动力环境集中监控系统方案.docx
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动力环境集中监控系统方案
动力环境集中监控系统
一、动力环境集中监控系统简介
湖南长沙市业通达动力环境集中监控系统（以下简称监控系统）是对分布的各个独立的动力设备和机房环境监控对象进行遥测、遥信等采集，实时监视系统和设备的运行状态，记录和处理相关数据，及时侦测故障，并作必要的遥控操作，适时通知人员处理；实现通信局（站）的少人无人值守，以及电源、空调的集中监控维护管理，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性。
把机房的配电、空调、UPS、温湿度、水浸环境参数和原有视频等系统都统一到一个监控系统中，进行管理、监控和事故报警。
二、动力环境监控系统的组成
动力环境监控系统主要由三部分组成：
监控装置（数据采集装置）、传输通道、监控中心组成
三、监控系统功能
动力环境集中监控系统主要实现以下三种功能：
1、数据采集和控制
监控对象的数据采集是监控系统最基本的功能要求，必须精确和迅速；对设备的控制是为实现维护要求而立即改变系统运行状态的有效手段，必须可靠。
对各种被监控设备（开关电源、空调、蓄电池、柴油发电机组、消防设备、摄像设备）进行集中操作维护，为实现机房少人无人值守创造条件。
通过对设备的集中维护，缩短故障排除时间，提高设备利用率。
数据采集和控制功能可以总结为“三遥”功能，即遥测——远距离数据测量、遥信——远距离信号收集、遥控——远距离设备控制。
2、设备运行和维护
运行和维护是基于数据采集和设备控制之上的系统核心功能，完成日常的告警处理、控制操作和规定的数据记录等。
3、维护管理
管理功能应实现以下四组管理功能
（1）配置管理
配置管理提供收集、鉴别、控制来自下层数据和将数据提供给上级的一组功能。
包括局向数据的增加、删除、修改等，现场监控量的一般配置、告警门限配置等。
（2）故障管理
故障管理提供对被监控对象运行情况异常进行检测、报告和校正的一组功能。
及时发现紧急事件，防止因设备原因造成通信中断、机房失火等重大事件的发生。
提供告警等级管理，告警信号的人机界面，告警确认，告警门限设置和告警屏蔽等。
（3）性能管理
性能管理提供对监控对象的状态以及网络的有效性评估和报告的一组功能。
例如提供设备主要运行数据及参数；停电、油机及时供电情况；设备故障、告警统计；监控系统可用性分析等。
（4）安全管理
安全管理提供保证运行中的监控系统安全的一组功能。
第二节监控系统网络结构
一、网络结构
SC（SupervisionCenter，监控中心）——本地网或者同等管理级别的网络管理中心。
监控中心为适应集中监控、集中维护和集中管理的要求而设置。
SS（SupervisionStation，监控站）——区域管理维护单位。
监控站为满足县、区级的管理要求而设置的，负责辖区内各监控单元的管理。
SU（SupervisionUnit，监控单元）——监控系统中最基本的通信局（站）。
监控单元一般完成一个物理位置相对独立的通信局（站）内所有的监控模块的管理工作，个别情况可兼管其它小局（站）的设备。
SM（SupervisionModule，监控模块）——完成特定设备管理功能，并提供相应监控信息的设备。
监控模块面向具体的被监控对象，完成数据采集和必要的控制功能。
一般按照被监控系统的类型有不同的监控模块，在一个监控系统中往往有多个监控模块。
随着计算机网络的延伸，这种三级逐级汇接的树状结构正逐步被网络型结构所替代（如图1-8-2）。
SS的汇接作用也逐渐由SC统一完成了，这样不仅便于网管中心的集中管理，而且降低了系统造价和复杂程度。
通常SS通过延伸SC的一个业务控制台经过软件设置实现原来的功能。
二、网络通信与传输
1．监控模块（SM）与监控单元（SU）之间，采用专用数据总线。
物理接口与传输速率采用:
（1）V.11/RS4221.2kb/s～48kb/s；
（2）RS4851.2kb/s～48kb/s；
（3）V.24/V.28/RS-232C1.2kb/s～19.2kb/s；
（4）RJ4510BASE-T,10BASE-5,10Mb/s。
2．监控单元（SU）与监控站（SS）之间，可采用两种传输手段，主辅备用，并能自动切换。
