機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的研究

鄭曉波，劉育欣，溫桂玉

（1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京100044；2.中國鐵道科學(xué)研究院電子計算技術(shù)研究所，北京100081）

機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、通信、自動控制、新型傳感等技術(shù)構(gòu)成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，提供一種以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，基于集中管理監(jiān)控模式自動化、智能化和高效率的技術(shù)手段，輔助管理人員對機(jī)房重要設(shè)備進(jìn)行日常管理工作，及時排除隱患，保障機(jī)房重要設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 現(xiàn)狀與需求分析

近些年，我國鐵路進(jìn)入快速發(fā)展階段，各車站相繼建成現(xiàn)代化的信息機(jī)房，但機(jī)房和配線間普遍缺少專門的管理人員，設(shè)備運(yùn)行管理常處于無人值守狀態(tài)，無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，對車站正常生產(chǎn)運(yùn)營產(chǎn)生不利影響。

機(jī)房值班人員是機(jī)房環(huán)境及各類設(shè)備、設(shè)施的日常維護(hù)人員，需要實時監(jiān)督并了解某一設(shè)備的運(yùn)行情況，能及時處理問題。機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)提供了設(shè)備實時監(jiān)控與報警功能，不僅能夠查看各類設(shè)備的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，還可以對故障報警或其它突發(fā)事件進(jìn)行及時反映。值班人員能夠在第一時間全面了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報警狀態(tài)，從而使維護(hù)更方便、管理更智能、響應(yīng)更及時，最大限度節(jié)省了人工成本。

機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對UPS電源、中央空調(diào)機(jī)組、配電設(shè)備、環(huán)境溫濕度、漏水檢測、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控功能。對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并對歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生報警時，系統(tǒng)平臺能夠自動彈出報警畫面，并通過手機(jī)短信、聲光報警等方式告知值班人員。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)包含4大功能模塊：環(huán)境監(jiān)控模塊、視頻監(jiān)控模塊、歷史數(shù)據(jù)模塊和系統(tǒng)管理模塊，如圖1。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

2.1.1 環(huán)境監(jiān)控

（1）基本環(huán)境子模塊?；经h(huán)境子模塊包括溫濕度監(jiān)控和漏水監(jiān)控。溫濕度監(jiān)控通過溫濕度傳感器監(jiān)控機(jī)房內(nèi)溫濕度的數(shù)值，保障機(jī)房環(huán)境安全以及對空調(diào)工作狀態(tài)的檢驗。當(dāng)溫、濕度超過限定的上限或下限時，系統(tǒng)會自動報警。漏水監(jiān)控通過漏水監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控空調(diào)下方的漏水情況，當(dāng)有漏水情況發(fā)生時，系統(tǒng)可準(zhǔn)確定位漏水點(diǎn)位置，并在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)直觀的動態(tài)顯示。

（2）UPS監(jiān)控子模塊。系統(tǒng)通過RJ45智能接口及SNMP協(xié)議庫獲取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)控UPS通信、同步情況、市電電壓、旁路電壓、蓄電池總電壓，以及輸出短路、零線/火線、充電器、整流器、逆變器、散熱器等參數(shù)的功能。

（3）配電監(jiān)控子模塊。系統(tǒng)通過從電量儀采集配電情況，實現(xiàn)監(jiān)控市電輸入/輸出的三相電壓、三相電流、相電壓、相電流、功率的功能，還可監(jiān)控配電柜參數(shù)和重要開關(guān)的工作狀態(tài)的功能。

（4）機(jī)房空調(diào)監(jiān)控子模塊。系統(tǒng)通過智能接口（RS485）及協(xié)議獲取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)控空調(diào)回風(fēng)溫度、電源、加熱器、壓縮機(jī)、過濾網(wǎng)、壓力傳感器的工作參數(shù)功能。

（5）電子地圖。系統(tǒng)提供基于arcgis地理信息系統(tǒng)和3ds max渲染平臺開發(fā)的二維電子地圖，該電子地圖按實際比例顯示機(jī)房內(nèi)各設(shè)備及傳感器的相對物理位置，實時顯示管轄范圍內(nèi)各機(jī)房內(nèi)環(huán)境溫濕度及UPS等設(shè)備的狀態(tài)信息，有報警事件發(fā)生時，對應(yīng)位置自動彈出報警對話框并不斷閃爍以提醒值班人員。

2.1.2 視頻監(jiān)控

（1）實時預(yù)覽子模塊：系統(tǒng)可實時顯示設(shè)備間內(nèi)的監(jiān)控畫面，隨時掌控現(xiàn)場情況，能夠?qū)崿F(xiàn)多畫面調(diào)節(jié)，畫質(zhì)調(diào)節(jié)，抓拍，錄像，云臺控制功能。（2）視頻回放子模塊：系統(tǒng)提供錄像資料檢索通道，在監(jiān)控管理平臺上可進(jìn)行錄像資料的檢索回放，可根據(jù)錄像的類型、通道和時間等多種條件進(jìn)行組合檢索。（3）參數(shù)配置子模塊：該模塊僅針對視頻參數(shù)進(jìn)行配置，主要完成對硬盤錄像機(jī)的型號、IP地址、用戶名和口令等的配置，使監(jiān)控終端能夠?qū)崟r顯示監(jiān)控畫面以及調(diào)取其內(nèi)部存儲的視頻圖像。

