（电气工程专业论文）动力及环境集中监控系统的研究应用.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文基于地理信息的配电自动化 系统的研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：堡盟萱丝 e t 期：生竺z ：! ：1 2 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：篮堂! 兰 日期：呈! ! ：! ：12 导师签名 日期：1 2 ：! ：2 华北电力大学工程硕i 二专业学位论文 第一章动力及环境集中监控系统概述 i 1 动力及环境集中监控系统的必要性 通信电源是通信网络的动力基础，随着我省电力通信事业的迅速发展， 通信网络规模的不断扩大，需要操作与维护的设备种类和数量大幅度地提 高，设备的技术含量和复杂度也越来越高，相应地对通信电源的稳定性和可 靠性也提出了更高的要求。 然而，按照以往人工监测的方式，由于设备繁多而且分散、维护人员短 缺，很难进行有效地维护。面对这种情况，为了提高我省电力通信网的整体 质量，节约人力资源和能源损耗，省通信公司提出了对通信电源设备及环境 进行集中监控管理的要求，即通过对通信电源设备及环境进行遥测、遥信和 遥控，最终实现少人值守或无人值守，以提高设备维护质量，降低运行维护 费用，同时保证系统处于良好的运行工作状态，从而大幅度地提高整体运行 效率，提高通信质量，保证电力的安全生产。 动力及环境集中监控系统是一个分布式的计算机控制系统，它通过对监 控范围内通信电源系统和系统内的各电源设备、空调设备以及机房环境进行 遥测、遥信，实时监控系统和设备的运行状态，记录和处理相关数据，及时 侦测故障并适时通知维护人员处理；进行必要的遥控操作，改变或调整设备 运行状态；按照上级监控系统或网管中心的要求提供相应的数据和报表，从 而实现通信局( 站) 的少人值守或无人值守，实现电源、空调及环境的集中监 控维护管理，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性。 实施动力环境集中监控和管理，代表了通信电源先进维护管理技术和手 段的发展方向，对实现与通信技术发展相适应的现代化电源维护和科学管 理，有着重要的意义。 首先，动力环境集中监控系统的运用，解放了劳动力，提高了电源维护 工作的效率，减低了维护成本。其次，动力及环境监控系统的运用，提高了 电源和通信设备运行的稳定性和可靠性。在以往的维护模式下，电源设备需 要通过人工进行定期巡视，由于站点多，巡视周期长，很难及时发现设备供 电存在的故障隐患。再加上日益增加的新设备，这样的维护越发显得力不从 心，直接影响了通信设备运行的稳定性和可靠性。监控系统正是针对这种情 况，通过对电源设备的实时监视，对运行数据的综合处理和分析，科学地进 行故障判断，并且能够根据系统运行的历史数据和经验数据，进行故障的预 华北电力大学工程硕上专业学位论文 诊断和预告警，提高电源设备运行的稳定性和可靠性，进而提高通信电源供 电质量。 第三，动力环境集中监控系统的运用，提高了电源设备运行的经济性， 降低了运行成本。电力是一种能源，如何提高在传输、变换和使用中的效率， 是电源维护的一个重要内容。随着单片机技术在智能电源设备中的广泛应 用，设备本身的智能性和效率在不断地提高。监控系统充分发挥其在数据分 析和处理上的优势，与智能设备相互配合，根据设备的实际运行情况随时调 整其运行参数，使其始终工作在最佳状态：同时从全网的角度协调各种设备 的运行，提高了电源设备运行的经济性，也延长了设备的使用寿命。 第四，动力环境集中监控系统的运用，提高了电源维护管理水平。通过 监控系统对所采集的大量有用数据的分析与统计，可以使维护人员准确地掌 握电源设备运行状况和供电质量，有针对性地安排系统维护和设备检修，预 防可能出现的故障，不断地优化电源系统；同时这些数据也为电源系统的改 进和维护方法的提高提供了必要的科学依据。 第五，动力环境集中监控系统的应用，为通信机房辅助监控提供了有效 的网络平台。随着监控系统的进一步运用，越来越多的监控局站实现了少人 值守或无人值守，这就要求对局站的安全、消防进行远程监控；同时交换设 备和传输设备虽然有统一的网管系统，但是许多必要的附属设备却不能纳入 交换和传输的网管系统，如配线架、传输电源列柜、电缆充气机等，所有这 些内容都可以利用功能强大的动力环境集中监控系统网络平台进行接入。通 过监控网络平台共享，降低了系统建设和维护成本，提高了实用性。 动力及环境集中监控系统的运用，对原有的维护观念和维护模式都产生 了巨大的影响。它改变了过去人们对电源的浅显认识和错误观念，扩大了通 信电源专业的领域，对电源维护管理人员的技术素质也提出了更高了要求。 同时，它也彻底改变了以往人工看守的传统模式。为了与之相适应，有效地 利用监控技术，必须从根本上改变旧的维护观念，建立新的维护体制和维护 流程。 1 2 动力及环境集中监控系统的发展趋势 在我国，监控系统的发展已经经历了十多个年头了。这些年以来，无论 在技术上、系统建设规模上，还是在系统运行维护上，都有了很大的发展， 具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 监控系统建设数量不断增加，系统规模不断扩大 这一点是这些年来监控建设最显著的成绩。