采用的传输方式主要有：
（1）数字数据网（DDN）；
（2）语音专线（采用MODEM）；
（3）拨号电话线（采用MODEM）；
（4）DCN网；
（5）其它。
3．监控站（SS）与监控中心（SC）之间，数据传输以计算机网或专线为主，以拨号公用电话网为辅，计算机网或专线和拨号线之间应能自动切换，可采用：
（1）数字数据网（DDN）；
（2）语音专线（采用MODEM）；
（3）拨号电话线（采用MODEM）；
（4）DCN网；
（5）其它。
三、常用的传输资源
（一）PSTN
PSTN是最普通的传输资源。
利用MODEM，PSTN能提供9600bps、14.4kbps、28.8kpbs、33.6kbps的通信速率。
（二）2M
2M资源是传输部门提供的最常见的一种资源，主要用来连接不同地点的交换设备——包括程控交换机、DDN节点机等。
2M资源的接口遵循ITU－UG.703和G.704标准。
G.703有两种传输介质：
一种是平衡接口，采用2对120Ω的线对，一对线收，一对线发；另一种是非平衡接口，采用一对75Ω的同轴电缆，一根收，一根发。
G.704标准中规定了帧的概念，就是按照时分复用的方法，把一个2048kbps的比特流，分为32个64kbps的通道，每个通道称为1个时隙，编号从0至31，其中时隙0作为交换机之间同步用，其它的31个时隙用来承载其它业务，在公用电话网中即为一个话路。
通过一些特殊的设备，如RAD公司的FCD－E1、FCD－2、DigitalLink公司的DL600，SoleE1，或华为公司自己开发的DCM2000，这些设备具有从一根2M中继线中抽取若干个64K时隙作为数据传输的功能，对于不用的时隙不作任何处理。
再结合交换机的一些功能，如通过其作半永久连接，来利用2M作为集中监控网络中的一种传输资源。
（三）DDN
DDN网是一个数据业务网，其主要功能是向用户提供端到端的透明数字串行专线。
所谓的透明专线，就是用户从一端发送出去的数据，在另一端原封不动地被接收，网络对承载用户数据没有任何协议要求，对用户来说，并不需要关心DDN是如何实现，而只需要知道DDN网提供了一个端到端的透明通道。
DDN提供的透明串行专线，又可分为同步串行专线与异步串行专线。
同步串行通路速率从64K，至n×64K，最高达2.048Mbps；异步串行通路速率一般小于64K，从2400bps、9600bps，直至38.4kbps。
DDN以传输数据信号为主，也能传输话音和图像。
使用DDN传输时，需要DTU设备，如NewBridge公司的2601、2603，DataCraft公司的558等。
（四）LDCN（或称97网）
LDCN是局内计算机网络，提供以太网口或者RS232串口，可直接利用。
（五）音频专线
一般是从光端机的音频板上引出的一根电话线，使用时需要能工作在专线方式的MODEM。
（六）数字公务通道
多见于传输设备，提供标准的RS232接口，可直接使用。
有时需要经过RS232-RS422的转换。
第三节监控对象
动力环境监控系统监控有下列动力设备和机房环境对象：
1．高压配电设备
（1）进线柜
遥测：
三相电压，三相电流
遥信：
开关状态，过流跳闸告警，速断跳闸告警，失压跳闸告警，接地跳闸告警（可选）
（2）出线柜
遥信：
开关状态，过流跳闸告警，速断跳闸告警，接地跳闸告警（可选），失压跳闸告警（可选），变压器过温告警，瓦斯告警（可选）
（3）母联柜
遥信：
开关状态，过流跳闸告警，速断跳闸告警
（4）直流操作电源柜
遥测：
贮能电压，控制电压
遥信：
开关状态，贮能电压高/低，控制电压高/低，操作柜充电机故障告警
2．低压配电设备
（1）进线柜
遥测：
三相输入电压，三相输入电流，功率因数，频率
遥信：
开关状态，缺相、过压、欠压告警
遥控：
开关分合闸（可选）
（2）主要配电柜
遥信：
开关状态
遥控：
开关分合闸（可选）
（3）稳压器
遥测：
三相输入电压，三相输入电流，三相输出电压，三相输出电流
遥信：
稳压器工作状态（正常/故障，工作/旁路），输入过压，输入欠压，输入缺相，输入过流
3．柴油发电机组
遥测：
三相输出电压，三相输出电流，输出频率/转速，水温（水冷），润滑油油压，润滑油油温，启动电池电压，输出功率
遥信：
