愛華網(wǎng)???? 隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)在電力行業(yè)得到越來越密集、廣泛的應(yīng)用，電力行業(yè)的各類核心業(yè)務(wù)運(yùn)作模式和工作效能正在發(fā)生質(zhì)的提升。然而，被賦予強(qiáng)大功能的同時(shí)，這些系統(tǒng)也存在顯而易見的致命軟肋——運(yùn)維保障。精密的制造和密集的架構(gòu)意味著苛刻的運(yùn)行環(huán)境要求和全面、全時(shí)、專業(yè)的監(jiān)護(hù)需要，類似外圍子機(jī)房、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制室等分散式子系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)所通常難以做到如核心機(jī)房（控制室）那樣具有24小時(shí)專業(yè)人員值守、維護(hù)和保障，一旦發(fā)生斷電、進(jìn)水、電氣火災(zāi)等意外，如果不能及時(shí)控制，就可能造成局部信息網(wǎng)絡(luò)或控制子系統(tǒng)癱瘓、數(shù)據(jù)丟失甚至全系統(tǒng)崩潰等災(zāi)難性后果，這就迫切需要我們研究一種構(gòu)建成本低廉、易于大量部署、能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控外圍分散機(jī)房（控制室）關(guān)鍵設(shè)備和主要運(yùn)行環(huán)境指標(biāo)的聯(lián)網(wǎng)型分散式環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)來解決上述問題。 0.前言 隨著飛速發(fā)展的數(shù)字化管理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力行業(yè)密集、廣泛的應(yīng)用，電網(wǎng)運(yùn)行管理、電力營(yíng)銷服務(wù)、企業(yè)效能管理等電力行業(yè)核心業(yè)務(wù)運(yùn)作模式發(fā)生了翻天覆地的變化，工作效能更是發(fā)生了質(zhì)的變化。然而，支撐這一變化的各種基于電子信息軟硬件技術(shù)的系統(tǒng)隨著硬件制造精密程度和架構(gòu)密集程度的不斷提高也使得其硬件運(yùn)維越發(fā)困難、運(yùn)行環(huán)境要求越發(fā)苛刻。任何一個(gè)微不足道的小故障，都可能引發(fā)系統(tǒng)崩壞的連鎖反應(yīng)。類似各種信息機(jī)房、控制室等關(guān)鍵信息設(shè)備密集、部署分散的場(chǎng)所通常難以做到像核心機(jī)房那樣24小時(shí)專業(yè)人員值守、維護(hù)、保障，一旦發(fā)生意外斷電、進(jìn)水、電氣火災(zāi)就可能造成局部信息網(wǎng)絡(luò)或控制子系統(tǒng)癱瘓、數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損毀等災(zāi)難性后果，嚴(yán)重時(shí)甚至能夠影響整個(gè)公司的業(yè)務(wù)信息（控制）系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 受管理成本和部署成本限制，大部分電力企業(yè)顯然無法做到所有信息機(jī)房、變電站控制室均部署類似核心機(jī)房那樣昂貴的、專業(yè)的環(huán)境監(jiān)控保障系統(tǒng)，因此，我們迫切需要一種容易分散部署、支持聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控、結(jié)構(gòu)緊湊、易于操作部署、能保障關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行的廉價(jià)分散式機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。 1.方案設(shè)計(jì) 1.1 現(xiàn)狀分析 為合理設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)，準(zhǔn)確定位主要功能，我們對(duì)公司的各類分散機(jī)房（控制室）進(jìn)行全面的調(diào)查和分析。 當(dāng)前膠州公司網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機(jī)房體系主要分布于公司調(diào)度大樓的中心機(jī)房、物流中心機(jī)房、營(yíng)銷樓機(jī)房、農(nóng)電樓機(jī)房、培訓(xùn)中心機(jī)房等分散機(jī)房以及各變電站、供電所的30多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備柜構(gòu)成。機(jī)房設(shè)備群主要有：二層交換機(jī)、光纖收發(fā)器、配線系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)組成，對(duì)電源質(zhì)量、環(huán)境溫濕度、灰塵含量等環(huán)境因素要求較高，任何指標(biāo)的降低都可能導(dǎo)致機(jī)房承載的子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)功能失靈。 然而，除了核心機(jī)房裝備投資30多萬有功能完備的環(huán)境監(jiān)控保障系統(tǒng)外，其中，除核心機(jī)房裝備有功能完備的環(huán)境監(jiān)控保障系統(tǒng)外，其他外圍機(jī)房均未建立此類保障系統(tǒng)，這些分散在外圍的子機(jī)房的環(huán)境監(jiān)控只能依靠人工巡視或監(jiān)視攝像機(jī)來解決，管理效率低、反應(yīng)周期長(zhǎng)，常常導(dǎo)致設(shè)備損壞頻繁、維護(hù)成本激增，一旦發(fā)生空調(diào)斷電、進(jìn)水、火災(zāi)等事故，就可能造成局部信息網(wǎng)絡(luò)或控制子系統(tǒng)癱瘓、數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損毀等災(zāi)難性后果。