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基于WEB远程控制技术的分散式机房(控制室)环境监控系统开发与应用

《环球市场信息导报》 2013年5月16日 作者:石霄鹏

文章关键词: WEB远程控制技术   分散式机房   环境监控系统  
     随着信息网络技术、自动控制技术、远程通讯技术等先进技术在电力行业得到越来越密集、广泛的应用,电力行业的各类核心业务运作模式和工作效能正在发生质的提升。然而,被赋予强大功能的同时,这些系统也存在显而易见的致命软肋——运维保障。精密的制造和密集的架构意味着苛刻的运行环境要求和全面、全时、专业的监护需要,类似外围子机房、系统节点控制室等分散式子系统运行场所通常难以做到如核心机房(控制室)那样具有24小时专业人员值守、维护和保障,一旦发生断电、进水、电气火灾等意外,如果不能及时控制,就可能造成局部信息网络或控制子系统瘫痪、数据丢失甚至全系统崩溃等灾难性后果,这就迫切需要我们研究一种构建成本低廉、易于大量部署、能够实时监控外围分散机房(控制室)关键设备和主要运行环境指标的联网型分散式环境智能监控系统来解决上述问题。

  0.前言

  随着飞速发展的数字化管理技术、自动控制技术、远程通讯技术、信息网络技术在电力行业密集、广泛的应用,电网运行管理、电力营销服务、企业效能管理等电力行业核心业务运作模式发生了翻天覆地的变化,工作效能更是发生了质的变化。然而,支撑这一变化的各种基于电子信息软硬件技术的系统随着硬件制造精密程度和架构密集程度的不断提高也使得其硬件运维越发困难、运行环境要求越发苛刻。任何一个微不足道的小故障,都可能引发系统崩坏的连锁反应。类似各种信息机房、控制室等关键信息设备密集、部署分散的场所通常难以做到像核心机房那样24小时专业人员值守、维护、保障,一旦发生意外断电、进水、电气火灾就可能造成局部信息网络或控制子系统瘫痪、数据丢失、设备损毁等灾难性后果,严重时甚至能够影响整个公司的业务信息(控制)系统安全稳定运行。

  受管理成本和部署成本限制,大部分电力企业显然无法做到所有信息机房、变电站控制室均部署类似核心机房那样昂贵的、专业的环境监控保障系统,因此,我们迫切需要一种容易分散部署、支持联网自动监控、结构紧凑、易于操作部署、能保障关键设备安全运行的廉价分散式机房环境监控系统。

  1.方案设计

  1.1 现状分析

  为合理设计该系统的软硬件架构,准确定位主要功能,我们对公司的各类分散机房(控制室)进行全面的调查和分析。

  当前胶州公司网络设备机房体系主要分布于公司调度大楼的中心机房、物流中心机房、营销楼机房、农电楼机房、培训中心机房等分散机房以及各变电站、供电所的30多个网络设备柜构成。机房设备群主要有:二层交换机、光纤收发器、配线系统和UPS电源系统组成,对电源质量、环境温湿度、灰尘含量等环境因素要求较高,任何指标的降低都可能导致机房承载的子网节点功能失灵。

  然而,除了核心机房装备投资30多万有功能完备的环境监控保障系统外,其中,除核心机房装备有功能完备的环境监控保障系统外,其他外围机房均未建立此类保障系统,这些分散在外围的子机房的环境监控只能依靠人工巡视或监视摄像机来解决,管理效率低、反应周期长,常常导致设备损坏频繁、维护成本激增,一旦发生空调断电、进水、火灾等事故,就可能造成局部信息网络或控制子系统瘫痪、数据丢失、设备损毁等灾难性后果。通过分析近两年来各机房巡视、系统检修、网络检修和通讯事故记录等历史资料,我们发现多达45.2%的软件故障与系统网络硬件运行环境干扰有关,其中5次影响较大的局部子网断网的故障分别是:

  1.物流中心机房跳闸断电后商用空调无法复工;

  2.伙房院机房电源箱进水短路停电;

  3.东部工作区温湿度度过高引起电源设备短路停电;

  4.仓库大院机房外来工人误入机房误碰设备导致网络中断;