2.1.3 歷史數(shù)據(jù)

（1）報警事件子模塊：系統(tǒng)提供完整的報警事件查詢功能，報警日志包含時間、地點(diǎn)、設(shè)備、內(nèi)容、確認(rèn)人等信息。（2）統(tǒng)計信息子模塊：通過實時采集機(jī)房內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)信息，統(tǒng)一分析和整理后，按用戶需求形成各種類型的報表。（3）監(jiān)控記錄子模塊：該模塊提供完整的事件日志查詢功能，日志包含發(fā)生時間、地點(diǎn)、設(shè)備、內(nèi)容等信息。

2.1.4 系統(tǒng)管理

（1）監(jiān)控管理子模塊：提供完整的設(shè)備監(jiān)控樹形結(jié)構(gòu)，詳細(xì)列出系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控項和監(jiān)控點(diǎn)，用戶可針對不同監(jiān)控項、監(jiān)控點(diǎn)配置差異化的報警預(yù)案。（2）報警管理子模塊：系統(tǒng)提供多種已配置好的報警預(yù)案供用戶選擇，同時系統(tǒng)支持用戶自定義新的報警預(yù)案。（3）參數(shù)設(shè)置子模塊：該模塊對系統(tǒng)監(jiān)控樹的根節(jié)點(diǎn)以及系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理，同時可對使用SNMP協(xié)議監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控項（OID）進(jìn)行配置。

2.2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)由客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、設(shè)備接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器4個邏輯實體構(gòu)成，如圖2。各個邏輯實體的體系結(jié)構(gòu)遵守MVC設(shè)計模式，以松耦合高內(nèi)聚為設(shè)計目標(biāo)。

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

客戶端采用插件架構(gòu)實現(xiàn)，本系統(tǒng)設(shè)計包括環(huán)境監(jiān)控插件、視頻監(jiān)控插件、歷史數(shù)據(jù)插件、系統(tǒng)管理插件。

服務(wù)器端采用線程池技術(shù)，工作流技術(shù),動態(tài)加載技術(shù)，包括采樣工作流定義庫、設(shè)備驅(qū)動庫、服務(wù)驅(qū)動庫用于滿足不同的服務(wù)器角色需求。

2.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，體系結(jié)構(gòu)主要分為監(jiān)控管理層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)采集層和監(jiān)控設(shè)備層，采用C/S架構(gòu)開發(fā)，如圖3。

（1）監(jiān)控管理層。監(jiān)控管理層實現(xiàn)實時監(jiān)控和設(shè)備告警信息的維護(hù)和管理功能。包括環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理的各類數(shù)據(jù)的查詢、分析、統(tǒng)計、備份等管理功能。

（2）數(shù)據(jù)處理層。對監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)的查詢、分析、運(yùn)算、統(tǒng)計、備份等操作進(jìn)行統(tǒng)一處理，對采集到的報警信息按預(yù)先設(shè)置的報警流程進(jìn)行處理，并對用戶的響應(yīng)情況進(jìn)行記錄。

（3）數(shù)據(jù)采集層。負(fù)責(zé)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集處理，并把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。根據(jù)數(shù)據(jù)類別采用多線程采集處理，保證數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。

（4）監(jiān)控設(shè)備層。機(jī)房內(nèi)的各類監(jiān)控設(shè)備包括配電、空調(diào)、漏水、視頻、溫濕度、UPS等，使用相應(yīng)的監(jiān)控接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過多種總線形式傳到監(jiān)控中心。

圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

3 網(wǎng)絡(luò)方案

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以某站點(diǎn)機(jī)房動力和環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)為例，該站點(diǎn)需要在1層主機(jī)房、1層實驗室、2層主機(jī)房、3層主機(jī)房、UPS主機(jī)室、UPS電源間、空調(diào)間、設(shè)備間、通信室內(nèi)布設(shè)動力及環(huán)境監(jiān)控傳感器若干，具體安裝情況如圖4。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以監(jiān)控中心應(yīng)用及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為核心，監(jiān)控終端/客戶端和采用SNMP協(xié)議的監(jiān)控設(shè)備為葉子節(jié)點(diǎn)，通過10/100 M自適應(yīng)以太網(wǎng)交換機(jī)互聯(lián)根節(jié)點(diǎn)與葉子節(jié)點(diǎn)。設(shè)備接口服務(wù)器（RTU）通過RS232/RS485總線從各類傳感器上采集數(shù)據(jù)，通過局域網(wǎng)把采集到的信息傳輸?shù)綉?yīng)用及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)。視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)通過攝像機(jī)采集后首先存儲到硬盤錄像機(jī)中，再通過以太網(wǎng)傳輸?shù)娇蛻舳说能浖缑嫔?，供值班人員實時調(diào)取監(jiān)控畫面。

4 結(jié)束語

為了保障機(jī)房內(nèi)重要設(shè)備安全穩(wěn)定的工作，減輕機(jī)房值班人員日常工作負(fù)擔(dān)，解決事故追憶、故障分析困難等難題，本文采用層次化的系統(tǒng)架構(gòu)，提出了一個4層次的機(jī)房動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，為機(jī)房日常管理提供了參考。

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