通過分析近兩年來各機(jī)房巡視、系統(tǒng)檢修、網(wǎng)絡(luò)檢修和通訊事故記錄等歷史資料，我們發(fā)現(xiàn)多達(dá)45.2%的軟件故障與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件運(yùn)行環(huán)境干擾有關(guān)，其中5次影響較大的局部子網(wǎng)斷網(wǎng)的故障分別是： 1.物流中心機(jī)房跳閘斷電后商用空調(diào)無法復(fù)工； 2.伙房院機(jī)房電源箱進(jìn)水短路停電； 3.東部工作區(qū)溫濕度度過高引起電源設(shè)備短路停電； 4.倉庫大院機(jī)房外來工人誤入機(jī)房誤碰設(shè)備導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷； 5.東部工作機(jī)房溫度超限導(dǎo)致交換機(jī)過熱自動(dòng)保護(hù)反復(fù)重啟。
以2010年7月22日物流中心機(jī)房斷網(wǎng)故障為例，事后調(diào)查顯示故障成因?yàn)椋捍髽请妷翰环€(wěn)引起了供電線路，機(jī)房空調(diào)停轉(zhuǎn)導(dǎo)致環(huán)境溫度達(dá)到了攝氏38度、相對(duì)濕度87%，主交換機(jī)過熱保護(hù)反復(fù)停機(jī)導(dǎo)致整個(gè)物流中心子網(wǎng)絡(luò)停運(yùn)4小時(shí)?？梢?，沒有自動(dòng)化監(jiān)控管理的外圍機(jī)房在依靠周期偏長(zhǎng)的人工巡視或范圍片面、視角固定的視頻監(jiān)控已難以滿足現(xiàn)公司各業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性越來越高的要求。 通過事故分析，我們確認(rèn)了需要開發(fā)的分散式機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠保障子網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定、便于部署且具備快速報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)主要環(huán)境指標(biāo)的能力。各機(jī)房監(jiān)控終端必須具有空調(diào)斷電復(fù)位、短信報(bào)警、WEB遠(yuǎn)程控制、火災(zāi)警告、漏水警告、溫濕度過限警告、誤入警告等智能功能。 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通過大量的論證和市場(chǎng)成品的考察，考慮到成本和適用性問題，我們決定利用性能較為穩(wěn)定、適合二次開發(fā)的工業(yè)級(jí)半成品通訊模塊、可編程控制模塊、傳感器、執(zhí)行器，通過軟件編程和設(shè)計(jì)適配電路，利用公司現(xiàn)成的內(nèi)網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)從硬件和軟件兩方面，自行開發(fā)設(shè)計(jì)一套基于WEB遠(yuǎn)程控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程互動(dòng)管理和就地自動(dòng)監(jiān)控功能的自動(dòng)化機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“智能自控與遠(yuǎn)程管理相結(jié)合，自動(dòng)采集傳感信號(hào)，遠(yuǎn)程故障報(bào)警，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)消缺，遠(yuǎn)程WEB統(tǒng)管”功能目標(biāo)。 1.2.1 整體系統(tǒng)拓?fù)洌?p> 每個(gè)分散式機(jī)房的控制核心具有本地直連計(jì)算機(jī)控制界面和遠(yuǎn)程WEB網(wǎng)頁控制兩種控制方式。在全局架構(gòu)中，該系統(tǒng)由每個(gè)分散機(jī)房的監(jiān)控子系統(tǒng)采取星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由部署在信息中心的機(jī)房監(jiān)控服務(wù)器實(shí)行統(tǒng)一遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。 1.1.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 通過篩選，控制模塊我們選擇了內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)通訊功能的Net-008型網(wǎng)絡(luò)控制模塊作為二次開發(fā)的主控硬件，配合溫濕度傳感器、電流互感器、短信收發(fā)模塊、煙感報(bào)警器等傳感器和紅外發(fā)射裝置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)目標(biāo)。 通過直連線路或無線信號(hào)關(guān)聯(lián)的多種傳感器（溫濕度傳感器、離子式煙霧傳感器、紅外熱釋傳感器、繼電器常閉觸點(diǎn)）采集機(jī)房?jī)?nèi)溫度、濕度、煙霧、入侵、進(jìn)水等環(huán)境狀態(tài)信息。