监控系统在电力通信网中的应用
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  如今的电力通信网以同步数字传输技术(SDH)为基础,以E1/2Mbit/s线路传输方式组网架构,承载多种电力系统的综合业务,如继电保护信号、远动信号的传输,调度电话、日常电话的正常使用,光穿透业务等。通信业务在电力网中的作用越来越明显,但是由于通信专业人员短缺,并且要做到被监控局站的无人值守,因此引入监控系统是势在必行。

  一个合格的监控系统必须应能达到以下几点要求:必须形成至少涵盖本地网规模的多级监控网,具备较强的扩容能力;必须达到实时监控的响应时间,并实现系统性能与系统规模的无关性;监控的软硬件体系必须稳定可靠;必须能将各种不同类型的传统设备和智能型设备完整的纳入监控系统;系统硬件具备升级兼容性;系统软件具备在线扩容、设置更新的能力;可以灵活的扩展图像监控的功能,并实现告警联动。

1 监控对象的分类

  按照监控对象的不同,可以把监控对象分成三类,即按用途分类,按性能分类,按电特性分类。

  1.1 按用途分类

  可分为通信动力系统监控和环境系统监控两大类,其中通信动力系统包括高压配电、低压配电、交流稳压器、UPS、整流器和蓄电池组等动力设备,环境系统包括机房用空调、门禁、温湿度、红外、烟雾、水浸等环境量。在各局站无人值守的情况下,还配有静态或动态图像监控,在中心实时监视现场的情况。通过对动力设备和环境合理布置监测点,就能准确将设备运行状态和运行数据集中反映到监控中心

  1.2 按性能分类

  按被采集设备的性能可分为智能设备和非智能设备。智能设备只设备本身带有一定数量的传感器、变送器,可以进行数据采集和处理能力,并带有智能接口,可直接与后台进行通信。非智能设备本身不具备数据采集和处理能力,无智能接口。对于是能设备,可通过其智能设备协议(包括智能设备通信协议、数据包的结构、包的内容及接口方式)直接进行通信,纳入监控系统。对于非智能设备则需通过采集器采集数据再接入监控系统。

  1.3 按电特性分类

  (1)按电量分

  监控对象可分为非电量和电量,对于非电对象(如温湿度),应通过传感器把非电量变成电量后接入数据采集设备,对于电量(如电压电流)则通过变送器把其变换成适合采集器要求的输入信号范围后接入数据采集设备。

  (2)按信号性质分

  监控对象按信号的性质可分为模拟量和数字量。模拟量是指那些随时间连续变化的量(如交流电压、交流电流等),对这些量的测量,需采用模/数转换器把模拟量变成数字量后才能适宜单片机采集,而数字量是指那些仅有0和1两种状态的量,这样的量单片机可直接测量。

  监控量的分类

  在实际应用中,一般只选择四种有代表性的参数进行监控,即

  AI:模拟输入信号参量(遥测量)

  AO:模拟输出信号参量(遥调量)

  DI:数字输入信号参量(遥信量)

  DO:数字输出信号参量(遥控量)

  下表列出了通信机房常用的几种监控量

  

2 监控系统组网结构

  从系统规模来看,电力通信网监控系统需要有较大的监控规模,需要能涵盖整个本地网,监控对象的数量多,类型复杂;从结构来看,监控系统属广域网范畴,规模大、数据量多,其组网结构与一般的小规模普通局域网类设计出发点完全不同。其合理的架构就是分布式广域网结构,结合通信行业阶层试管理体制的模式,动力环境集中监控系统在网络架构上应该采用树型阶层分布式网络架构,组建一个树型阶层式的类Intranet广域网监控系统,简单示意如下:

  

  动力环境集中监控系统要实现树型阶层分布式网络架构,其主要数据处理层应该是分布在监控中心,由该层的处理总机构成整个监控广域网的分布式计算机系统。主监控中心主要负责动态路由的建立,统一逻辑数据库与物力分布数据库的对应,以及应用层人机界面的接入。其优点也是显而易见的:

  (1)系统具有良好的实时性,便于集中控制;

  (2)网络结构层次简单,所有短剧数据直达本地网监控中心,简化了通信环节,提高了系统的可靠性;

  (3)只有一个集中监控中心,避免了由于多级监控中心同时操作同一个监控对象而引起的混乱;

  (4)削减了监控站的建设开销,减少了传输设备的投资,在提高系统性能的基础上,减低了系统价格。

  (5)拥有很好的扩容性,结合分布式结构的并发特性,整个系统可在保证性能的前提下扩容到很大的规模。

3 监控信息的传输方式

  在动力环境集中监控系统中,传输方式是一个可以独立于系统其他技术的技术。由于监控厂商本身不提供传输条件,因此监控数据的传输必须依赖于我们电力通信网已有的传输条件,也就是说要采用E1接入设备的2M组网方式。采用这种组网架构时,各基站通过E1/2Mbit/s线路中时隙传输,各个局站间通过完整的E1/2Mbit/s线路将监控数据介入区域监控中心。通过完整的E1/2Mbit/s线路还可实现动力与影像信息的传输。因为实时图像对于带宽的要求比较高,模拟图像数字化之后大约有100M,经压缩后可达到384K-2M之间。采用2M组网图像效果比较好,传输可靠。

  传输方式如图所示

  