一方面，监控系统的数量在 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 不断地增长；另一方面，系统的规模压在不断地扩大，接入的设备越来越多， 监控的范围越来越广，许多原先独立的小系统也逐渐实现互联成为大系统。 ( 2 ) 监控技术日趋成熟、系统模式日趋稳定 在监控系统的开发和实施过程当中，积累了大量丰富的经验，监控技术 日趋成熟。同时，通过在实践中的运用，人们对监控系统的组成、结构和功 能的认识也逐步统一，系统的框架模式逐渐确定下来了。这些都使得监控系 统的性能日趋稳定，功能也日趋健全。 ( 3 ) 相关技术不断发展与监控技术相互促进 计算机网络与通信、自动化控制技术、信号转换于处理技术和人工智能 技术的飞速发展，为集多项技术与一身的动力环境集中监控系统的进一步完 善与发展提供了条件。没有这些相关技术的发展作基础，监控系统将成为空 中楼阁。同时，随着监控技术的飞速发展，大量的新技术、新工艺在通信电 源设备中的应用，使得通信电源设备的自动化程度和可靠性都有了很大的提 高。没有监控系统的集中组织和协调，这些电源设备将难以发挥其技术性能 上的优势。 ( 4 ) 监控系统的发展与运维体制的转变相互促进 电源运行维护体制改革的需要孕育了监控系统，而反过来监控系统的飞 速发展又促进了运维体制的彻底革命。由于监控系统的运用。局站少人值守 和无人值守成为可能，真正实现了减员增效，安全可靠。同时在电源运维体 制转变的过程中，也逐步暴露出监控系统一些与实际维护管理流程不符的内 容，这促进了监控系统设计思路的进一步拓展，使系统更加完善，更加实用。 ( 5 ) 相关标准规范日趋完善 监控系统相关的标准、规范和要求在过去的时间里相继出台，并得到进 一步的修改和完善。 ( 6 ) 监控市场逐步走向规范化 经过几年来的市场筛选，国内外各计算机工程公司、设备生产厂家、高 等院校和研究院所相关专业、计算机集中监控系统专业厂商以及电信企业自 身多头参与系统开发的局面有所缓和，一些具有较强实力和技术优势的开发 商在竞争中站稳了脚跟。 1 3 本文研究的内容 本文研究的内容包括： ( 1 ) 监控系统的总体结构设计 通过现场调研，根据地理位置、需求关系和功能要求进行综合考虑，本 华北电力大学工程硕士专业学位论文 监控系统采用三级分层结构，即前置监控单元( 也称监控模块s m ) 、局站监控 中心( 也称监控单元s u ) 和区域监控中心( 也称监控中心s c ) 。根据我局通信 网络实际情况，系统组网利用现有的s d h 网，主传输通道为e 1 ( e 1 2 m 数字 传输电路) 。s m 与s u 之间，采用r s 一4 8 5 4 2 2 ，r s 一2 3 2 等现场总线进行连接。 本监控系统总体结构框图如图卜l 所示。 图卜l 监控系统的总体结构图 ( 2 ) 监控系统的硬件设计 通过对监控系统硬件结构及设计原则的分析研究，进行系统硬件设计。 重点对前置监控单元进行了详细的硬件选型与设计。 ( 3 ) 监控系统的软件设计 采用模块化软件设计思想，对前置监控软件和监控管理软件进行了相关 的研究设计。 ( 4 ) 监控系统的网络设计 主要研究利用r s 一2 3 2 4 2 2 4 8 5 、以及c a n ，l o n w o r k s 等现场总线接口组 成的通信网络，s u 系统组网方案设计以及s s ，s c 和p s c 组网方案设计。 ( 6 ) 监控系统的通信协议设计 主要研究了智能设备通信协议，系统互联通信协议，主从前置监控单 元间以及局站监控中心和前置监控单元间的通信协议，对其应用层、物理层、 链路层分别进行了详细的设计。 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第二章监控系统的功能与结构 2 1 监控系统的功能 从应用的角度来看，监控系统的功能可以简单的分为监控功能、交互功 能、管理功能、智能分析功能以及辅助功能等5 个方面。其中管理功能包括 数据管理功能、告警管理功能、配置管理功能、安全管理功能、自我管理功 能和档案管理功能等，如图2 1 所示。 2 1 1 监控功能 图2 一l 监控系统的功能结构 监控功能是监控系统最基本的功能，又可以简单的分为监测功能和控制 功能。 ( 1 ) 监测功能 监控系统能够对设备的实时运行状况和影响设备运行的环境条件进行 不问断的监测，获取设备运行的原始数据和各种状态以供系统分析处理。 这个过程就是遥测和遥信。同时，监控系统还能够通过安装在局房里的摄像 机，以图像的方式对设备、环境进行直接监视，并能通过现场的麦克风将声 音传到监控中心，以帮助维护人员更加直观、准确的掌握设备运行状况，查 华北屯力大学工程硕士专业学位论文 找告警原因，及时处理放降。这个过程也常常被称为遥像或遥视； ( 2 ) 控制功能 监控系统能够把维护人员在业务台上发出的控制命令转换成设备能够 识别的指令，使设备执行预期的动作或是参数调整。这个过程也就是遥控 和遥调。监控系统遥控的对象包括各种被监控设备，也包括监控系统本身的 设备，如对云台和镜头进行遥控，使之能够获取满意的图像。 2 1 2 交互功能 交互功能，是指监控系统与人之间以及监控系统之间进行相互对话的功 能，包括人机交互界面所实现的功能和系统间互联通信的功能。 ( 1 ) 人机交互功能 包括：图文结合、视听结合的多样化数据显示方式，图文界面，声像监 控界面，键盘、鼠标、甚至游戏操作杆和麦克风等便捷的操作控制手段，还 有为外接显示器、键盘或便携计算机而预留的人机接口； ( 2 ) 系统互联功能 系统互联功能是指通过一定的协议接口，具有管辖关系的上下级监控系 统之自】进行的横向联网功能、以及监控系统与其他系统( 如网管系统) 之间进 行的纵向联网功能，它使得系统能够灵活地进行联网。 2 1 3 管理功能 管理功能是监控系统最重耍和最核心的功能，它包括对实时数据、历史 数据、告警、配置、人员、设备以及档案资料的一系列管理和维护。 ( 1 ) 数据管理功能 监控系统的数据包括了反映设备运行状况和环境状况的所有被监测的 数值、状态和告警，主要包括数据显示、数据存储、数据查询、数据备份和 恢复、数据处理和统计等几个方面； ( 2 ) 告警管理功能 告警也是一种数据，从其内容和意义上的特殊性来说，告警是监控系统 最重要的监测数据，告警管理功能也是监控系统最重要的功能它有以下几 个方面的特殊性： 1 ) 告警显示功能 告警必须能够根据其重要性和紧急性划分等级，通常以不同颜色的字 体、指示灯、图标等在显示器或大屏幕上显示，同时配以不同的语音信息或 报警声。 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 在具有图像监视的系统中，系统能够自动控制控制录像机进行录像。这 也即告警时图像联动功能。目前有的系统还实现了警前录像功能； 2 ) 告警屏蔽功能 有些可能对维护人员来说没有什么实际意义，或是因为某种原因不需要 让其告警的告警信息可以进行屏蔽，使它们不再作为告警反映给维护人员。 当需要时再对这些告警项目进行恢复，取消屏蔽； 3 ) 告警过滤功能 当由于某个相同的原因，可能一下子会在监控界面上产生几十条告警信 息( 比如停电时，交流配电、直流配电、整流器等都会发出相应的告警) 。这 时需要系统根据事先设定的逻辑关系。判断出最关键、最根本的告警，而将 其余关联的告警过滤掉，做到真正的告警定位。这也是监控系统智能化的一 个最基本的要求。另外，告警管理功能还包括告警确认、故障维修派单以及 告警呼叫等功能； ( 3 ) 配置管理功能 配置管理是指通过对监控系统的配置参数、界面等特性进行编辑修改， 保证系统正常运行，优化系统性能，增强系统实用性。它包括参数配置功能、 组态功能和校时功能等3 个方面： i ) 参数配置功能 系统参数是保证监控系统正常运行、如实反映设备情况的重要配置信 息。这些参数包括数据处理参数，如数据采样周期、数据存储周期、数据存 储阀值等；告警设备参数，如告警上、下限、告警屏蔽事件段、是否启动声 音告警等；通信与端口参数，如通信速率、串行数据位数、端口与模块数量、 地址等；采取器补偿参数，如采集点斜率补偿，相位补偿、函数补偿等。这 些参数有的常常需要根据实际惰况进行一些必要的调整，监控系统必须能够 为用户提供方便实用的参数配置功能； 2 ) 组态功能 组态功能是监控系统个性化的一个标志，体现了系统操作以人为中心的 特点，提高了系统的适用性。组态功能包括界面组态、报表组态和监控点组 态等。 界面组态也称为图形组态，是指维护人员能够根据系统所提供的组态元 件库和模块，进行全屏编辑，形成实用、美观、个性化强的用户界面报表 组态是指维护人员能够自由设计报表和曲线的格式、内容，作为系统标准报 表和曲线的补充。监控点组态是指维护人员根据实际需要灵活地对监控点进 行命名、关联，以及增加、删除、修改等操作； 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 ) 校时功能 监控系统的校时功能包括自动校时和手动校时，能够有效地防止由于系 统各部分的时钟不统一而给系统的记录和操作带来的混乱。手动校时常在整 个系统发生时钟偏差时或系统性能测试时进行。 ( 4 ) 安全管理功能 安全管理功能包括：为每个登陆系统的用户设置不同的用户账号、权限 和密码的用户管理功能；对维护人员进行的诸如登录、遥控、修改参数和增 删监控点等重要操作进行详细记录的操作记录管理功能；诸如遥控操作前以 声、光等信号提醒可能存在的现场人员警觉的遥控操作的安全保障功能等。 ( 5 ) 自我管理功能 监控系统的可靠性必须高于被监控设备，因此自我管理功能是提高系统 运行稳定性和可靠性的重要措施，主要包括系统自诊断功能和系统日志管理 功能： ( 6 ) 档案管理功能 档案管理功能又称信息管理功能，是监控系统的一项辅助管理功能。它 利用计算机将与监控系统相关的设备、人员、技术资料等信息作归纳整理， 进行统一管理，能有效提高系统管理质量和维护效率。 2 1 4 智能分析功能 智能分析功能是采用专家系统、模糊控制、神经网络等人工智能技术， 来模拟人的思维，在系统运行过程中对设备相关的知识和以往的处理方法进 行学习对设备的实时运行数据和历史数据进行分析、归纳，不断地积累经 验，以优化系统性能，提高维护质量，帮助维护人员提高决策水平的各项功 能的总称。目前正在研究开发的智能分析功能包括：告警分析功能、故障预 测功能、运行优化功能。智能分析功能的运用，使传统的监控理论向真正盼 智能化方向发展，拓宽了监控技术领域，具有划时代的意义。 2 1 5 帮助功能 在监控系统中，帮助信息的方式是多种多样的。