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淺談電源監控系統系統結構的選擇
[ 通信界 / 王 磊 / www.6611o.com / 2005/9/25 23:03:26 ]
 

濰坊市電信公司 王 磊
    摘要:隨著通信事業的發展,電源、環境集中監控系統在各地迅速建設,集中監控系統的作用越來越重要,但是如何選擇一種具有高可靠性、高安全性的監控系統是非常迫切的要求,本文從監控系統的網絡組成和智能設備的接入方式兩個方面闡述了監控系統的選擇要點。

  關鍵詞 監控系統 網絡組成 系統結構

一、通信網電源設備和環境維護的現狀

  隨著我國通信事業的發展,通信網絡規模也來越大,通信網絡的格局也發生了巨大的變化,逐步從原來的大型母局轉變到接入設備更靠近用戶的模塊局方式,因此模塊局的數量逐年遞增,造成了電源設備的分散。電源設備運行質量受外界的影響最大,故障率高,由于缺乏有效地維護支撐手段,造成了人員維護效率低,無法及時有效的保證電源設備的運行質量,在模塊局的維護工作中出現了種種問題。

二、電源環境集中監控系統的發展

  電源、環境集中監控系統的出現,將原來相對分散的各個機房的電源、空調設備的運行狀態和環境數據集中到監控中心來,它可以對分散的各個電源設備實行實時監控,實現了人工方式無法實現的24小時不間斷自動巡檢,發生故障自動告警,值班人員在監控中心就能實時查看到電源設備的運行情況,提高了人員的維護工作效率,達到了維護體制向“集中監控、集中維護、集中管理”的目標。因此近幾年來各地都陸續建立了各自的電源、環境集中監控系統。

  但是如何保證電源、環境集中監控系統本身的安全運行,選擇怎樣的集中監控系統才能更有效的保證所需監控數據的實時性和靈活性,保護投資,這就需要我們對監控系統的網絡組織和智能設備的接入方式上有一個很好的認識和理解。

三、電源、環境集中監控系統的網絡組織

  目前各個生產廠家的監控系統所完成的功能大同小異,都能實現電總的通信監控系統規范要求,但是各個廠家在監控系統的通信方式和數據處理上卻差別很大,這就造成了各個監控系統的實際運行效果存在很大差異。

  現在各個監控廠家的通信方式主要分兩種,一種是Client/Server方式,或稱為客戶機/服務器方式;另一種是 Peer-to-Peer方式,或稱對等通訊方式。這兩種通訊方式的主要區別在于互相通訊的兩個網絡節點所采用的服務方式。在Client/Server方式中,一方是委托方,而另一方是服務方,兩個節點在功能上是有差別的,服務方的功能比較齊全,它可以為委托方提供其不具備的功能。而在Peer-to-Peer方式中,兩個通訊方具有相同的功能,它們之間互相可以提供服務,以便互相共享資源,即這種方式要求兩個節點都是功能比較齊全的節點,因此,Peer-to-Peer方式實際上是雙向的Client/Server方式,具備Peer-to-Peer通訊能力的系統也可以提供Client/Server通訊。

下面就這兩種方式分別介紹一下

一)Client/Server方式,或稱為客戶機/服務器方式;

  采用這種方式的監控系統,在監控中心SC都有一臺數據服務器,安裝有SYBASE或MYSQL等商業數據庫軟件,監控系統中被監控設備的所有數據都在服務器上存儲和處理,數據服務器負責設備數據的更新,處理,告警信息的發送,管理節點機的數據查詢等等。

這種通信方式的優點是

  1)數據集中處理 SC所監控的局站設備數據都在服務器上存儲和處理,便于數據處理。例如當需要更改數據時只要在數據服務器上更改后其它的管理節點看到的就是更改后的數據。

  2)安全性高 因為一般的SC節點都在有人值守的監控中心,機房安全性較高。

  3)功能便于實現 因為采用了唯一的數據庫,功能操作只對應數據庫服務器,便于統一實現。

這種通信方式的缺點是

  1)商業數據庫不適用于監控系統的實時性要求 由于數據服務器采用了SYBASE或MYSQL等商業性數據庫,這類數據庫不是針對監控系統的實時性設計的,不能實時處理監控設備數據的頻繁更新,更新頻率慢。例如,MYSQL對數據的更新時,一次只能更新每個數據表中的一個記錄,這樣要更新數據只能分批進行,更新時間較長。同時服務器一方面接受監控設備的數據,對數據庫中的數據進行磁盤改寫,另一方面接受上位機的查詢,將設備數據讀取出來發送給上位機,存在數據寫入和讀取的延時,并受硬盤的寫入、讀取速度的影響。