通過WEB遠(yuǎn)程互動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)頁、PC端控制軟件或掌上電腦移動(dòng)控制平臺(tái)控制機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)實(shí)現(xiàn)溫濕度調(diào)整；控制紅外發(fā)射模塊實(shí)現(xiàn)室內(nèi)電器斷電再重啟；控制報(bào)警器和短信模塊實(shí)現(xiàn)火災(zāi)告警和入侵報(bào)警機(jī)制。 1.1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1）系統(tǒng)軟件功能劃分 系統(tǒng)軟件分為：WEB版上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和分散終端內(nèi)置的單片機(jī)控制系統(tǒng)兩大部分，前者基于WEB遠(yuǎn)程通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在WEB界面下查看所有聯(lián)網(wǎng)終端下轄的機(jī)房環(huán)境主要參數(shù)，遠(yuǎn)程控制特定終端執(zhí)行指定動(dòng)作；后者借助單片機(jī)技術(shù)和短信收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)基于預(yù)設(shè)情景模式的就地自動(dòng)監(jiān)控和基于GSM短信貓的短信遠(yuǎn)程互動(dòng)。 2）通訊機(jī)制 1.網(wǎng)絡(luò)通訊：由于本系統(tǒng)的核心控制組件內(nèi)置了網(wǎng)絡(luò)通訊功能支持802.11n傳輸協(xié)議，所以的網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)都可以通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文格式以星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞。 2.短信通訊：利用現(xiàn)成的手機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)，借助短信收發(fā)模塊的二次開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)分散終端根據(jù)特定傳感器觸發(fā)信號(hào)發(fā)送指定內(nèi)容、指定手機(jī)號(hào)碼的報(bào)警短信；也可以接收并執(zhí)行指定手機(jī)號(hào)碼發(fā)來的內(nèi)容特定的遠(yuǎn)程操作指令，該手段作為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制得備用手段。 1.2 功能模塊描述與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 1.2.1 主裝置硬件接口設(shè)計(jì) Net800網(wǎng)絡(luò)控制工業(yè)模塊內(nèi)置了16位單片機(jī)和豐富的IO接口可以支持8路（干接點(diǎn)）觸點(diǎn)輸入信號(hào)（含1路模擬量輸入），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)紅外熱釋傳感器（人員誤入傳感器）、溫濕度傳感器、漏水傳感器、離子式煙感器、門磁傳感器、短信控制器的IO觸發(fā)指令信號(hào)輸入；支持8路交流電觸點(diǎn)控制和1路紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)輸入和紅外指令信號(hào)輸出，可以在遠(yuǎn)程指令、內(nèi)置單片機(jī)自動(dòng)程序指令的控制下管理現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警嗡鳴器、報(bào)警短信發(fā)送器、電源復(fù)位送電繼電器、遙控商用空調(diào)等執(zhí)行裝置。 1.2.2 各功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1）斷電自動(dòng)重啟功能 通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制器主機(jī)情景模式的設(shè)置，結(jié)合溫度調(diào)整功能配合基于繼電器技術(shù)設(shè)計(jì)斷電傳感器，采集交流電源斷電、通電觸發(fā)信號(hào)，使系統(tǒng)在機(jī)房意外斷電后偵測(cè)電源恢復(fù)情況。一旦電源恢復(fù)，自動(dòng)發(fā)出空調(diào)啟動(dòng)信號(hào)，確保空調(diào)處于工作狀態(tài)，時(shí)刻確保機(jī)房溫濕度控制系統(tǒng)正常工作。 2）火災(zāi)預(yù)警功能 通過無線煙感傳感器，網(wǎng)絡(luò)控制器主機(jī)能夠?qū)C(jī)房環(huán)境是否存在火災(zāi)隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)煙霧等火災(zāi)特征，控制器能夠自動(dòng)按照預(yù)設(shè)情景模式啟動(dòng)本地聲光報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)短信模塊發(fā)出報(bào)警短信，驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程WEB終端發(fā)出語音報(bào)警給工作人員。 