浅谈电源监控系统系统结构的选择

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浅谈电源监控系统系统结构的选择


摘要：随着通信事业的发展，电源、环境集中监控系统在各地迅速建设，集中监控系统的作用越来越重要，但是如何选择一种具有高可靠性、高安全性的监控系统是非常迫切的要求，本文从监控系统的网络组成和智能设备的接入方式两个方面阐述了监控系统的选择要点。

关键词  监控系统  网络组成 系统结构

一、通信网电源设备和环境维护的现状
随着我国通信事业的发展，通信网络规模也来越大，通信网络的格局也发生了巨大的变化，逐步从原来的大型母局转变到接入设备更靠近用户的模块局方式，因此模块局的数量逐年递增，造成了电源设备的分散。电源设备运行质量受外界的影响最大，故障率高，由于缺乏有效地维护支撑手段，造成了人员维护效率低，无法及时有效的保证电源设备的运行质量，在模块局的维护工作中出现了种种问题。
二、电源环境集中监控系统的发展
    电源、环境集中监控系统的出现，将原来相对分散的各个机房的电源、空调设备的运行状态和环境数据集中到监控中心来，它可以对分散的各个电源设备实行实时监控，实现了人工方式无法实现的24小时不间断自动巡检，发生故障自动告警，值班人员在监控中心就能实时查看到电源设备的运行情况，提高了人员的维护工作效率，达到了维护体制向“集中监控、集中维护、集中管理”的目标。因此近几年来各地都陆续建立了各自的电源、环境集中监控系统。
但是如何保证电源、环境集中监控系统本身的安全运行，选择怎样的集中监控系统才能更有效的保证所需监控数据的实时性和灵活性，保护投资，这就需要大家对监控系统的网络组织和智能设备的接入方式上有一个很好的认识和理解。
三、电源、环境集中监控系统的网络组织
    目前各个生产厂家的监控系统所完成的功能大同小异，都能实现电总的通信监控系统规范要求，但是各个厂家在监控系统的通信方式和数据处理上却差别很大，这就造成了各个监控系统的实际运行效果存在很大差异。
    现在各个监控厂家的通信方式主要分两种，一种是Client/Server方式，或称为客户机/服务器方式；另一种是 Peer-to-Peer方式，或称对等通讯方式。这两种通讯方式的主要区别在于互相通讯的两个网络节点所采用的服务方式。在Client/Server方式中，一方是委托方，而另一方是服务方，两个节点在功能上是有差别的，服务方的功能比较齐全，它可以为委托方提供其不具备的功能。而在Peer-to-Peer方式中，两个通讯方具有相同的功能，它们之间互相可以提供服务，以便互相共享资源，即这种方式要求两个节点都是功能比较齐全的节点，因此，Peer-to-Peer方式实际上是双向的Client/Server方式，具备Peer-to-Peer通讯能力的系统也可以提供Client/Server通讯。