最常见的是系统帮助， 提供了目录和索引等多种查询方式，一般通过系统菜单的“帮助”项调用。 另外还有在线帮助，系统采用在线提示的方式，给用户的某一步操作提供解 释性或指导性的文字帮助。激活在线帮助的方法很多，有鼠标右键弹出菜单 激活，有( f 1 ) 等快捷键激活，有对话窗口的“? ”或“帮助”按钮激活，还 有一些简单的提示信息采用标签标注的方法。当鼠标移动到对象上方时自动 华北电力大学t 程硕士专业学位论文 显示。此外，还可以为初学用户提供演示和学习程序，将一些复杂的操作设 计成“向导”模式，逐步地指导用户进行正确的操作。随着多媒体技术在监 控系统中的运用，还会出现语音、图像等方式的帮助信息，使维护人员能够 更快，更好地使用监控系统。 2 2 监控系统的组成和体系结构 2 2 _ 1 监控系统的基本组成和结构 2 2 1 1 监控系统的基本组成 要了解监控系统的基本组成，首先必须明白系统实现过程中需要解决什 么问题。监控系统首先要解决的问题，就是如何获得设备的实时运行数据。 现代传感器技术，采用各种各样的传感器和变送器，利用电磁感应、热电转 换、光电效应、红外、微波等技术，解决了数据的采集和转换的问题 电子技术和单片机技术的发展，使得系统对设备的远程控制( 自动控制 技术中称为遥控) 成为可能。 。 总线技术、现代通信技术和计算机网络技术，为数据的传输和系统的组 网问题提供了满意的解决方案。 先进的计算机技术高速率的c p u ，大容量的存储器、性能优越的操作系 统、功能强大的数据库系统，以及“量身定做，的监控软件，很好地解决了 数据的处理、管理和维护问题。 此外，如何把计算机处理的内容翻译成人们所习惯的、形象直观的表现 方式，如何把鼠标、键盘的简单操作转换成计算机所能识别的命令，是人机 界面所必须解决的问题。这在很大程度上依赖于监控软件的设计。当然，c r t ， l c d 。l e d 和投影等显示技术和声像处理技术的成熟，图形化操作系统、高分 辨率、真彩色显示器、专用图像监视器和大屏幕投影仪等软、硬件产品的不 断拓新为之提供了必要的条件。 当解决了以上五方面的问题后监控系统的基本组成就十分明朗了。我 们可以用一个图来表示，如图2 2 所示。 除此之外，一个完善的监控系统还需要承担一些诸如设备管理、人员管 理等等的辅助管理工作，还需要解决精度、可靠性、容错能力等等的一系列 问题。 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 图2 2 监控系统的基本组成部分 2 2 i 2 监控系统的基本结构 工业计算机控制系统经历了从集中式控制系统向分布式控制系统的发 展过程，如图2 3 所示。当集中式控制系统面临可靠性和处理速度两大难 题时，分布式控制系统就应运而生了。监控系统的基本结构就采用了分布式 结构。 c a ) 集中式控制系统( b ) 分布式控制系统 图2 3 集中式控制系统和分布式控制 分布式控制系统的最大特点就是管理的集中和控制的分散，因而又被称 为集散控制系统。其体地讲，它把对全局的管理和协调工作集中在主控计算 机上，而把具体的对设备的监测和控制，局部的管理、阶段性的数据处理等 工作交给分散在不同地点的前端计算机来实现。这样做的结果使得监控过程 条理清楚，层次分明，既分散了系统故障的危险，提高了系统可靠性，又分 担了系统负担。使多项工作协调并行处理，提高了系统的实时性。同时这种 结构具有一定的灵活性，有利于系统的扩展。 前面所讲到的监控系统的五大组成部分中，数据采集和控制命令执行都 在前端实现，可以并称为前端采集控制部分；数据管理和人机界面主要在上 层计算机实现，可以并称为中央处理和管理部分。这样一来，监控系统的基 l o 华北电力大学工程硕士专业学位论文 本结构就勾勒出来了。如图2 4 所示。这是一个分支树型结构，即多个前 端采控部分通过数据传输网络，与中央数据处理和控制部分进行双向的通 信。显然，这是一个具有两层结构的分布式计算机控制系统。实际运用的监 控系统比这个结构要复杂得多，但都可以看成是由这个基本结构叠加组合而 成的。 中央处理秘管蠼部分 一牵 i 静螭采控部分l萄端采投部分f 静端采控船分 图2 - 4 监控系统的基本结构 2 2 2 监控系统的层次化结构和配置原则 按照各级通信电源设备维护管理单位的不同职能，在一个省的范围内， 可以将整个监控系统划分为省监控管理系统、城市( 地区) 监控管理系统、区 域( 县) 监控管理系统以及局( 站) 监控管理系统等四个管理层次，分别负责不 同范围内的各通信局( 站) 的电源设备的监控和管理。通常将这几个不同层次 的系统的监控管理中心分别称为省监控管理中心( p s m c 或p s c ) 、城市( 地区) 监控管理中心( c s u c ) 或监控中心( s c ) ，区域( 县) 监控管理中心( d s m c ) 或监控 站( s s ) ，局( 站) 监控管理中心( l s m c ) 或监控单元( s u ) ，其中局( 站) 监控管理 系统还可以分出一个直接与设备打交道的监控层，称为设备监控单元( e s u ) 或监控模块( s m ) ，是监控系统的最底层。为了叙述方便起见，借用行政区划 的级别，将上述五个层次的监控中心及中央监控单元分别简称为：省中心 ( p s c ) 、地市中心( s c ) 、县中心( s s ) 、局站中心( s u ) 和监控模块( s m ) 。 