工作状态（运行/停机），工作方式（自动/手动），主备用机组，自动转换开关（ATS）状态，过压，欠压，过流，频率/转速高，水温高（水冷），皮带断裂（风冷），润滑油油温高，润滑油油压低，启动失败，过载，启动电池电压高/低，紧急停车，市电故障，充电器故障（可选）
遥控：
开/关机，紧急停车，选择主备用机组
4．燃气发电机组
遥测：
三相输出电压，三相输出电流，输出频率/转速，排气温度，进气温度，润滑油油温，润滑油油压，启动电池电压，控制电池电压，输出功率
遥信：
工作状态（运行/停机），工作方式（自动/手动），主备用机组，自动转换开关（ATS）状态，过压，欠压，过流，频率/转速高，排气温度高，润滑油温度高，润滑油油压低，燃油油位低，启动失败，过载，启动电池电压高/低，控制电池电压高/低，紧急停车，市电故障，充电器故障
遥控：
开/关机，紧急停车，选择主备用机组
5．不间断电源（UPS）
遥测：
三相输入电压，直流输入电压，三相输出电压，三相输出电流，输出频率，标示蓄电池电压（可选），标示蓄电池温度（可选）
遥信：
同步/不同步状态，UPS/旁路供电，蓄电池放电电压低，市电故障，整流器故障，逆变器故障，旁路故障
6．逆变器
遥测：
交流输出电压，交流输出电流，输出频率
遥信：
输出电压过压/欠压，输出过流，输出频率过高/过低
7．整流配电设备
（1）交流屏（或交流配电单元）
遥测：
三相输入电压，三相输出电流，输入频率（可选）
遥信：
三相输入过压/欠压，缺相，三相输出过流，频率过高/过低，熔丝故障，开关状态。
（2）整流器
遥测：
整流器输出电压，每个整流模块输出电流
遥信：
每个整流模块工作状态（开/关机，均/浮充/测试，限流/不限流），故障/正常
遥控：
开/关机，均/浮充，测试
（3）直流屏（或直流配电单元）
遥测：
直流输出电压，总负载电流，主要分路电流，蓄电池充、放电电流
遥信：
直流输出电压过压/欠压，蓄电池熔丝状态，主要分路熔丝/开关故障
8．太阳能供电设备
遥测：
方阵输出电压，电流
遥信：
方阵工作状态（投入/撤出），输出过压，过流
9．直流—直流变换器
遥测：
输出电压，输出电流
遥信：
输出过压/欠压，输出过流
10．风力发电设备
遥测：
三相输出电压，三相输出电流
遥信：
风机开/关
11．蓄电池监测装置
遥测：
蓄电池组总电压，每只蓄电池电压，标示电池温度，每组充、放电电流，每组电池安时量（可选）
遥信：
蓄电池组总电压高/低，每只蓄电池电压高/低，标示电池温度高，充电电流高
12．分散空调设备
遥测：
空调主机工作电压，工作电流，送风温度，回风温度，送风湿度，回风湿度，压缩机吸气压力，压缩机排气压力
遥信：
开/关机，电压、电流过高/低，回风温度过高/低，回风湿度过高/低，过滤器正常/堵塞，风机正常/故障，压缩机正常/故障
遥控：
空调开/关机
13．集中空调设备
（1）冷冻系统
遥测：
冷冻水进、出温度，冷却水进、出温度，冷冻机工作电流，冷冻水泵工作电流，冷却水泵工作电流
遥信：
冷冻机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机工作状态和故障告警，冷却水塔（水池）液位低告警
遥控：
开/关冷冻机，开/关冷冻水泵，开/关冷却水泵，开/关冷却塔风机
（2）空调系统
遥测：
回风温度，回风湿度，送风温度，送风湿度
遥信：
风机工作状态，故障告警，过滤器堵塞告警
遥控：
开/关风机
（3）配电柜
遥测：
电源电压、电流
遥信：
电源电压高/低告警，工作电流过高
14．环境
遥测：
温度，湿度
遥信：
烟感，温感，湿度，水浸，红外，玻璃破碎，门窗告警
遥控：
门开/关
第四节通信接口协议
在现场数据采集和数据传输中大量采用接口方式，监控系统涉及较多的是串行通信接口和网络接口。
一、串行通信协议
计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：
并行通信和串行通信。
并行通信指数据的各位同时传送。
并行方式传输数据速度快，但占用的通信线多，传输数据的可靠性随距离的增加而下降，只适用于近距离的数据传送。
串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地依次传送。
发送过程中，每发送完一个数据，再发送第二个，依此类推。