下面就这两种方式分别先容一下

一）Client/Server方式，或称为客户机/服务器方式；
采用这种方式的监控系统，在监控中心SC都有一台数据服务器，安装有SYBASE或MYSQL等商业数据库App，监控系统中被监控设备的所有数据都在服务器上存储和处理，数据服务器负责设备数据的更新，处理，告警信息的发送，管理节点机的数据查询等等。
这种通信方式的优点是
1）数据集中处理 SC所监控的局站设备数据都在服务器上存储和处理，便于数据处理。例如当需要更改数据时只要在数据服务器上更改后其它的管理节点看到的就是更改后的数据。
2）安全性高 因为一般的SC节点都在有人值守的监控中心，机房安全性较高。
3）功能便于实现 因为采用了唯一的数据库，功能操作只对应数据库服务器，便于统一实现。
这种通信方式的缺点是
1）商业数据库不适用于监控系统的实时性要求 由于数据服务器采用了SYBASE或MYSQL等商业性数据库，这类数据库不是针对监控系统的实时性设计的，不能实时处理监控设备数据的频繁更新，更新频率慢。例如，MYSQL对数据的更新时，一次只能更新每个数据表中的一个记录，这样要更新数据只能分批进行，更新时间较长。同时服务器一方面接受监控设备的数据，对数据库中的数据进行磁盘改写，另一方面接受上位机的查询，将设备数据读取出来发送给上位机，存在数据写入和读取的延时，并受硬盘的写入、读取速度的影响。
2）存在安全瓶颈 在这种通信方式中，数据服务器起到了一个承上启下的作用（如图一），一方面数据服务器要接受下端各前置机采集来的设备数据，进行处理，与设定告警门限值进行对比分析，对异常数据产生告警信息，上传到管理节点，另一方面要接受上端管理节点的查询和下发数据，按照管理节点的要求提供数据或者将管理节点的下发数据发送到相应的末端设备上去，但这样数据服务器也起了一个瓶颈作用，如果数据服务器出现问题，整个系统都不能正常运行，从而引起系统的瘫痪。
3）网络负荷大 在这种通信方式中，所有被监控设备的数据都要通过网络传送到数据服务器去处理（如图一），因此网络的负荷大，需要更多的带宽。
例如某厂家的监控系统只接入了四个市话分局的2000多个数据点，它的数据服务器负荷就超过了50%，磁盘持续读写，这个系统的实时性和网络处理能力的持续性就值得怀疑。



4）无法平滑扩容 在一般的监控系统中因为设备投资的关系，数据服务器一般采用工作组级服务器，这种服务器的系统处理能力有限，随着监控网络的增大，监控数据的增多，他的处理能力就不能适应监控系统的要求，不能适应大量监控数据的频繁刷新，在大数据量的频繁刷新时系统的负荷较大，就不能满足电总要求的一般情况下系统负荷的要求。需要更新设备，这样建设投资要加大，并造成了浪费。
例如。现在的智能电源设备技术已经相当成熟，它能提供的电源设备本身各种运行数据，一台安装10个模块DK04开关电源，它能提供500多个数据来表述开关电源的运行状态，再加上可下发控制的数据，一台开关电源在数据库中所占的点要超过600个。一台5匹空调的数据有50多个，一台智能油机的数据量也在70个左右，一台机房专用空调的数据量在100个左右，因此一个区域监控中心所监控的数据量要接近或超过20000个，而这些数据如果在一台工作组级的服务器上保持2秒的速度刷新，机器的负荷是很大的，假设在极端情况下，在告警数据超过20%时，机器将不能处理如此多的数据，很容易引起系统宕机，为了避免这种情况，有些监控系统厂家就采取减少数据量或降低刷新速度来保证系统的处理能力，他们把开关电源各个模块的数据砍掉，只留下系统模块的数据（100个左右），这样数据量是下来了，可是大家却不能全面地了解和控制开关电源的运行状态了，因此这种以减少监控数据量来保证响应速度的处理方式是不可取的。

二） Peer-to-Peer方式，或称对等通讯方式。
采用对等通信方式的监控系统，他的网络组成（如图二）是将数据库现场分布，同时数据库采用符合工业标准的实时数据库，他与Client/Server方式的最大区别是没有了数据服务器，实时数据库分布到了监控局站现场。