3）入侵預(yù)警功能 通過無線紅外熱釋傳感器、無線門磁傳感器，網(wǎng)絡(luò)控制器主機(jī)能夠?qū)C(jī)房是否存在人員誤入實(shí)時(shí)偵測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)未經(jīng)門禁系統(tǒng)許可進(jìn)入的人員，控制器能夠自動(dòng)啟動(dòng)聲光報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)后臺(tái)管理終端控制軟件發(fā)出語音或短信報(bào)警給工作人員。 4）溫濕度監(jiān)控功能 通過溫濕度傳感器，網(wǎng)絡(luò)控制器主機(jī)能夠?qū)C(jī)房環(huán)境進(jìn)行溫度采樣，并在系統(tǒng)控制參數(shù)中設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警閥值，使得控制器能在檢測(cè)到溫度超限時(shí)自動(dòng)通過紅外信號(hào)發(fā)射器發(fā)出控制空調(diào)的控制信號(hào)，聯(lián)動(dòng)空調(diào)啟動(dòng)開關(guān)機(jī)、制冷等功能。 5） 短信報(bào)警功能 通過短信報(bào)警模塊，預(yù)設(shè)通知人員電話清單、關(guān)聯(lián)報(bào)警短信內(nèi)容，使網(wǎng)絡(luò)控制器主機(jī)能夠?qū)C(jī)房環(huán)境中的火災(zāi)、入侵、掉電、超溫、漏水等需要預(yù)警的突發(fā)情況以短信形式向維護(hù)人員預(yù)警，與遠(yuǎn)程WEB網(wǎng)頁報(bào)警顯示、主控制后臺(tái)機(jī)界面報(bào)警顯示構(gòu)成三重報(bào)警界面，確保維護(hù)人員在最快時(shí)間內(nèi)獲悉分散機(jī)房具體情況，以便作出快速、正確的故障截除反應(yīng)。 6） 遠(yuǎn)程WEB管理功能 通過二次開發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制器自帶的WEB模板，配合公司網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，設(shè)計(jì)基于TCP/IP協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理界面，便于操作人員以瀏覽WEB監(jiān)控界面的形式，便捷完成外圍分散子機(jī)房的環(huán)境巡視和對(duì)各執(zhí)行器的控制。 7)就地控制管理 基于TCP/IP協(xié)議下，在同Vlan中，通過網(wǎng)絡(luò)控制器的就地控制界面靈活設(shè)置除了可以完成等同于遠(yuǎn)程WEB管理功能類似的各種操作，還能通過終端管理PC完成語音聲光報(bào)警功能；完成主控模塊、短信控制模塊、傳感器閥值、紅外信號(hào)識(shí)別設(shè)置等管理性功能。 同時(shí)，利用本地控制界面還能完成情景模式控制功能的設(shè)置。通過規(guī)定不同信號(hào)觸發(fā)的不同聯(lián)動(dòng)執(zhí)行信號(hào)組合，形成：火災(zāi)管理模式、入侵管理模式、掉電管理模式、日常溫控模式等針對(duì)性環(huán)境應(yīng)變策略，智能化的管理機(jī)房日常環(huán)境。 8）手持掌上智能終端遠(yuǎn)程監(jiān)控 除了PC端的控制軟件、web網(wǎng)頁外我們還正在二次開發(fā)了掌上智能終端（智能手機(jī)）端軟件,用戶只需在Windows Mobile 6.1或 PPC 的手機(jī)上安裝手機(jī)端軟件,利用手機(jī)上網(wǎng)就可以隨時(shí)隨地手機(jī)聯(lián)通Internet控制NET-008,實(shí)現(xiàn)用手機(jī)遠(yuǎn)程、無線控制機(jī)房聯(lián)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備。 六 實(shí)現(xiàn)效果 目前我們只對(duì)物流中心機(jī)房等幾個(gè)較大分散機(jī)房部署了該系統(tǒng)。這些機(jī)房的溫濕度、電源工作狀態(tài)、火災(zāi)預(yù)警的監(jiān)視和機(jī)房空調(diào)、監(jiān)控?cái)z像頭、多功能警報(bào)器等執(zhí)行器成功實(shí)現(xiàn)了就地自動(dòng)控制和WEB遠(yuǎn)程監(jiān)控兩種模式控制。系統(tǒng)可以完成自動(dòng)偵測(cè)電源斷電信號(hào)，自動(dòng)報(bào)警，在電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)；自動(dòng)偵測(cè)火災(zāi)煙感信號(hào)，聯(lián)動(dòng)報(bào)警器；自動(dòng)監(jiān)測(cè)溫濕度是否超限，并自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)執(zhí)行制冷、除濕、換氣等動(dòng)作；自動(dòng)監(jiān)測(cè)人員進(jìn)出，并警告違規(guī)誤入。每套系統(tǒng)部署成本約3000元左右，實(shí)施改造后大大降低各分散機(jī)房（控制室）的維護(hù)成本，為公司節(jié)約了大量運(yùn)維資金和資源。 七 結(jié)語 雖然，初步完成的系統(tǒng)尚有傳感器兼容性低、抗干擾力低、聯(lián)網(wǎng)不穩(wěn)定等暫時(shí)性缺陷，卻大大提高了運(yùn)維人員對(duì)分散機(jī)房的管理效率和機(jī)房環(huán)境自動(dòng)化監(jiān)控能力。為公司節(jié)省了大筆機(jī)房改造經(jīng)費(fèi)，有效提高了信息安全管理效能和信息運(yùn)維智能化、自動(dòng)化水平。
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