在传统的模式下，通常县中心( s s ) 是通信电源设备主要的运行维护点， 具有较强的管理功能和监控功能；局站中心( s u ) 以监控功能为主，但对于许 多尚不具备无人值守条件的通信局( 站) ，应在这一级保留必要的管理功能， 监控模块( s u ) 主要执行监控功能；省中心( p s c ) 和地市中心( s c ) 以管理功能 为主，通常不具备直接监测和控制设备的功能，但对个别没有设县中心( s s ) 的中小城市，城市中心同时兼有监控功能。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 与功能层次相吻合，监控系统的数据处理存储在各层次上也有所区另o 。 一般来说，监控模块( s m ) 只负责采集并上送实时监测数据，也有一些监控模 块( 如智能设备监控模块) 具有保存少量历史数据的能力；局站中心( s u ) 将监 控模块送上来的实时数据进行初步处理后，送往监控站，它能够保存至少1 天的历史数据；县中心( s s ) 具有最强的数据处理能力和数据保存能力，一般 在这一级配有大容量存储器，能够保存6 个月到一年的历史数据；城市中心 ( s c ) 和省中心( p s c ) 都同时接收下级的实时数据和统计数据，并根据需要保 存一定量的统计数据。 在监控系统各监控、管理级的配置上，应遵循以下原则。 ( 1 ) 各通信局( 站) 根据智能设备和非智能设备的具体情况配置监控模 块( s m ) 。智能设备内部具有自己的监控单元，直接或通过协议转换的方式接 入监控系统，一般每台智能设备作为一个监控模块。非智能设备采用通用或 专用数据采集设备进行监控，每一个数据采集设备作为一个监控模块； ( 2 ) 一般情况下每一个通信局( 站) 配置一个局站中心( s u ) 。无人值守 的或设备较少的局( 站) 也可以不设局站中心，其设备监控模块可通过一定的 传输方式连接到附近的局站中心，或直接连接到悬挂在县中心的前置机上； ( 3 ) 县级的行政区( 区、市、县) 一般配置一个县中心( s s ) 。对于较 小的区、县，也不设县中心，而将其区域内的局站中心连接到附近大的县中 心，或直接连接到上一级的地市中心； ( 4 ) 地市级的行政区( 地区、市) 配置一个地市中心( s c ) ，并将其与本 地区网管中心相连接； ( 5 ) 省级的行政区( 省、自治区、直辖市) ，配置一个省中心( p s c ) ， 并将其与本省网管中心相连接。对于没有地区级行政区的直辖市，可以省略 地市中心，而将县中心直接连接到省中心。 2 2 3 监控系统各级功能划分 一个结构完整的省内的监控系统，可以按管理要求和空间分布分成如上 所述的省中心、地市中心、县中心、局站中心和监控模块等五个层次。这些 不同层次的系统分别被赋予不同的功能，它们协调工作，交换信息，共同完 成整个监控系统的监控和管理任务。 2 2 3 1 监控模块( s m ) 监控模块是监控系统中最低的监控层，它直接与设备相连接，用于对被 监控设备的工作状态和运行参数进行监视、采集和处理，形成规范化的状态、 1 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 数据和告警信息向上传送；同时接受和执行局站中心下发的各种监测和控制 指令，对设备进行控制和参数调整。由于是直接同被监控设备打交道，要满 足监控系统可靠性，监控模块必须具有最高的监控优先级。 监控模块的核心部分一般由单片机充任，它通过一定的接口芯片和外围 电路。设置一定数量的模拟量输入、开关量输入、数字量输出、开关量输出 和计数输入等接口和通道，与安装在被控设备上的传感器、变送器和触点等 连接，直接对被控设备进行实时的监测和控制：同时还设置有用于与上级局 站中心进行通信的串行通信接口，如r s - 2 3 2 ，r s - 4 8 5 4 2 2 等。监控模块内包 含有一定容量的存储芯片( r a m 、e p r o m 或闪存等) ，保存着监测设备运行状态 以及执行控制命令所必须的一些参数；当通信发生中断时，还需要能够保存 一定量的历史数据和告警信息，待通信恢复后再将其上报。 2 2 3 2 局站中心( s u ) 局站中心是一个通信局站电源设备的集中操作维护管理点，用于对局站 内各设备监控模块进行监控管理。它的功能主要侧重于监控，其中有向监控 模块发送监测和控制命令，包括参数的设置和调整；汇总各监控模块采集的 数据，进行进一步的处理和存储，如需要还可以显示或打印；定时或按照县 中心的要求向上级传送实时数据、历史数据、设备参数、状态信息、告警信 息以及统计信息，井接受上级下发的设备遥控命令。 无人值守的局站中心可以不设显示、打印设备，但应具有接入便携式计 算机进行现场显示和控制的能力。对于目前许多暂时不能实现无人值守的局 站，以及一些规模较大的局站，其局站中心也应具有一定的操作维护管理功 能，包括：实时查询和显示本局站内各被监控设备的运行参数、运行状态以 及告警信息：查询各种历史数据和统计信息；提供设置参数和控制设备的操 作界面；录入本局站设备、监控点档案和维护信息；以及对本机进行自检等 等。 局站中心通常由工控级计算机来充任，以提高处理的实时性和运行的可 靠性。