān)控功能。通常采用的數(shù)據(jù)接入方式是通過SNMP、CORBA等協(xié)議從專業(yè)網(wǎng)管直接讀取配置、告警等數(shù)據(jù)，再通過資源管理系統(tǒng)的資料迅速進(jìn)行告警定位，從而達(dá)到綜合監(jiān)控管理的目的。

然而，發(fā)電企業(yè)不具備網(wǎng)絡(luò)管理職能，因此各通信站一般情況下沒有配置網(wǎng)管，大多數(shù)設(shè)備也不具備CORBA等數(shù)據(jù)接口，建設(shè)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)時要考慮靈活多變的告警接入方式。

例如，屬電網(wǎng)調(diào)度管理的通信設(shè)備可通過電網(wǎng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控；通信設(shè)備具有網(wǎng)管功能的，可開發(fā)協(xié)議接口軟件，直接從網(wǎng)管中獲取數(shù)據(jù)和告警信息；廠家已倒閉或無法提供網(wǎng)管協(xié)議的設(shè)備，可考慮旁路監(jiān)聽并破譯告警報文的方式；非智能化的設(shè)備利用設(shè)備告警干結(jié)點進(jìn)行采集，通過采集平臺將告警點信息獲取，或者可以直接外掛傳感器，進(jìn)行定量的檢測。

面對廠家各異、種類繁多的設(shè)備，能否實現(xiàn)多樣化的設(shè)備接入方式，成為發(fā)電企業(yè)通信設(shè)備綜合監(jiān)控系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體由公司本部監(jiān)控中心、電廠監(jiān)控中心、監(jiān)控對象三級網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控架構(gòu)組成。分層管理體系組成見圖1。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用分布式部署方式，在發(fā)電公司本部監(jiān)控中心可以監(jiān)控本部直屬通信設(shè)備及所轄各電廠的通信設(shè)備。建立分布式的實時數(shù)據(jù)庫，各電廠監(jiān)控中心可以獨立監(jiān)控所管轄的設(shè)備，在與發(fā)電公司本部通信通道中斷的情況下也可以正常監(jiān)控本電廠監(jiān)控中心所管轄的通信設(shè)備；中斷的通信通道恢復(fù)之后，各電廠監(jiān)控系統(tǒng)可以恢復(fù)與發(fā)電公司本部監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交互，并可以進(jìn)行設(shè)備信息同步，獲取最新的設(shè)備狀態(tài)。

系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集信息的部分布置在電力系統(tǒng)安全區(qū)II區(qū)，各通信設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)有部署在安全區(qū)I/II區(qū)的，其中需要與部署在安全區(qū)I通信設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)的通信要求時，通過設(shè)置國家相關(guān)部門認(rèn)定核準(zhǔn)的安全隔離裝置進(jìn)行。

（1）公司本部監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)

在公司本部通信中心建立公司本部監(jiān)控中心，可以直接了解所轄各單位通信機(jī)房的運(yùn)行情況，進(jìn)行監(jiān)控信息收集，對各單位的維護(hù)工作起到指導(dǎo)與監(jiān)督作用。同時，公司本部監(jiān)控中心可在必要時接管所轄所有電廠監(jiān)控中心，實時監(jiān)控所轄所有受監(jiān)控的通信設(shè)備、通信機(jī)房電源狀態(tài)，具有電廠監(jiān)控中心的全部功能。

公司本部監(jiān)控中心系統(tǒng)組成如圖2所示，主要包括以下部分：

數(shù)據(jù)服務(wù)器：系統(tǒng)配置一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)監(jiān)控軟件運(yùn)行、后臺服務(wù)運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理、存儲、通信管理等多種服務(wù)功能。服務(wù)器選型采用兼容性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的主流產(chǎn)品。

應(yīng)用服務(wù)器：系統(tǒng)配置一臺應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、對外數(shù)據(jù)展示，數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，WEB報表等功能。

通信通道處理設(shè)備：配置通信通道處理設(shè)備，即串口服務(wù)器，主要進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理以及遠(yuǎn)端機(jī)房信號接入等（例如RS232口的信號延伸傳遞、干節(jié)點的信號延伸傳遞等）。串口服務(wù)器選用MOXA知名品牌，性能穩(wěn)定。