（图中虚线表示他们的通信是间断性的）
这种通信方式的优点是
1）实时分布型数据库  对等通信方式不采用SYBASE等商业性数据库，而是采用了符合工业标准的实时数据库，这种数据库因为是基于内存的，所以他的处理能力大、刷新速度快，在普通计算机上运行，也完全能满足监控系统的实时性要求。
例如，一台SCADA节点机负责接入28个模块局的开关电源、空调等智能设备，市电电压、温湿度等实测量的数据，监控数据点超过9000个点，在两秒的数据刷新速度下系统负荷不超过20%，在极端条件下（超过20%的数据告警），系统负荷不会超过30%，告警延时不超过5秒，完全满足电总对监控系统告警信息不超过10秒的要求
2）数据按需传送，网络负荷极小 实时数据库分散设置到最低一级管理节点（如SS或SU）。现场设备送上来的数据，在监控系统的最前端节点（SCADA）得到过滤和处理，只把一些告警信息或上级管理节点索取的数据传送上去，这样就实现了数据的按需传送，避免大量不重要的、不需要的数据在网上传送、增加网络负荷，提高了网络利用效率和网络反应速度。
3）无限平滑扩容 这种通信方式不需要服务器，并且采用分散自律式实时对等网络体系结构，在系统扩容时只需要在新建局站建好SCADA节点机，并将其接入网络就能自动接入监控系统，达到监控系统的平滑扩容。同时因为它的实时数据库是分散在各个监控局站的，这样在某一个局站的监控设备发生意外时不会影响到其他局站的监控，提高了系统的安全系数，这种配置充分体现了分散控制、分散采集和集中管理的特点，符合现代计算机控制系统的分布式控制的特点。
4）标准接口，监控系统的实时数据库，采用ODBC开放的数据链路接口与关系型数据库通讯，这些关系型数据库包括ORACLE、SYBASE、SQL Server、INFORMIX及ACCESS等。这样就便于大家用其它的专业App通过ODBC调用监控系统的实时数据来进行更详细的处理和分析。
5）安全性高，容灾能力强 因为系统网络组成是对等网，网络中的每一台机器都是平等的，也就是说每台机器都能负担起中心管理职能，实现了告警和管理的多点分布，提高了监控系统的安全性。
     Peer-to-Peer方式的缺点是
    1）因为这种方式的分散性，使监控系统的维护难度加大，要求维护人员要全面了解系统的组成才能维护好整个监控系统。
2）因为有的SCADA节点机安装在无人值守的端局机房，对机房的安全性要求较高。

四、智能设备接入监控系统的接口方式
现在各种电源、环境集中监控系统对智能设备的的接口方式也有两种，一种是硬件协议转换器，另一种是App协议转换器。
监控系统不建议使用硬件协议转换器，因为这样增加了成本，并且通讯链路上多出一个环节，系统安全性也受到了一定的影响。并且当局端有新增设备时，由于这种硬件协议转换器是各个监控厂家自己生产的，如果没有空余的硬件协议转换器，只能重新向监控厂家订货，这样不但增加了投资成本还拖延了新增设备接入监控系统的时间
监控系统使用App协议转化器，其原理与硬件协议转换是一样的，只是通讯App和协议转换App不是在“协议转换器”中运行，而是在局站中心的计算机中运行。由于计算机运行速度很快，操作系统又是多任务多线程的WindowsNT,所以通讯App和协议转换App在局站计算机中占用资源是微不足道的。
App协议转换器是一个小的转换程序，在编写程序时就能根据智能设备厂家提供的通信协议，将厂家提供的所有设备数据接入到监控系统，使大家可以详细全面地了解智能设备的运行状况，提高设备运行安全性。
App协议转换器的接口硬件模型如下：

App协议转换器的接口App模型如下：

在新增设备时大家只要自行将新增设备连接到SCADA节点机的空余RS232接口上，然后通过App配置就能较新增设备接入到监控系统中来。同时因为多串口板是一个成熟的工业产品，不像协议转换器那样是一种非标准产品，即使没有多余RS232接口，大家也可以用很少的投资来进行扩容，既减少了投资，又能将新增设备及时接入监控系统，提高了安全系数。


五、结束语
通过以上比较可以看出，不同的网络组成和智能设备接口方式组成的监控系统虽然能完成相似的功能，但是在运行效率、安全性和以后的运行扩容成本上却存在很大的差别，所以说集中监控系统易采用分散自律式实时对等网络体系结构，智能设备的接入方式易采用App协议转换器的集中监控系统，这样不但监控系统的容错能力和可扩容能力得到了提高，并且可以为以后系统的平滑扩容升级打下了良好的基础。