  2)存在安全瓶頸 在這種通信方式中,數據服務器起到了一個承上啟下的作用(如圖一),一方面數據服務器要接受下端各前置機采集來的設備數據,進行處理,與設定告警門限值進行對比分析,對異常數據產生告警信息,上傳到管理節點,另一方面要接受上端管理節點的查詢和下發數據,按照管理節點的要求提供數據或者將管理節點的下發數據發送到相應的末端設備上去,但這樣數據服務器也起了一個瓶頸作用,如果數據服務器出現問題,整個系統都不能正常運行,從而引起系統的癱瘓。

  3)網絡負荷大 在這種通信方式中,所有被監控設備的數據都要通過網絡傳送到數據服務器去處理(如圖一),因此網絡的負荷大,需要更多的帶寬。

  例如某廠家的監控系統只接入了四個市話分局的2000多個數據點,它的數據服務器負荷就超過了50%,磁盤持續讀寫,這個系統的實時性和網絡處理能力的持續性就值得懷疑。



  4)無法平滑擴容 在一般的監控系統中因為設備投資的關系,數據服務器一般采用工作組級服務器,這種服務器的系統處理能力有限,隨著監控網絡的增大,監控數據的增多,他的處理能力就不能適應監控系統的要求,不能適應大量監控數據的頻繁刷新,在大數據量的頻繁刷新時系統的負荷較大,就不能滿足電總要求的一般情況下系統負荷的要求。需要更新設備,這樣建設投資要加大,并造成了浪費。

  例如。現在的智能電源設備技術已經相當成熟,它能提供的電源設備本身各種運行數據,一臺安裝10個模塊DK04開關電源,它能提供500多個數據來表述開關電源的運行狀態,再加上可下發控制的數據,一臺開關電源在數據庫中所占的點要超過600個。一臺5匹空調的數據有50多個,一臺智能油機的數據量也在70個左右,一臺機房專用空調的數據量在100個左右,因此一個區域監控中心所監控的數據量要接近或超過20000個,而這些數據如果在一臺工作組級的服務器上保持2秒的速度刷新,機器的負荷是很大的,假設在極端情況下,在告警數據超過20%時,機器將不能處理如此多的數據,很容易引起系統宕機,為了避免這種情況,有些監控系統廠家就采取減少數據量或降低刷新速度來保證系統的處理能力,他們把開關電源各個模塊的數據砍掉,只留下系統模塊的數據(100個左右),這樣數據量是下來了,可是我們卻不能全面地了解和控制開關電源的運行狀態了,因此這種以減少監控數據量來保證響應速度的處理方式是不可取的。

二) Peer-to-Peer方式,或稱對等通訊方式。

  采用對等通信方式的監控系統,他的網絡組成(如圖二)是將數據庫現場分布,同時數據庫采用符合工業標準的實時數據庫,他與Client/Server方式的最大區別是沒有了數據服務器,實時數據庫分布到了監控局站現場。



(圖中虛線表示他們的通信是間斷性的)

這種通信方式的優點是

  1)實時分布型數據庫 對等通信方式不采用SYBASE等商業性數據庫,而是采用了符合工業標準的實時數據庫,這種數據庫因為是基于內存的,所以他的處理能力大、刷新速度快,在普通計算機上運行,也完全能滿足監控系統的實時性要求。

  例如,一臺SCADA節點機負責接入28個模塊局的開關電源、空調等智能設備,市電電壓、溫濕度等實測量的數據,監控數據點超過9000個點,在兩秒的數據刷新速度下系統負荷不超過20%,在極端條件下(超過20%的數據告警),系統負荷不會超過30%,告警延時不超過5秒,完全滿足電總對監控系統告警信息不超過10秒的要求  2)數據按需傳送,網絡負荷極小 實時數據庫分散設置到最低一級管理節點(如SS或SU)。現場設備送上來的數據,在監控系統的最前端節點(SCADA)得到過濾和處理,只把一些告警信息或上級管理節點索取的數據傳送上去,這樣就實現了數據的按需傳送,避免大量不重要的、不需要的數據在網上傳送、增加網絡負荷,提高了網絡利用效率和網絡反應速度。