  5.东部工作机房温度超限导致交换机过热自动保护反复重启。

  以2010年7月22日物流中心机房断网故障为例,事后调查显示故障成因为:大楼电压不稳引起了供电线路,机房空调停转导致环境温度达到了摄氏38度、相对湿度87%,主交换机过热保护反复停机导致整个物流中心子网络停运4小时。可见,没有自动化监控管理的外围机房在依靠周期偏长的人工巡视或范围片面、视角固定的视频监控已难以满足现公司各业务平台对网络稳定性越来越高的要求。

  通过事故分析,我们确认了需要开发的分散式机房环境监控系统必须能够保障子网运行环境稳定、便于部署且具备快速报警、远程监控、自动调节主要环境指标的能力。各机房监控终端必须具有空调断电复位、短信报警、WEB远程控制、火灾警告、漏水警告、温湿度过限警告、误入警告等智能功能。

  1.2 系统设计

  通过大量的论证和市场成品的考察,考虑到成本和适用性问题,我们决定利用性能较为稳定、适合二次开发的工业级半成品通讯模块、可编程控制模块、传感器、执行器,通过软件编程和设计适配电路,利用公司现成的内网通讯网络从硬件和软件两方面,自行开发设计一套基于WEB远程控制技术能够实现远程互动管理和就地自动监控功能的自动化机房环境监控系统,以实现“智能自控与远程管理相结合,自动采集传感信号,远程故障报警,自动联动消缺,远程WEB统管”功能目标。

  1.2.1 整体系统拓扑:

  每个分散式机房的控制核心具有本地直连计算机控制界面和远程WEB网页控制两种控制方式。在全局架构中,该系统由每个分散机房的监控子系统采取星型拓扑结构,由部署在信息中心的机房监控服务器实行统一远程监控管理。

  1.1.2 系统硬件构成

  通过筛选,控制模块我们选择了内置网络通讯功能的Net-008型网络控制模块作为二次开发的主控硬件,配合温湿度传感器、电流互感器、短信收发模块、烟感报警器等传感器和红外发射装置,实现系统功能设计目标。

  通过直连线路或无线信号关联的多种传感器(温湿度传感器、离子式烟雾传感器、红外热释传感器、继电器常闭触点)采集机房内温度、湿度、烟雾、入侵、进水等环境状态信息。通过WEB远程互动监控网页、PC端控制软件或掌上电脑移动控制平台控制机房内的空调实现温湿度调整;控制红外发射模块实现室内电器断电再重启;控制报警器和短信模块实现火灾告警和入侵报警机制。

  1.1.3 系统软件设计

  1)系统软件功能划分

  系统软件分为:WEB版上位机远程监控系统和分散终端内置的单片机控制系统两大部分,前者基于WEB远程通信技术可以实现在WEB界面下查看所有联网终端下辖的机房环境主要参数,远程控制特定终端执行指定动作;后者借助单片机技术和短信收发模块实现基于预设情景模式的就地自动监控和基于GSM短信猫的短信远程互动。

  2)通讯机制

  1.网络通讯:由于本系统的核心控制组件内置了网络通讯功能支持802.11n传输协议,所以的网络通讯数据、远程控制数据都可以通过标准的网络数据报文格式以星状网络拓扑结构进行传递。

  2.短信通讯:利用现成的手机通讯网络,借助短信收发模块的二次开发,可以实现分散终端根据特定传感器触发信号发送指定内容、指定手机号码的报警短信;也可以接收并执行指定手机号码发来的内容特定的远程操作指令,该手段作为网络远程控制得备用手段。

  1.2 功能模块描述与设计实现

  1.2.1 主装置硬件接口设计

  Net800网络控制工业模块内置了16位单片机和丰富的IO接口可以支持8路(干接点)触点输入信号(含1路模拟量输入),实现现场红外热释传感器(人员误入传感器)、温湿度传感器、漏水传感器、离子式烟感器、门磁传感器、短信控制器的IO触发指令信号输入;支持8路交流电触点控制和1路红外遥控信号自学习输入和红外指令信号输出,可以在远程指令、内置单片机自动程序指令的控制下管理现场的报警嗡鸣器、报警短信发送器、电源复位送电继电器、遥控商用空调等执行装置。