小规模的局站也通常不设置工控机，而采用专用的智能采集处理设备 ( 相当于专用计算机) 与附近的局站中心相连，或直接与上级的县中心相连， 以节约成本，局站中心具有与监控模块通信的串行通信接口，当智能设备的 监控模块采用非标准协议时，局站中心也可采用协议转换器或软件方式实现 协议转换。 局站中心与县中心可以采用多种通信方式，如拨号电话线、d d n ，e 1 和 x 2 5 等，其通信协议一般由县中心来统一决定。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 2 3 3 县中心( s s ) 县中心是用以对个县级区域内的所有局站进行监控管理的集中操作 维护点，是监控系统中通信电源设备的基本运行维护单位。它在整个监控系 统中功能最强大、性能最完善。在本章第一节中所讲到的监控系统的功能， 在这一监控级基本都有体现。县中心的主要功能包括： ( 1 ) 实时接收并显示各局站电源设备的运行数据、工作状态和告警信 息：向局站中心下达对各局站被控设备进行遥控操作的命令； ( 2 ) 与上一级的地市中心进行通信。根据要求向上传送有关数据信恳， 接受上级下发的监测控制命令； ( 3 ) 具有友好的图形化操作界面，能够显示局站和设备的地理位置、 空间布局、电气接线图以及设备运行状态示意图等：并且能够提供灵活的组 态功能，能够根据需要改变或定制监控界面； ( 4 ) 进行告警确认和处理； ( 5 ) 对设备运行数据进行统计处理，生成各种统计报表和曲线； ( 6 ) 查询、显示和打印历史数据、告警记录、操作记录、统计报表曲 线，进行存储管理； ( 7 ) 对本中心以及局站中心的各种配置信息进行查询、修改等操作； ( 8 ) 对人员、设备信息进行管理； ( 9 ) 对系统进行安全管理，设置和检查用户密码和权限； ( 1 0 ) 对系统内所有计算机、通信路由等进行自诊断，发现故障及时告 警： ( 1 1 ) 提供完善的帮助功能。 县中心通常是一个由数据服务器、通信机、磁盘阵列、操作业务台以及 打印机等计算机设备组成的一个局域网它具有与局站中心和地市中心连接 的通信接口。与局站中心通信时，其通信协议与局站中心的通信协议保持一 致，个别情况下也会出现通信协议不一致，这时需要通过软件方式进行协议 转换。县中心与地市中心通信可采用d d n ，e 1 ，x 2 5 和d c n 等方式，其协议 与局站中心到县中心的协议类似。 2 2 3 4 地市中心( s c ) 地市中心是一个较高层次的监控管理级，是监控系统中的核心级，它负 责对整个地市范围内的各个县、市、级的电源设备进行集中的监测和管理。 地市中心包括县中心的所有功能，尤其是在管理功能方面有所加强。由于电 源设备的分散性，在地市中心一般不直接对设备进行遥控操作。不对下级系 统内的配置参数进行设置和修改，但在必要的时候应能够完全接管下级系 1 4 华北电力大学1 = 程硕士专业学位论文 统。地市中心对数据的存储要求也有所加强，且更偏重于统计数据。同县中 心类似，地市中心通常也是一个局域网，具有同县中心和省中心互联的通信 接口。此外，为了便于纳入综合电信管理网，地市中心还应具有同本地网管 中心互联的通信接口。 2 2 3 5 省中心( p s c ) 省中心是一个省范围最高层次的管理级，它负责对全省范国内的各个 县、市区的电源设备进行集中监测与管理。省中心的功能和下级中心相比， 更侧重于管理，对数据响应的实时性等监控性能的要求较低。省中心所保存 的数据基本上都是统计数据，同地市中心类似。省中心也需要只有与省网管 中心相连接的通信接口。 2 2 4 监控系统的网络结构 监控系统是由各不同层次、不同功能的计算机和通信设备组成的一个计 算机网络，确定一个合理的网络结构对系统的性能和功能非常重要。前面已 经介绍了监控系统的层次化结构，下面将按照每一个层次的具体要求，分别 对它们进行网络拓扑结构设计，最后再将它们进行组合，得出监控系统总的 网络拓扑结构。 在这里有必要明确一下网络拓扑结构的含义。简单地说，网络拓扑结构 就是采用拓扑学的研究方法，将计算机网络定义而成的一组由节点和链路组 成的几何图形，以便于研究和分析复杂的计算机网络系统。常见的网络拓扑 结构有星型、树型、总线型和环型等。 下面根据监控系统的五个层次，分别来讨论各层的网络拓扑结构。 在最底层，也就是设备监控系统中。电源和空调设备被分散安装在不同 的机房之中，机房的环境监测点也同样分布在各个机房之中，这些设备或环 境的监测参数通过各自的或公共的监控模块上传至局站中心。监控模块和采 集点及控制点之间的对应关系是一对多，与设备之间的对应关系也是一对一 或一对多。而从监控角度来讲，这些监测点或设备之间显然是互不相关的。 因此在监控模块这一层可以采用星型的网络拓扑结构( 一对一可以看成是最 简单的星型结构) 。 在一个通信局站内，通常有许许多多的设备，需要通过不同的监控模块 来进行数据采集和控制，智能设备还自带有监控模块，这些监控模块只需要 与局站中心计算机进行通信，而它们之间一般没有相互传送信息的必要，不 需相互连接。因此局站监控系统的网络拓扑结构也是星型结构。 县监控系统包括一个县中心和若干个局站中心以及其所连接的各个监 1 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 控模块。