圖2 公司本部監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖

維護(hù)工作站：配置一臺本地維護(hù)工作站，運(yùn)行系統(tǒng)客戶端軟件，提供對監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度、管理等功能。

正向隔離裝置：配置在各通信設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)和通信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)之間，確保監(jiān)控系統(tǒng)只采集并接受通信設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并不能反向發(fā)出控制信號。選用電力行業(yè)認(rèn)可的安全裝置。

防火墻：系統(tǒng)配置防火墻等，用于與下級電廠系統(tǒng)互聯(lián)（如果使用網(wǎng)橋則不需使用防火墻端口），與上級單位如南方電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)、以及其他外部監(jiān)控系統(tǒng)互連（如電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)）。選用電力行業(yè)認(rèn)可的安全裝置。

（2）電廠監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)

電廠監(jiān)控中心主要完成本單位管轄通信機(jī)房監(jiān)測實時數(shù)據(jù)的存儲、顯示、打印、故障告警的分析、歷史數(shù)據(jù)及告警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計等功能，并完成與公司本部監(jiān)控中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、互聯(lián)。

電廠監(jiān)控中心系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)同公司本部監(jiān)控中心系統(tǒng)的組成相類似。

（3）機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

每個通信機(jī)房配置一個數(shù)據(jù)采集平臺，完成通信機(jī)房現(xiàn)場各種信息采集、處理、監(jiān)控，以及與各監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)通信和與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信。

采集平臺需為內(nèi)嵌式設(shè)計，可插拔各類數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡具備開關(guān)量采集接口、模擬量采集接口、遙控接口、以太網(wǎng)接口、RS232、RS485等接口，接口數(shù)量視站內(nèi)設(shè)備管理接口做相應(yīng)配置，并保證遠(yuǎn)期可以繼續(xù)擴(kuò)充。

機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下部分：

接口服務(wù)器：匯集通用采集器和各類智能通信設(shè)備信息，包括各類通信電源、載波機(jī)等。

通用數(shù)據(jù)采集單元：負(fù)責(zé)采集硬件節(jié)點信息，如機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)：溫濕度、空調(diào)設(shè)備等。

遠(yuǎn)動信號采集單元：采集模擬遠(yuǎn)動電平（模擬量），電平越限，頻率告警，包絡(luò)消失告警，占空比告警，波形（曲線）。

各種機(jī)房采集器：主要包括溫濕度傳感器、空調(diào)遙控，用以采集機(jī)房環(huán)境量。

3 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件有很多種實現(xiàn)方式，市場上也有很多成熟產(chǎn)品。這里舉一個實例作為參考。采取典型的三層軟件系統(tǒng)架構(gòu)，分為：數(shù)據(jù)庫層、應(yīng)用服務(wù)層和通信人員界面層，如圖3所示。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)圖

3.1 數(shù)據(jù)庫層

系統(tǒng)中涉及的所有數(shù)據(jù)全部集中存放在后臺的數(shù)據(jù)庫中，通信網(wǎng)絡(luò)告警信息和資源數(shù)據(jù)信息是系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫的主要組成部分，系統(tǒng)中設(shè)計了一系列數(shù)據(jù)表分別保存各種類型的資源對象信息、資源告警信息以及它們之間的相互關(guān)系。數(shù)據(jù)庫中同時還保存了系統(tǒng)運(yùn)行和管理所需要的一些數(shù)據(jù)，包括通信人員管理信息、系統(tǒng)日志等。