接受数据时，每次从单根数据线上一位一位地依次接受，再把它们拼成一个完整的数据。
在远距离数据通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信线少、成本低等优点。
1、串行通信的基本概念
（1）同步和异步通信方式
串行通信有两种最基本的通信方式：
同步串行通信方式和异步串行通信方式。
同步串行通信方式是指在相同的数据传送速率下，发送端和接受端的通信频率保持严格同步。
由于不需要使用起始位和停止位，可以提高数据的传输速率，但发送器和接受器的成本较高。
异步串行通信是指发送端和接受端在相同的波特率下不需要严格地同步，允许有相对的时间时延，即收、发两端的频率偏差在10％以内，就能保证正确实现通信。
异步通信的数据传送格式见图1-8-3所示。
异步通信在不发送数据时，数据信号线上总是呈现高电平状态，称为空闲状态（又称MARK状态）。
当有数据发送时，信号线变成低电平，并持续一位的时间，用于表示发送字符的开始，该位称为起始位，也称SPACE状态。
起始位之后，在信号线上依次出现待发送的每一位字符数据，并且按照先低位后高位的顺序逐位发送。
采用不同的字符编码方案，待发送的每个字符的位数不同，在5、6、7或8位之间选择。
数据位的后面可以加上一位奇偶校验位，也可以不加，由编程指定。
最后传送的是停止位，一般选择1位、1.5位或2位。
（2）数据传送方式
①单工方式。
单工方式采用一根数据传输线，只允许数据按照固定的方向传送。
图8（a）中A只能作为发送器，B只能作为接收器，数据只能从A传送到B，不能从B传送到A。
②半双工方式。
半双工方式采用一根数据传输线，允许数据分时地在两个方向传送，但不能同时双向传送。
图8（b）中在某一时刻，A为发送器，B为接收器，数据从A传送到B；而在另一个时刻，A可以作为接收器，B作为发送器，数据从B传送到A。
③全双工方式。
全双工方式采用两根数据传输线，允许数据同时进行双向传送。
图8（c）中A和B具有独立的发送器和接收器，在同一时刻，既允许A向B发送数据，又允许B向A发送数据。
（3）波特率
波特率是指每秒内传送二进制数据的位数，以b/s和bps（位/秒）为单位。
它是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参数。
计算机通信中常用的波特率是：
110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps。
（4）串行通信的检错和纠错
在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导致在传输过程中出现差错。
因此在串行通信中对数据进行校验是非常重要的，也是衡量通信系统质量的重要指标。
检错，就是如何发现数据传输过程中出现的错误，而纠错就是在发现错误后，如何采取措施纠正错误。
①误码率
误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比。
在计算机通信中，一般要求误码率达到10-6数量级。
误码率与通信过程中的线路质量、干扰、波特率等因素有关。
②奇偶校验
奇偶校验是常用的一种检错方式。
奇偶校验就是在发送数据位最后一位添加一位奇偶校验位（0或1），以保证数据位和奇偶校验位中1的总和为奇数或偶数。
若采用偶校验，则应保证1的总数为偶数；若采用奇校验，则应保证1的总和为奇数。
在接受数据时，CPU应检测数据位和奇偶校验位中1的总数是否符合奇偶校验规则，如果出现误码，则应转去执行相应的错误处理服务程序，进行后续纠错。
③纠错
在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错，以重发方式进行纠错。
在高级通信中一般采用循环冗余码（CRC）检错，以自动纠错方式来纠错。
一般说来，附加的冗余位越多，检测、纠错能力就越强，但通信效率也就越低。
2、串行通信接口标准
串行通信接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。
RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。