各局站中心将本局站内各监控模块传送上来的数据信息加以处理后 向县中心传送，县中心要向各局站中心下发监测和控制命令；各局站中心之 间一般也不需要互访，无须相互连接。因此县监控系统也采用星型网络拓扑 结构。 同理，从县中心到地市中心，从地市中心到省中心，也就是地市监控系 统和省监控系统也都采用星型的网络拓扑结构。综上所述，整个监控系统的 网络拓扑结构是一个由多层次的星型结构的计算机网络逐级汇接而成的一 个树型结构，如图2 5 所示。因此，从网络管理结构的角度，监控系统可 以定义成是一个自下而上的逐级汇接的树型分布式计算机管理控制系统。 图2 5 监控系统的网络结构 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第三章监控对象和监控点的确定 要构建一个监控系统。首先要确定监控对象和内容，也就是明确监控的 目的。监控对象即被监控的设备、机房和环境等，监控内容即监控点，是指 监控对象中具体被监控的物理量，也称为监控项目。确定了监控对象和内容 后，还需要明确各种监控点的配置和布设。 3 1 监控对象的确定 3 1 1 通信电源系统的设备 通信电源是通信网络的动力基础。因此通信电源系统是通信电源监控系 统所监控的最主要和最重要的内容。通信电源系统的主要设备包括高压变配 电设备( 专用变电站) 、低压配电设备、市电油机转换屏、整流配电设备( 整 流设备、电力室交、直流配电设备及蓄电池组) 、变流设备( u p s 、逆变器及 优一优变换器) 和电站设备( 燃油发电机组、燃气轮机发电机组、太阳能电源 及风力发电机组) 等，所有这些都是监控系统的监控对象。 为了保证通信设备的正常工作，机房的防尘和温湿度条件非常重要。从 这个意义上讲，通信用空调设备与电源设备具有同等重要的地位，必须加强 维护和管理。所以在监控系统的建设中，也要将通信用空调设备作为监控对 象之一。 3 1 2 通信局站的组成和监控对象的确定 通信局站一般由大院和机楼以及其他辅助基建设施组成，机楼中又包括 程控机房、传输机房、数据机房、七号信令机房、测量室、电力室、电池室、 低压配电室、高压配电室、油机室等若干机房，许多模块局或接入网点则通 常只是租用一个或几个房间作综合通信机房和电力机房。这些机房要实现少 人值守或无人值守，就必须要有可靠运行的设备和可靠的远程集中监控管 理。各种通信设备通常都已随机建设了本专业的集中监控管理系统，如交换、 传输、接入网设备的网管系统，而电源设备、空调设备则必须通过通信电源 监控系统进行远程集中监控管理。 此外，通信机房的总配线架( n d f ) 通常是维护的薄弱点。许多火灾都是 由此引发的：传输电源列头( 尾) 柜担任着整列传输设备的供电，电源断路( 跳 闸或熔丝断) 将引起传输中断；通信电缆充气机保护地下电缆不受损、不被 盗，在无人值守的情况下，这些设备都要被监控。但如果单独为每类设备再 1 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 建设一个大范围的监控网络，无疑是不划算的。将这些设备纳入到通信电源 监控系统中来，利用监控系统平台进行多专业辅助监控不失为一个好的解决 方案。 除了对设备进行监控外，机房环境条件也是非常重要的监控内容，包括 温度、湿度和水浸等。此外局站的安防、火警等内容也需要纳入到监控系统 中来。尤其是少人值守或无人值守局站。安防内容包括门禁系统及门磁开关、 红外、微波探测和玻瑞破碎等。火警的内容包括火灾探测器( 感烟、感温) 等， 大楼消防系统和可燃气体告警系统等。 最后，监控系统还应该对其自身进行监控，这是实现监控系统自我管理、 自我诊断功能，提高系统自身可靠性的必要保障。 综上所述，监控系统应包括的监控对象如表3 1 所示。 表3 - 1监控对象及主要参数 监控对象遥测龟( a i )遥信量( d i )遥调量( d 0 ) 高压配电输入电压、总用电量、高压开关柜操高压开关状态 作直流电压 ( d i ) 、操作直流 电源设备告警 ( d i ) 低压配电变压器输出电压、变压器输出电流、变压器告警、稳 变压器温度、功率因素、频率，稳压压器告警、功率补 器输出电压、主要支路电流、总用电偿屏告警、主要开 量关状态 交流配电屏输入电压告警 整流设备整流单元输出电流整流器告警整流单元启动 关掰控制 直流配电屏输出电压，总负荷电流 告警均浮充转换 蓄电池组电池组电压、电池组电流、每组单体 电池电压、电池组标示池温度 直流变换设备 输出电压、输出电流 告警 逆变器输出电压、输出电流告警 u p s 输入电压、输出电压、输出电流、电 告警 池组电压 中央空调交流输入电压、主机工作电流、水塔主机告警、风柜告 启动关闭风柜 风机工作状态、冷却水泵工作电流、 警 1 8 华北电力大学丁程硕上专业学位论文 冷却水泵工作电压、水池液位、水塔 液位、冷却水进出温度、冷冻水进出 水温度、风柜工作状态( 取电流值) 专f i 空调交流输入电压、主机工作电流、送风主机告警启动关闭风柜 回风口处温度、水塔风机工作状态( 取 电流值) 、冷却水进出水温度、水塔液 位、冷却水泵工作电流 分体空调 主机工作电流主机告警启动关闭主机 从表中可以看出，监控系统实际上已经发展成为一个以通信电源为主， 集环境、安全以及交换、传输、测量、管线等专业辅助监控功能于一体的通 信局站综合基础监控系统。这里的“综合”是指综合各专业内容，“基础” 是指所监控的对象都是通信网的基础保障。