  1.2.2 各功能模块设计与实现

  1)断电自动重启功能

  通过对网络控制器主机情景模式的设置,结合温度调整功能配合基于继电器技术设计断电传感器,采集交流电源断电、通电触发信号,使系统在机房意外断电后侦测电源恢复情况。一旦电源恢复,自动发出空调启动信号,确保空调处于工作状态,时刻确保机房温湿度控制系统正常工作。

  2)火灾预警功能

  通过无线烟感传感器,网络控制器主机能够对机房环境是否存在火灾隐患进行实时侦测。一旦发现烟雾等火灾特征,控制器能够自动按照预设情景模式启动本地声光报警,并驱动短信模块发出报警短信,驱动远程WEB终端发出语音报警给工作人员。

  3)入侵预警功能

  通过无线红外热释传感器、无线门磁传感器,网络控制器主机能够对机房是否存在人员误入实时侦测。一旦发现未经门禁系统许可进入的人员,控制器能够自动启动声光报警,并驱动后台管理终端控制软件发出语音或短信报警给工作人员。

  4)温湿度监控功能

  通过温湿度传感器,网络控制器主机能够对机房环境进行温度采样,并在系统控制参数中设置相应的报警阀值,使得控制器能在检测到温度超限时自动通过红外信号发射器发出控制空调的控制信号,联动空调启动开关机、制冷等功能。

  5) 短信报警功能

  通过短信报警模块,预设通知人员电话清单、关联报警短信内容,使网络控制器主机能够对机房环境中的火灾、入侵、掉电、超温、漏水等需要预警的突发情况以短信形式向维护人员预警,与远程WEB网页报警显示、主控制后台机界面报警显示构成三重报警界面,确保维护人员在最快时间内获悉分散机房具体情况,以便作出快速、正确的故障截除反应。

  6) 远程WEB管理功能

  通过二次开发网络控制器自带的WEB模板,配合公司网络设置,设计基于TCP/IP协议下的网络远程管理界面,便于操作人员以浏览WEB监控界面的形式,便捷完成外围分散子机房的环境巡视和对各执行器的控制。

  7)就地控制管理

  基于TCP/IP协议下,在同Vlan中,通过网络控制器的就地控制界面灵活设置除了可以完成等同于远程WEB管理功能类似的各种操作,还能通过终端管理PC完成语音声光报警功能;完成主控模块、短信控制模块、传感器阀值、红外信号识别设置等管理性功能。

  同时,利用本地控制界面还能完成情景模式控制功能的设置。通过规定不同信号触发的不同联动执行信号组合,形成:火灾管理模式、入侵管理模式、掉电管理模式、日常温控模式等针对性环境应变策略,智能化的管理机房日常环境。

  8)手持掌上智能终端远程监控

  除了PC端的控制软件、web网页外我们还正在二次开发了掌上智能终端(智能手机)端软件,用户只需在Windows Mobile 6.1或 PPC 的手机上安装手机端软件,利用手机上网就可以随时随地手机联通Internet控制NET-008,实现用手机远程、无线控制机房联动执行设备。

  六 实现效果

  目前我们只对物流中心机房等几个较大分散机房部署了该系统。这些机房的温湿度、电源工作状态、火灾预警的监视和机房空调、监控摄像头、多功能警报器等执行器成功实现了就地自动控制和WEB远程监控两种模式控制。系统可以完成自动侦测电源断电信号,自动报警,在电源恢复时自动启动空调系统;自动侦测火灾烟感信号,联动报警器;自动监测温湿度是否超限,并自动调节空调执行制冷、除湿、换气等动作;自动监测人员进出,并警告违规误入。每套系统部署成本约3000元左右,实施改造后大大降低各分散机房(控制室)的维护成本,为公司节约了大量运维资金和资源。

  七 结语

  虽然,初步完成的系统尚有传感器兼容性低、抗干扰力低、联网不稳定等暂时性缺陷,却大大提高了运维人员对分散机房的管理效率和机房环境自动化监控能力。为公司节省了大笔机房改造经费,有效提高了信息安全管理效能和信息运维智能化、自动化水平。

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