  3)無限平滑擴容 這種通信方式不需要服務器,并且采用分散自律式實時對等網絡體系結構,在系統擴容時只需要在新建局站建好SCADA節點機,并將其接入網絡就能自動接入監控系統,達到監控系統的平滑擴容。同時因為它的實時數據庫是分散在各個監控局站的,這樣在某一個局站的監控設備發生意外時不會影響到其他局站的監控,提高了系統的安全系數,這種配置充分體現了分散控制、分散采集和集中管理的特點,符合現代計算機控制系統的分布式控制的特點。

  4)標準接口,監控系統的實時數據庫,采用ODBC開放的數據鏈路接口與關系型數據庫通訊,這些關系型數據庫包括ORACLE、SYBASE、SQL Server、INFORMIX及ACCESS等。這樣就便于我們用其它的專業軟件通過ODBC調用監控系統的實時數據來進行更詳細的處理和分析。

  5)安全性高,容災能力強 因為系統網絡組成是對等網,網絡中的每一臺機器都是平等的,也就是說每臺機器都能負擔起中心管理職能,實現了告警和管理的多點分布,提高了監控系統的安全性。

  Peer-to-Peer方式的缺點是

  1)因為這種方式的分散性,使監控系統的維護難度加大,要求維護人員要全面了解系統的組成才能維護好整個監控系統。

  2)因為有的SCADA節點機安裝在無人值守的端局機房,對機房的安全性要求較高。

四、智能設備接入監控系統的接口方式

  現在各種電源、環境集中監控系統對智能設備的的接口方式也有兩種,一種是硬件協議轉換器,另一種是軟件協議轉換器。

  監控系統不建議使用硬件協議轉換器,因為這樣增加了成本,并且通訊鏈路上多出一個環節,系統安全性也受到了一定的影響。并且當局端有新增設備時,由于這種硬件協議轉換器是各個監控廠家自己生產的,如果沒有空余的硬件協議轉換器,只能重新向監控廠家訂貨,這樣不但增加了投資成本還拖延了新增設備接入監控系統的時間

  監控系統使用軟件協議轉化器,其原理與硬件協議轉換是一樣的,只是通訊軟件和協議轉換軟件不是在“協議轉換器”中運行,而是在局站中心的計算機中運行。由于計算機運行速度很快,操作系統又是多任務多線程的WindowsNT,所以通訊軟件和協議轉換軟件在局站計算機中占用資源是微不足道的。

  軟件協議轉換器是一個小的轉換程序,在編寫程序時就能根據智能設備廠家提供的通信協議,將廠家提供的所有設備數據接入到監控系統,使我們可以詳細全面地了解智能設備的運行狀況,提高設備運行安全性。軟件協議轉換器的接口硬件模型如下:



軟件協議轉換器的接口軟件模型如下:



  在新增設備時我們只要自行將新增設備連接到SCADA節點機的空余RS232接口上,然后通過軟件配置就能較新增設備接入到監控系統中來。同時因為多串口板是一個成熟的工業產品,不像協議轉換器那樣是一種非標準產品,即使沒有多余RS232接口,我們也可以用很少的投資來進行擴容,既減少了投資,又能將新增設備及時接入監控系統,提高了安全系數。

五、結束語

  通過以上比較可以看出,不同的網絡組成和智能設備接口方式組成的監控系統雖然能完成相似的功能,但是在運行效率、安全性和以后的運行擴容成本上卻存在很大的差別,所以說集中監控系統易采用分散自律式實時對等網絡體系結構,智能設備的接入方式易采用軟件協議轉換器的集中監控系統,這樣不但監控系統的容錯能力和可擴容能力得到了提高,并且可以為以后系統的平滑擴容升級打下了良好的基礎。

 

作者:王 磊 合作媒體:中國電力通信網 編輯:顧北

 

 

 
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