表中所列举的监控对象也并不是 最终的结果，随着实践的进行可能会有所选择有所增减。 3 2 监控对象分类 3 2 1 监控对象按用途分 监控对象按用途分为通信动力系统和支持动力设备正常运行的环境系 统两大类。通信动力系统是动力环境监控系统的主要监控对象，保障它的正 常运行是监控系统的根本目的。通信动力系统包括高压配电、低压配电、交 流稳压器、u p s 、柴油发电机组、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。为了真正做 到被监控局站的无人值守，在一些局站还配有静态或动态图像监控，在中心 实时监视现场情况。动力环境系统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。 3 2 2 监控对象按性能分 按被采集设备的性能可分为智能设备和非智能设备。智能设备指设备本 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1 3 ，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。对于智能设备，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，包的内容及按口方式) 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 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 2 3 监控对象按电特性分 监控对象可分为非电量和电量，对于非电量对象( 例如：温度、湿度等) ， 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( 例如电压， 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。 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( 例如交流电压、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。 3 3 监控点的选取 合理地选取监控点，对于建立一个经济而实用的监控系统是非常重要 的。从监控系统所要实现的根本目的出发，结合电源维护工作的需要和监控 系统的实施经验。监控点的选取应遵循以下几点原则： ( 1 ) 必须设置足够的遥测、遥信监控点。尤其是对重要设备、对整个 电源系统的运行质量起到关键作用的物理量以及相关的状态量或告警量，一 定要设置相应的遥测点和遥信点，使监控系统真正能够做到准确、全面、可 靠的远程监视； ( 2 ) 监控点力求精简。在选择监控点时应坚持“可要可不要的监控点 坚决不要”的原则，尽量简化系统。因为过多的监控点会增加系统成本和复 杂度，降低可靠性；同时也增加了c p u 及软件的开销，影响了系统的实时性； 而且监控界面上过多的监控里还可能给维护人员带来不必要的麻烦： ( 3 ) 监控点的取舍要考虑实际，区别对待。一方面。同样的监控点( 指 物理量相同) 。在不同的设备( 或同一设备的不同部分，或不同局房) 中意义 不同。重要性也不同，要根据实际需要明确侧重点，进行取舍。例如温度和 湿度对以电子设备为主的通信机房来说非常重要，需要进行监测；而对高低 压配电室来说却不是那么关键，可以不必监测。另一方面，一些对电源系统 和通信设备非常重要的物理量，但由于监测方法复杂，成本高，通常也不作 为监测点； ( 4 ) 监控点应以遥测、遥信为主，遥控、遥调和遥像为辅。对于电源 系统来说，监控系统的遥测、遥信是“眼”，遥控、遥调是“手”。一个正常 运行的电源系统应当是稳定、可靠的，无需外界对之进行过多的“干涉”， 对于这样一个系统来说，监控系统正应当“多观察、少动手”。图像监控作 华北电力大学工程硕士专业学位论文 为数据监控的辅助手段，可以实时、直观的查看现场设备和环境的情况，但 是成本高、网络资源占用多，除非十分必要，一般尽量减少图像监控点的布 设。 此外，随着智能电源、空调设备在通信网上越来越多的使用，对它们的 监控点的选取就有了新的问题。由于智能设备通过其监控模块对自身的大量 参数都进行了监控，并且可以通过协议直接接入到监控系统，不需要再另外 加装传感器，因此监控点选取的多少不涉及到成本问题。但是并不能就此认 为多多益善，因为一台智能设备的监控点少则十几个，多则几十上百个，满 屏幕的监控点让维护人员眼花缭乱，分不清主次，找不到关键点。另外，大 量的监控点在系统中占据了宝贵的编码空间，增加了程序处理的负担和系统 复杂度。因此，对于智能设备监控点的选取也应当精炼。 还有一点非常重要的是，要合理配置告警项目和告警等级。从某种意义 上说，监测告警比监测正常的运行数据更为重要。告警的来源是遥信量和遥 测量。对于遥信量，要根据维护的需要确定告警等级；对于遥测量。还需根 据实际情况确定告警的合理的上下限值。 3 4 监控点的布设 确定了所需选取的监控点后，还需合理的对其进行选点，确定其恰当的 采集位置，使之真正能够反映被监控对象的实际特性和运行状况，成为维护 人员的依据。 3 4 1 电源设备 对电源设备监控的布设，一般遵循以下原则： ( 1 ) 高压配电设