3.2 應(yīng)用服務(wù)層

為客戶端提供應(yīng)用邏輯服務(wù)的，上面運(yùn)行J2EE應(yīng)用服務(wù)器，支持主流的bea webLogic，ibm websphere 以及開源的jboss，綜合監(jiān)控系統(tǒng)中間層應(yīng)用軟件在應(yīng)用服務(wù)器中運(yùn)行。中間層軟件分為J2EE基礎(chǔ)框架，業(yè)務(wù)邏輯層，數(shù)據(jù)訪問層。J2EE基礎(chǔ)框架為整個應(yīng)用提供基礎(chǔ)框架服務(wù)，使得應(yīng)用模塊規(guī)范，具有可接插性，可維護(hù)性增強(qiáng)；業(yè)務(wù)邏輯層處理綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的所有業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)邏輯都是普通的java類（POJO），它通過一個無狀態(tài)的會話EJB（SLSB）給專用客戶端提供遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)接口，給web層提供本地業(yè)務(wù)接口；將業(yè)務(wù)邏輯中的數(shù)據(jù)訪問專門抽取出來作為數(shù)據(jù)訪問層，提供數(shù)據(jù)的持久化操作。

3.3 專用客戶端

綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面展現(xiàn)最集中的地方，它調(diào)用應(yīng)用服務(wù)器中業(yè)務(wù)邏輯接口完成界面展現(xiàn)和通信人員操作。

4 功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)從邏輯上分，可分成數(shù)據(jù)采集層、應(yīng)用服務(wù)層和通信人員表示層。數(shù)據(jù)采集層完成各種實時信息和資源配置信息的自動采集；應(yīng)用服務(wù)層完成各種實時和非實時的應(yīng)用邏輯服務(wù)；界面表示層完成通信人員界面展現(xiàn)和通信人員交互。系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。

業(yè)務(wù)功能分為通信運(yùn)行監(jiān)控、通信資源管理、監(jiān)控系統(tǒng)管理三大部分。通信運(yùn)行監(jiān)控模塊主要起對設(shè)備、業(yè)務(wù)、動力環(huán)境的實時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的作用；通信資源管理模塊主要對通信的空間資源、設(shè)備資源、配線資源等進(jìn)行管理，并將資源資料與設(shè)備監(jiān)控對應(yīng)聯(lián)系；監(jiān)控系統(tǒng)管理起到對系統(tǒng)本身進(jìn)行維護(hù)管理的功能。

數(shù)據(jù)流向基本是自下而上，與外部數(shù)據(jù)接口可存在兩種方式。一種在平臺層，通過數(shù)據(jù)交換平臺，與外部其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，大部分接口采用此方式。另一種在數(shù)據(jù)采集層，將采集到的原始數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)至外部其他系統(tǒng)，不做任何處理，此方式只支持?jǐn)?shù)據(jù)單向發(fā)送，只出不進(jìn)。

圖4 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

5 存在的問題和應(yīng)用前景

本文所提出的通信設(shè)備綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案，能解決多種設(shè)備的綜合監(jiān)控問題，但在告警信息的采集方面由于使用了多種不同的接入方法與協(xié)議，很難將不同設(shè)備的告警進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，無法做到智能化的告警信息過濾壓縮功能。另外，若不采用CORBA等標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)共享接口，系統(tǒng)收集到的信息不夠全面，容易導(dǎo)致部分告警信息無法自動解析，需進(jìn)一步靠人工進(jìn)行分析。

本文提出的方案能較好地實現(xiàn)對通信設(shè)備進(jìn)行實時綜合監(jiān)測，能縮短故障響應(yīng)時間，對發(fā)電公司具有較高的實用價值。

6 結(jié)束語

隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，從簡單的星形、鏈形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)展到環(huán)狀、樹狀、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時網(wǎng)絡(luò)層次和種類增多，從早期單一的無層次區(qū)分的結(jié)構(gòu)，發(fā)展為南網(wǎng)、省網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)的分層次組網(wǎng)的格局。設(shè)備種類、設(shè)備數(shù)量、傳輸帶寬、電路等通信資源都在迅速增加，運(yùn)行維護(hù)與管理難題也隨之出現(xiàn)。研究建設(shè)綜合型的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)能有效地加強(qiáng)運(yùn)維與管理手段，大大提高工作效率。

本文提出的方案只是各種實現(xiàn)集中監(jiān)控方法中的一種，主要目的是拋磚引玉，希望引起更多的業(yè)內(nèi)人士和技術(shù)專家的關(guān)注，集思廣益，提出更多更好的方法和方案，以促進(jìn)電力通信專業(yè)技術(shù)水平的提高，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更好的支持和保障。

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