4 监控数据处理方式

  由于监控系统所面对的远端局站的数量相当的多,必须进行分辖区的监控数据收敛,所以监控系统可根据实际辖区情况设立区域监控中心。区域监控中心处理主机负责其辖区内的所有监控数据的收集与处理,作为整个处理系统的一个并发处理分节点。除了动态的实时告警信号实时的处理主机,故总监控中心的处理主机就可以减少实时备份各分控中心实时数据的庞大工作量。总监控中心只需将当前使用者所需要的浏览数据从各区域中心传送上来,即可完成实时的系统响应,整个地区各区域监控中心的监控数据成为总监控中心在逻辑上统一,物理上分散的分布式大型动态数据库。为了保证系统数据的安全可靠,区域监控中心的主处理机采用可抽取式硬盘系统,实现硬件设备与系统数据的故障分离。为了长期保存和分类管理监控数据,并提供标准的数据库平台,方便二次开发和与网管平台的整合,系统在总监控中心通过局域网建立后台管理数据库,采用了基于通用的WIN2000数据库管理软件系统。监控系统充分利用了Windows系统多媒体能力好,且方便好用的优点,使用的是全中文的基于浏览器技术的终端软件,使监控处理主机与PC、服务器在各自擅长的领域得到了完美的应用结合:监控主机结合多任务操作系统负责实时数据采集与处理,PC多媒体平台负责人机界面的处理,服务器负责后台数据库管理。

5 监控系统软件组成

  监控系统的网管软件主要包括:前置机、数据库配置程序、综合业务台、报表台、节电通信机、数据存储程序、门禁业务台等系统软件。各软件功能和特点描述如下:

  (1)前置机:监控系统前端的预处理软件,负责扫描各监控模块,接受被监控设备的数据和告警信息,进行处理后送往监控中心。用户可在前置机上直接察看设备的运行参数和状态。

  (2)综合业务台、;监控系统与用户的主要接口,可根据配置提供动力和环境设备监控、图像设备监控、门禁设备监控、报表查询统计等功能。在监控中心,可有多台综合业务台,每个综合业务台具备的监控功能可以不一致,但只有一个主综合业务台。

  (3)报表台:监控系统与用户的接口,供用户查询设备告警、设备运行情况以及设备维护情况,辅助用户直观地分析设备运行状态,统计基站运行历史数据。

  (4)节电通信机:使监控系统监控网络的管理和支持软件,用于管理各节点的连接及支持各节点间数据的正确交换和收发。

  (5)数据存储程序:用于接收告警信息和历史数据,将这些数据保存至数据库中。

  (6)数据库配置程序:用于对监控系统的监控对象、人员等主要配置信息进行配置,并能创建、维护数据库。

  各软件之间的关系如下图所示:

  

6 系统的基本原理

  监控系统监测的设备可以分为两种:智能设备和非智能设备。对于要监控的非智能设备使用变送器来监测,将其中的电量和非电量进行交换并转换成标准信号(0-5V,4mA-20mA等)接入各采集模块。智能设备提供了内部采集电路和通讯端口(RS232/RS485等),可以通过厂家提供的通讯协议获取这些数据,不需要外加传感器和变送器。因为智能设备种类繁多,不同厂家的不同型号设备的通讯协议都不一样,系统使用智能协议转换器PCU进行协议转换,将数据按照统一的格式上报。

  各采集模块连接在一条或多条RS485/RS422总线上,然后这些RS485总线直接或经过透明传输后接到前置机上,前置机进行轮询、处理后得到各监测量的实际值或状态。为了降低传输系统中的数据流量,保证系统响应速度,前置机将数据分为两类:对于重要数据,比如告警、状态量改变等信息,一旦产生,立即主动上报给监控中心;对于非重要数据,比如设诶云的实时数据,在设备正常运行的时候变化不大,用户对其实时性要求不高,采用查询上报机制,也就是只有在监控中心发出查询请求的时候,才将这些数据上报。除此以外,前置机还需要响应监控中心下发的遥控、设置等命令,并将这些命令通过采集模块正确下发给相应的设备。

  业务台是用户进行日常监控、管理的平台。监控业务台可分可和,包含一个主业务台,多个分业务台。每个业务台能实现的功能是配置的不同而不同,例如,图像分控台、空调分控台、门禁分控台、电源分控台,这些分控台的功能是根据操作员的不同而分配不同的权限。

  节点通信机是系统的通讯枢纽,监控中心之间、监控中心与局站之间的数据通过节点通信机进行传送。之所以称之为节点通信机,主要指它支持广域网的节点通讯特性,提供系统各软件之间的点对点通讯机制,避免常见的广播方式造成的系统流量增长。

7 强大的告警和信息显示处理功能

  系统的告警级别分为三级:紧急告警、重要告警、一般告警。告警可以设定为按用户的要求延迟上送。告警信息在监控网中作为优先级最高的数据被实时传送。当告警到来时,系统将弹出告警提示窗口醒目地进行报警,告警信息以易于理解的完整语句报出,其中关键信息将以不同的颜色进行标注。告警提示窗口具有累积效用,即当前告警提示窗口未关闭时,后续告警不会弹出新的告警提示窗口,告警信息将显示在最初告警的后面,用户可以通过滚动条察看更多的告警。当告警数量很多的情况下,系统支持对当前告警条件的过滤显示,此时只有符合系统设定条件的当前告警和以后新来的告警才会被显示到当前告警窗口之中。

  在谈出告警提示对话框的同时,系统还将进行同步的告警打印、可以按用户设定的时间,在告警发生并超过该时间后用户未进行告警确认时进行告警寻呼、告警LED显示以及告警短消息发送。在对告警进行确认时,用户可以选取一条进行确认或全部进行确认。

8 总结

  综上所述,在科学技术不断发展的今天,方便、快捷、稳定、可靠已经是各大企业对日常工作的共同要求。尤其是在电力通信网中,随着电网的不断扩大,业务量的不断提升,做好维护工作,保障电网安全稳定的运行是我们工作的任务和目标,目前我们所使用的监控系统整合了多种技术在其各自应用领域的强势,使整个监控系统电力通信网中具备强大的系统性能、高可靠性和高可用性。

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