USB是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。
（1）RS-232串行接口
目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。
RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。
RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。
典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。
当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。
接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。
RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。
由于RS-232发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约30米，最高速率为20kb/s。
所以RS-232适合本地设备之间的通信。
可以通过测量DTE的Txd（或DCE的Rxd）和Gnd之间的电压了解串口的状态，在空载状态下，它们之间应有约-10V左右（-5~-15V）的电压，否则该串口可能已损坏或驱动能力弱。
①管脚定义
RS-232物理接口标准可分成25芯和9芯D型插座两种，均有针、孔之分。
左图1-8-5为25芯插座的管脚定义图。
其中TX（发送数据）、RX（接受数据）和GND（信号地）是三条最基本的引线，就可以实现简单的全双工通信。
DTR（数据终端就绪）、DSR（数据准备好）、RTS（请求发送）和CTS（清除发送）是最常用的硬件联络信号。
按照RS232标准，传输速率一般不超过20kbps，传输距离一般不超过15M。
实际使用时通信速率最高可达115200bps。
②RS232串行接口基本接线原则
设备之间的串行通信接线方法，取决于设备接口的定义。
设备间采用RS232串行电缆连接时有两类连接方式：
直通线：
即相同信号（Rxd对Rxd、Txd对Txd）相连，用于DTE（数据终端设备）与DCE（数据通信设备）相连。
如计算机与MODEM（或DTU）相连。
交叉线：
即不同信号（Rxd对Txd、Txd对Rxd）相连，用于DTE与DTE相连。
如计算机与计算机、计算机与采集器之间相连。
以上两种连接方法可以认为同种设备相连采用交叉线连接，不同种设备相连采用直通线连接。
在少数情况下会出现两台具有DCE接口的设备需要串行通信的情况，此时也用交叉方式连接。
当一台设备本身是DTE，但它的串行接口按DCE接口定义时，应按DCE接线。
如艾默生网络能源有限公司生产的一体化采集器IDA采集模块上的调测接口是按DCE接口定义的，当计算机与IDA采集模块的调测口连接时就要采用直通串行电缆。
一般地，RS232接口若为公头，则该接口按DTE接口定义；若为母头，则该接口按DCE接口定义。
但注意也有反例，不能一概而论。
（一些DTE设备上的串行接口按DCE接口定义而采用DB9或DB25母接口的原因主要是因为DTE接口一般都采用公头，当人用手接触时易接触到针脚；采用母头时因不易碰到针脚，可避免人体静电对设备的影响。
）
对于某些设备上的非标准RS232接口，需要根据设备的说明书确定针脚的定义。
如果已知Txd、Rxd和Gnd三个针脚，但不清楚哪一个针脚是Txd，哪一个针脚是Rxd，可以通过用万用表测量它们与Gnd之间的电压来判别，如果有一个电压为-10V左右，则万用表红表笔所接的是DTE的Txd或DCE的Rxd。
③RS232的三种接线方式
三线方式：
即两端设备的串口只连接收、发、地三根线。
一般情况下，三线方式即可满足要求，如监控主机与采集器及大部分智能设备之间相连。
简易接口方式：
两端设备的串口除了连接收、发、地三根线外，另外增加一对握手信号（一般是DSR和DTR）。
具体需要哪对握手信号，需查阅设备接口说明。
完全口线方式：
两端设备的串口9线全接。
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